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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Druckmessen mit einem mehrteiligen Gehäuse. Z. B. aus der AT-PS Nr. 280653 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, die ein in einem zweiteiligen Gehäuse eingebettetes Messelement umfasst, welches einerseits gegen einen gehäusefesten Anschlag abgestützt und anderseits vom zu messenden Druck beaufschlagt ist. Das Messelement ist meist scheibenförmig und besteht aus Quarz oder einem andern piezoelektrischen Stoff, der durch den zu messenden Druck belastet wird und durch die dabei auftretende reversible Formänderung eine dazu proportionale Änderung der elektrostatischen Ladung, hervorgerufen durch die atomare Polarisation, verursacht.
Durch besondere Anordnung des Kristalles oder der meist scheibenförmigen übereinander angeordneten Kristalle kann die Ladungsausbeute vergrössert oder verkleinert werden. Diese elektrostatische Ladung wird durch entsprechend angeordnete Kontakte an den Enden des oder der piezoelektri- schen Körper abgenommen und einem elektrischen Verstärker zugeführt. Der zeitliche Ladungsverlauf kann dann über geeignete elektrische Anzeigegeräte ersichtlich gemacht oder über einen Oszillographen verfolgt werden. Zur eingehenden Auswertung können diese Bewegungsvorgänge photographisch festgelegt werden.
Durch Justierung und empirische Zuordnung der Druckwerte zu entsprechend gemessenen Ladungsstärken kann die Kraft in N oder der Druck in Bar bzw. Pa abgelesen werden.
Diese Art der Druckmessung bietet zwar viele Vorteile, wenn einmalig oder durch mehrfach ablaufende Druckvorgänge kurvenförmig oder relativ gemessen werden soll ; nachteilig ist dabei jedoch die Verwendung hochempfindlicher elektrischer Verstärker- und Messgeräte, die durch äussere Einflüsse, wie Temperatur, Feuchtigkeit, elektrische Beeinflussung, Kapazitätsänderung und andere, beeinträchtigt werden.
Damit ist die Reproduzierbarkeit der absoluten Ladungsenergie bei gleicher Belastung, vor allem bei höheren Drücken nicht immer gegeben und deshalb eine sehr häufige Justierung der piezoelektrischen Druckmesser erforderlich. Sie ist schon meist bei einem Standortwechsel notwendig, der selbst infolge anderer Umgebungseinflüsse Veränderungen in den Anzeigewerten hervorrufen kann. Deshalb besteht aus den genannten Gründen immer eine gewisse Unsicherheit bei piezoelektrischen Messungen, ob die gemessenen Werte in ihrer absoluten Grössenordnung richtig sind.
Darum setzt man häufig mehrere Druckgeber oder Messsysteme auf andern physikalischen Grundlagen zum Vergleich ein, z. B. Druckmembranen oder Stauchapparate mit verformbaren Stauchkörpern. Letztere messen zwar nur den Maximaldruck, besitzen jedoch eine sehr grosse Gleichmässigkeit und eine einfache Handhabung, die Fehlerquellen weitgehend ausschliesst. Sie bestehen aus verformbaren Körpern, in der Regel aus Metall, insbesondere Kupfer. Die Stauchkörper können masslich sehr genau mit Toleranzen unter 0, 01 mm gemessen werden, und auch die chemische Zusammensetzung sowie die mechanischen Eigenschaften können sehr gleichmässig gehalten werden. Eingehende Kontrollen garantieren eine sehr gleichmässige Verformung, wenn diese Körper durch Druck belastet werden. Auch die Temperaturabhängigkeit kann genau festgestellt und berücksichtigt werden.
Eine solche Vorrichtung zum Messen von Drücken mittels eines Stauchkörpers ist z. B. durch die AT-PS Nr. 336924 bekannt geworden. Bei dieser Vorrichtung ist der Stauchkörper in ein Gehäuse eingesetzt und von einem in einer Bohrung des Gehäuses geführten Stempel abgestützt, der seinerseits vom zu messenden Druck beaufschlagt ist.
Die Anordnung mehrerer Messstellen an verschiedenen Stellen ist aber in vielen Fällen räumlich nicht möglich, z. B. bei kleineren Behältern und bei Waffenrohren. Auch kann durch viele Anschlüsse der Druckverlauf selbst wieder beeinträchtigt und verfälscht werden. Die Druckverhältnisse müssen zudem an verschiedenen Messstellen nicht gleich sein. Ein Vergleich dieser Messungen mit der Piezodruckmessung ist daher oft kaum möglich.
Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung, mit der es möglich ist, exakte Vergleichsmessungen zwischen zwei Messmethoden-piezoelektrische Druckmessung und mechanische Stauchdruckmessung - zu ermöglichen, wobei die Vorrichtung überdies leicht und rasch für die Durchführung von Messungen auf der Basis von lediglich einer dieser Messmethoden adaptierbar sein soll.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Kombination der Merkmale erreicht, dass in an sich bekannter Weise in einem ersten Gehäuseteil ein piezoelektrischer Messwertaufnehmer vorgesehen ist, der an der Stirnseite eines Gewindeansatzes gehalten ist und sich einerseits gegen einen Anschlag im ersten Gehäuseteil abstützt und anderseits vom zu messenden Druck beaufschlagt ist, und dass, in ebenfalls an
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sich bekannter Weise, in einem zweiten Gehäuseteil ein Stauchkörper eingesetzt und von einem - vorzugsweise federbelasteten-in einer Bohrung geführten Stempel abgestützt ist, und dass der den piezoelektrischen Messwertaufnehmer tragende Gewindeansatz in eine Gewindebohrung des zweiten Gehäuseteiles einschraubbar ist und die den Stempel führende Durchgangsbohrung einen Gewindeansatz des zweiten Gehäuseteiles durchsetzt.
Diese Massnahmen ermöglichen auf sehr einfache Weise eine "Hintereinanderschaltung" der Einrichtungen für beide Messmethoden, wodurch beide an ein und derselben Druckmessstelle zur Anwendung gelangen können. Damit werden die bei den bisher üblichen getrennten Messwertaufnehmern auf Grund ihrer notwendigerweise an verschiedenen Stellen gelegenen Anordnung an dem zu messenden Objekt bedingten Ungenauigkeiten, die insbesondere bei der Messung von stossartigen Druckbelastungen unangenehm hohe Werte annehmen können, vermieden. Ausserdem ist durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Vorrichtung bei jeder Messung eine exakte Justierung des piezoelektri- schen Messwertaufnehmers durch Messung der Verformung der Stauchkörper möglich, so dass die mit diesem aufgenommenen Kurven z.
B. bei Messungen eines Druckverlaufes, auf Grund der mittels des Stauchkörpers festgestellten maximalen Druckwerte entsprechend korrigiert werden können. Dabei ist zu beachten, dass die Messgenauigkeit bei Verwendung von Stauchkörpern weit über jener der piezoelektri- schen Messwertaufnehmer, bei denen auch noch die durch die notwendigen Verstärker bedingten Fehler berücksichtigt werden müssen, liegt.
Weiters ist durch die erfindungsgemässe Ausbildung sichergestellt, dass die beiden Druckaufnehmer auch ohne weiters getrennt eingesetzt werden können. Es genügt hiezu die beiden Gehäuseteile aneinander zu schrauben, wonach jeder für sich z. B. in eine Wand eines Druckbehälters eingeschraubt werden kann.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Gewindeansätze der beiden Gehäuseteile mit dem gleichen Gewinde versehen sind, da in diesem Fall sehr leicht ein gegenseitiger Austausch der beiden Messwertnehmer möglich ist, wodurch bei einer Wiederholung der Messung eine Kontrolle der ermittelten Werte bzw. eine Korrektur der mit dem piezoelektrischen Messwertaufnehmer ermittelten Werte möglich ist.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Stauchkörper kugelig ausgebildet ist und in einem, in eine glatte, an die Gewindebohrung des zweiten Gehäuseteiles anschliessende Bohrung einlegbaren, eine Durchgangsöffnung aufweisenden Stützkörper geführt ist. Damit kann auf einfache Weise auch bei der Verwendung eines kugelförmigen Stauchkörpers, mit seinen Vorteilen der relativ grossen Formänderung bei Druckeinwirkung und der sehr leicht und genau durchführbaren Messung dieser Formänderung, die gute und exakte Führung im Gehäuse wie bei einem zylindrischen Stauchkörper erreicht werden.
Besonders günstig ist es dabei, wenn in Weiterbildung des Erfindungsgedankens der Stützkörper aus elastischem Material besteht und am Umfang der Bohrung an zumindest drei Stellen anliegt und wenn der Stauchkörper in der Durchgangsöffnung an ebenfalls zumindest drei Stellen geführt ist. Dadurch wird der Stauchkörper stets mittig gehalten und kann sich ohne Behinderung durch den Stützkörper verformen, so dass auch noch kleine Drücke genau erfasst werden können.
Für die separate Verwendung des Stauchkörpers zur Ermittlung eines Maximaldruckes ist es zweckmässig, wenn eine in die Gewindebohrung des den Stauchkörper haltenden zweiten Gehäuseteiles einschraubbare Ambossschraube vorgesehen ist, bei der der Abstand der Stirnfläche des Gewindeteiles von der Ringfläche bzw. der Unterseite des Kopfes gleich dem Abstand der Stirnfläche des piezoelektrischen Messwertaufnehmers von der entsprechenden Ringfläche des ersten Gehäuseteiles ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich für den Stauchkörper stets gleiche Verhältnisse ergeben, unabhängig davon, ob dieser für sich allein oder gemeinsam mit dem piezoelektrischen Messwertaufnehmer zum Einsatz kommt.
Ausserdem kann in jedem Fall mit den gleichen Stauchkörpern gearbeitet werden.
Für Messungen im Inneren von Behältern ist es vorteilhaft, wenn für den Gewindeansatz des den Stauchkörper haltenden und mit einem Mantel aus weichem Material, z. B. Kupfer, umgebenen zweiten Gehäuseteiles eine aus einem leichtverformbaren Material z. B. Kupfer hergestellte aufschraubbare Abdeckkappe vorgesehen ist, deren Gewindebohrung eine dem Gewindeansatz entsprechende Länge aufweist. Durch den Kupfermantel werden Beschädigungen weitgehend vermieden und durch die Kupferkappe ergibt sich keine unkontrollierte Beeinflussung des Messergebnisses.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen Fig. l die erfindungsgemässe Vorrichtung mit kombinierten Messwertaufnehmern, Fig. 2 und 3 eine Ambossschraube bzw. eine Abdeckkappe und die Fig. 4 und 4a jeweils einen Querschnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 1 zweier Ausführungsformen von Stützkörpern.
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Der Gehäuseteil --1-- ist mit einem Gewindeansatz --2-- versehen, an dessen Stirnseite ein piezoelektrischer Messwertaufnehmer --3-- gehalten ist. Die zu diesem Messwertaufnehmer --3-- gehörenden Ausleitungen --5-- sind durch eine mittels einer dichten Durchführung --6-- verschlossenen zentralen axialen Bohrung --4-- geführt.
Der Gewindeansatz --2-- des Gehäuseteiles --1-- ist in eine Gewindebohrung --7-- des Gehäuseteiles - eingeschraubt, die in eine glatte Bohrung --71-- mit einem den Kerndurchmesser der Gewindebohrung nicht überschreitenden Durchmesser übergeht. In dieser glatten Bohrung --71-- ist ein Stützkörper --8-- geführt, der eine Durchgangsöffnung --9-- aufweist, in welcher ein kugeliger Stauchkörper --10-- aus verformbarem Material z. B. Kupfer eingelegt und geführt ist. Der Stützkörper - ist aus leicht verformbarem Material z. B.
Gummi, und liegt entweder-wie Fig. 4 zeigt-an mehreren Umfangsstellen der glatten Bohrung-7'-an, oder er besteht aus einem dreieckförmig gebogenen Messingstreifen, der in der Bohrung --71-- an drei Stellen anliegt, Fig. 4a. Dabei ist der Stauchkörper --10-- innerhalb des Stützkörpers --8'-- an ebenfalls drei Stellen geführt.
Der Stauchkörper --10-- stützt sich auf einem Stempel --11-- ab, der axial zur Gewindebohrung - -7-- in der Bohrung --13-- geführt ist und durch die Kraft der Feder --12--, die an der Unterseite des Kopfes des Stempels angreift, in Richtung zum piezoelektrischen Messwertaufnehmer --3-- gedrückt wird. Dadurch bleibt der Stauchkörper --10-- stets in Kontakt mit dem Messwertaufnehmer --3--.
Die zur Führung des Stempels --11-- dienende Bohrung --13--, die koaxial zur Gewindebohrung - angeordnet ist, durchsetzt den Gewindeansatz --16-- des Gehäuseteiles --15-- und ist mit einem zur gasdichten Abdichtung dienenden Pfropfen --17--, z. B. aus Dichtungsfett, verschlossen. Der Gewindeansatz --16-- wweist zweckmässigerweise das gleiche Gewinde wie der Gewindeansatz --2-- auf. Ausserdem weist der Gehäuseteil --15-- einen Kupfermantel --18-- auf. Die aneinander zur Anlage kommenden Stirnflächen der beiden Gehäuseteile --1 und 15-- sind an ihren äusseren Umfangsbereichen mit einer Abschrägung versehen, und die dadurch entstandene V-förmige Nut ist zwecks Abdichtung mit einer Dichtraupe --19-- , z.B. aus Dichtungsfett ausgefüllt.
Im in Fig. 1 dargestellten Zustand ist die Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung eines Druckes mittels des Stauchkörpers --10-- und des piezoelektrischen Messwertaufnehmers --3-- vorbereitet und kann z. B. mittels des Gewindeansatzes --16-- in eine Behälterwand eingeschraubt werden.
Soll dagegen nur mit dem Messwertaufnehmer --3-- gemessen werden, so brauchen die beiden Gehäuseteile nur auseinandergeschraubt zu werden und der Gewindeansatz --2-- in das Messobjekt eingeschraubt zu werden.
Es ist aber auch möglich, allein mit dem Stauchkörper --10-- zu messen, wobei in diesem Falle anstatt des Gewindeansatzes --2-- eine Ambossschraube --20-- gemäss Fig.2- in die Gewindebohrung --7-eingeschraubt wird.
Diese Ambosssehraube weist einen Gewindeansatz --21-- auf, dessen Stirnfläche den gleichen Abstand von der Unterseite des den Gewindedurchmesser übersteigenden Kopfes --22--, der mit einem Schlitz - versehen ist, aufweist, wie die Stirnfläche des Messwertgebers --3-- von der Ringfläche des Gehäuseteiles --1--, wodurch in jedem Falle gleiche Verhältnisse für den Stauchkörper --10-- gegeben sind.
Soll die Messung mit dem Stauchkörper im Inneren eines Behälters erfolgen, so ist es, um Beschädigungen zu vermeiden, zweckmässig, auf den Gewindeansatz --16-- eine Abdeckkappe --24-- aus leicht verformbarem Material z. B. Kupfer aufzuschrauben. Diese Abdeckkappe --24-- weist einen Aussendurchmesser auf, der jenem des Kupfermantels-18-- entspricht und ist weiters mit einer Gewindesackbohrung --25-- versehen, deren Länge der Länge des Gewindeansatzes --16-- entspricht.
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