DE1987970U - Einrichtung zur messung kleiner gasdruckaenderungen. - Google Patents

Description

Die Neuerung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung kleiner Gasdruckänderungen, insbesondere für Dichtheitsprüfungen von Gasbehältnissen. Eine solche Einrichtung soll gemäß der Erfindung derart ausgebildet sein, dass die zu messenden Gasdrücke praktisch unabhängig von der Temperatur des Gases und, soweit nicht der Luftdruck in der Atmosphäre gemessen werden soll, unabhängig von Änderungen des atmosphärischen Luftdruckes sind. Dabei soll die Einrichtung wenig aufwendig sein.

Die bekannten Einrichtungen zur Messung kleiner Gasdruckänderungen sind sehr aufwendig; auch ist meist ihre Messgenauigkeit nicht sehr groß. Dies gilt z.B. bei Verwendung wassergefüllter U-Rohr-Druckmesser. Auch bei diesen ist die eben genannte Unabhängigkeit nicht gegeben. Ähnliche Nachteile treten bei Verwendung quecksilbergefüllter U-Rohr-Druckmesser auf, wobei noch der Nachteil der Giftwirkung des Quecksilbers hinzukommt.

Zur Lösung der Aufgabe weist die genannte Einrichtung gemäß der Neuerung einen Differenzdruckmesser, ein im Gasraum (Hauptraum) vorgesehenes Vergleichsdruckbehältnis und eine Absperrvorrichtung auf, wobei die eine Druckseite des Differenzdruckmessers mit dem Hauptraum und seine andere Druckseite mit dem Innenraum des Vergleichsdruckbehältnisses verbunden ist und dieser Innenraum (Vergleichsdruckraum) mit dem Hauptraum über die Absperrvorrichtung verbindbar ist. Praktisch temperaturkompensiert ist die Einrichtung, weil das Vergleichsdruckbehältnis von dem im Hauptraum befindlichen Gas umgeben ist und das im Vergleichsdruckraum befindliche Gas die Temperatur des im Hauptraum befindlichen Gases annimmt. Auch braucht im Falle eines Flüssigkeitsdifferenzdruckmessers, z.B. U-Rohres, nicht die Temperatur der Flüssigkeit bzw. Flüssigkeitssäule berücksichtigt zu werden. Die Einrichtung ist luftdruckkompensiert, weil das Gas in der Einrichtung nicht mit der Atmosphäre in Berührung kommen kann. Voraussetzung ist dabei natürlich auch, dass in den Hauptraum nicht von woanders her Luft gelangen kann. Während bei einem Hauptraumdruck von z.B. 6 atü ein wassergefüllter U-Rohr-Druckmesser etwa 60 m hoch sein müsste, braucht ein wassergefülltes U-Rohr als erfindungsgemäßer Differenzdruckmesser gewöhnlich nicht höher als 50 cm zu sein. Dieser Differenzdruckmesser ist also gegenüber einem quecksilbergefüllten U-Rohr-Druckmesser, der auf der einen Druckseite vom Druck des Hauptraumgases und auf der anderen vom atmosphärischen Luftdruck belastet ist, weitaus kürzer. Die Einrichtung gemäß der Neuerung misst die Druckänderungen sicher und sehr genau und ist wegen der Kleinheit des Differenzdruckmessers insbesondere zur Messung kleiner Gasdruckänderungen bei einem unter relativ hohem Druck stehenden Gas mit Vorteil verwendbar. Sie kann aber auch zur Messung kleiner Gasdruckänderungen bei einem unter unteratmosphärischem Druck stehenden Gas verwendet werden. Die Einrichtung ist wegen ihrer Kleinheit sehr handlich.

Anstelle eines U-Rohr-Differenzdruckmessers kann ein anderer bekannter Differenzdruckmesser verwendet werden, z.B. ein elektronisch arbeitender, mit dessen Hilfe dann eine zeitabhängige Druckabfall-Aufzeichnung verhältnismäßig einfach erreicht werden kann. Ebenfalls ist ein U-Rohr-Differenzdruckmesser mit schief gestellten Schenkeln verwendbar; diese Schenkel gestatten ein genaueres Ablesen.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Neuerung dargestellt. Fig. 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung, wobei Hauptraum und Vergleichsdruckbehältnis weggelassen sind.

Die Messeinrichtung weist als Differenzdruckmesser ein wassergefülltes U-Rohr 10 auf, dessen eine Druckseite mit dem Innenraum eines auf Dichtheit zu prüfenden Behälters 12 verbunden ist. Dieser Innenraum ist mit einem Gas gefüllt, das unter einem Druck von z.B. 5 atü steht, und wird im folgenden Hauptraum 11 genannt. Die Messeinrichtung weist ferner einen im Hauptraum 11 vorgesehenen, dünnwandigen, länglichen, lanzenspitzenförmigen Hohlkörper auf. Dieser ist ein Vergleichsdruckbehältnis 13. Dessen Innenraum - im folgende Vergleichsdruckraum 14 genannt - ist mit der anderen Druckseite des U-Rohres 10 verbunden. Die Verbindungen werden durch Leitungen 15 und 16 und Stutzen 17 und 18 des U-Rohres 10 gebildet. Das Vergleichsdruckbehältnis kann auch ein Rohr sein. Das Vergleichsdruckbehältnis 13 erstreckt sich in seiner Längsrichtung 25 mindestens über einen wesentlichen Teil einer der Erstreckungen - Erstreckung a - des Behältnisses 12 oder in diesem Sinne schräg zu dieser Erstreckung. Die Messeinrichtung weist weiterhin ein Absperrventil 19 auf, dessen eine Seite mit einem Stutzen 20 und dessen andere Seite mit einem Stutzen 21 des U-Rohres 10 strömungsmäßig verbunden ist. Wird das Absperrventil 19 geöffnet, dann werden der Hauptraum 11 und der Vergleichsdruckraum 14 kurzgeschlossen, so dass zu Beginn der Messung sich in diesen beiden Räumen 11 und 14 einander genau gleiche Drücke einstellen; das Wasser steht in beiden Schenkeln 22 und 23 des U-Rohres 10 gleich hoch. Schließt man das Absperrventil 19, so werden von diesem Augenblick an Druckänderungen im

Hauptraum 11 durch ungleich hohen Stand des Wassers in den Schenkeln 22 und 23 angezeigt. Ist der Behälter 12 undicht, dann steigt das Wasser im Schenkel 22, wobei gleichzeitig das Wasser im Schenkel 23 sinkt. Die Spiegelhöhendifferenz ist mit h bezeichnet. Somit kann ein zeitlicher Druckabfall gemessen werden.

Die Einrichtung ist praktisch temperaturkompensiert, weil das gesamte Vergleichsdruckbehältnis 13 vom Gas des Hauptraumes 11 umgeben ist und das Gas im Vergleichsdruckraum 14 stets etwa die Temperatur des Gases im Hauptraum 11 annimmt. Der Temperaturausgleich kann begünstigt werden, indem man dem Vergleichsdruckraum 14 eine große Oberfläche gibt, z.B. durch Rippen, eine flache Form usw., und/oder aus Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit herstellt, z.B. aus Kupfer oder dgl. Zu diesem Zweck ist das Vergleichsdruckbehältnis auch vorzugsweise sehr dünnwandig.

Ändert sich der Druck im Hauptraum 11, so verschiebt sich, da das Absperrventil 19 geschlossen ist, die Flüssigkeitssäule im U-Rohr 10, weil der Normal- oder Ausgangsdruck von 5 atü im Vergleichsdruckraum 14 nach wie vor bestehen bleibt. Der Druckmesswert stimmt praktisch genau, da die durch die Gasdruckänderung, also das Verschieben der Flüssigkeitssäule, hervorgerufene, maximal mögliche Volumenänderung im U-Rohr 10 bzw. Differenzdruckmesser auslegungsgemäß meist vernachlässigbar klein gegenüber dem Volumen des Vergleichsdruckraumes 14 gemacht werden kann, indem nämlich z.B. der Innenquerschnitt des U-Rohres 10 entsprechend sehr klein ausgeführt wird. Für diesen Fall kann der angezeigte Differenzdruck direkt in mm Flüssigkeitssäule am U-Rohr 10 abgelesen werden. Anderenfalls muss der am Differenzdruckmesser abgelesene Wert korrigiert werden, und zwar ist bei Verwendung eines U-Rohres 10 als Differenzdruckmesser der im folgenden angegebene Betrag

P[tief]Korr zum abgelesenen Differenzdruck stets zuzuzählen.

Hierin bedeuten:

P[tief]o: Normal- oder Ausgangsdruck (absolut) im Hauptraum 11

: Volumenänderung infolge Verschiebung der Flüssigkeit im U-Rohr 10

h: Differenz der Höhen der beiden Spiegel der Flüssigkeit im U-Rohr 10

d: Innendurchmesser des U-Rohres

V[tief]o: Größe (Volumen) des Vergleichsdruckraumes 14 einschließlich Leitung 16, Stutzen 18 und oberen Teil des Schenkels 23 bis zum Flüssigkeitsspiegel beim Nullwert des Differenzdruckmessers; dieser Spiegel ist mit 24 bezeichnet.

Diese Formel gilt auch für den Fall, dass Differenzdruckmesser anderer Art verwendet werden, nur dass man die Volumenänderung großes Delta V[tief]o, die beim U-Rohr 10 gleich ist, durch einen anderen Ausdruck ersetzt. Wenn sich infolge der Druckdifferenz z.B. eine Membran durchbiegt, dann ergibt sich

V[tief]o aus dieser Bewegung der Membran.

Der Normal- oder Ausgangsdruck im Hauptraum 11 kann mit einem bekannten Druckmesser, z.B. mit einem Bourdon-Rohr, gemessen werden.

Gemäß Fig. 2 weist die Einrichtung einen Halterungskörper 26 auf, an dem ein U-Rohr 27 und die Leitungen 15 und 16 befestigt sind. Er nimmt weiterhin über Leitungen 28 und 29 ein Absperrventil 19 auf. Gestrichelt dargestellte Kanäle verbinden das U-Rohr 27 mit den Leitungen 15, 16, 28 und 29. Das U-Rohr 27, der Halterungskörper 26 und die Leitungen 15 und 16, gegebenenfalls auch die Leitungen 28 und 29, sind durchsichtig, wodurch es möglich ist, den gesamten Druckweg auf einzelne Flüssigkeitstropfen oder sonstige Fremdkörper genau zu überwachen. Diese Bauart kann auch angewendet werden, wenn an die Stelle des U-Rohres ein anderer Differenzdruckmesser tritt, und auch dann, wenn an die Stelle des

Absperrventils eine andere Absperrvorrichtung tritt.

Da der Innenquerschnitt des U-Rohres wie gesagt zweckmäßigerweise sehr klein ist, ist die in ihm befindliche Flüssigkeitsmenge sehr gering. Bei sehr starken Druckunterschieden zwischen Hauptraum (Prüfraum) und Vergleichsdruckraum kann es vorkommen, dass die Flüssigkeit aus dem U-Rohr herausgepresst wird und nicht mehr zur Verfügung steht. Es ist daher vorteilhaft, dass die Einrichtung einen dem Nachfüllen des U-Rohres bzw. eines Differenzdruckmessers mit Messflüssigkeit dienenden Speicher 30 aufweist, dessen Flüssigkeitsspiegel 31 auf größerer geodätischer Höhe liegt als der höchstmögliche Messflüssigkeitsspiegel des Differenzdruckmessers. Das an sich schwierige Nachfüllen ist somit sehr einfach durchführbar. Die Zuführung der Flüssigkeit liegt zweckmäßigerweise im gekrümmten Teil des U-Rohres - siehe die Zuführungsstelle 32. Wenn das Messgerät nicht an den nicht dargestellten Hauptraum (Prüfraum) geschlossen ist, genügt dieser geodätische Höhenunterschied. Für den Fall jedoch, dass nachgefüllt werden soll, wenn der Differenzdruckmesser an den unter dem Normaldruck (Prüfdruck) oder dgl. stehenden Hauptraum angeschlossen ist, wird auch der Speicher 30 an diesen Hauptraum angeschlossen. Es ist also vorteilhaft, einen über dem Flüssigkeitsspiegel 31 befindlichen, an diesen grenzenden Raum 33 des Speichers

30 mit dem Hauptraum oder einem besonderen nicht dargestellten Druckraum zu verbinden. Die betreffenden Verbindungsleitungen sind mit 34 und 35 bezeichnet. Vom Speicherboden führt eine Nachfülleitung 36 zur Zuführungsstelle 32, und zwar über eine Absperrvorrichtung 37. Das an sich schwierige Nachfüllen gestaltet sich somit auch dann sehr einfach.

Für Messungen bei gleichen Hauptraum-Normaldrücken (Prüfdrücken) kann eine Korrektur, die durch die infolge der Gasdruckänderungen auftretende Volumenänderung im Differenzdruckmesser bedingt ist, in die Skala des Differenzdruckmessers eingeeicht sein. Für Messungen an gleich großen Haupträumen kann der Differenzdruckmesser so geeicht sein, dass die durch Undichtheit des den Hauptraum bildenden Behältnisses aus ihm austretende Gasmenge in Nm[hoch]3 ablesbar ist. Diese Eichung ist unabhängig vom Hauptraum-Normaldruck (Prüfdruck). Für Messungen bei gleichen Hauptraum-Normaldrücken, gleich großen Haupträumen und gleich langen Prüfseiten kann der Differenzdruckmesser in Leckraten-Einheiten geeicht sein.

Soll die Dichtheit des Hauptraumes (Prüfraumes) einer Abnahme unterliegen, so ist es vorteilhaft, wenn die Absperrvorrichtung eine Einrichtung aufweist, durch die sie gegen unbefugtes Betätigen verriegelbar und/oder verschließbar und/oder versiegelbar ist.

Das längliche Vergleichsdruckbehältnis kann sich in seiner Längsrichtung praktisch über die gesamte Länge einer der Erstreckungen des Gasbehältnisses erstrecken. Da bei großer Länge des Vergleichsdruckbehältnisses und Halterung desselben insbesondere an seinem einen Ende die Gefahr besteht, dass es sich infolge seines Eigengewichtes durchbiegt, kann man als Halterung z.B. ein durchlöchertes Stahlrohr verwenden, das die Zuführung zum Vergleichsdruckbehältnis umgibt und in der Bewandung des den Hauptraum bildenden Behältnisses festgelegt ist.

Die Einrichtung wird z.B. für Dichtheitsprüfungen wasserstoffgefüllter Gehäuse von Turbogeneratoren oder für Dichtheitsprüfungen von Reaktorgefäßen verwendet. Die Einrichtung ist zur Messung sehr kleiner Gasdruckänderungen sehr gut geeignet. Bei den Gasdruckänderungen kann es sich um Luftdruckänderungen handeln.

Claims (15)

1. Einrichtung zur Messung kleiner Gasdruckänderungen, insbesondere für Dichtheitsprüfungen von Gasbehältnissen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Differenzdruckmesser, ein im Gasraum (Hauptraum) vorgesehenes Vergleichsdruckbehältnis und eine Absperrvorrichtung aufweist, wobei die eine Druckseite des Differenzdruckmessers mit dem Hauptraum und seine andere Druckseite mit dem Innenraum des Vergleichsdruckbehältnisses verbunden ist und dieser Innenraum (Vergleichsdruckraum) mit dem Hauptraum über die Absperrvorrichtung verbindbar ist, die zwischen die beiden genannten Druckseiten geschaltet ist.

2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichsdruckbehältnis ein Rohr oder ein lanzenspitzenförmiger Hohlkörper ist.

3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein längliches Vergleichsdruckbehältnis in seiner Längsrichtung mindestens über einen wesentlichen Teil einer (a) der Erstreckungen eines den Hauptraum bildenden Gasbehältnisses erstreckt.

4. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die infolge der Gasdruckänderungen hervorgerufene maximal mögliche Volumenänderung im Differenzdruckmesser gegenüber dem Volumen des Vergleichsdruckraumes auslegungsgemäß sehr klein ist.

5. Messeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruckmesser ein U-Rohr ist.

6. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung eine Einrichtung aufweist, durch die sie gegen unbefugtes Betätigen verriegelbar ist.

7. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für Messungen bei gleichen Hauptraum-Normaldrücken (Prüfdrücken) eine Korrektur, die durch die infolge der Gasdruckänderungen auftretende Volumenänderung im Differenzdruckmesser bedingt ist, in die Skala des Differenzdruckmessers eingeeicht ist.

8. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für Messungen an gleich großen Haupträumen der Differenzdruckmesser so geeicht ist, dass die durch Undichtheit des den Hauptraum bildenden Behältnisses aus ihm austretende Gasmenge in Nm[hoch]3 ablesbar ist.

9. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für Messungen bei gleichen Hauptraum-Normaldrücken, gleich großen Haupträumen und gleichen langen Prüfzeiten der Differenzdruckmesser in Leckraten-Einheiten geeicht ist.

10. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Halterungskörper (26) aufweist, der den Differenzdruckmesser (27) und, gegebenenfalls über Leitungen (28, 29), die Absperrvorrichtung (19) aufnimmt und durchsichtig ist.

11. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dem Nachfüllen eines Differenzdruckmessers (27) mit Flüssigkeit dienenden Speicher (30) aufweist, dessen Flüssigkeitsspiegel (31) auf größerer geodätischer Höhe liegt als der höchstmögliche Messflüssigkeitsspiegel des Differenzdruckmessers (27).

12. Messeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein über dem Speicherflüssigkeitsspiegel (31) befindlicher, an diesen grenzender Raum (33) des Speichers (30) mit dem Hauptraum (11) oder einem besonderen Druckraum verbunden ist.

13. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen (28, 29), die die beiden genannten Druckseiten mit der Absperrvorrichtung (19) verbinden, durchsichtig sind.

14. Messeinrichtung nach Anspruch 1, 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen (15, 16), die die beiden genannten Druckseiten mit dem Hauptraum (11) und dem Vergleichsdruckraum (14) verbinden, durchsichtig sind.

15. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das U-Rohr (27) wassergefüllt ist.