Stand der Technik Ein derartiger (ohne vorliegenden druckschriftlichen Beleg) als bekannt an- genommener Druckaufnehmer basiert darauf, dass für die Druckmessung die Auslenkung einer deformierbaren Membran erfasst wird. Ein Problem besteht beispielsweise darin, eine Druckmessung in dem Brennraum einer Brennkraft- maschine vorzunehmen, wobei Temperaturen von mehr als 500° C herrschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckaufnehmer der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem auch bei ungünstigen Messbedingungen, wie z. B. auch in schlecht zugänglichen Räumen mit höherer Temperatur, zuver- lässig Drücke gemessen werden können.

Vorteile der Erfindung Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass zumindest ein Funktionsabschnitt der Membran ein Material aufweist, das die Eigenschaften eines schwarzen Strahlers besitzt oder ein in demjenigen spektralen Strahlungsbereich ein für eine Erfassung wesentliches Strahlungsvermögen besitzt, der der Temperatur der Membran unter deren Ein- satzbedingungen entspricht, und dass der Membran eine. die abgegebene Strah- lung zumindest teilweise erfassende Strahlungsempfangseinheit mit mindestens einem IR-Strahlungsaufnehmer zugeordnet ist.

Mit diesem Aufbau wird der Druck auf der Grundlage einer Temperaturerfassung der Membran aufgenommen und ausgewertet. Die Messung basiert auf dem an sich bekannten Planckschen Strahlungsgesetz, nach dem die Strahlungsleistung pro Oberflächeneinheit eines schwarzen Strahlers und pro Wellenlängeneinheit den an sich bekannten formelmäßigen Zusammenhang besitzt. Dabei ist das spel<trale Emissionsvermögen einer Oberfläche definiert als Verhältnis zwischen der spektralen Strahldichte dieser Oberfläche und der spektralen Strahldichte des schwarzen Körpers bei derselben Temperatur. Diese Funktion ist kleiner oder gleich 1, und wenn sie konstant ist, wird die Oberfläche als grauer Strahler bezeichnet.

Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 4 die spektrale Dichte der Strahlungsleistung für Temperaturen von 300° C, 400° C, 500° C und 600° C für eine strahlende Oberfläche von 1 mm Durchmesser und. einem Emissionsvermögen = 1 (schwarzer Strahler). Das Maximum der spektralen Strahlungsleistung variiert zwischen 5, um für eine Temperatur von 300° C bis 3. 3, um für eine Temperatur von 600° C. Die Kurven zeigen auf der linken Seite des Maximums, d. h. zu kür- zeren Wellenlängen hin, einen viel steileren Verlauf als auf der rechten Seite, d. h. zu längeren Wellenlängen hin. Der Strahlungsaufnehmer und gegebenenfalls davor angeordnete Filter werden entsprechend dem vorherrschenden Tempera- turbereich gewählt.

Eine definierte Abstrahlung und Erfassung werden dadurch begünstigt, dass der Funktionsabschnitt in einem zentralen Bereich der Membran angeordnet ist und durch eine Beschichtung mit. dem Material ausgebildet ist und dass der Funk- tionsabschnitt von einem Abschnitt umgeben ist, der ein geringeres Strahlungs- vermögen zumindest in dem Strahlungsbereich besitzt, der der Temperatur der Membran unter den Einsatzbedingungen entspricht.

Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten bestehen darin, dass der Funktionsabschnitt mit Ruß, Eisenoxid, oxidiertem Kupfer, oxidiertem Stahl be- schichtet ist und/oder dass der Umgebungsabschnitt eine Goldbeschichtung trägt.

Ein stabiler, zuverlässig funktionierender Aufbau wird dadurch erhalten, dass zwischen der Strahlungsempfangseinheit und der Membran ein Infrarotleiter an- geordnet ist, der zumindest in dem spektralen Strahlungsbereich durchlässig ist, der den Einsatzbedingungen des Druckaufnehmers entspricht. Die hohe Durch- lässigkeit in dem betreffenden spektralen Strahlungsbereich kann so gewählt werden, dass sich keine wesentliche Schwächung der von der Membran abgege- benen Strahlung ergibt.

Dabei bestehen vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten darin, dass der Infrarotleiter einen röhrenförmigen Abschnitt mit behandelter Innen-Wandfläche für die Füh- rung der von der Membran ausgesandten IR-Strahlung aufweist und/oder dass der Infrarotleiter einen dielektrischen Wellenleiter für die Führung der von der Membran ausgesandten IR-Strahlung aufweist, wobei desweiteren vorteilhaft vorgesehen sein kann, dass der Infrarotleiter bei Ausbildung mit einem röhren- förmigen Abschnitt eine glatte Oberfläche mit einer Rauigkeit geringer als die betreffenden Wellenlängen und eine die Infrarotstrahlung der Membran zumin- dest größten Teils reflektierende Beschichtung trägt oder dass der Infrarotleiter bei Ausbildung mit einem-Wellenleiter aus Germanium, Saphir, Quarz, Kalzium- fluorid oder Natriumchlorid besteht.

Hierbei kann für die Strahlungsführung weiterhin vorgesehen sein, dass der Infrarotleiter Linsenelemente aufweist.

Zur Empfindlichkeit und Messgenauigkeit tragen die Maßnahmen bei, dass der IR-Strahlungsaufnehmer in seiner Strahlungsempfindlichkeit auf die Infrarotstrah- lung der Membran abgestimmt ist und dass die Strahlungsempfangseinheit an die Schwingungsfrequenz der Membran angepasst ist. Für die Messung kann da- bei auch eine der Strahlungsempfangseinheit zugeordnete Auswerteeinheit leicht entsprechend ausgelegt werden.

Weitere verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich dadurch, dass der IR-Strahlungsaufnehmer einen pyroelektrischen Detektor, ein Bolometer oder eine Thermosäule aufweist.

Für die Gewinnung eines zuverlässigen Messsignals sind ferner die Maßnahmen von Vorteil, dass dem IR-Strahlungsaufnehmer eine Kühlvorrichtung zugeordnet ist und/oder dass dem IR-Strahlungsaufnehmer ein Infrarotfilter zum Selektieren eines für die Messung maßgeblichen Strahlungsbandes vorgeschaltet ist.

Um weitere negative Umgebungseinflüsse auszuschließen, besteht eine weitere vorteilhafte Maßnahme darin, dass die Strahlungsempfangseinheit zwei IR-Strah- lungsaufnehmer aufweist, vor denen Infrarotfilter unterschiedlicher spektraler Durchlässigkeit angeordnet sind und dass eine Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass die von den beiden IR-Strahlungsaufnehmern erfassten Strahlungsan- teile in solche getrennt werden, die von Auslenkungen der Membran herrühren, und solche, die von Temperaturänderungen der Membran herrühren.

Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Be- zugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Darstellung eines Druckaufnehmers in einem Längsschnitt, Fig. 2 und 3 eine Änderung des von einem Stråhlungsaufnehmer erfassten Strahlungsstroms in Abhängigkeit einer Auslenkung einer Membran des Druckaufnehmers unter Verwendung eines Tubus bzw. eines optischen Faserleiters und Fig. 4 die spektrale Strahlungsleistung einer strahlenden Oberfläche von 1 mm Durchmesser für verschiedene Temperaturen.

Ausführungsbeispiel Ein in Fig. 1 dargestellter Druckaufnehmer weist eine unter der Wirkung eines Druckes auslenkbare bzw. deformierbare Membran 1 sowie einen Infrarot (IR)- Strahlungsaufnehmer 4 auf, zwischen denen ein Infrarotleiter 2 angeordnet ist, der die von der Membran 1 abgegebene Infrarotstrahlung zu dem IR-Strahlungs- aufnehmer 4 führt. Vor dem IR-Strahlungsaufnehmer 4 ist vorteilhaft ein opti- sches Filter 3 angeordnet, und dem Strahlungsempfänger 4 ist ein Kühlelement 5 zugeordnet. Die Druckmessung erfolgt durch Messen der Auslenkung der Membran 1. Sie wird bestimmt durch die Messung der Änderung des von dem IR-Strahlungsaufnehmer 4 erfassten Strahlungsstroms, wie er sich beispiels- weise aus den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Diagrammen ergibt.

Ein mittlerer Bereich der Membran 1 ist als Funktionsabschnitt 1. 1 ausgebildet und mit einem Material beschichtet, das Eigenschaften eines schwarzen Strah- lers oder ein gutes Emissionsvermögen in einem spektralen Strahlungsbereich besitzt, der der Temperatur der Membran 1 entspricht, wenn sich der Druckauf- nehmer im Einsatzzustand befindet. Ein derartiges Material kann z. B. Gasruß, Eisenoxid oder ein ähnliches Oxid, stark oxidiertes Kupfer, oxidierter Stahl oder dgl. sein. Ein Umgebungsbereich 1.2 des mittleren oder inneren Membranab- schnittes 1.1 ist mit einem Material beschichtet, das nur ein schwaches Emis- sionsvermögen in dem Spektralbereich besitzt, in dem der Druckaufnehmer ver- wendet wird, damit die durch die Membran 1 gebildete Strahlungsquelle mög- lichst eindeutig begrenzt ist. Ein solches Material kann z. B. ein dünner Goldbelag sein.

Der Infrarotleiter 2 muss eine gute Durchlässigkeit in dem Spektralbereich be- sitzen, in dem der Druckaufnehmer eingesetzt wird. Der Infrarotleiter 2 kann mittels eines röhrenförmigen Abschnittes bzw. eines Tubus gebildet werden, dessen Innenwandfläche einen geeigneten Oberflächenzustand mit möglichst geringer Rauigkeit (niedriger als die Wellenlänge) besitzt und mit einem Material beschichtet ist, das eine möglichst gute Reflektion in dem dem Einsatz entspre- chenden Spektralbereich und daher ein möglichst schwaches Emissionsvermö- gen besitzt, wozu eine Gold-oder Silberbeschichtung oder dgl. geeignet ist. Der Infrarotleiter 2 mit einer derartigen Durchlässigkeit und Innenwandfläche 2.1 gewährleistet eine weitgehend vollständige Übertragung der von der Membran abgegebenen Strahlung zu dem IR-Strahlungsaufnehmer 4.

Der Infrarotleiter 2 kann alternativ zu der vorstehend genannten Ausführung oder in Kombination mit dieser auch ein dielektrischer Wellenleiter vergleichbar einem optischen Faserleiter sein, der ein gutes Transmissionsvermögen in dem dem Einsatz entsprechenden Spektralbereich besitzt. Derartige Materialien kön- nen z. B. Germanium (für einen Spektralbereich von 1,8 bis 28 um), Saphir (0,17 bis 6, 5 um), Quarz (0,2 bis 4, 5, um), Kalzium-Fluorid (0,2 bis 8, um), Natrium- chlorid (0,2 bis 26 um) oder dgl. sein. Der Wellenleiter kann auch durch eine oder mehrere Linsen gebildet sein, die auch in Kombination mit den vorstehend genannten Ausführungen vorhanden sein können.

Der IR-Strahlungsaufnehmer 4 soll möglichst empfindlich in dem Spektralbereich der IR-Strahlung der Membran 1 sein und einen Ansprechbereich aufweisen, der auf die Schwingungsfrequenz der Membran 1 abgestimmt ist. Außerdem kann das Kühlelement 5, beispielsweise ein Peltier-Element vorgesehen sein, um den IR-Strahlungsaufnehmer 4 zu kühlen. Der Strahlungsaufnehmer 4 kann ein pyro- elektrischer Detektor, ein Bolometer, eine Thermosäule oder dgl. sein. Vorteilhaft ist das optische Filter 3 vor dem IR-Strahlungsaufnehmer 4 angeordnet, um einen genau abgestimmten spektralen Strahlungsbereich für die Auswertung auszuwählen.

Um mögliche Schwankungen des Strahlungsstromes infolge einer Auslenkung der Membran 1 von solchen zu unterscheiden, die auf eine Temperaturänderung der Membran 1 zurückzuführen sind, können z. B. mindestens zwei IR-Strah- lungsempfänger 4 nebeneinander angeordnet werden, vor denen jeweils ein op- tisches Filter 3 angeordnet ist, die verschiedene spektrale Strahlungsbereiche durchlassen, wobei beispielsweise eines der Filter den dem linken Teil der in Fig.

4 gezeigten Kurve entsprechenden Strahlungsanteil durchlässt, wo diese am steilste ist, während das andere Filter den dem rechten Teil der Kurve ent- sprechenden Strahlungsanteil durchlässt, wo die Steigung. wesentlich flacher ist, so dass eine kleine Temperaturänderung der Membran 1 in unterschiedlichen Änderungen des auf die IR-Strahlungsaufnehmer fallenden Anteils des Strah- lungsstroms zum Ausdruck kommt, während sich eine Verlagerung der Membran 1 in einer gleichen Änderung des Strahlungsstroms auf beiden Strahlungsauf- nehmern 4 ausdrückt.

Fig. 2 gibt die Änderung des Strahlungsstroms wieder, der von dem in Funktion befindlichen IR-Strahlungsaufnehmer 4 bei einer Auslenkung der Membran 1 in dem Falle aufgenommen wird, dass der Funktionsabschnitt 1. 1 der Membran 1 (schwarzer Körper) einen Durchmesser von 1 mm bei einer Temperatur von 300° C hat und der Infrarotleiter 2 ein Tubus von 1 mm Durchmesser ist, des- sen Eintrittsfläche 110 um von der Oberfläche der Membran 1 entfernt ange- ordnet ist, wenn der Druckaufnehmer sich im Ruhezustand befindet, wobei an- genommen wird, dass der Führungstubus keine Strahlungsschwächung verur- sacht. Fig. 3 gibt die Änderung des Strahlungsstromes unter gleichen Bedin- gungen wieder, wobei jedoch als Infrarotleiter 2 eine Lichtleiteroptik von 1 mm Durchmesser und einer nummerischen Apertur von 0,75 verwendet ist. Beide Fig. zeigen, dass sich die empfangene Strahlungsleistung 1 mit dem Abstand d der Messmembran deutlich ändert, d. h. mit zunehmendem Abstand verkleinert.