DE69611726T2

DE69611726T2 - Magnetischer positionswandler mit geschlitzter abschirmung

Info

Publication number: DE69611726T2
Application number: DE69611726T
Authority: DE
Inventors: K. Briefer; A. Pinto
Original assignee: Setra Systems Inc
Current assignee: Setra Systems Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: DE69611726D1; ATE199044T1; CN1100250C; EP0830577A4; JPH11506832A; EP0830577B1; US5705751A; US5798462A; WO1996041141A1; EP0830577A1; CN1192272A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zum Messen des Abstandes von einer elektrisch leitfähigen Lage, wie der Druckdifferenz (Ansprüche 19-31) zwischen zwei Bereichen, der Kraft, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und dergleichen. Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft insbesondere Wandler, bei denen Fühleingänge direkt mit elektrisch leitfähigen und/oder korrodierenden Fluiden verbunden werden können.
Unter anderem ist bekannt, dass Wandler für Differenzialdruck zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden durch eine Leitung nützlich sind. Eine Art, in der eine solche Messung vorgenommen werden kann, ist das Anordnen einer die Strömung einschränkenden Platte mit Öffnung im Strömungsweg und Ziehen eines Rohres mit relativ kleinem Querschnitt von der Seitenwand der Leitung von jeder Seite der Platte mit Öffnung zu einem herkömmlichen Wandler für Differenzialdruck. Typischerweise erstrecken sich solche Rohre entlang einer Rohrachse, d. h. senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids. Alternativ kann sich ein erstes Rohr von der Seitenwand aus in der gleichen Weise erstrecken und kann sich ein stromabwärtiges zweites Rohr, als Pitotrohr bekannt, von der Seitenwand aus erstrecken und einer seiner Endabschnitte in der Leitung parallel zur Richtung der Fluidströmung stromaufwärts zeigend angebracht sein. Das letztere liefert eine Angabe über den statischen Druck in der Leitung. Für beide diese Formen ist auf Grund des Bernoulli-Effekts der Druck in einem der Rohre höher als der Druck im anderen Rohr. Durch messen der Druckdifferenz zwischen den beiden Rohren, wie durch den Wandler für Differenzialdruck angegeben, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch die Leitung berechnet werden.
Ein Nachteil einer solchen Herangehensweise an das Erfassen der Strömungsgeschwindigkeit ist, dass in vielen Situationen mit hohem statischem Druck der zu messende Differenzialdruck ziemlich gering ist und somit ein Differenzialdruckwandler mit hoher Empfindlichkeit verwendet werden muss. Auch sind Wandler aus dem Stand der Technik, die diese Anforderung erfüllen, sehr teuer.
Es gibt viele Arten von kapazitiven Druckwandlern aus dem Stand der Technik, die einen Druck als eine Funktion der Kapazität zwischen einer elektrisch leitfähigen, am Umfang gehaltenen Membran und einer Metallplatte in der Nähe misst. Diese Wandler sind typischerweise so konfiguriert, dass ein Druckabfall über die Membran bewirkt, dass ein Abschnitt der Membran gegenüber der Platte versetzt wird, wodurch der Abstand zwischen diesem Abschnitt der Membran und der Platte verändert wird. Die Kapazität dieses Aufbaus Membran/Platte ändert sich umgekehrt zum Abstand zwischen der Membran und der Platte und der Druck steht direkt mit der Kapazität in Zusammenhang und kann daraus berechnet werden. Ein solcher Wandler ist in US-Patent Nr. 5,150,275 offenbart, das auf den Rechtsnachfolger für die vorliegende Erfindung übertragen wurde.
Solche Wandler sind im Allgemeinen nicht zur Verwendung als "Nass/Nass"-Wandler geeignet, d. h. wo sich das zu messende Fluid in direktem Kontakt mit den jeweiligen Seiten der Membran befindet, insbesondere wo die zu messenden Fluide elektrisch leitfähig und/oder korrodierend sind. Hinsichtlich leitfähiger Fluide würde der Durchgang des Fluids zwischen der Membran und der Platte den wirksamen Kondensator kurzschließen, wodurch eine Messung unmöglich wird. Hinsichtlich zu messender nicht leitfähiger aber korrodierender Flüssigkeiten ist es eine allgemeine Technikregel, dass man sich für keinerlei Prozessinstrument auf Beschichtungen von benetzten Pfannen zum Schutz vor Korrosionsmitteln verlassen sollte, da die Beschichtungen versagen können, was zu möglicherweise gefährlichen Zuständen führt, insbesondere wenn sie Druck ausgesetzt werden. Siehe Liptak, B. G. und Venczel, K., Instrument Engineer's Handbook, Chilton Book Company, 1982, Radnor, Pennsylvania, S. 203.
Darüber hinaus ist die Verwendung von Wandlern vom kapazitiven Typ mit Membran sogar für nicht leitfähige und nicht korrodierende Fluide begrenzt, da eine Kalibrierung solcher Einrichtung von der absoluten Dielektrizitätskonstante des besonderen Fluids abhängt, das der Membran des Wandlern benachbart ist. Folglich sind viele Formen von Wandlern vom kapazitiven Typ mit Membran für viele Nass/Nass-Anwendungen nicht geeignet, bei denen die zu messenden Fluide mit der Membran in direktem Kontakt stehen.
Eine Form eines Nass/Nass-Wandlers mit Membran aus dem Stand der Technik ist ein Wandler vom kapazitiven Typ, der insgesamt drei Membranen verwendet, wobei zwei der Membranen außen liegen und auf einer Seite für einen Kontakt mit dem Fluid ausgelegt sind und die dritte Membran innen liegt. Die Einrichtung weist zwei Eingänge auf und jeder Eingang koppelt sich an eine der äußeren Membranen. Die innere Membran ist elektrisch leitfähig und zwischen den beiden äußeren Membranen angeordnet. Die innere Membran ist durch ein dielektrisches Fluid (wie Siliconöl) in einer geschlossenen Kammer an jede der äußeren Membranen gekoppelt. Drücke auf den äußeren Membranen werden über das Siliconöl auf die innere Membran übertragen und die Druckdifferenz zwischen den Eingängen wird durch Messen der Kapazität zwischen der inneren Membran und einer Fühlplatte gemessen. Da die innere Membran nicht direkt an die Eingänge gekoppelt ist, wird die kapazitive Messung nicht von der Art des Fluids an den Eingängen beeinflusst. Obwohl diese Einrichtung als "Nass/Nass"-Wandler arbeitet, erfordert sich drei Membranen und zwei abgedichtete innere Fluidkanäle und ist entsprechend sperrig und teuer. Darüber hinaus reicht auf Grund der Verluste der Fluidkopplung die Genauigkeit solcher Einrichtung für viele Anwendungen nicht aus.
Auf ähnliche Schwierigkeiten stößt man bei der Verwendung von Wandlern aus dem Stand der Technik zum Messen anderer physikalischer Parameter, wie der relativen Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft, in solch einer harten Umgebung.
Auch sind Wandler zum Messen solcher Parameter sogar in günstigen Umgebungen teuer.
Es sind verschiedene induktive Sensoren bekannt, die die Nähe eines leitfähigen Gegenstands als Funktion der Induktanz einer Spule messen, die sich im Sensor befindet. Solche Sensoren stützen sich auf die wohlbekannte Beziehung zwischen der Induktanz eines elektrischen Leiters und der Nähe des Leiters zu einem leitfähigen Gegenstand, siehe Khazan, A. D., Transducers and Their Elements: Design and Application, Prentice Hall, New Jersey (1994) (S. 136 und Tabelle 3.4). US-Patent Nr. 5,302,894 lehrt einen solchen Sensor, der für das Vorhandensein eines dielektrischen Materials zwischen dem Sensor und dem leitfähigen Gegenstand etwas unempfindlich ist. Dieser Sensor arbeitet, indem er eine dünne, leitfähige, geerdete Abschirmung verwendet, die zwischen der Spule und dem leitfähigen Gegenstand angeordnet ist. Die Abschirmung muss dick genug sein, um ein von der Spule erzeugtes elektrisches Feld zu blockieren, und dünn genug, so dass in der Abschirmung keine ausreichenden Wirbelströme zur Aufhebung eines von der Spule erzeugen Magnetfelds erzeugt werden können. Dieser Sensor ist in der Praxis schwer zu verwenden, weil es schwierig ist eine geeignete Dicke für die Abschirmung auszuwählen. Wenn die Abschirmung dick genug ist das elektrische Feld wirksam zu blockieren, dann ist sich auch dick genug um teilweise das Magnetfeld zu stören und verringert dadurch die Empfindlichkeit des Sensors. Wenn dagegen die Abschirmung dünn genug ist eine Störung des Magnetfelds zu vermeiden, dann ist sich auch zu dünn, um das elektrische Feld wirksam zu blockieren, und der Sensor verliert seine Unempfindlichkeit für das Vorhandensein eines dielektrischen Materials zwischen der Spule und dem leitfähigen Gegenstand.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Wandler mit geringen Kosten bereitzustellen, der für die Anwendung in harten Umgebungen geeignet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe einen verbesserten magnetischen Wandler bereitzustellen, der zum Messen physikalischer Parameter, wie Kraft, Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung und dergleichen, verwendet wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Betrachtung der beigefügten Zeichnungen und deren Beschreibung deutlich.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt einen für Medien unempfindlichen, magnetischen Positionssensor von Anspruch 1 zum Messen eines Differenzialdrucks einer Kraft, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und dergleichen sogar bei Vorhandensein von schwach leitfähigen oder korrodierenden Fluiden.
Ein induktiver Sensor ist typischerweise unter Verwendung eines Spule in der Nähe einer elektrisch leitfähigen Lage aufgebaut. In einer Form, die zur Verwendung beim Messen in einer elektrisch leitfähigen Fluidumgebung geeignet ist, ist zwischen dem induktiven Sensor und der leitfähigen Lage eine Abschirmung für das elektrische Feld angeordnet und wird sie auf einem elektrischen Bezugspotenzial gehalten. Eine Relativbewegung zwischen dem induktiven Sensor wird indirekt ermittelt, indem die Induktanz des Sensors verwendet wird, die sich als Funktion der Trennung der leitfähigen Lage und des induktiven Sensors ändert. Mit dieser Gestaltung können viele physikalische Parameter ermittelt werden.
In einer Form beinhaltet der Druckwandler ein steifes Gehäuse, das einen Innenbereich einschließt. Eine elektrisch leitfähige Membran wird am Umfang quer durch diesen Bereich im Wesentlichen in einer nominellen Ebene gehalten, um eine erste Kammer auf einer Seite der Membran und eine zweite Kammer auf der anderen Seite der Membran zu definieren. Ein Mittelabschnitt der Membran ist in Antwort auf über die Membran angewendete Differenzialdrücke entlang einer Achse quer zur nominellen Ebene beweglich. Eine oder beide der Kammern stehen mit Punkten außerhalb des Wandlers in strömungstechnischer Verbindung.
Ein magnetischer Aufbau ist an der Begrenzungsfläche wenigstens einer der Kammern gegenüber dem Mittelabschnitt der Membran angeordnet. Der magnetische Aufbau beinhaltet ein im Wesentlichen ebenes dielektrisches Element, dessen erste Seite zu einer Kammer zeigt und der Membran gegenüberliegt. Ein erster elektrischer Leiter ist auf der anderen Seite des dielektrischen Elements angeordnet. Vorzugsweise hat der Leiter die Form einer ebenen Spirale, im Wesentlichen parallel zur nominellen Ebene der Membran, so dass ein effektiver Induktor aufgebaut wird.
In einer Form der Erfindung ist ein Kondensator über den Induktor angeschlossen, um einen Schwingkreis zu bilden. Der Schwingkreis zusammen mit einer zugehörigen Treiberschaltung baut einen Oszillator auf, dessen Frequenz mit der relativen Position des Mittelabschnitts der Membran in Verbindung steht. Alternativ könnte eine Induktanzbrücke oder eine andere die Induktanz erfassende Schaltung verwendet werden.
In einer Form der Erfindung beinhaltet der magnetische Aufbau zusätzlich zu dem ersten elektrischen Leiter und unterstützenden dielektrischen Element auch eine Abschirmung für das elektrische Feld, die zwischen dem ersten elektrischen Leiter (Spule) und der elektrisch leitfähigen Lage (d. h. der Membran) angeordnet ist. Die Abschirmung für das elektrische Feld beinhaltet einen zweiten elektrischen Leiter, der vorzugsweise eine kreisförmige Geometrie hat und sich im Wesentlichen in Ausrichtung mit dem ersten elektrischen Leiter befindet und in einer zur nominellen Ebene im Wesentlichen parallelen Ebene angeordnet ist. Vorzugsweise weist der zweite elektrische Leiter sich in Umfangsrichtung erstreckende Lamellen auf. Alternativ könnte ein Film aus Material mit relativ geringer Leitfähigkeit, wie Nickel, verwendet werden, um den ersten elektrischen Leiter abzuschirmen.
Die Feldabschirmung ist elektrisch an ein Bezugspotenzial gekoppelt. Die letztere Gestaltung ist besonders nützlich, wo sich in den Kammern zwischen der Membran und dem magnetischen Aufbau gering elektrische leitfähige Fluide befinden und die Feldabschirmung auf demselben elektrischen Potenzial gehalten wird wie das Fluid in der angrenzenden Kammer.
Der Wandler ist besonders nützlich, wenn eine der Kammern mit einem ersten Punkt des Innenbereichs einer Fluidleitung, die sich entlang einer Hauptachse erstreckt, in fluidtechnischer Verbindung steht und die zweite Kammer mit einem zweiten Punkt des Innenbereichs der Fluidleitung in fluidtechnischer Verbindung steht, wobei der zweite Punkt in einer ersten Richtung entlang der Hauptachse stromabwärts des ersten Punktes liegt. In dieser Gestaltung kann der Wandler verwendet werden, um die Strömungsgeschwindigkeit des durch die Leitung gehenden Fluids zu messen. Das Fluid kann beispielsweise gering elektrisch leitfähig oder korrodierend sein.
In einer weiteren Form der Erfindung kann ein magnetischer Aufbau des oben beschriebenen Typs mit irgendeinem Gegenstand verwendet werden, der eine elektrisch leitfähige Lage aufweist, um eine Messung der physikalischen Parameter bereitzustellen, die mit der relativen Position des Gegenstands in Bezug auf den magnetischen Aufbau in Zusammenhang steht. Beispielsweise kann der magnetische Aufbau dazu verwendet werden die relative Nähe, Geschwindigkeit oder Beschleunigung eines Gegenstandes zu erfassen. Auch kann der magnetische Aufbau in einer Form verwirklicht sein, die in US-Patent Nr. 4,448,085 beschrieben ist, um einen Kraftwandler oder eine Messdose aufzubauen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Aufgaben der Erfindung sollte auf die folgende ausführliche Beschreibung und beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in welchen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen und in welchen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, teilweise schematisch, des Wandlers von Fig. 1 mit gleichen Drücken an den Eingangsöffnungen ist;
Fig. 3 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, teilweise schematisch, des Wandlers von Fig. 1 mit verschiedenen Drücken an den Eingangsöffnungen ist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Messsystems für die Strömungsgeschwindigkeit der Erfindung ist;
Fig. 5 eine Draufsicht eines beispielhaften spiralförmigen Leiters zur Verwendung in der Ausführungsform von Fig. 1-3 ist;
Fig. 6A-6D eine Draufsicht beispielhafter Feldabschirmungen zur Verwendung in der Ausführungsform von Fig. 1-3 zeigen; und
Fig. 7 und 8 Ansichten, teilweise im Schnitt, teilweise schematisch, von alternativen Formen der Erfindung sind;
Fig. 9 einen Kraftsensor gemäß der Erfindung im Schnitt zeigt; und
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Sensors für die Nähe, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Erfindung ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Druckwandlers 10 gemäß der Erfindung. Fig. 2 und 3 zeigen eine Ansicht, teilweise im Schnitt, teilweise schematisch, des Wandlers 10 zusammen mit einem Steuerungsnetz 52 für den Oszillator, einem Wandlernetz 58 und einem Netz 59 zum Formen der Transferfunktion.
Fig. 2 zeigt den Wandler 10, der einen steifen, vorzugsweise elektrisch leitfähigen Körper 11 umfasst, der Innenwände 11A und 11B aufweist, die zwei Innenkammern 12 und 14 definieren, die durch eine am Umfang gehaltene, flexible, elektrisch leitfähige Membran 16 (z. B. rostfreier Stahl) getrennt sind. In der bevorzugten Ausführungsform sind die die Kammern 12 und 14 definierenden Wände 11A und 11B gewölbt oder konkav, obwohl andere Geometrien verwendet werden können.
Der Wandler 10 weist eine Eingangsöffnung 18 für Kammer 12 und eine Eingangsöffnung 20 für Kammer 14 auf. Jede dieser Öffnungen kann an einen zugehörigen Bereich gekoppelt sein, für welchen der Differenzialdruck gemessen werden soll.
Der Wandler 10 umfasst auch einen magnetischen Aufbau 22 mit einem kreischeibenförmigen, elektrisch nichtleitenden Basiselement 24, das in einer entsprechenden kreisförmigen Öffnung in der Wand 11A angeordnet ist. Die Oberfläche 24a des Basiselements 24, die zum Bereich 12 zeigt, bildet einen Teil der den Bereich 12 begrenzenden Wand 11A. Der Aufbau 22 umfasst ferner einen ebenen, spiralförmigen elektrischen Leiter 30, der auf einer Seite einer elektrisch isolierenden Lage 32 angeordnet ist, die wiederum über einer Abschirmung 34 für das elektrische Feld liegt, die an der anderen Seite der Lage 32 oder an der Oberfläche 24b des Basiselements 24 befestigt ist. Die beiden Enden 30a und 30b des Leiters 30 sind mit den Anschlüssen 40 bzw. 42 verbunden. Ein Keramikmaterial 17 (z. B. Aluminiumoxid, das eine absolute Dielektrizitätskonstante um 10 aufweist), hält den magnetischen Aufbau im Sensorkörper 11 an seinem Platz. Das Keramikmaterial 17 stellt auch einen Bereich bereit, der den Magnetfluss von den vom Strom durch den Leiter 30 aufgebauten Magnetfeldern unterstützt. Die Abschirmung 34 verringert im Wesentlichen die zum spiralförmigen Leiter 30 gehörigen elektrischen Felder oder verhindert, dass sie durch den Bereich 12 gehen, wodurch die Leckkapzität zwischen dem spiralförmigen Leiter 30 und der Membran 15 verringert wird, gibt jedoch das Magnetfeld an Bereich 12 weiter. Ein Kondensator 28 ist über die Anschlüsse 40 und 42 angeschlossen.
Die Elemente 16 und 30 bilden einen induktiven Sensor mit der Induktanz L. Die Induktanz L bildet zusammen mit dem Kondensator 28 einen Schwingkreis 50. Der Schwingkreis 50 ist über Anschlüsse 40 und 42 an ein externes Steuerungsnetz 52 für den Oszillator angeschlossen, wobei er einen Oszillator 56, vorzugsweise einen Hochfrequenzoszillator, bildet, der im Bereich von 15 MHz arbeitet. In einer Ausführungsform des Schwingkreises 50 sind der Kondensator 40 und das Steuerungsnetz 52 für den Oszillator unter Verwendung der Oberflächenhalterungskomponenten implementiert, die an der isolierenden Lage 32 am nächsten beim Leiter 30 angebracht sind. Diese Anordnung verringert parasitäre Kapazitäten und Induktanzen in den Zuführungsleitungen dieser Komponenten.
Fig. 2 zeigt den Zustand, in dem der Druck in Kammer 12 gleich dem Druck in Kammer 14 ist. In diesem Zustand ist die Membran 26 im Wesentlichen eben. Fig. 3 zeigt eine Ansicht, teilweise im Schnitt, teilweise schematisch, des Wandlers 10, bei dem der Druck (P1) in der Kammer 12 höher als der Druck (P2) in der Kammer 14 ist, wodurch bewirkt wird, dass sich die Membran 16 von magnetischen Aufbau 22 weg biegt. Wenn der Druck in Kammer 12 geringer als der Druck in Kammer 14 ist, biegt sich die Membran in die entgegengesetzte Richtung. Wo wie in der vorliegenden Ausführungsform die Wände 11A und 11B gewölbt sind, stellen diese Wände Überdruckbegrenzungen für die Auslenkung der Membran 16 dar.
In der dargestellten Konfiguration hat der Schwingkreis 50 eine Resonanzfrequenz (f), die teilweise durch die Werte des Induktors L und des Kondensators 29 bestimmt sind. Die Resonanzfrequenz hängt auch teilweise von der wechselseitigen Induktanz zwischen der Membran 16 und dem Leiter 30 ab und diese wechselseitige Induktanz hängt teilweise vom Abstand zwischen der Membran 16 und dem Leiter 30 ab. Wo die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 50 hoch genug ist, wie 15 MHz, und die Membran 16 dick genug ist, beispielsweise T = 0,002-0,005 inch (0,05-0,12 mm), induziert das Magnetfeld vom Strom des spiralförmigen Leiters 30 Skineffekt-Wirbelströme auf der nahen Oberfläche der Membran 16 mit der Folge, dass die Membran als Abschirmung für das Magnetfeld wirkt und somit Volumenbegrenzungen für das Magnetfeld, d. h. zwischen dem Leiter 30 und der Membran, aufbaut. Wenn sich die Membran 16 zum magnetischen Aufbau 22 (und insbesondere dem spiralförmigen Leiter 30) hin und von ihm weg biegt, ändert sich das Volumen, indem das Magnetfeld besteht, was zu einer sich ändernden magnetischen Energiedichte führt. Wenn sich die Membran 16 zum magnetischen Aufbau 22 hin biegt, wird die effektive Induktanz L verringert, was die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 50 erhöht. Wenn sich die Membran 16 wegbiegt, erhöht sich L, wobei die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 50 verringert wird.
Da das Druckdifferenzial in den Kammern 12 und 14 die Position der Membran 16 beeinflusst und da die Position der Membran 16 die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 50 beeinflusst, kann der Differenzialdruck in den Kammern 12 und 14 durch Messen der Schwingungsfrequenz des vom Steuerungsnetz 52 für den Oszillator und vom Schwingkreis 50 gebildeten Oszillators 56 bestimmt werden.
Fig. 2 und 3 beinhalten auch ein Wandlernetz 58 und ein zugehöriges Netz 59 zum Formen der Transferfunktion. Das Wandlernetz 58 wandelt die Schwingungsfrequenz des Oszillators 56 in eine andere Form um. Das Netz 58 kann beispielsweise ein Frequenz/Spannungs-Wandler, ein Frequenz/Strom-Wandler oder ein Frequenz/Digital-Codierer sein. Das Netz 59 ist ein Formungsnetz für den Wandler 10. Zum Beispiel kann das Netz 59 an seinem Ausgang 59a ein Signal aufbauen, das mit dem Druckdifferenzial über die Membran 16 in Zusammenhang steht oder das mit der Quadratwurzel des Druckdifferenzials über die Membran 16 in Zusammenhang steht; alternativ können nach Wunsch andere Beziehungen aufgebaut werden. Zum Beispiel kann es eine Formung für Temperatureffekte oder für die Korrektur von Nichtlinearitäten des Wandlers beinhalten. Das Netz 59 kann als Schaltung mit einer charakteristischen Transferfunktion implementiert sein oder kann alternativ unter Verwendung eines Prozessors, Mikroprozessors oder anderen Form eines Digitalrechners implementiert sein.
Fig. 4 zeigt den Wandler 10 in einem System zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids durch eine Leitung 60 konfiguriert, in welcher das Fluid in einer Richtung strömt, die durch Pfeil 61 angegeben ist. Die Öffnung 20 ist mit einem Pitotrohr 62 verbunden, das eine Angabe über den statischen Fluiddruck in der Leitung 60 bereitstellt. Die Öffnung 19 ist mit einem Rohr 64 mit einem offenen Ende 66 verbunden, das in der Leitung 60 senkrecht zur Strömungsrichtung 61 angebracht ist. Aufgrund des Bernoulli-Effekts und des Staudrucks ist der Druck in der Kammer 12 geringer als der Druck in der Kammer 14 und die Druckdifferenz hängt von der Geschwindigkeit der Fluidströmung ab. Daher kann die Strömungsgeschwindigkeit durch Messen der Resonanzfrequenz des Oszillators 36 gemessen werden.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht eines beispielhaften spiralförmigen Leiters 30 und Fig. 6A-6D zeigen vier verschiedene Abschirmungen 34. Die Elemente 34 und 30 sind vorzugsweise auf entgegengesetzten Seiten der isolierenden Lage 32 angeordnet und die Abschirmung 34 umfasst einen Mittelabschnitt 34a, der vorzugsweise vorzugsweise im Wesentlichen mit dem Leiter 30 ausgerichtet ist, so dass der Abschnitt 34a über dem Leiter 30 liegt. Die Abschirmung 34 umfasst ferner einen äußeren Abschnitt 34b, der mit dem Mittelabschnitt 34a durch eine oder mehrere Zufuhrleitungen 34c elektrisch verbunden ist. Das elektrische Potenzial der Abschirmung 34 kann einfach durch Anschließen des äußeren Abschnitts 34b an ein gewünschtes Potenzial (z. B. Erde) gesteuert werden.
Der Mittelabschnitt 34a beinhaltet wenigstens einen Bereich 34d der Nichtleitung oder wenigstens mit hohem Widerstand, so dass die Abschirmung 34 keinen vollständigen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Weg für den Strom unterstützt, wie in Fig. 6D durch Pfeil 34e gezeigt. Jeder Strom, der dem allgemein durch Pfeil 34e angegebenen Weg folgt, umläuft die Abschirmung 34 nicht vollständig, weil ein solcher Weg durch einen oder mehrere nichtleitende Abschnitt 34d unterbrochen ist. Wenn die Abschirmung vollständige sich in Umfangsrichtung erstreckende Wege für den Strom unterstützen würde, würde die Abschirmung das vom Leiter 30 erzeugte Magnetfeld schädlich stören (da, wie durch das Lenzsche Gesetz beschrieben, das vom Leiter 30 erzeugte Magnetfeld dazu führen würde, dass in der Abschirmung 34 Wirbelströme erzeugt würden, die wiederum ein Magnetfeld erzeugen würden, das dazu beitragen würde, das vom Leiter 30 erzeugte Feld aufzuheben) und würde dadurch die Empfindlichkeit des Wandlers verringern. Die Abschirmung kann auch aus Widerstandsmaterial, wie Nichrom, bestehen, um Wirbelströme zu minimieren.
Wie in Fig. 6A-C gezeigt, können die Mittelabschnitte 34a elektrisch verbundene, sich radial erstreckende, im Allgemeinen tortenstückförmige Segmente umfassen. Jedes Segment kann eine Vielzahl sich in Umfangsrichtung erstreckender, gekrümmter Lamellen beinhalten, wodurch eine elektrisch leitfähige (d. h. Abschirmung für das elektrische Feld) Anordnung bereitgestellt wird, die keine vollständigen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wirbelströme unterstützt. In alternativen Formen der Erfindung können verschiedene Anzahlen von Segmenten, entweder mit massiven oder Lamellen-Konfigurationen, verwendet werden. Vorzugsweise wird die Abschirmung 34 für elektrisch leitfähige Fluide auf dem gleichen Potenzial wie das Fluid in den Kammern 12 und 14 oder andernfalls auf Erdpotenzial gehalten.
In einer bevorzugten Form der Erfindung besteht der 4-lagige magnetische Aufbau 22 aus einer scheibenförmigen mehrlagigen gedruckten Leiterplatte mit einem Durchmesser von 0,8 inch (20 mm). In dieser Konfiguration sind die isolierenden Lagen 24 und 32 Glasfaser-Epoxy-Platten mit 0,005 inch (0,12 mm) und ist das Element 30 ein Leiter, wie Kupfer, mit einer Dicke von 0,0015 inch. Das Abschirmungselement 34 ist auch ein Leiter, wie Kupfer, und kann eine Dicke in der Größenordnung der Eindringtiefe bei Betriebsfrequenz oder größer haben. Bei 10 MHz beträgt die Eindringtiefe von Kupfer ungefähr 0,00075 inch (0,02 mm), so kann für diese Betriebsfrequenz die Abschirmung 34 eine Dicke in dem ungefähren Bereich von 0,00075-0,0015 inch (0,02-0,04 mm) haben, alternativ kann die Abschirmung 34 dünner als die Eindringtiefe sein. Bei den Lamellenkonfigurationen hat jede einzelne Lamelle vorzugsweise eine Breite, die in der Größenordnung der Eindringtiefe liegt. Für die isolierenden Lagen können andere Materialien verwendet werden, wie Polyimid, Keramik, PTFE oder ein Aluminiumoxid-Glas-Verbundwerkstoff. Die Membran 16 ist ein Blech aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,005 inch (20 mm) und der Sensorkörper 11 besteht aus rostfreiem Stahl mit dem nominellen (bei gleichem Druck P1 = P2) Abstand zwischen der Membran 16 und der isolierenden Lage 24 von ungefähr 0,020 inch (0,5 mm). Für die Membran können andere elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Stahl, Aluminium, Platin.
Die besondere Abschirmung 34 ist eine Sache der freien Wahl; die Abschirmungen von Fig. 6A und 6B sind besonders effektiv mit dem spiralförmigen Leiter von Fig. 5.
Der Wandler 10 arbeitet gut als Nass/Nass-Wandler, insbesondere für Fluide, die elektrisch isolierend oder gering elektrisch leitfähig sind (z. B. Elektrolyte wie Salzwasser und bestimmte Öle) oder die korrodierend sind (z. B. Schwefelsäure) oder die beides sind.
Die Erfindung wurde oben in Verbindung mit einem spiralförmig gewickelten Induktor beschrieben. Fachleute auf dem Gebiet werden einsehen, dass andere Induktorformen fähig sind ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine ähnliche Leistung bereitstellt. Als Beispiel könnte der Induktor unter Verwendung ringförmiger Spulen, allgemein "S"-förmiger Leiter, allgemein "C"-förmiger Leiter oder dreidimensionaler spiralförmiger Leiter gebildet werden. Für jede gegebene Form eines Leiters 30 ist die Abschirmung 34 vorzugsweise so ausgebildet, dass sie einen Abschnitt aufweist, der im Wesentlichen mit dem Leiter 30 ausgerichtet ist. Ferner zeigten die dargestellten Ausführungsformen den Leiter 30 in einer Ebene liegend, die im Wesentlichen zur Ebene der Membran im Zustand mit gleichem Druck (d. h. P1 = P2) parallel ist. Fachleute auf dem Gebiet werden einsehen, dass die Erfindung auch gut arbeitet, wenn der Leiter 30 in Bezug auf die Membran anders orientiert ist.
Zum Messen des Drucks dielektrisch stabiler, nichtleitender Fluide kann die Erfindung ohne die Abschirmung 34 (und die isolierende Lager 32, wenn gewünscht) verwendet werden. In dieser Situation ist es nicht von Bedeutung, wenn das elektrische Feld durch den Bereich 12 geht. Eine beispielhafte Konfiguration ohne eine Abschirmung für das elektrische Feld ist in Fig. 7 gezeigt.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der in Fig. 1-3, in der aber der Transducer 10' (zusätzlich zum zur Kammer 12 gehörigen magnetischen Aufbau 22) einen ähnlichen magnetischen Aufbau 22' beinhaltet, der zur Kammer 14 gehört. Diese Konfigüration kann leicht in einem "Gegentakt"-Modus verwendet werden, in dem die effektiven Induktanzen L (Aufbau 22) und L' (Aufbau 22') komplementär sind. Alternativ kann eine Induktanzbrücke oder eine andere Schaltung verwendet werden, um die differenzielle Induktanz zwischen L und L' zu erfassen.
Während die dargestellten Ausführungsformen Wandler für den Differenzialdruck mit Öffnungen zum Anschließen von Kammern auf beiden Seiten einer Membran an einen getrennten Bereich zeigen, kann die Erfindung auch verwendet werden, um eine absoluten Druck (bezüglich eines Bezugsdrucks) zu messen, beispielsweise indem einfach eine der Öffnungen evakuiert wird, wodurch eine geschlossene Bezugsdruckkammer erzeugt wird.
Der Wandler der Erfindung kann auch in allgemeineren Ausführungsformen verwendet werden, beispielsweise um eine Relativbewegung zwischen dem induktiven Sensor und einer elektrisch leitfähigen Lage mit der Dicke T zu erfassen. Zum Beispiel zeigt Fig. 9 einen beispielhaften Kraftsensor 80 mit der allgemeinen Form, die in US-Patent Nr. 4,448,085 gezeigt ist, der aber den induktiven Sensor der Erfindung beinhaltet. Insbesondere beinhaltet der Sensor 80 zwei lange steife Arme 82 und 84. Der Arm 82 beinhaltet ein freies Ende 82A und ein eingespanntes Ende 82B und der Arm 84 beinhaltet ein freies Ende 84A und ein eingespanntes Ende 84B. Die eingespannten Enden 82B und 84B sind durch einen flexiblen Halter 86 verbunden, der die gegenüberliegenden Flächen der freien Enden 82a und 84A so ausrichtet, dass sie einander gegenüberstehen, im Wesentlichen parallel, durch einen Spalt g entlang einer Fühlachse 88 getrennt und für eine Relativbewegung entlang der Achse 88 eingespannt sind. Eine der gegenüberliegenden Oberflächen, Oberfläche 82A, beinhaltet eine Spule 30 mit der oben beschriebenen Form, die quer zur Achse 88 ausgerichtet ist, und die andere gegenüberliegende Oberfläche, Oberfläche 84A, beinhaltet einen elektrisch leitfähigen Bereich 16 mit einer Dicke T quer zur Achse 88. Wenn im Betrieb eine Kraft F auf den Arm 82 relativ zum Arm 84 ausgeübt wird, wird der Spalt g schmaler, was zu einer Änderung der Induktanz führt, die in der oben beschriebenen Weise bestimmt werden kann. Die Änderung der Induktanz repräsentiert die ausgeübte Kraft. Es kann eine Abschirmung (34) für das elektrische Feld (nicht gezeigt) verwendet werden, um zu erzwingen, dass der Spalt frei von einem elektrischen Feld ist, so dass Messungen in einem leitfähigen Fluid durchgeführt werden können.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform 90 der Erfindung, die für die Messung der Nähe, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung übernommen wird. In diesen Ausführungsformen sind die zu messenden Gegenstände 92 an ihrer Oberfläche 92A elektrisch leitfähig. Ein Sensor 94 beinhaltet eine Spule 30. Mit dieser Konfiguration kann der Abstand entlang der Achse 96 bestimmt werden, indem die Induktanz an den Enden der Spule 30 genutzt wird. Wieder kann zur Verwendung in einem dielektrisch instabilen Fluid oder in einem leitfähigen Fluid eine Feldabschirmung 34 (nicht gezeigt) verwendet werden.
Ein Arbeiten ohne Feldabschirmung ist ein einer dielektrisch stabilen, elektrisch nichtleitenden Fluidumgebung möglich.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit dem Messen der Induktanz L des Leiters 30 beschrieben, um die relative Position einer leitfähigen Lage, wie einer Membran 16, zu bestimmen. Fachleute auf dem Gebiet werden einsehen, dass die Impedanz (d. h. Widerstand, Kapazität, Induktanz oder Kombinationen dieser drei Merkmale) ebenfalls die relative Position einer leitfähigen Lage angeben und dass erfindungsgemäße Wandler arbeiten können, indem sie die Impedanz des Leiters 30 messen.

Claims

1. Sensor zum Messen des Abstandes von einer elektrisch leitfähigen Lage, welcher umfaßt:

einen langen elektrischen Leiter (30) mit einem zugehörigen Induktanzwert, wobei die elektrisch leitfähige Lage eine Magnetfeldabschirmung aufbaut, so daß ein magnetischer Fluß, der vom langen elektrischen Leiter (30) erzeugt wird und einer Seite der elektrisch leitfähigen Lage benachbart ist, im wesentlichen gezwungen wird, auf dieser Seite zu sein, wobei der Induktanzwert eine Funktion eines Abstandes zwischen der elektrisch leitfähigen Lage und dem langen elektrischen Leiter (30) ist, wobei der Induktanzwert sich in Antwort auf Verringerungen des Abstandes verringert und sich in Antwort auf Erhöhungen des Abstandes erhöht;

ein elektrisch leitfähiges Element (34), das zwischen dem elektrischen Leiter (30) und der elektrisch leitfähigen Lage angeordnet ist, wobei das elektrisch leitfähige Element (34) keinen vollständigen sich am Umfang erstreckenden Weg für den Strom um einen Mittelabschnitt des elektrisch leitfähigen Elements (34) herum beinhaltet; und

Mittel (11) zum Halten des elektrisch leitfähigen Elements (34) auf einem vorbestimmten elektrischen Potential.

2. Sensor nach Anspruch 1, der weiter Mittel (52) zum Aufbauen eines Wechselstroms mit einer Frequenz f im langen elektrischen Leiter umfaßt, wodurch in Antwort auf den Wechselstrom im langen elektrischen Leiter ein Magnetfeld erzeugt wird und in Antwort auf das Magnetfeld in der elektrisch leitfähigen Lage Skineffekt- Wirbelströme aufgebaut werden, oder

bei dem der lange elektrische Leiter eine Wicklung umfaßt, in welchem Fall wahlweise entweder die Wicklung spiralförmig ist,

die Wicklung ringförmig ist oder die Wicklung im wesentlichen in einer Ebene quer zu einer Achse angeordnet ist, die die Wicklung und das elektrisch leitfähige Element verbindet.

3. Sensor nach Anspruch 1, der weiter umfaßt:

ein steifes Gehäuse (11), das einen leeren Innenbereich definiert,

eine Membran (16), die am Umfang in diesem leeren Innenbereich gehalten wird, um eine erste Kammer auf einer Seite der Membran und eine zweite Kammer auf der anderen Seite der Membran zu definieren, wodurch ein Mittelabschnitt der Membran in Antwort auf über die Membran angewandte Differentialdrücke beweglich ist, wobei der Mittelabschnitt die elektrisch leitfähige Lage ist, und

eine erste Öffnung (18, 20), die Mittel zur strömungstechnischen Verbindung einer der ersten und zweiten Kammern mit einem ersten Bereich außerhalb des Sensors beinhaltet,

bei dem das elektrisch leitfähige Element an einer Begrenzungsfläche einer ersten der Kammern und gegenüber dem Mittelabschnitt der Membran angeordnet ist.

4. Sensor nach Anspruch 3, der weiter entweder umfaßt:

A) eine zweite Öffnung, die Mittel zur strömungstechnischen Verbindung der anderen der ersten und zweiten Kammern mit einem zweiten Bereich außerhalb des Sensors beinhaltet, und wahlweise

weiter Mittel zur Verbindung der ersten Öffnung mit einer ersten Stelle des Inneren einer Fluidleitung, die sich entlang einer Hauptachse erstreckt, und Mittel zur Verbindung der zweiten Öffnung mit einer zweiten Stelle des Innenbereichs der Fluidleitung umfaßt, wobei die zweite Stelle in einer Richtung entlang der Hauptachse stromabwärts der ersten Stelle liegt;

B) Mittel zum Aufbauen eines Wechselstroms mit einer Frequenz f im langen elektrischen Leiter, wodurch in Antwort auf diesen Wechselstrom im langen elektrischen Leiter ein Magnetfeld erzeugt wird und in Antwort auf das Magnetfeld in der elektrisch leitfähigen Lage Skineffekt-Wirbelströme aufgebaut werden; oder

C) eine zweite Öffnung, die Mittel zur strömungstechnischen Verbindung der anderen der ersten und zweiten Kammern mit einem zweiten Bereich außerhalb des Sensors beinhaltet,

und Mittel zur Verbindung der ersten Öffnung mit einer ersten Stelle des Inneren einer Fluidleitung, die sich entlang einer Hauptachse erstreckt, und Mittel zur Verbindung der zweiten Öffnung mit einer zweiten Stelle des Innenbereichs der Fluidleitung umfaßt, wobei die zweite Stelle in einer Richtung entlang der Hauptachse stromabwärts der ersten Stelle liegt.

5. Sensor nach Anspruch 3, der weiter ein erstes dielektrisches Element umfaßt, das zwischen dem langen elektrischen Leiter und dem elektrisch leitfähigen Element angeordnet ist, und wahlweise der weiter ein zweites dielektrisches Element umfaßt, das zwischen dem elektrisch leitfähigen Element und der einen Kammer angeordnet ist.

6. Sensor nach Anspruch 3, bei dem der lange elektrische Leiter eine spiralförmige Wicklung ist.

7. Sensor nach Anspruch 6, bei dem das elektrisch leitfähige Element eine kreisförmige Geometrie hat und im wesentlichen mit der Wicklung passend angeordnet ist, und wahlweise

bei dem das elektrisch leitfähige Element eine Vielzahl sich in Umfangsrichtung erstreckender Lamellen aufweist, oder

bei dem das elektrisch leitfähige Element eine Vielzahl sich radial erstreckender Lamellen aufweist.

8. Sensor nach Anspruch 3 und entweder:

A) bei dem die Begrenzungsfläche einer der Kammern gegenüber der Membran konkav ist, und wahlweise bei dem die Begrenzungsfläche der beiden Kammern gegenüber der Membran konkav ist;

B) der weiter Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das die Induktanz zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des elektrischen Leiters darstellt, wobei das Signal dem über die Membran angewandten Differentialdruck entspricht; oder

C) der weiter Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das den Induktanzwert des elektrischen Leiters darstellt, wobei das Signal dem über die Membran angewandten Differentialdruck entspricht.

9. Sensor nach Anspruch 1, der weiter umfaßt:

einen elastischen Aufbau (80), der beinhaltet:

ein erstes langes steifes Element (82) mit einem freien Ende und einem eingespannten Ende,

ein zweites langes steifes Element (84) mit einem freien Ende und einem eingespannten Ende,

ein flexibles Element (86), das die eingespannten Enden der ersten und zweiten steifen Elemente verbindet, wobei jedes der freien Enden der ersten und zweiten steifen Elemente eine Sensorhaltefläche beinhaltet, wobei die Sensorhalteflächen einander gegenüber und im wesentlichen parallel zueinander sind, durch einen Spalt g mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, zu einer Relativbewegung entlang einer hindurchgehenden gemeinsamen Fühlachse gezwungen sind und zu dieser Fühlachse quer verlaufen,

bei dem die elektrisch leitfähige Lage auf einer der Sensorhalteflächen angeordnet ist und der lange elektrische Leiter auf der anderen Sensorhalteflächen angeordnet ist, und wahlweise entweder:

A) der weiter Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das den Induktanzwert des elektrischen Leiters darstellt, wobei das Signal einem über die ersten und zweiten steifen Elemente in Richtung der Fühlachse ausgeübten Kraftdifferential entspricht;

B) der weiter Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das die Impedanz des elektrischen Leiters darstellt, wobei das Signal einem über die ersten und zweiten steifen Elemente in Richtung der Fühlachse ausgeübten Kraftdifferential entspricht;

C) der weiter Mittel zum Aufbauen eines Wechselstroms mit einer Frequenz f im langen elektrischen Leiter umfaßt, wodurch in Antwort auf diesen Wechselstrom im langen elektrischen Leiter ein Magnetfeld erzeugt wird und in Antwort auf das Magnetfeld in der elektrisch leitfähigen Lage Skineffekt-Wirbelströme aufgebaut werden; oder

D) bei dem der lange elektrische Leiter eine spiralförmige Wicklung umfaßt.

10. Sensor nach Anspruch 1 und entweder:

A) der weiter Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das den Induktanzwert des langen elektrischen Leiters darstellt, wobei das Signal einem Parameter aus der Gruppe entspricht, die aus dem Abstand zwischen dem langen elektrischen Leiter und der elektrisch leitfähigen Lage,

der Geschwindigkeit zwischen dem langen elektrischen Leiter und der elektrisch leitfähigen Lage,

der Beschleunigung zwischen dem langen elektrischen Leiter und der elektrisch leitfähigen Lage besteht;

B) der weiter Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das die Impedanz des langen elektrischen Leiters darstellt, wobei das Signal einem Parameter aus der Gruppe entspricht, die aus

dem Abstand zwischen dem langen elektrischen Leiter und der elektrisch leitfähigen Lage,

der Geschwindigkeit zwischen dem langen elektrischen Leiter und der elektrisch leitfähigen Lage und der Beschleunigung zwischen dem langen elektrischen Leiter und der elektrisch leitfähigen Lage besteht; oder

C) der weiter kapazitive Mittel beinhaltet, die zwischen einem ersten Ende des langen elektrischen Leiters und einem zweiten Ende des langen elektrischen Leiters angeschlossen sind, um eine Kapazitanz zwischen den ersten und zweiten Enden bereitzustellen, in welchem Fall wahlweise entweder bei dem die kapazitiven Mittel einen an der Oberfläche angebrachten Kondensator umfassen, der in der Nähe des Leiters angebracht ist, oder er weiter Prozessormittel beinhaltet, die an die kapazitiven Mittel angeschlossen sind, um ein Signal zu erzeugen, das die Impedanz zwischen dem ersten Ende des Leiters und dem zweiten Ende des Leiters darstellt, in welchem letzteren Fall weiter wahlweise die Prozessormittel einen Digitalprozessor beinhalten.

11. Sensor nach Anspruch 1, der weiter umfaßt:

ein steifes Gehäuse (11), das einen leeren Innenbereich definiert;

eine Membran (16), die am Umfang im leeren Innenbereich gehalten wird, um eine erste Kammer (12) auf einer Seite der Membran und eine zweite Kammer (14) auf der anderen Seite der Membran zu definieren, wodurch ein Mittelabschnitt der Membran in Antwort auf über die Membran angewandte Differentialdrücke beweglich ist, wobei der Mittelabschnitt die elektrisch leitfähige Lage ist; und

eine erste Öffnung (18, 20), die Mittel zur strömungstechnischen Verbindung einer der ersten und zweiten Kammern mit einem ersten Bereich außerhalb des Sensors beinhaltet.

12. Sensor nach Anspruch 11 und entweder:

A) der weiter Mittel zum Aufbauen eines Wechselstroms mit einer Frequenz f im langen elektrischen Leiter umfaßt, wodurch in Antwort auf den Wechselstrom im langen elektrischen Leiter ein Magnetfeld erzeugt wird und in Antwort auf das Magnetfeld in der elektrisch leitfähigen Lage Skineffekt-Wirbelströme aufgebaut werden;

B) der weiter umfaßt:

eine zweite Öffnung (20, 18), die Mittel zur strömungstechnischen Verbindung der anderen der ersten und zweiten Kammern mit einem zweiten Bereich außerhalb des Sensors beinhaltet, und

Mittel zur Verbindung der ersten Öffnung mit einer ersten Stelle des Inneren einer Fluidleitung, die sich entlang einer Hauptachse erstreckt, und Mittel zur Verbindung der zweiten Öffnung mit einer zweiten Stelle des Innenbereichs der Fluidleitung, wobei die zweite Stelle in einer Richtung entlang der Hauptachse stromabwärts der ersten Stelle liegt;

C) bei dem der lange elektrische Leiter eine spiralförmige Wicklung ist; oder

D) bei dem der lange elektrische Leiter eine ringförmige Wicklung ist.

13. Sensor nach Anspruch 11, der weiter eine zweite Öffnung umfaßt, die Mittel zur strömungstechnischen Verbindung der anderen der ersten und zweiten Kammern mit einem zweiten Bereich außerhalb des Sensors beinhaltet, und wahlweise der weiter Mittel zur Verbindung der ersten Öffnung mit einer ersten Stelle des Inneren einer Fluidleitung, die sich entlang einer Hauptachse erstreckt, und Mittel zur Verbindung der zweiten Öffnung mit einer zweiten Stelle des Innenbereichs der Fluidleitung umfaßt, wobei die zweite Stelle in einer Richtung entlang der Hauptachse stromabwärts der ersten Stelle liegt.

14. Sensor nach Anspruch 1, bei dem das elektrisch leitfähige Element eine kreisförmige Geometrie hat und im wesentlichen mit dem langen elektrischen Leiter passend angeordnet ist, und wahlweise bei dem das elektrisch leitfähige Element eine Vielzahl sich in Umfangsrichtung erstreckender Lamellen beinhaltet, oder bei dem das elektrisch leitfähige Element eine Vielzahl sich radial erstreckender Lamellen beinhaltet.

15. Sensor nach Anspruch 11, bei dem die Begrenzungsfläche einer der Kammern gegenüber der Membran konkav ist und wahlweise bei dem die Begrenzungsfläche beider Kammern gegenüber der Membran konkav ist.

16. Sensor nach Anspruch 11, der weiter Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das den Induktanzwert des langen elektrischen Leiters darstellt, wobei das Signal dem über die Membran angewandten Differentialdruck entspricht.

17. Sensor nach Anspruch 1, der weiter umfaßt:

einen elastischen Aufbau (80), der beinhaltet:

ein erstes langes steifes Element (82) mit einem freien Ende und einem eingespannten Ende, ein zweites langes steifes Element (84) mit einem freien Ende und einem eingespannten Ende, ein flexibles Element (86), das die eingespannten Enden der ersten und zweiten steifen Elemente verbindet, wodurch jedes freie Ende der ersten und zweiten steifen Elemente eine Sensorhaltefläche beinhaltet, wobei die Sensorhalteflächen einander gegenüber und im wesentlichen parallel zueinander sind, durch einen Spalt g mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, zu einer Relativbewegung entlang einer hindurchgehenden gemeinsamen Fühlachse gezwungen sind und zu dieser Fühlachse quer verlaufen,

bei dem die elektrisch leitfähige Lage auf einer der Sensorhalteflächen angeordnet ist und die Wicklung auf der anderen der Sensorhalteflächen angeordnet ist.

18. Sensor nach Anspruch 8 und entweder:

A) der weiter Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das den Induktanzwert des langen elektrischen Leiters darstellt, wobei das Signal einem über die ersten und zweiten steifen Elemente in Richtung der Fühlachse ausgeübten Kraftdifferential entspricht,

B) der weiter Mittel zum Aufbauen eines Wechselstroms mit einer Frequenz f im langen elektrischen Leiter umfaßt, wobei in Antwort auf aus dem Wechselstrom resultierende Magnetfelder in der elektrisch leitfähigen Lage Skineffekt-Wirbelströme aufgebaut werden und durch wenigstens einen Abschnitt der elektrisch leitfähigen Lage hindurchgehen; oder

C) bei dem der lange elektrische Leiter eine spiralförmige Wicklung ist.

19. Sensor nach Anspruch 1, der weiter umfaßt:

ein steifes Gehäuse (11), das einen leeren Innenbereich (12, 14) definiert,

eine elektrisch leitfähige Membran (16), die die elektrisch leitfähige Lage bildet und im Innenbereich gehalten wird, um eine erste Kammer auf einer Seite der Membran und eine zweite Kammer auf der anderen Seite der Membran zu definieren, wobei ein Mittelabschnitt der Membran in Antwort auf über die Membran angewandte Differentialdrücke entlang einer Achse quer zur nominellen Ebene beweglich ist, einen ersten magnetischen Aufbau (22), der an der Begrenzungsfläche einer primären der Kammern und gegenüber dem Mittelabschnitt der Membran angeordnet ist, wobei der erste magnetische Aufbau beinhaltet:

ein dielektrisches Element (17) mit einer ersten Seite, die zur primären Kammer zeigt und der Membran gegenüber liegt, und einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite,

einen Induktor, der vom elektrischen Leiter (30) gebildet wird und sich zwischen einem ersten Ende des ersten Leiters und einem zweiten Ende des ersten Leiters erstreckt und der zweiten Seite des dielektrischen Elements benachbart ist, wobei der Induktor durch den Induktanzwert charakterisiert ist, wobei der Induktanzwert eine Funktion eines Abstands zwischen der Membran und dem Induktor ist, und

eine erste Öffnung (18, 20), die Mittel zur strömungstechnischen Verbindung einer der ersten und zweiten Kammern mit einem ersten Bereich außerhalb des Wandlers.

20. Druckwandler nach Anspruch 19 und entweder:

A) der weiter eine zweite Öffnung (20, 18) umfaßt, die Mittel zur strömungstechnischen Verbindung der anderen der ersten und zweiten Kammern mit einem zweiten Bereich außerhalb des Wandlers beinhaltet, und wahlweise der weiter Mittel zur Verbindung der ersten Öffnung mit einer ersten Stelle des Innenbereichs einer Fluidleitung, die sich entlang einer Hauptachse erstreckt, und Mittel zur Verbindung der zweiten Öffnung mit einer zweiten Stelle des Innenbereichs der Fluidleitung umfaßt, wobei die zweite Stelle in einer Richtung entlang der Hauptachse stromabwärts der ersten Stelle liegt; oder

B) bei dem der erste elektrische Leiter spiralförmig ist und sich in der Nähe der nominellen Ebene befindet.

21. Druckwandler nach Anspruch 19, der weiter eine Abschirmung für das elektrische Feld umfaßt, die zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem dielektrischen Element angeordnet ist, und eine elektrisch nichtleitende Lage zwischen der Abschirmung für das elektrische Feld und dem ersten elektrischen Leiter beinhaltet, wobei die Abschirmung für das elektrische Feld so wirkt, daß sie das Hindurchgehen eines elektrischen Felds verhindert und das Hindurchgehen eines magnetischen Felds gestattet.

22. Druckwandler nach Anspruch 21, bei dem die Abschirmung für das elektrische Feld leitfähig ist und im wesentlichen keinen vollständigen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Weg für den Strom beinhaltet.

23. Druckwandler nach Anspruch 22, bei dem der erste elektrische Leiter spiralförmig ist und sich in der Nähe der Membran befindet.

24. Druckwandler nach Anspruch 23, bei dem die Abschirmung für das elektrische Feld einen zweiten elektrischen Leiter mit einer kreisförmigen Geometrie im wesentlichen mit dem ersten elektrischen Leiter passend angeordnet beinhaltet, der sich in der Nähe der Membran befindet und mit einem Bezugspotential elektrisch verbunden ist, und wahlweise entweder bei dem der zweite elektrische Leiter eine Vielzahl sich in Umfangsrichtung erstreckender Lamellen beinhaltet, oder bei dem der zweite elektrische Leiter eine Vielzahl sich radial erstreckender Lamellen beinhaltet.

25. Druckwandler nach Anspruch 19, bei dem die Begrenzungsfläche einer der Kammern gegenüber der Membran konkav ist, und wahlweise bei dem die Begrenzungsfläche beider Kammern gegenüber der Membran konkav ist.

26. Druckwandler nach Anspruch 19, der weiter einen Kondensator umfaßt, der über das erste und zweite Ende angeschlossen ist.

27. Druckwandler nach Anspruch 26, der weiter ein Steuerungsnetz umfaßt, wodurch das Steuerungsnetz, der Kondensator, der erste elektrische Leiter und die Membran einen Oszillator bilden.

28. Druckwandler nach Anspruch 27, der weiter Prozessormittel umfaßt, die mit dem Oszillator verbunden sind, um ein Signal zu erzeugen, das die Impedanz zwischen dem ersten Ende des ersten Leiters und dem zweiten Ende des ersten Leiters darstellt.

29. Druckwandler nach Anspruch 28, bei dem die Prozessormittel einen Digitalprozessor beinhalten.

30. Druckwandler nach Anspruch 19, der weiter einen zweiten magnetischen Aufbau umfaßt, der an der Begrenzungsfläche einer sekundären der Kammern angeordnet ist und dem Mittelabschnitt der Membran gegenüber liegt, wobei der zweite magnetische Aufbau umfaßt: ein zweites, im wesentlichen ebenes dielektrisches Element (17') mit einer ersten Seite, die zur sekundären Kammer zeigt und der Membran gegenüber liegt, und einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite, und einen zweiten Induktor, der einen zweiten elektrischen Leiter (30') beinhaltet, der sich zwischen einem ersten Ende (30a') des zweiten Leiters und einem zweiten Ende (30b') des zweiten Leiters erstreckt und der zweiten Seite des zweiten dielektrischen Elements benachbart ist.

31. Druckwandler nach Anspruch 19, der weiter eine Abschirmung für das elektrische Feld umfaßt, die zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem dielektrischen Element angeordnet ist, und eine elektrisch nichtleitende Lage zwischen der Abschirmung für das elektrische Feld und dem ersten elektrischen Leiter beinhaltet, wobei die Abschirmung für das elektrische Feld so wirkt, daß sie das Hindurchgehen eines elektrischen Feldes verhindert und das Hindurchgehen eines magnetischen Feldes gestattet, und wahlweise bei dem die Abschirmung für das elektrische Feld leitfähig ist und im wesentlichen keinen vollständigen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Weg für den Strom beinhaltet, und weiter wahlweise bei dem die Begrenzungsfläche einer der Kammern gegenüber der Membran konkav ist und noch weiter wahlweise bei dem die Begrenzungsfläche beider Kammern gegenüber der Membran konkav ist.