(57)【要約】  本発明は、圧力センサに関し、それは、加速度の一部を補償するだけの、剛性（９、１１）および質量（５、７、１３）の選択による受動的加速度補償に加えて、第２補償水晶（８）を含み、それはこの加速度の残りの部分を補償し、その結果その組立体の大きさおよび横加速度に対する感度をかなり減少できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば、ガス状または液状媒体中の動的過程を測定するための、組立端にフランジ（１０）を有する事前組立した内側部（１２）に加えて外部ハウジング（１）を含み、この内側部（１２）はこのハウジング（１）にフランジ（１０）でだけしっかりと固定してあり、上記フランジ（１０）は第１弾性結合部（９）を介して第１質量（５）におよび第２弾性結合部（１１）を介して第２質量（７）に結合してあり、並びに上記質量（５、７）の間にプレテンションを受けている第１測定水晶（６）が挿入してある加速度補償圧力ピックアップであって、
−  この第１測定水晶（６）と第２質量（７）の間に第３質量（１３）および補償水晶（８）が配置してあり、この補償水晶（８）はこの第１測定水晶に逆に電気的に接続してあること、並びに
−  これら三つの質量（５、７、１３）は勿論、これら二つの弾性結合部（９、１１）の剛性が、このハウジング（１）に作用する軸方向加速度のためにこれらの水晶（６、８）で決定できる測定値が互いに補償するように、整合してあることを特徴とするピックアップ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力ピックアップであって、前記内側部（１２）は、クロスビーム（１４）によって前記フランジ（１０）との反対の端で軸を横切って前記ハウジング（１）に関して安定化してあることを特徴とするピックアップ。
【請求項３】
請求項２に記載の圧力ピックアップであって、前記クロスビーム（１４）は、軸方向に柔軟で半径方向に剛直な膜でできていることを特徴とするピックアップ。
【請求項４】
請求項２に記載の圧力ピックアップであって、前記クロスビーム（１４）は、前記第２質量（７）と前記ハウジング（１）の間に配置したＯリング（１６）から成ることを特徴とするピックアップ。
【請求項５】
請求項２に記載の圧力ピックアップであって、前記クロスビーム（１４）は、軸方向に滑動する方法で前記ハウジング（１）に固定してあることを特徴とするピックアップ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の圧力ピックアップであって、前記水晶（６、８）および前記第３質量（１３）は、前記第１質量（５）および前記第２質量（７）の間に配置した引張りスリーブ（１７）によってプレテンションが掛けてあることを特徴とするピックアップ。
【請求項７】
請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の圧力ピックアップであって、前記水晶（６、８）は、異なる圧電材料で作ってあることを特徴とするピックアップ。
【請求項８】
請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の圧力ピックアップであって、前記水晶（６、８）は、異なる結晶方位を示すことを特徴とするピックアップ。
【請求項９】
請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の圧力ピックアップであって、前記第１測定水晶（６）は、横断効果を示すことを特徴とするピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１の特徴部分に記載の加速度補償式圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特にエンジンおよびターボシステムでの、ガス状または液状媒体中の動的圧力過程の測定に対しては、その加速力が測定すべき圧力信号と干渉せずに、これらの機械の振動するケーシング壁に直接取付けられる圧力ピックアップに対する要求がある。一般的に、圧電圧力ピックアップが、特に高度に動的な過程または２００°Ｃより高い温度範囲で行う測定の場合に、その様な測定に使われる。
【０００３】
２種類の圧力センサがその様な用途に利用できる。簡単な方の能動的原理は、第１質量を有する膜の後ろに配置した測定水晶並びに圧電板の形をして逆に電気的に接続され且つこの測定水晶から第２質量によって離間された補償水晶を含む。これら二つの質量は、最適加速度補償を実現するような大きさになっている。この装置は、この目的にために設けた横ねじへのこの種のセンサの取付けが測定水晶に張力を掛け、それで測定信号の質を落すという欠点を有する。更に、構造レベル、例えばシリンダヘッドでの変形によって付加的張力が生じることがある。この方法は、例えば、Ｇ．ガウチが“圧電センサ”、スプリンガ・パブリシング・ハウス、２００２年、の８．６章、特に図８．１２で説明している。
【０００４】
ＥＰ  ０９０２２６７は、もう一つの受動的原理を図解する。この文書は、１セットの水晶しかない圧力センサを説明し、そこではこの水晶セットの前および後の二つの質量を結合して、各々ばね要素によって、それ自体この組立体の端でハウジングに取付けられた共通フランジで連結することによって、このハウジング内を自由に揺動するコンパクトな要素を作る。この場合、これらのばね剛性と質量は、軸方向加速度がこのハウジングに作用するとき、生じる力が何もこの測定素子に作用しないように整合してある。これらの圧力センサは、揺動する内側部が測定水晶の高さと同じオーダである限り非常によい機能性を示す。しかし、もしこれらのセンサの外径に許容される寸法が非常に小さければ、この内側部は、一方ではこの測定水晶の大きさのために、他方では大きい後部質量を要するので、必然的に塔のように長いだろう。その結果、この圧力センサは、横加速度に非常に敏感であり、それが不正確な測定値に繋がるだろう。
【０００５】
これら二つの原理は、全く違った方法で作用することを指摘すべきである。知られている第１の構成では、力分布がこれらの水晶を通る。しかし、第２の構成では、力を加えても、それが力分布の方向にないので、測定水晶に何も信号が記録されない。更に、この第２の構成は、典型的に横効果のあるロッド水晶を使用し、一方第１構成は、縦効果のある板水晶を使う。この横効果のあるロッド水晶の利点は、それらの感度が遙かに高いことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、組立中の張力に鈍感であり且つ大きさが小さくてもよい測定値を提供する、初めに述べた種類の圧力センサを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成されている。
【０００８】
この発明の基礎を成す概念は、この発明による圧力センサが、加速度の一部だけを補償する、剛性と質量の選択による受動的加速度補償に加えて、この加速度の残りの部分を補償する第２測定水晶を含み、それでこの組立体の大きさおよびそれと共に横加速度に対する感度がかなり減少することである。
【０００９】
以下に、図面を参照してこの発明を更に詳しく説明する。
【実施例】
【００１０】
図１は、先行技術による圧電圧力ピックアップの断面での概略図を示す。この圧力ピックアップは、部品３を取付けるためのねじ２を有するハウジング１を含む。このハウジング１の内部スペース４は、第１質量を有する加圧可能封止膜５によって封止してある。このハウジング１の内部スペース４の中に、上記膜５の後ろに、測定水晶セット６、続いて第２質量７、続いて背面でハウジング１にもたれる補償水晶セット８が設置してある。これらの水晶６、８は、ハウジング１および膜５を介してプレストレスが掛けてある。水晶の代りに他の圧電材料、特に同等の効果を示すセラミックも使える。特に、二つの質量５、７は、測定水晶セット６で測定した電荷ともっぱら軸方向加速度から得る補償水晶８で測定した電荷の間の差がゼロであるように設計してある。この様にして有効圧力信号が最大値の約三分の一だけ減少し、これは、多くの場合数ミリバールの振幅を測定しなければならないのでかなり不利である。その上、この圧力ピックアップハウジング１に付加的質量、例えば、プラグまたは金属ケーブル端子を接触させることによって、この加速度補償を大きく変えられることが分っている。
【００１１】
図２は、先行技術によるもう一つの圧電圧力ピックアップの断面での概略図を示す。この装置も、第１質量を有する膜５によって第１軸方向弾性結合部９を介してフランジ１０に結合した、内部スペース４を備えるハウジング１を含む。膜５の後ろに、測定水晶６がおよびその後ろに第２質量７が配置してある。この第２質量７は、第２軸方向弾性結合部１１を介してフランジ１０に取付けてある。フランジ１０を介して結合された、測定水晶６は勿論、二つの質量５、７、二つの弾性結合部９、１０を含むこれらの部品は、このハウジング１内を軸方向に自由に揺動でき且つフランジ１０での取付け点を介してだけハウジング１に接触する内側部１２を形成する。ハウジング１からの内側部１２のこの切離しも部品３へのこの組立体のあり得る干渉効果をなくする。この構成では、二つの質量５、７に隣接する測定水晶６の二つのインタフェースの変位がそれぞれの場合同じであるので、二つの質量５、７は勿論、弾性結合部９、１１の二つの剛性を、この圧力センサに作用する軸方向加速度が測定水晶６に信号を誘起しないように整合しなければならない。
【００１２】
図１と対照的に、この装置では内側部１２がその背面でハウジング１に支持されていないかも知れないので、この内側部１２に作用する横加速度の干渉効果が非常に高い。更に、もしこの組立体の圧力センサ用開口の直径が小さく且つ同時に高感度が要求されるなら、内側部１２は、塔のように長いだろう。従って、横加速度による干渉が更に高いだろう。
【００１３】
図３は、この発明による圧電圧力ピックアップの概略図を示す。この圧力センサも内部スペース４を有するハウジング１並びにこのハウジング１にフランジ１０でだけ取付けた内側部１２を含む。さもなければこの内側部１２は、軸方向に自由に揺動できる。フランジ１０に、第１弾性結合部９で、内側部４を封止し且つ第１質量を有する膜５が取付けてある。第２弾性結合部１１でやはり第２質量７がフランジ１０に取付けてある。これらの質量５、７の間に、第３質量１３によって互いから離間された第１測定水晶６並びに第２補償水晶８が設置してある。
【００１４】
この装置の基礎を成すこの発明によるアイデアは、補償水晶によって加速度の一部を計算的方法で能動的に補償するが、ばね力および質量を調整することによって細密調整を受動的に達成することである。この様に、この発明によるセンサは、受動的補償だけを適用するかのように大きさがかなり小さい。しかし、難点は、個々の装置の欠点のどれも有力でないようにこの加速度補償を二つの機構に分配することである。しかし、これを達成するためには、第２質量７を、図１に示すように第２測定水晶６を介してハウジング１にもたれ掛らせないだろう。この発明による装置では、第３質量１３を使う。この第３質量１３は、測定水晶６と第２質量７の間に補償水晶８と共に配置してある。この装置での補償水晶８の後部支承の欠落は、第２質量７を介して補償水晶８の後部支持を可能にする第２弾性結合部１１によって達成する。
【００１５】
この圧力センサを較正するためには、即ち、良好な軸方向加速度補償を確実にするためには、種々の影響を考慮に入れなければならない。この目的は、軸方向加速の場合に常に二つの水晶６、８に同じ値を通報させることである。この様にして、測定の間に起り且つ軸方向加速度によって生じる二つの信号の間の差がゼロになる。他方で、膜５への圧力によって誘起する測定水晶６で達成する測定値は、測定動力学および感度に於ける損失ができるだけ低いように、補償水晶８に誘起する測定値と対照的にできるだけ高くなければならない。
【００１６】
図２と違って、この機能原理では、この場合補償水晶８は勿論、第２質量７、第３質量１３が形成する、後部質量による補償が加速度の一部しか補償しないので、測定水晶６は、ゼロとは違う信号を出す。測定水晶６は、軸方向加速度によって、少量だけであるが、圧縮され且つ引き延されるだろう。
【００１７】
第２に、種々の質量５、７、１３および結合部９、１１の剛性は、軸方向加速度が起るとき、水晶６、８の二つの信号が常に同じであるように、整合しなければならない。この較正は、それをハウジング１に挿入する前に内側部１２で行う。
【００１８】
更に、半径方向に非常に剛直であるが、同時に軸方向に非常に柔軟なクロスビーム１４を内側部１２に取付けることができる。この様にして、内側部１２に作用する剪断力を吸収してもよい。
【００１９】
図４は、その様なクロスビーム１４の種々の代替変形を表す。勿論、各場合に一つの変形だけを組込む。一方で、このクロスビーム１４は、第２質量７に固定した膜の形で取付けてもよい。図示するように、それを固定装置１５によって間隔を空けて第２質量７に締結してもよい。ハウジングの内壁に、クロスビーム１４をしっかりと固定するようにまたは滑動するように取付けてもよい。
【００２０】
他方では、それを第２質量７の横にこの質量とハウジングの内壁の間に固定してもよい。膜の代りにＯリング１６も横支持というこの同じ機能を果してもよい。
【００２１】
図４に例示するように第１質量５と第２質量７の間に追加の引張りスリーブ１７を付けることによって、もう一つの改良を達成してもよい。この引張りスリーブ１７は、水晶６、８のプレテンションを達成し、従ってさもなければこのプレテンション負荷に耐えなければならない第１弾性結合部９を解放する。
【００２２】
水晶６、８は、異なる圧電材料から作ってもよくおよび／または異なる結晶方位を示してもよい。この様に、この圧力センサを小型化するために更なる最適化を行うことができる。都合よく、第１測定水晶６は、横断効果を示し、それによって感度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】先行技術による直列に接続した二つの水晶セットを有する圧電圧力ピックアップの断面での概略図。
【図２】先行技術による加速度補償のために整合した剛性および質量を備えるもう一つの圧電圧力ピックアップの断面での概略図。
【図３】本発明による圧電圧力ピックアップの概略図。
【図４】本発明による圧電圧力ピックアップの代替実施例の概略図。
【符号の説明】
【００２４】
１  ハウジング
２  ねじ
３  部品
４  内部スペース
５  膜、第１質量
６  測定水晶セットまたは測定水晶
７  第２質量
８  補償水晶セットまたは補償水晶
９  第１弾性結合部
１０  フランジ
１１  第２弾性結合部
１２  内側部
１３  第３質量
１４  クロスビーム
１５  固定装置
１６  Ｏリング
１７  引張りスリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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