DE19532654C1 - Anordnung zum Kompensieren temperaturbedingter Änderungen eines abgeschlossenen Flüssigkeitsvolumens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Kompen­ sieren temperaturbedingter Änderungen eines abgeschlossenen Flüssigkeitsvolumens mit einer äußeren Schale aus einem Werk­ stoff mit einem verhältnismäßig großen Temperaturausdehnungs­ koeffizienten und mit einer aus einem Werkstoff mit einem vergleichsweise kleinen Temperaturausdehnungskoeffizienten bestehenden inneren Schale, die innerhalb der äußeren Schale derart angeordnet ist, daß mindestens bei Temperaturerhöhung ein kleiner Zwischenraum zwischen der inneren und der äußeren Schale vorhanden ist.

Eine Anordnung dieser Art ist der Zeitschrift "messen + prüfen/automatik", Dezember 1979 auf Seite 951 in Bild 2 ent­ nehmbar. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich um das Meßwerk eines Differenzdruck-Meßumformers, das jeweils ein äußeres Gehäuseteil aus Stahl aufweist, also aus einem Werkstoff mit einem verhältnismäßig großen Temperaturaus­ dehnungskoeffizienten besteht; die äußeren Gehäuseteile bilden äußere Schalen, die zusammen mit einer Meßmembran jeweils ein Flüssigkeitsvolumen aus einem Silikonöl nach außen abschließen. Innerhalb der äußeren Schale ist eine innere Schale aus einem Isolationswerkstoff, zum Beispiel aus Keramik, mit einem vergleichsweise kleinen Temperaturausdeh­ nungskoeffizienten als Tragkörper für Kondensatorplatten an­ geordnet.

Wird die bekannte Anordnung einer Temperaturänderung ausge­ setzt, dann verändert sich das Volumen des eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumens, wodurch die Meßeigenschaften verändert würden, wenn nicht Kompensationsmaßnahmen ergriffen würden.

Dies ist bei der bekannten Anordnung durch die Anordnung und die Wahl der Werkstoffe für die äußere und die innere Schale gewährleistet, weil sich die äußere Schale aus Stahl bei einem Temperaturanstieg beispielsweise stärker ausdehnt als die innere Schale aus dem Isolierwerkstoff; demzufolge bildet sich zwischen den beiden Schalen ein mit steigender Tempera­ tur größer werdender Spalt aus, in den das sich ebenfalls ausdehnende Silikonöl eindringen kann, wodurch in erwünschter Weise das Flüssigkeitsvolumen vergrößert und der Meßfehler verkleinert wird.

Aus der deutschen Patentschrift DE 41 12 309 C2 ist ein Druckmeßumformer mit einer Druckausgleichskammer bekannt, die an eine von einer Trennmembran und dem Drucksensor begrenzte, eine Druckübertragungsflüssigkeit aufnehmende Kammer ange­ schlossen ist. Langsame Volumenänderungen der Druckübertra­ gungsflüssigkeit, beispielsweise durch eine Änderung der Um­ gebungstemperatur, werden mittels der Druckausgleichskammer ausgeglichen, so daß Temperaturänderungen nicht zu einer Druckänderung am Drucksensor führen.

Aus "Patents Abstracts of Japan" (P-1409, 25. August 1992, Vol. 16/No. 402) ist ferner ein Druckmeßumformer bekannt, bei dem in einer mit Druckübertragungsflüssigkeit gefüllten Vor­ kammer ein Fe-Pt-Metallkörper enthalten ist. Bei Tempera­ turerhöhung reduziert sich das Volumen des Fe-Pt-Metallkör­ pers, so daß für die Druckübertragungsflüssigkeit mehr Volu­ men in der Vorkammer zur Verfügung steht. Ein Ausdehnen der Druckübertragungsflüssigkeit bei Temperaturerhöhung wird also durch den dabei schrumpfenden Fe-Pt-Metallkörper kompensiert, so daß keine Druckerhöhung am Drucksensor bei einer Tempera­ turerhöhung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Kompensieren temperaturbedingter Änderungen eines abgeschlos­ senen Flüssigkeitsvolumens vorzuschlagen, mit dem sich eine noch bessere Kompensation der temperaturbedingten Änderungen des Flüssigkeitsvolumens erreichen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der ein­ gangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die innere Schale mit einer Deckelplatte flüssigkeitsdicht verschlossen ist, an der Deckelplatte auf ihrer der inneren Schale zugewandten Seite flüssigkeitsdicht eine Haube aus ei­ nem Werkstoff mit einem großen Temperaturausdehnungskoef­ fizienten derart befestigt ist, daß sie durch einen Hohlraum von der inneren Schale getrennt ist, und innerhalb der Haube ein Füllkörper aus einem Werkstoff mit vergleichsweise klei­ nem Temperaturausdehnungskoeffizienten angeordnet ist, wobei ein mindestens bei Temperaturerhöhung vorhandener schmaler Spalt zwischen der Haube und dem Füllkörper über mindestens eine Durchgangsöffnung in der Deckelplatte mit dem Flüssigkeitsvolumen in Verbindung steht.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung be­ steht darin, daß durch die zusätzliche Verwendung eines Deckelteils, einer Haube und eines Füllkörpers ein zusätz­ liches Flüssigkeitsaufnahmevolumen im Falle von Temperatur­ steigerungen geschaffen wird, in das bei solchen Temperatur­ änderungen sich ausdehnendes Flüssigkeitsvolumen ausweichen kann. Änderungen von Meßeigenschaften eines mit der erfin­ dungsgemäßen Anordnung ausgerüsteten Meßgerätes mit einem nach außen abgeschlossenen Flüssigkeitsvolumen werden daher auch bei starkem Temperaturanstieg weitestgehend vermieden.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Füllkörper un­ terschiedlich ausgebildet sein. Zur Erzielung der erfindungs­ gemäß angestrebten Wirkung erscheint es aber vorteilhaft, daß der Füllkörper in seiner Außenkontur der Innenkontur der Haube unter Freilassung eines schmalen Spaltes entspricht. Dadurch ist am besten gewährleistet, daß ein möglichst großer Füllkörper aus einem Werkstoff mit einem vergleichsweise kleinen Temperaturkoeffizienten vorhanden ist, der den an sich schmalen Spalt bei einem Temperaturanstieg infolge der sich stark ausdehnenden Haube sich vergrößern läßt, so daß von diesem Spalt relativ viel Flüssigkeit aufgenommen werden kann.

Der Füllkörper kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung in vorteilhafter Weise ein massives Bauteil sein, das durch seine Ausführung eine insgesamt besonders flüssigkeitsarme Anordnung zuläßt, weil sich innerhalb der Haube so gut wie gar keine Flüssigkeit befindet. Trotzdem ist die Aufnahme eines entsprechenden Flüssigkeitsvolumens bei Temperaturan­ stieg gewährleistet.

Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn der Füllkörper ein schalenförmiges Bauteil ist, das flüssigkeitsdicht mit dem Deckelteil verbunden ist; die mindestens eine Durch­ gangsöffnung im Deckelteil führt zu dem schmalen Spalt. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung erlaubt es, in­ nerhalb des schalenförmigen Bauteils ein zusätzliches scha­ lenförmiges Bauteil im Sinne der Haube mit einem weiteren darin angeordneten Füllkörper vorzunehmen, wenn eine noch weitergehende Temperaturkompensation erwünscht ist.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Schnitt durch einen Ausschnitt aus einem im übrigen nicht weiter dar­ gestellten Meßgerät gezeigt, bei dem es sich um einen Druck­ meßumformer ähnlich dem eingangs behandelten bekannten Meßum­ former handeln kann.

Die in der Figur dargestellte Anordnung weist eine äußere Schale 1 mit einem großen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf und besteht beispielsweise aus Stahl. Die äußere Schale 1 kann Bestandteil eines äußeren Gehäuseteils eines nicht weiter dargestellten Meßgerätes, z. B. eines Druckdifferenz- Meßwerkes der eingangs beschriebenen Art, sein. Die Innenkon­ tur der äußeren Schale 1 kann zylinderförmig ausgestaltet sein, indem aus einem massiven Stahlteil ein Sackloch 2 aus­ gefräst ist. Innerhalb der äußeren Schale 1 befindet sich eine innere Schale 3 aus einem Werkstoff mit relativ kleinem Temperaturausdehnungskoeffizienten, z. B. Keramik, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel topfartig ausgebildet ist. Die äußere Kontur 4 der inneren Schale 3 entspricht bis auf einen kleinen Zwischenraum 5 der inneren Kontur 6 der äußeren Schale 1.

Mit der inneren Schale 3 ist an ihrer offenen Seite 7 ein Deckelteil 8 flüssigkeitsdicht verbunden, beispielsweise ver­ schweißt. Außerdem ist an dem Deckelteil 8 eine Haube 9 flüssigkeitsdicht angebracht, die unter Freilassung eines Hohlraumes 10 innerhalb der inneren Schale 3 liegt; der Hohlraum 10 kann u. U. evakuiert oder mit einem Gas gefüllt sein. Im Innern der Haube 9 befindet sich ein Füllkörper 11, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als massiver Körper ausgebildet ist. Der Füllkörper 11 entspricht in seiner Außenkontur 12 etwa der Innenkontur 13 der Haube 9. Zwischen dem Füllkörper 11 und der Haube 9 ist nur ein schmaler Spalt 14 freigelassen. Dieser schmale Spalt 14 ist über Durchgangsöffnungen 15 und 16 im Deckelteil 8 mit einem abgeschlossenen Flüssigkeitsvolumen verbunden, das sich in dem Bereich 17 vor dem Deckelteil 8 befindet; das Flüssigkeitsvolumen 17 ist in nicht dargestellter Weise nach außen hin überall dicht abgeschlossen.

Erfährt die erfindungsgemäße Anordnung mit dem abgeschlosse­ nen Flüssigkeitsvolumen 17 eine Erwärmung, dann dehnt sich nicht nur das Flüssigkeitsvolumen 17 aus, sondern auch rela­ tiv stark die äußere Schale 1. Die innere Schale 3 mit einem vergleichsweise geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten dehnt sich weniger aus, wodurch der Zwischenraum 5 zwischen äußerer Schale 1 und innerer Schale 3 größer wird; es kann dann aus dem Flüssigkeitsvolumen 17 mehr Flüssigkeit in den Zwischenraum 5 eindringen, wodurch eine erste Kompensation der temperaturbedingten Änderung des Flüssigkeitsvolumens 17 erfolgt. Zusätzlich dehnt sich auch die Haube 9, die bei­ spielsweise aus demselben Werkstoff wie die äußere Schale 1 hergestellt sein kann, verhältnismäßig stark aus, was wegen des gegenüber dem Flüssigkeitsvolumen 17 abgeschlossenen Hohlraumes 10 ohne weiteres möglich ist. Der Füllkörper 11, der beispielsweise aus demselben Werkstoff wie die innere Schale 3 bestehen kann, dehnt sich vergleichsweise wenig aus, wodurch sich der schmale Spalt 14 zwischen der Haube 9 und dem Füllkörper 11 vergrößert; durch die Durchgangsöffnungen 15 und 16 kann aus dem Flüssigkeitsvolumen 17 Flüssigkeit in den größer gewordenen Spalt 14 strömen, wodurch eine weitere Kompensation der temperaturbedingten Änderung des Flüssig­ keitsvolumens erzielt wird.

Es ist ohne weitere Erläuterungen verständlich, daß der Füllkörper 11 ähnlich der Haube 9 ausgebildet sein kann, wenn eine zusätzliche Kompensation temperaturbedingter Änderungen des Flüssigkeitsvolumens 17 erzielt werden soll. Auch diese zusätzliche Haube kann dann flüssigkeitsdicht an dem Deckelteil 8 angebracht werden, und innerhalb der zusätzli­ chen Haube kann dann ein zusätzlicher Füllkörper entsprechend dem Füllkörper 11 angeordnet werden. Soweit es die konstruktiven Gegebenheiten zulassen, kann diese Weiterbil­ dung noch wiederholt werden.

Claims (4)

1. Anordnung zum Kompensieren temperaturbedingter Änderungen eines abgeschlossenen Flüssigkeitsvolumens mit einer äußeren Schale aus einem Werkstoff mit einem verhältnismäßig großen Temperaturausdehnungskoeffizienten und mit einer aus einem Werkstoff mit einem vergleichsweise kleinen Temperaturausdeh­ nungskoeffizienten bestehenden inneren Schale, die innerhalb der äußeren Schale derart angeordnet ist, daß mindestens bei Temperaturerhöhung ein kleiner Zwischenraum (5) zwischen der inneren und der äußeren Schale vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die innere Schale (3) mit einer Deckelplatte (8) flüssig­ keitsdicht verschlossen ist,
• - an der Deckelplatte (8) auf ihrer der inneren Schale (3) zugewandten Seite flüssigkeitsdicht eine Haube (9) aus ei­ nem Werkstoff mit einem großen Temperaturausdehnungskoef­ fizienten derart befestigt ist, daß sie durch einen Hohl­ raum (10) von der inneren Schale (3) getrennt ist, und
• - innerhalb der Haube (9) ein Füllkörper (11) aus einem Werkstoff mit vergleichsweise kleinem Temperaturausdeh­ nungskoeffizienten angeordnet ist,
• - wobei ein mindestens bei Temperaturerhöhung vorhandener schmaler Spalt (14) zwischen der Haube (9) und dem Füll­ körper (11) über mindestens eine Durchgangsöffnung (15, 16) in der Deckelplatte (8) mit dem Flüssigkeitsvolumen (17) in Verbindung steht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Füllkörper (11) in seiner Außenkontur (12) der Innen­ kontur (13) der Haube (9) unter Freilassung eines schmalen Spaltes (14) entspricht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Füllkörper (11) ein massives Bauteil ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Füllkörper ein schalenförmiges Bauteil ist,
• - das schalenförmige Bauteil flüssigkeitsdicht mit dem Deckelteil verbunden ist und
• - die mindestens eine Durchgangsöffnung im Deckelteil zu dem schmalen Spalt führt.