DE2009043C3 - Differenzdruckmeßwerk für hohe Drücke - Google Patents
Differenzdruckmeßwerk für hohe DrückeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Differenzdruckmeßwerk für hohe Drücke, bei dem durch die Bewegung von den
beiden Druckräumen zugeordneten und durch eine s° Verbindungsstange miteinander verbundenen, unter der
Wirkung von Meßfedern stehenden Meßmembranen zweier Membrandosen ein das Meßsignal erzeugendes
elektromagnetisches Abgriffssystem betätigt wird, das in einer von den Bodenplatten der Membrandosen
gebildeten, mit Flüssigkeit gefüllten Kammer untergebracht ist.
Nach der deutschen Patentanmeldung T 7107, IXb 42k, 9/01 (vom 16. 12. 19S4), ist es bekannt, bei einem
Differenzdruckmeßwerk innerhalb des Gehäuses eine elastische Meßmembran mit einem elektromagnetischen
Abgriffssystem m verbinden, um ein der Membranbewegung entsprechendes elektrisches Meßsignal
zu erhalten. Eine zweite schlappe Membran dient dazu, den das Abgriffsystem umgebenden Raum, der mit
Flüssigkeit gefüllt ist, gegenüber aggressiven Meßmedien abzuschließen. Eine meßwirksame Funktion erfüllt
nur die elastische Membran.
Bei anderen Differenzdruckmeßwerken mit zwei
elastischen Meßmembranen erfolgt die Meßwertanzeige über ein aus dem Gehäuse herausführendes
Hebelgestänge (beispielsweise GB-PS 7 90295). Die mechanische Übertragung der Membranbewegung
nach außen erfordert innerhalb des Gehäuses zusätzlichen Raum, so daß sich ziemlich große Abmessungen
des Differenzdruckmeßwerkes ergeben, und wirkt sich wegen der Reibungsverluste ungünstig auf die Meßempfindlichkeit
aus.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Differenzdruckmeßwerk der eingangs genannten Art für hohe
Drücke zu schaffen, das eine größere Meßgenauigkeit und eine bessere Nullpunktkonstanz aufweist als die
bekannten Differenzdruckmeßwerke, bei weitgehender Unabhängigkeit des Meßsignals gegenüber Temperaturschwankungen
und Schwankungen des statischen Druckes. Dabei soll die maximale Lageveränderung der
Membranen und der Bedarf an Füllflüssigkeit sehr gering sein, so daß sich nur sehr kleine Volumenverschiebungen
der Füllflüssigkeit beim Meßvorgang ergeben. Eine wesentliche Voraussetzung zur Erreichung
dieser Ziele ist eine völlig symmetrische Anordnung der beiden Druckräume und der darin
befindlichen mechanischen und elektrischen Elemente, was außerdem in fertigungstechnischer Hinsicht von
Vorteil ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1
gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist bereits ein Differenzdruckmeßwerk mit zwei durch eine Verbindungsstange miteinander verbundenen
Wellrohrmembranen bekannt (AT-PS 2 41 855), bei dem die Bewegung der Stange über eine Hebelvorrichtung,
die eine Aluminiumfahne aufweist, elektromagnetisch abgetastet wird. Dieses Differenzdruckmeßwerk
ist nicht :ymmetrisch beiderseits einer Zentralplatte aufgebaut, weder hinsichtlich des mechanischen noch
des elektrischen Teiles.
In der Firmendruckschrift »Bartonzelle» TDHZ 224 W 6055/639/9.68/P der Firma Hartmann A; Braun ist
ferner ein Differenzdruckmeßwerk mit mechanischem Abgriff beschrieben, das einen symmetrischen Aufbau
beiderseits einer Platte aufweist. Durch die Platte führt eine Verbindungsstange, deren Enden jeweils mit einer
an der Platte befestigten Wellrohrmembran verbunden sind. In einem Hohlraum in der Mitte der Platte ist das
mechanische Abgriffssystem untergebracht. Durch die an der Platte befestigten Basisteile der Wellrohrmembranen
wird jedoch keine Kammer wie beim Anmeldungsgegenstand gebildet, bei dem dann außerdem eine
Zentralplatte die Kammer in zwei Hälften aufteilt und in jeder Kammerhälfte in symmetrischer Anordnung zur
Verbindungsstange der Membranen jeweils eine Hälfte des elektromagnetischen Abgriffssystems angeordnet
ist.
Entsprechend ist ein in der US-PS 34 92 872, F i g. 2 dargestelltes Differenzdruckmeßwerk mit elektromagnetischem
Abgriffsystem zu beurteilen, das hinsichtlich der erfindungsgemäßen Merkmale des Anmeldungsgegenstandes
die gleichen Unterschiede wie das vorstehend skizzierte Gerät aufweist.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigt
Zentralplatte mit dem feststehenden Teil des elektromagnetischen
Abgriffsystems und
Fig.3a und 3b weitere Einzelheiten des elektromagnetischen
Teiles der F i g. 2.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit s den gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie aus F i g. 1 erkennbar, sind zwei Membrandosen 1 vorgesehen, die einander spiegelbildlich gegenüberstehen,
wobei der Boden 2 jeder Membrandose nach außen gerichtet ist Den Boden der Membrandosen
bedecken als Membranbett für die Membranen 3 dienende Hinterlegungsplatten 4. Die Befestigung der
Hinterlegungsplatten in den Membrandosen kann z. B. durch Kleben erfolgen. Die einander gegenüberliegenden
Oberflächen der Meßmembran und der Hinterlegungsplatte, deren Abstand in der Größenordnung von
0,1 mm liegt, sind aneinander angepaßt Die Membranen 3 bestehen aus einem elastischen, kreisringförmigen
Rillenteil 5 mit hochgezogenen Rändern 6 und 7. Die Oberkanten dieser Ränder sind an den oberen Rand
eines Außenringes 8 und einer Innenplatte 9 angeschweißt Der Außenring der Meßmembran ist auf den
Rand der Membrandose aufgesetzt und durch Schweißung damit verbunden. Die Hinterlegungsplatte besteht
aus einem Metall, das weicher ist als das für die Meßmembran benutzte, z. B. aus Kupfer oder Weichaluminium.
Um die einander zugekehrten Oberflächen der Hinterlegungsplatte und der Meßmembran möglichst
exakt aneinander anzugleichen, wird die aus Membrandose, Hinterlegungsplatte und Meßmembran zusammengefügte
Einheit einem den maximalen Betriebsdruck übersteigenden Druck ausgesetzt wodurch die
Nachgiebigkeit der Hinterlegungsplatte bei überhöhtem Druck zu einer völligen Formangleichung von
Meßmembran und Hinterlegungsplatte führt.
Die einander zugekehrten Flächen der Membrandosen bilden eine zylindrische Kammer 10, die von einer
Zentralpiatte 11 in zwei gleiche Hälften aufgeteilt ist, wobei korrespondierende ringförmige Ansätze 12, 13
und 14,15 an den Membrandosen und der Zentralplatte ineinandergreifen. In der Kammer ist ein elektromagnetisches
Abgriffsystem untergebracht, dessen Aufbau anhand der weiteren Abbildungen noch näher erläutert
wird.
Durch zwei Kappen 16,17 über den Membrandosen entstehen Druckräume 18 und 19 für die beiden
Meßmedien. Die Zufuhr der Meßmedien in die Druckräume zis den beiden Meßmembranen erfolgt
über Kanäle 20, 21 in den Kappen 16, 17. Die Versorgungsleitungen für die Meßmedien können durch
Verschraubung in den Gewinden 22 und 23 der Kanäle befestigt werden.
Die beiden Meßmembranen sind durch eine Verbindungsstange 24, welche durch zentrische Bohrungen in
den Hinterlegungsplatten 9, den Membrandosen 1 und der Zentralplatte 11 geführt ist, starr miteinander
verbunden. Die starre Verbindung wird mit Schraubmuttern 25 hergestellt, die in einer Einsenkung 26 der
Innenplatten 9 der Meßmembranen auf die Enden der mit einem Gewinde versehenen Verbindungsstange
aufgeschraubt sind und unter Verwendung einer Gegenmutter 27 an den ringförmigen Rand 28 in der
Einsenkung 26 gepreßt werden.
Zur Füllung der Kammer mit einer inkompressiblen Flüssigkeit dient ein Kanal 29 in der Zentralplatte 11.
Nach dem Einfüllen wird der Kanal durch eine an die Kanalöffnung anpreßbare Kugel 30 verschlossen. Die
Flüssigkeit füllt den freien Raum der Kammer 10 und den Raum zwischen den Meßmembranen und ihren
Hinterlegungsplatten aus. Die Füllflüssigkeit gelangt außerdem zu zwei Ausgleichsmembranen 31, die auf
einen hochstehenden Rand der Innenplatte 9 der Meßmembranen aufgeschweißt sind, und zwar aber
Spalte zwischen den Membrandosen 1 und den Gegenmuttern 27 auf der Verbindungsstange und
zwischen den Innenplatten 9 der Meßmembranen und den Befestigungsmuttern 25 sowie Bohrungen 32 in den
Innenplatten und Kanälen 33 in der Gegenmutter. Die Ausgleichsmembranen und die ihnen gegenüberliegenden
Oberflächen der Innenplatten der Meßmembranen sind mit konformen Umfangsrillen versehen. Diese
Ausgleichsmembranen dienen dem Zweck, das Meßergebnis des Druckdifferenzmeßwerks von Temperatureinflüssen
weitgehend unabhängig zu machen, indem der Füllflüssigkeit bei Temperaturerhöhung eine Ausdehnungsmöglichkeit
geboten wird. Zur Dämpfung des Meßwerks sind enge Kanäle 34 vorgesehen, die von der
Kammer 10 zu den Meßmembranen führen.
Das in der Kammer 10 untergebrachte elektromagnetische Abgriffsystem ist, wie die F i g. 3a und 3b zeigen,
aus acht Ferritkernspulen 35 aufgebaut von denen jeweils vier auf einer Seite einer Keramikplatte 36
befestigt sind. Die Keramikplatte ist in eine öffnung 37
der Zentralplatte 11 (Fig.2) eingesetzt und weist ihrerseits eine zentrische Bohrung 38 auf, durch welche
die Verbindungsstange 24 hindurchführt Die Keramikplatte wird in Nuten 39 der öffnung 37 festgehalten,
indem sie nach dem Einführen in die öffnung 37 gedreht wird und dabei mit ihren Ecken in die Nuten greift Die
symmetrisch zur Verbindungsstange auf beiden Seiten der Keramikplatte angeordneten Ferritkernspulen
bilden den feststehenden Teil des elektromagnetischen Abgriffsystems. Jeweils zwei Spulen auf einer Seite der
Keramikplatte bilden in Serienschaltung einen Zweig einer Induktivitätsmeßbrücke, wobei die Zusammenschaltung
der Spulen untereinander und zur Meßbrücke mit Hilfe von Leiterbahnen 40 auf der Keramikplatte
erfolgt, die, wenn sie auf die andere Plattenseite geführt sind, in Randeinkerbungen 41 der Keramikplatte
verlaufen. Die nach außen führenden Anschlußdrähte 42 der Brückenanordnung werden an die entsprechenden
Brückenkonlakte in den nebeneinanderliegenden Randkerben 43 der Keramikplatte angelötet. Sie sind
druckdicht in einem Durchführungselement 44 untergebracht, das in eine Bohrung der Zentralplatte einführbar
und mit Hilfe einer Schraubmuffe 45 und einem Dichtungsring 46 drucksicher und flüssigkeitsdicht
gehalten ist.
Innerhalb der Kammer 10 des Differenzdruckmeßwerks ist zu beiden Seiten der Keramikplatte, den
Ferritkernspulen gegenüber auf der Verbindungsstange 24 je eine Ferritscheibe 47 befestigt (Fig. 1). Die
Ferritscheiben bilden den beweglichen Teil des elektromagnetischen Abgriffsystems. Entsprechend der Membranbewegung
ändern sie die Brückeninduktivitäi, die als Maß für den Differenzdruck, z. B. als Brückenausgangsspannung
gemessen wird.
Der die Membran auslenkenden Kraft wirken zwei Meßfedern 48 in der Kammer 10 entgegen. Sie sind aus
einem Me'allzylinder hergestellt, der mit versetzten radialen Schlitzen 49 versehen ist, so daß eine
Federwirkung praktisch nur in axialer Richtung auftritt. Die Buchsen 50 der Meßfedern sind auf die Verbindungsstange
24 aufgeschraubt und ihre Flansche 51 mit Schrauben 52 an der Zentralplatte 11 befestigt.
geformt und bemessen, daß die Menge an Füllflüssigkeit möglichst gering ist. Aus diesem Grunde sind außerdem,
wie aus F i g. 2 hervorgeht, auf beide Seiten der Keramikplatte 36 noch Füllstücke 53 aufgeklebt, deren
Dicke der Spulenhöhe entspricht. Die zwischen Keramikplatte und Zentralplatte noch verbleibenden
Hohlräume können mit Kunstharz ausgefüllt werden, wobei der an den Einfüllkanal 29 angrenzende
Hohlraum frei bleibt. Eine möglichst geringe Menge an Füllflüssigkeit ist deshalb vorgesehen, um den Einfluß
von Temperaturänderungen auf das Flüssigkeitsvolumen klein zu halten. Mit Hilfe der Ausgleichsmembranen
gelingt es, die Auswirkung der temperaturbedingten Volumenänderung auf die Bewegung der Meßmembranen
auszuschalten und die Temperaturstabilität des Differenzdruckmessers sicherzustellen. Aus dem gleichen
Grund ist auch das Flüssigkeitsvolumen zwischen der Meßmembran und den Hinterlegungsplatten sehr
klein gehalten. Zur Aussteuerung des vollen Meßbereichsumfangs genügt eine Lageveränderung der
Meßmembranen von nur 0,1 mm.
ίο Der Zusammenhalt aller Teile des Differenzdruckmessers
wird durch Schraubenbolzen 54 in den Kappen 16 und 17 gewährleistet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Differenzdruckmeßwerk für hohe Drücke, bei dem durch die Bewegung von den beiden Druckräu- s
men zugeordneten und durch eine Verbindungsstange miteinander verbundenen, unter der Wirkung von
Meßfedern stehenden Meßmembranen zweier Membrandosen ein das Meßsignal erzeugendes
elektromagnetisches Abgriffssystem betätigt wird, ι ο das in einer von den Bodenplatten der Membrandosen
gebildeten, mit Flüssigkeit gefüllten Kammer untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine von der Verbindungsstange (24) durchsetzte Zentralplatte (11) vorgesehen ist, die die
Kammer (10) in zwei symmetrische Hälften aufteilt, und daß in jeder Hälfte koaxial zu der Verbindungsstange (24) eine mit ihr und der Zentralplatte (11)
verbundene zylinderförmige Feder (48) angeordnet ist, in deren Innenraum jeweils eine Hälfte des
elektromagnetischen Abgriffssystems (Spulen 35, Ferritscheibe 47) angeordnet ist
2. Differenzdruckmeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritscheibe (47)
gegenüber den Spulen (35) auf der Verbindungsstange (24) befestigt ist.
3. Differenzdruckmeßwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (35) auf
einer mit der Zentralplatte (11) starr verbundenen Keramikplatte (36) symmetrisch zur Verbindungsstange
(24) angeordnet sind.
4. Differenzdruckmeßwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikplatte (36)
in eine öffnung (37) der Zentralplatte (11) eingesetzt
und durch eine Drehung in Nuten (39) festgehalten ist.
5. Differenzdruckmeßwei>k nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Keramikplatte (36) symmetrisch zum Mittelpunkt je
vier Ferritkernspulen (35) befestigt sind, von denen je zwei benachbarte Spulen einen Zweig einer
Brückenschaltung bilden und zur Herstellung der elektrischen Verbindungen auf der Keramikplatte
aufgebrachte Leiterbahnen (40) dienen.
45
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