DE2933940A1

DE2933940A1 - Membrane capacitor pneumatic sensor for low alternating pressure - eliminates membrane mass microphone effect using two coupled sensors

Info

Publication number: DE2933940A1
Application number: DE19792933940
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ing.(grad.) 6240 Königstein Alfter; Kurt 6394 Grävenwiesbach Moldenhauer
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1979-08-22
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1981-03-26

Abstract

The pneumatic pressure transducer for measuring small alternating pressure or pressure differences in gas analysers such as infrared analysers working on infrared absorption and using a membrane capacitor eliminates the microphone action of the membrane mass without loss of sensitivity. It consists of two identical pneumatically connected membrane capacitors (1,2) connected electrically in parallel. The pressure dependent output signal of the parallel circuit is twice that of a single capacitor yet the membrane (18) motion resulting from external shocks produces no output signal. The centres of mass of the gas in the pressure sources and membrane capacitors partial vols. both lie in the connecting pipes (5,6). Differential membrane capacitors used to increase the measurement sensitivity. The output leads are connected to a conventional amplifier.

Description

Die Erf-indung bezieht sich auf ei-ne pneumatische Druck-The invention relates to a pneumatic pressure

meßeinrichtung zur Messung geringer Wechseldrücke bzw.measuring device for measuring low alternating pressures or

Wechseldruckdifferenzen in Gasanalysegeräten, wie Infrarotgasanalysatoren deren-MeXprinzip auf der Absorption von Infrarot-Strahlung durch die zu messende Gasgemischkomponente beruht oder Sauerstoffmeßgeräten, bei welchen die parataagnetische Suszeptibilität des Sauerstoffes für die Konzentrationsmessung ausgenutzt wird. Dabei werden durch Strahlungs- bzw. Magnetfeldmodulation in einer oder zwei Gaskammern Wechseldrücke erzeugt und mit diesen ein Membrankondensator beaufschlagt, dessen Signal ein Maß für die Konzentration der nachzuweisenden Gasgemischkomponente ist.Alternating pressure differences in gas analyzers such as infrared gas analyzers whose MeXprinzip on the absorption of infrared radiation by the to be measured Gas mixture component based or oxygen meters, in which the parataagnetic The susceptibility of the oxygen is used to measure the concentration. In doing so, radiation or magnetic field modulation in one or two gas chambers Generated alternating pressures and acted upon with these a membrane capacitor, whose Signal is a measure of the concentration of the gas mixture component to be detected.

Sind derartige Geräte Erschütterungen, Schwingungen oder Stößen ausgesetzt, so treten Fehlmessungen auf, da die Eondensatormembran zusätzliche Auslenkungen erfährt. Man bezeichnet diese Erscheinung als Mikrophonie. Zur Beseitigung der Mikrophonie wird z. B. in der US-PS 3 566 106 vorgeschlagen, zusätzliche Gasvolumina an den Membrankondensator in solcher Zuordnung anzuschließen, daß die Schwerpunkte des dem Wechseldruck ausgesetzten aktiven Gasvolumeas und der Zusatzvolumina zusammenfallen. Damit wird jedoch nur der durch die Trägheit der eingeschlossenen Gasmassen bewirkte Störeffekt beseitigt, nicht jedoch die durch die PIembranaasse selbst bei Stößen hervorgerufenen Auslenkungen der Membran. Die angeschlossenen Gasvolumina wirken sich außerdem ungünstig auf die fleßempfindlichkeit aus, insbesondere wenn bei Differenzdruckmessungen beide Seiten der Membran beaufschlagt werden.If such devices are exposed to shocks, vibrations or shocks, incorrect measurements occur because the capacitor membrane has additional deflections learns. This phenomenon is called microphony. To eliminate the microphony is z. B. proposed in US-PS 3,566,106, additional gas volumes to the Membrane capacitor to be connected in such an assignment that the focus of the the active gas volume exposed to the alternating pressure and the additional volumes coincide. However, this only results from the inertia of the enclosed gas masses Eliminates disturbance effect, but not that caused by the membrane aasse even in the event of impacts induced deflections the membrane. The connected gas volumes also have an unfavorable effect on the sensitivity to flesh, especially if Both sides of the membrane are acted upon when measuring differential pressure.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe eine pneumatische Druckmesseinrichtung für diese Anwendungsfälle zu schaffen, bei welcher auch der durch die Membranmasse bedingte Mikrophonieanteil weitgehend eliminiert ist und keine Verluste an Neßempflndlichkeit eintreten. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 formulierte Lehre gelöst. In Weiterbildung der Erfindung kann durcn Verwendung von Differentialkondensatoren die Meßempfindlichkeit noch gesteigert erden.The object of the invention is a pneumatic pressure measuring device to create for these applications, in which also the through the membrane mass The related microphone share is largely eliminated and there is no loss of sensitivity enter. This object is achieved by the teaching formulated in claim 1. In a further development of the invention, differential capacitors can be used ground the measurement sensitivity still increased.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung naher beschrieben und zwar zeigt in schematischer Darstellung Figur 1 eine Ausführungsform für einen Zweistrahl-Infrarotgasanalysator und Figur 2 eine Ausführungsform für einen magnetischen Sauerstoffmesser.The invention is described in more detail below with reference to the drawing namely, in a schematic representation, Figure 1 shows an embodiment for a Two-beam infrared gas analyzer and FIG. 2 an embodiment for a magnetic Oxygen meter.

In Figur 1 sind mit 1 und 2 die Gaskammern einer pneumatischen Druckmesseinrichtung eines zwei Strahlenwege aufweisenden Infrarotgasanalysatorsbezeichnet. In diese Gaskammern treten in Pfeilrichtung durch die Eintrittsfenster 3 und 4 abwechselnd Strahlenbündel ein, welche in einem Strahlenweg das zu analysierende Gasgemisch und im anderen Strahlenweg ein Vergleichsgas durchsetzt haben. Da die Kammern die im Gasgemisch nachzuweisende, Infrarotstrahlung absorbierende Gaskomponente enthalten, ergeben sich Druckschwankungen der eingeschlossenen Gasvolumina, wobei deren Differenz ein Maß für die nachzuweisende Gaskomponente ist. Die Druckschwankungen der Kammern werden über gekreuzte Verbindungsleitungen 5, 6 zwei gleichen Nembrankondensatoren zugeführt, die so angeordnet sind, daß deren Membranen 7, 8 bezüglich der feststehenden Elektroden 9, 10 jeweils entgegengesetzt ausgelenkt werden. Die Membranen und die Festelektroden sind jeweils parallel geschaltet und die Änderung der Gesamtkapazität ist ein Maß für die Konzentration der nachzuweisenden Gaskomponente. An die Klemmen 11, 12 der Schaltung ist die übliche Verstärkereinrichtung zur Abgabe eines Meßsignals angeschlossen (nicht dargestellt).In Figure 1, 1 and 2 are the gas chambers of a pneumatic pressure measuring device of a two-beam infrared gas analyzer. In these Gas chambers pass through the entry windows 3 and 4 alternately in the direction of the arrow A bundle of rays, which in a beam path that to be analyzed Gas mixture and a reference gas in the other beam path. Since the Chambers the infrared radiation absorbing gas component to be detected in the gas mixture contain, there are pressure fluctuations of the enclosed gas volumes, with the difference of which is a measure of the gas component to be detected. The pressure fluctuations the chambers are crossed connecting lines 5, 6 two identical Nembrane capacitors supplied, which are arranged so that their membranes 7, 8 with respect to the fixed Electrodes 9, 10 are each deflected in opposite directions. The membranes and the Fixed electrodes are connected in parallel and the change in total capacitance is a measure of the concentration of the gas component to be detected. To the terminals 11, 12 of the circuit is the usual amplifier device for outputting a measurement signal connected (not shown).

Die Gaskammern und die Membrankondensatoren sind so dimensioniert uud angeordnet, daß die beiden Schwerpunkte der jeweils miteinander verbundenen Gasmassen einer Kammer (1 bzw. 2 und des daran angeschlossenen Membrankondensator-Geilvolumens (13 bzw. 14) auf der angedeuteten Symmetrielinie zusammenfallen. Dadurch können diese Gasmassen bei Stoßeinwirkung keine Mikrophonie hervorrufen. Durch die gegenseitige Anordnung der beiden identischen Membrankondensatoren und die Parallelschaltung der Elektroden, führen auch die aufgrund der Membranmasse bei Erschütterungen hervorgerufenen Bewegungen der Membranen nicht zu einem Störsignal.The gas chambers and the membrane capacitors are dimensioned in this way uud arranged that the two focal points of each connected Gas masses of a chamber (1 or 2 and the connected membrane capacitor Geilvolumens (13 or 14) coincide on the indicated line of symmetry. This allows these gas masses do not cause any microphonics in the event of impact. By mutual Arrangement of the two identical membrane capacitors and the parallel connection of the electrodes, also lead to the due the membrane mass in the event of vibrations caused movements of the membranes do not result in an interfering signal.

Es treten entgegengesetzte Kapazitätsänderungen auf, so daß sich die Gesamtkapazität nich ändert. Ein Empfindlichkeitsverlust durch die nicht an die Kammer angeschlossenen Teilvolumina 15, 16 der Membrankondensatoren wird dadurch vermieden, daß diese durch eine Leitung 17 miteinander verbunden sind.Opposite changes in capacitance occur, so that the Total capacity does not change. A loss of sensitivity due to not being able to Chamber connected partial volumes 15, 16 of the membrane capacitors is thereby avoided that these are connected to one another by a line 17.

In der pneumatischen Druckmeßanordnung nach Figur 2, die für eine magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung geeignet ist, sind zwei identische Membrankondensatoren 18, 19 in entsprechender Anordnung und Parallelschaltung vorgesehen. Die Membrankondensatoren sind an die bei derartigen Geräten vorhandene Meßkammer 20 angeschlossen, der durch die Anschlußleitungen 21 und 22 das sauerstoffhaltige Gasgemisch zugeführt wird. Durch magnetische Feldmodulation (nicht dargestellt) entsteht zwischen den Ausgängen 23 und 24 der Meßkammer eine Wechseldruckdifferenz deren Größe durch die Membrsnkondensatoren gemessen wird, wobei das an den Klemmen 25, 26 abnehmbare elektrische Meßsignal praktisch mikrophoniefrei ist.In the pneumatic pressure measuring arrangement according to Figure 2, which for a magnetic oxygen measuring device is suitable, two identical membrane capacitors are 18, 19 provided in a corresponding arrangement and parallel connection. The membrane capacitors are connected to the measuring chamber 20 present in such devices, which through the connecting lines 21 and 22, the oxygen-containing gas mixture is supplied. Magnetic field modulation (not shown) is created between the outputs 23 and 24 of the measuring chamber an alternating pressure difference, the size of which is caused by the membrane capacitors is measured, wherein the removable at the terminals 25, 26 electrical measurement signal is practically free of microphones.

Werden die Kondensatoren als Differentialkondensatoren ausgebildet, so läßt sich eine zusätzliche Steigerung der Meßempfindlichkeit erzielen.If the capacitors are designed as differential capacitors, an additional increase in measurement sensitivity can be achieved in this way.

Claims

Pneumatic pressure measuring device Patent claims: S Pneumatic Pressure measuring device for measuring low alternating pressures or alternating pressure differences in gas analyzers, characterized in that they consist of two identical, pneumatic consists of interconnected membrane capacitors that are electrically so parallel switched and pneumatically designed and acted upon that the output signal proportional to the pressure of the parallel connection is twice as large like the signal of a capacitor, on the other hand the movement of the membrane as a result external impact on the measuring device does not produce an output signal and that the two centers of gravity of the gas masses of the pressure source and that with this each connected membrane capacitor sub-volumes including the respective Connection lines coincide.

2. Pneumatic pressure measuring device according to claim 1, characterized in that that the membrane capacitors are differential capacitors.