CH247026A - Pressure transducer with at least one prestressed piezo-electric crystal. - Google Patents
Pressure transducer with at least one prestressed piezo-electric crystal.Info
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Description
Druckaufnehmer mit mindestens einem vorgespannten piezo-elektrischen Kristall.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckaufnehmer mit mindestens einem vorgespannten piezo-elektrischen Eristall, der besonders vorteilhaft anwendbar ist bei Ver brennungsmotoren.
Bei bekannten Druckaufnehmern dieser Art werden die Entnahmeelektroden häufig auf chemischem Wege, z. B. durch Reduzie- rung einer Metallverbindung auf den elektrisch wirksamen Eristalloberflächen angebracht. Durch diese Weise des Anbringens eines Metallbelages wird, wie aus der keramischen Dekorationstechnik und der Kondensatorherstellung bekannt ist, eine besonders haltbare Verbindung ohne Luftein schlüsse und dergl. zwischen Unterlage und Belag erhalten. Solch ein guter Eontakt zwischen Kristall und Elektrode ist im vorliegenden Fall von Wichtigkeit, um einen grösstmöglichen Teil der bei Druck auf der wirksamen Eristalloberfläche auftretenden elektrischen Ladung ausnutzen zu können.
Die Erfindung hat den Zweck, einen Druckaufnehmer zu schaffen, bei dem die Entnahmeelektrode auf besonders einfache Weise am Kristall angebracht ist. Der Druckaufnehmer gemäss der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrisch wirksamen Kristalloberflächen so genau geschlif- fen worden sind, dal3 sich keine für das blouse Auge wahrnehmbaren Eratzer zeigen und dass die zugehörigen Entnahmeelektroden je aus einem Belag bestehen, der zunächst lose auf die geschliffene Oberfläche gelegt worden ist und der durch die Vorspannungsmittel gegen diese Oberfläche gedrückt wird.
Überraschenderweise wird bei Ausfüh- rungsformen dieses Druckaufnehmers und bei Anwendung einer Vorspannung von etwa 50 kg/cm2 eine gleich groRe Ladungsände- rung bei Änderung der Eristallbelasttmg er- halten wie bei den erwähnten, bekannten Eristall-Druckaufnehmern bei hoheren Vor spannungen sogar eine annähernd l, 5mal so grosse Ladungsänderung.
Es sei dabei ausdrücklich bemerkt, daB bei mit ungenügender Genauigkeit geschliffe- ner Oberfläche und/oder beim Nichtvorhan- densein der Vorspannung kein praktisch brauchbarer"gontakt"zwischen gristall und Entnahmeelektrode erhalten wird.
Um zu verhindern, dass der Kristall zerbricht, wenn er unter Vorspannung gebracht wird, und im Einblick auf die Empfindlichkeit, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Belag aus einem Metall besteht, dessen Härte wesentlich geringer als die des Eristalles ist.
Ferner soll das Belagmetall, insbesondere bei verhÏltnismÏ?ig hohen Temperaturen (von 150 bis500 C)auszusetzendenDruck- aufnehmern, wie beispielsweise f r Verbrennungsmotoren, kein die elektrische Leitung stark verschlechterndes Oxyd ergeben. Brauchbar sind Zink, Kadmium, Zinn, Wolfram.
MolybdÏn, Eisen, Silber, Gold. Es ist dabei zu bemerken, dass trotz des Schliffes und der Vorspannung eine Oxydationstattfinden, kann.
Es ergab sich, dass im Zusammenhang mit den beiden letztgenannten Anforderungen bei einem Quarzkristall insbesondere Silber und Gold sich gut bewahrten ; beide Metalle sind genügend temperaturbeständig und ergeben gutleitende Oxyde. Als Belag wird vorzugsweise eine Metallfolie mit einer Stärke von 45-55 Mikron angewendet. Vorzugsweise wird der Belag mit Hilfe einer Druckvertei- lungsplatte an den Kristall gedrückt, so da? eine gleichmässige Oberflächenbelastung der Elektrode erhalten werden, während dabei die Druckverteilungsplatte au?erdem als An schlussstelle für den mit der Elektrode zu verbindenden Anschlussleiter dienen kann.
In der beiliegenden Zeichnungisteinebeispielsweise Ausführungsform des Druckauf- nehmers gemÏ? der Erfindung dargestellt.
Der Druckaufnehmer 1 weist die beiden genannten gegeneinandergeschalteten Kri- stalle 2, 3 auf, deren Arbeitspunkt in an sich bekannter Weise durch die von einer als Hülse 4 ausgebildeten Vorspannungsfeder herr hrende Vorspannung. eingestellt ist.
Diese Vorspannung wird ausserdem dazu benutzt, um die zunächst lose auf die Kristalloberflächen gelegten Silberfolien 5 mit einer Stärke von 30 Mikron mittels Druckvertei lungsplatten 6 an die elektrisch wirksamen EjistaJIoberfläcbenzudrücken, die so gut geschliffen sind, dass von blossem Auge keine Gratter wahrnehmbar sind. Die Abnahmeelektroden 5 der Kristalle sind durch Ver mittlung der Druckverteilungsstücke 6 mit der äMasse" bezw. mit einem Anschlussleiter 7 verbunden. Die Vorspannungshülse 4, die am einen Ende mittels einer Membran 8 abgeschlossen ist, ist in einem Halter 9 untergebracht, der in eine Zylinderwand eingeschraubt werden kann.
Zum Schutz der Mem- bran 8 gegen übermässig hohe Temperaturen ist eine im Haltef befestigte, durchlochte Kühlplatte 10 aus Aluminiumbronze vorgesehen.
Pressure transducer with at least one prestressed piezo-electric crystal.
The invention relates to a pressure transducer with at least one preloaded piezo-electric Eristall, which is particularly advantageously applicable to internal combustion engines.
In known pressure transducers of this type, the sampling electrodes are often chemically, e.g. B. by reducing a metal connection attached to the electrically effective Eristalloberflächen. This way of attaching a metal coating, as is known from ceramic decoration technology and capacitor manufacture, a particularly durable connection without air inclusions and the like. Between the base and the coating. Such a good contact between crystal and electrode is important in the present case in order to be able to utilize the largest possible part of the electrical charge that occurs when pressure is applied to the active surface of the eristal.
The aim of the invention is to create a pressure sensor in which the sampling electrode is attached to the crystal in a particularly simple manner. The pressure transducer according to the invention is characterized in that the electrically active crystal surfaces have been ground so precisely that there are no visible scratches that can be seen by the naked eye and that the associated sampling electrodes each consist of a coating that is initially loosely applied to the ground Surface has been laid and which is pressed against this surface by the biasing means.
Surprisingly, with embodiments of this pressure transducer and when a preload of about 50 kg / cm2 is used, a charge change of the same size as the known Eristall pressure transducers mentioned above is obtained with a change in the preload. 5 times the change in charge.
It should be expressly noted here that if the surface is ground with insufficient accuracy and / or if there is no preload, no practically useful "contact" is obtained between the crystal and the sampling electrode.
In order to prevent the crystal from breaking when it is brought under tension, and in view of the sensitivity, it has proven to be advantageous if the coating consists of a metal whose hardness is significantly lower than that of the crystal.
Furthermore, the covering metal should not result in an oxide that would severely deteriorate the electrical conduction, especially at relatively high temperatures (from 150 to 500 C) to be exposed to pressure transducers, such as for internal combustion engines. Zinc, cadmium, tin, tungsten can be used.
Molybdenum, iron, silver, gold. It should be noted that, despite the grinding and the pretensioning, oxidation can take place.
It was found that in connection with the last two requirements mentioned above, silver and gold in particular performed well in a quartz crystal; both metals are sufficiently temperature resistant and result in highly conductive oxides. A metal foil with a thickness of 45-55 microns is preferably used as the covering. The covering is preferably pressed against the crystal with the aid of a pressure distribution plate so that? a uniform surface loading of the electrode can be obtained, while the pressure distribution plate can also serve as a connection point for the connection conductor to be connected to the electrode.
In the accompanying drawing, for example, an embodiment of the pressure transducer according to of the invention shown.
The pressure sensor 1 has the two mentioned crystals 2, 3 connected against one another, the working point of which is known per se by the prestressing resulting from a prestressing spring designed as a sleeve 4. is set.
This bias is also used to press the silver foils 5 with a thickness of 30 microns, which are initially loosely placed on the crystal surfaces, by means of pressure distribution plates 6 against the electrically effective EjistaJIoberfläcben, which are so well ground that no burrs can be seen with the naked eye. The pick-up electrodes 5 of the crystals are connected to the "ground" or to a connection conductor 7 through the intermediary of the pressure distribution pieces 6 can be screwed in.
In order to protect the membrane 8 against excessively high temperatures, a perforated cooling plate 10 made of aluminum bronze and fastened in the holder is provided.
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- 1944-04-04 CH CH247026D patent/CH247026A/en unknown
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