Die Erfindung betrifft einen Sensor, in dem die zu messende Größe eine Kraft ist oder eine Größe wie zum Beispiel Beschleunigung oder Weg die durch Bauteile des Sensors in Kraft umgewandelt wird, wobei das Messelement, das ist das Messsignal bildende Element, jeweils diese Kraft in das Messsignal wandelt, wobei die Reaktion auf diese Kraft verschiedenster Natur sein kann z.B. Ladungsabgabe, Spannungsveränderung, Verschiebung usw., bzw. Sensoren die im Betrieb kalibriert werden müssen.

Sensoren in denen die zu messende Größe eine Kraft auf das Messelement des Sensors ergibt, gibt es viele. Kraftsensoren leiten die zu messende Größe meist direkt zum Messelement aber auch in Druck-, Beschleunigungs-, Bewegungs- oder Momenten-Sensoren wird das Messelement letztlich von einer Kraft belastet, die der zu messenden Größe proportional ist.

Viele dieser Sensoren sind im Dauereinsatz für zum Beispiel Überwachungsaufgaben vorgesehen und es wäre wünschenswert ihre Funktionstüchtigkeit von Zeit zu Zeit überprüfen zu können. Meist geschieht dies durch Aufbringen einer bekannten Belastung von außen, was meist aufwändig und in manchen Fällen unmöglich ist, weil beispielsweise die Sensoren einer solchen Prüflast nicht ohne Demontage zugänglich sind.

Die Aufgabe für die vorliegende Erfindung bestand also darin, eine Prüfmöglichkeit beziehungsweise eine Kalibriermöglichkeit für die Funktion derartiger Sensoren zu finden, die ohne Demontage des Sensors, möglichst ohne die Messfunktion zu unterbrechen und ohne teure Zusatzeinrichtungen erlaubt, den Zustand des Sensors jederzeit zu kontrollieren.

Die Lösung der Aufgabe gelingt durch Ausstattung des Sensors mit einer Prüfstruktur beziehungsweise einer Kalibrierstruktur, die einen über ein druckübertragendes Fluid, Gas oder Flüssigkeit, in den Sensor geleiteten Prüfdruck beziehungsweise Kalibrierdruck in eine auf das Messelement wirkende Prüf- beziehungsweise Kalibrierkraft auf das Messelement umsetzt.

Insbesondere wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.

Der nachstehend verwendete Begriff der Prüfeinrichtung schließt auch den Begriff Kalibriereinrichtung ein. Demzufolge kommt dem Prüfdruck des Prüfmediums auch die Bedeutung als Kalibrierdruck zu.

Die Prüfstruktur besteht aus einem vom Prüfdruck belasteten Kolben der sich am Messelement abstützt, wobei andere Sensorbereiche gegen den Prüfdruck abgedichtet sein können beispielsweise mittels einer Membrane. Der Prüfdruck wird im Sensor durch eine Druckleitung an den Kolben geleitet, wobei idealerweise eine Verbindung mit einer externen Druckversorgung dadurch erfolgt, dass sich die Druckleitung des Sensors und eine von einer externen Druckversorgung kommende, in der Montagestelle angeordnete Leitung, in einer Montagefläche treffen, sodass durch die Sensormontage auch die Verbindung der Druckleitungen hergestellt wird.

Diese Prüfkraft kann als Prüfpuls, beispielsweise als Rechteck oder Dreieck, dem laufend erfassten Messsignal überlagert werden, sodass die eigentliche Messung des Sensors nicht unterbrochen werden muss. Änderungen des Sensorverhaltens werden gemessen und können der Überprüfung oder Rekalibrierung des Sensors dienen. Jedenfalls ist durch die zusätzlich aufgebrachte innere Prüflast auf das Messelement der Kontakt zur zu messenden Größe nicht gestört und nie unterbrochen, das heißt die Prüfung oder Kalibrierung erfolgt bei laufender, ungestörter Messung.

Sensordemontagen zur Prüfung oder Kalibrierung des Sensors bleiben damit erspart. Die Figuren 1 bis 3 zeigen Beschleunigungssensoren mit eingebauter Kalibrierstruktur

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Kraftsensor

Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Wegsensor

Fig. 6 zeigt ein sich langsam änderndes Kraftsignal, dass von einem Prüfpuls überlagert wird

Fig. 7 ein sich schnell änderndes Signal mit einem vergleichsweise langsamen Prüfpuls

Der Sensor in Fig. 1 ist für den Einbau in eine Montagestelle 1 gestaltet, die neben einem Befestigungsgewinde 2 auch eine Zulaufbohrung 3a für das druckübertragende Medium beziehungsweise den Prüfdruck aufweist. Aus dieser Zulaufbohrung wird das den Prüfdruck erzeugende Druckmedium über den Montagespalt 4, der durch zwei O-Ringe 5 gedichtet ist, in den Sensor geleitet, zunächst in den Ringkanal 3b und dann über die kurze Bohrung 3c zum Kolben 6. Der Ringkanal 3b hat den Vorteil, dass die Zulaufbohrung 3a an jeder beliebigen Stelle des Ringkanalumfangs einmünden darf. Die Mess-Masse 15 wirkt in diesem Beispiel als Druckkolben 11 und als Krafteinleitung 6 zum Messelement 7. Durch Belastung des Druckkolben/Mess-Masse/Druckeinleitungsteil mit dem Prüfdruck wird eine Prüfkraft auf das Messelement 7 erzeugt. Eine Dichtmembrane 8 dichtet das Messelement 7 gegen Störungen durch das Druckmedium ab.

In Fig. 2 ist ein ähnlicher Beschleunigungssensor dargestellt, wobei wiederum die Mess-Masse 15 als Druckkolben 11 und Krafteinleitungsteil 6 dient, die Dichtmembrane 8 aber an der Oberkante der Mess-Masse angreift. Die Prüfdruck- Versorgung erfolgt in der Montagefläche 10 des Sensors, durch einen der Bohrung im Sensor 3c gegenüberliegenden Versorgungskanal 3a in der Montagestelle.

Im Sensor nach Fig. 3 wird die vom Kolben 11 und anschließender Dichtmembrane 8 am Montage-Ende des Sensors erzeugte Prüfkraft über ein Kraftübertragungselement 12 zur Messmasse 15 und damit zum Messelement 7 geführt.

Fig. 4 zeigt einen Kraftsensor, der zum Kalibrieren des darin enthaltenen Kraftmesselementes dieselbe Prüfstruktur aufweist wie der Beschleunigungssensor nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Wegsensor, der zum Kalibrieren des darin enthaltenen Kraftmesselementes dieselbe Prüfstruktur aufweist wie der Beschleunigungssensor nach Fig. 3.

Fig. 6a zeigt beispielhaft einen Signalverlauf des Messsignals, der sich über der Zeit relativ langsam ändert. Wird dieser Verlauf von einem Prüfpuls nach Fig. 6b überlagert, so ergibt sich ein gesamter gemessener Verlauf Fig. 6c aus der Summe dieser beiden Signale, wobei sowohl die Höhe des Prüfpulses bekannt ist, als auch, wie groß, das von ihm verursachte Signal sein muss, das heißt wie groß die durch den Prüf- beziehungsweise Kalibrierpuls bewirkte Signaländerung sein muss.

Stimmt die Höhe der gemessenen Signaländerung am Messelement nicht mit der erwarteten überein, kann man auf fehlerhaftes Verhalten des Messelementes schließen oder die Kalibrierkonstante für das Messelement so ändern, dass das zum

Prüfpuls erwartete Messsignal wieder in der richtigen Höhe erscheinen. Der Prüfpuls hat idealerweise zumindest eine sehr steile Flanke, sodass die Auswertung der durch den Prüfpuls bewirkten Messsignaländerung auch noch an Messsignalen mit deutlichen Gradienten möglich ist.

Fig. 7a zeigt beispielhaft ein sehr schnelles periodisch veränderliches Mess-Signal an dessen steilen Flanken auch extrem rasche Prüfpulse nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit beurteilbar sind. In diesem Fall wird ein Prüfpuls Fig. 7b der Art verwendet, dass über eine Reihe der periodischen Signalpulse des zu messenden Signals deren Niveau verändert wird Fig. 7c und man die Änderung dieses Niveaus mit der Sollhöhe des Prüfpulses vergleichen kann, beziehungsweise ein periodisch veränderlicher Prüfdruckverlauf, dessen Frequenz wesentlich kleiner ist als die Frequenz des eigentlichen Messsignals.