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CH247026A - Pressure transducer with at least one prestressed piezo-electric crystal. - Google Patents

Pressure transducer with at least one prestressed piezo-electric crystal.

Info

Publication number
CH247026A
CH247026A CH247026DA CH247026A CH 247026 A CH247026 A CH 247026A CH 247026D A CH247026D A CH 247026DA CH 247026 A CH247026 A CH 247026A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
dependent
pressure transducer
pressure
piezo
transducer according
Prior art date
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Gloeilampenfabrieken N Philips
Original Assignee
Philips Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Nv filed Critical Philips Nv
Publication of CH247026A publication Critical patent/CH247026A/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/10Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH : Druckaufnehmer mit mindestens einem. vorgespannten piezo-elektrischen gristall, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksamen Eristalloberflächen so genau ge schliffen worden sind, da? sie keine für das blo?e Auge wahrnehmbaren Kratzer zeigen, und daB die zugehörigen Entnahmeelektroden je aus einem Belag bestehen, der zunächst lose auf die geschliffene Oberfläche gelegt worden ist und der durch die Vorspannungs- mit-tel gegen diese Oberfläche gedrückt wird. PATENT CLAIM: Pressure transducer with at least one. prestressed piezo-electric crystal, characterized in that the electrically effective Eristalloberflächen have been ground so precisely ge that? they do not show any scratches that can be perceived by the naked eye, and that the associated sampling electrodes each consist of a coating which is initially placed loosely on the ground surface and which is pressed against this surface by the pretensioning means. UNTERANSPRUCHE : 1. Druckaufnehmer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, da? die Vorspan- nung grosser als 50 kg/cm2 ist. SUBClaims: 1. Pressure transducer according to claim, characterized in that? the pre-tension is greater than 50 kg / cm2. 2. Druckaufnehmer nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag aus einem Metall besteht, dessen Härte geringer als die des Eristalles ist 3. DruckaufnehmernachUnteranspruch2, für Verbrennungsmotoren, dadurch gekenn- zeichnet, da? der Belag aus ; Gold besteht. 2. Pressure sensor according to dependent claim 1, characterized in that the covering consists of a metal whose hardness is lower than that of the Eristalles 3. Pressure transducers according to dependent claim 2, for internal combustion engines, characterized in that the topping off; Gold exists. 4. Druckaufnehmer nach Unteranspruch 2, für Verbrennungsmotoren, dadurch gekenn- zeichnet, dal der Belag aus Silber besteht. 4. Pressure sensor according to dependent claim 2, for internal combustion engines, characterized in that the coating consists of silver. 5. Druckaufnehmer nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da? der Belag aus einer Metallfolie besteht, die übereineDruck- verteilungsplatte auf die geschliffene Oberfläche gedr ckt wird. 5. Pressure transducer according to dependent claim 2, characterized in that? the covering consists of a metal foil that is pressed onto the sanded surface via a pressure distribution plate. 6. Druckaufnehmer nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie eine Stärke von 45-55 Mikron besitzt. 6. Pressure transducer according to dependent claim 5, characterized in that the metal foil has a thickness of 45-55 microns. 7. Druckaufnehmer nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da? der Anschlu?leiter f r die durch die Metallfolie gebildete Entnahmeelektrode mit der Druckverteilungs- platte verbunden ist. 7. Pressure transducer according to dependent claim 6, characterized in that? the connection conductor for the extraction electrode formed by the metal foil is connected to the pressure distribution plate.
CH247026D 1943-04-06 1944-04-04 Pressure transducer with at least one prestressed piezo-electric crystal. CH247026A (en)

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NL247026X 1943-04-06

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CH247026D CH247026A (en) 1943-04-06 1944-04-04 Pressure transducer with at least one prestressed piezo-electric crystal.

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