DE2552325A1

DE2552325A1 - Wandler

Info

Publication number: DE2552325A1
Application number: DE19752552325
Authority: DE
Inventors: Edward R Brady
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1974-11-27
Filing date: 1975-11-21
Publication date: 1976-08-12
Also published as: NL7513717A; JPS5182680A; FR2292955A1; GB1526826A; US3910106A

Description

Deutsche ITT Industries GmbH E.R. Brady 3

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Dr.Rl/sp

14.November 19

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Wandler

Die Priorität der Anmeldung Nr. 527 659 vom 27. November 1974 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung betrifft die Technik der Energieumwandlung und insbesondere einen Wandler mit kompensiertem Ruhedruck.

Bislang wurden mit Dehnmeßstreifen versehene blattfederartige Freiträger in Verbindung mit Druck- oder Kraftwandlern verwendet. Infolge der Veränderungen des Ruhedruckes der Flüssigkeit, die die Freiträger und die Dehnmeßstreifen umgibt, kam es bei diesen Wandlern zu Ungenauigkeiten (siehe US-Patent 3 722 264).

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, dem diese Nachteile nicht anhaften. Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

609823/0674 - 2 -

E.R. Brady-

Die beschriebenen und anderen Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der beigefügten Zeichnung besser erkennen.

In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 den Aufriß, teilweise im Schnitt, eines Wandlers nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Wandler entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 die Ansicht der Einzelteile von zwei Dehnmeßstreifen und der einstellbaren Befestigung hierfür und

Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer Schaltung, die mit dem Wandler nach den Fig. 1,2 und 3 verwendet wird.

In Fig. 1 bedeutet die Bezugsziffer 10 den Wandler mit dem Zentralkörper 11, der das Gehäuse für zwei blattfederartige, mit Dehnmeßstreifen versehene Freiträger 12 und 12' darstellt, wobei der Freiträger 12' in Fig. 1 nicht erkennbar ist. Die Schrauben 13 und 14 befestigen die oberen Enden 15 und 16 des U-förmigen Bauteils 17 in einer bestimmten Stellung am Zentralkörper 11, wie die Fig. 1 und 3 zeigen.

Fig. 2 zeigt die Ventilspindel 18, die sich gemäß dem Druckunterschied bewegt. Der Flansch 19 ist an der Ventilspindel befestigt und stellt einen Puffer für die Rolle 20 dar, die an der Achse 21 sitzt, die wiederum in einem Bügel des Freiträgers 12 drehbar gelagert ist. Diese Anordnung findet man in allen drei Fig. 1, 2 und 3.

609823/0674 " ³ "

E.R. Brady 3

Fig. 2 zeigt, daß die Dehnmeßstreifen 23 und 24 an entgegengesetzten Seiten des Freiträgers 12 angebracht sind.

Fig. 3 zeigt die elektrischen Kontakte 25 und 26 der elektrischen Leitungen des Dehnmeßstreifens 23. Ähnliche Kontakte gibt es für den Dehnmeßstreifen 24.

Ein weiterer blattfederartige Freiträger 27 ist an dem Teil des U-förmigen Bauteils 17 angebracht, wie Fig. 3 zeigt. Der Freiträger 27 besitzt ein Gewindeloch 29 und ein eingerolltes Ende 30, durch das acht elektrische Leitungen von den Kontakten der Dehnmeßstreifen 23, 24, 23' und 24' zu den acht Stiften 31 führen, gezeigt in Fig. 1. Die Stifte 31 sind in einer Glasscheibe 33 eingedichtet, die in einem Ring 37 sitzt, der wiederum in den Zentralkörper 11 eingepaßt ist und durch den eingeschraubten Zylinder 35 an Ort und Stelle gehalten wird.

Der Elektroanschluß 36 steckt auf den Teilen der Stifte 31, die auf der linken Seite der Scheibe 33 herausragen, wie Fig. 1 zeigt.

Nach den Fig. 2 und 3 sitzt der Block 37 unmittelbar zwischen den Freiträgern 12 und 12'.

Die Platte 38 liegt unmittelbar benachbart zum Freiträger 12.

In der Praxis ist der Freiträger 27 an dem U-förmigen Bauteil angelötet. Der Block 37 besitzt die Löcher 39 und 40 sowie die Rillen 41 und 42.

Der gesamte Aufbau nach Fig. 3 wird durch den Stift 43 und die Schraube 48 zusammengehalten. Der Stift 43 sitzt fest in den fluchtenden Löchern 46, 44, 40, 44' und 29.

ι;

E.R, Brady 3

Beim Zusammenbauen geht die Schraube 48 durch die Löcher 47, 45, 39 und 45' und wird in das Loch 45" im Freiträger 27 eingeschraubt.

Wie Fig. 2 zeigt, besitzen die Gewindespindel^ 49 und 50 schraubenzieherartige Ansätze 51 und 52, die in die Rillen 41 und 42 hineinpassen.

Auf jeder Seite des Zentralkörpers 11 halten Sperringe 53 und 54 den Innenaufbau zusammen. Der Innenaufbau beim Sperring 53 entspricht dem beim Sperring 54 gezeigten. Die Gewindespindeln 49 und 50 bewegen sich axial, aber rotieren nicht. Sie werden durch Drehung der fixierten Muttern 55 und 56 axial bewegt. Diese Muttern besitzen die Flansche 57 und 58, die eine Bewegung der Muttern aus dem Zentralkörper 11 heraus verhindern. Die Sprengringe 59 und 60 wiederum verhindern eine Bewegung der Muttern 55 und 56 in den Zentralkörper 11 hinein. Beide Muttern besitzen die Schlitze 61 und 62, durch die sie mit Hilfe eines Schraubenziehers gedreht- werden können.

Gemäß dem oben Dargelegten läßt sich die Stellung der Freiträger 12, 27 dadurch einstellen, daß zuerst eine der beiden Muttern 55 und 56 bewegt wird, so daß ein gewisses Spiel vorhanden ist, oder eine erlaubte Bewegung des Blocks 37 bezüglich der Gewindespindeln 49 und 50. Eine der beiden Muttern kann somit gedreht werden, um beide Freiträger, nämlich 27 und 12, zu bewegen. Das bewirkt, daß sich der Freiträger 27 näher zum Teil 28 des U-förmigen Bauteils 17.in Fig. 3 abbiegt. Die Freiträger 12, 12' und 27 wirken als solche, jedoch wird 12¹ nicht durch die axiale Bewegung der Ventilspindel 18 bewegt. Die oberen Enden der Freiträger 12 und 12" sind in Bezug auf das obere Ende des Freiträgers 27 fixiert.

Sobald der Block 37 an seiner Stelle sitzt, werden die Muttern 55 und 56 gedreht, so daß der Block 37 zwischen den An-

6 0 9 8 2 3 / 0·6-?-4 6^0 . - 5 -

E.R. Brady 3

sätzen 51 und 52 zusammengedrückt wird und zwischen ihnen eingepreßt oder seine Bewegung gleichsam eingefroren ist. Obgleich die Lage des Freiträgers 12 einstellbar ist, kann somit seine Position nach dem Einstellen fixiert werden. Darüber hinaus sind nach Festlegung der Stellung des Freiträgers 12 die Gewinde der Spindel 49 und 50 mehr oder weniger eingeklemmt, so daß sich die Lage des Freiträgers 12 nach dem Einstellen und Fixieren nicht so ohne weiteres verändern läßt.

Der Zentralkörper 11 besteht grundsätzlich aus einem Oberteil 63, gezeigt in Fig. 2, und einem Unterteil 64. Bis auf die oben beschriebenen Teile kann die Konstruktion außerhalb des Unterteils 64 unter dessen oberem Ende ein vollständig herkömmlicher Differenzdruckmesser sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Messung von Differenzdrucken beschränkt.

In Fig. 2 kann der Druck einer Flüssigkeit über eine Öffnung 65, die den Metallbalgen 66 umgibt, in das Innere gelangen. Die Öffnung 65 befindet sich in der Abschlußglocke 67. Die rechte Hälfte des Gerätes enthält ebenfalls eine Abschlußglocke 68, die eine öffnung besitzt ähnlich der öffnung 65. Die rechte Hälfte kann ebenso einen Metallbalgen 69 beinhalten. Die Ventilspindel 18 kann jeweils an dem einen Ende der beiden Balgen 66 und 69 mit Hilfe der Schraubanschlüsse 70 und 71 befestigt sein. Die Flansche 19 und 72 schützen das Gerät im Falle eines Überdrucks auf die herkömmliche Weise.

Wie es üblich ist, füllt eine nichtkomprimierbare Flüssigkeit vollständig das Innere des Zentralkörpers 11 sowie der Balgen 66 und 69. Die Achse der Ventilspindel 18 kann auch kleiner sein als der Spielraum zu den Teilen 73 und 74, so daß der Druck innerhalb der Balgen 66 und 69 der gleiche ist wie in dem gesamten Inneren des Zentralkörpers 11.

·" 6 —

609823/0674

E.R. Brady 3

In Fig. 4 sind die Meßstreifen 23, 24, 23 ^l und 24' durch variable Widerstände verkörpert. Eine Versorgungsspannung zwischen 22 und 80 V kann durch, eine Gleichstromquelle 75 geliefert werden. 76 stellt einen Widerstand dar, dessen Ausgangsleitungen 77 und 78 an der Anzeigevorrichtung 75' angeschlossen sind.

Die Anzeigevorrichtung 75' kann ein auf Druck geeichtes Voltmeter, ein Verfahrensrechner oder dergleichen sein.

Es wird ein Ausgangssignal in Form eines Stromes erzeugt, der eine Funktion des Differenzdruckes ist. Dieser Strom wird dem Widerstand 76 eingegeben. Da das Gerät nach der vorliegenden Erfindung äußerst stromempfindlich ist, können die Leitungen 79 und 80 eine beliebige Länge besitzen, ohne daß die Genauigkeit des Ausgangssignals davon berührt wird.

Eine Diode 81 ist mit der Spannungsquelle 75 in Serie geschaltet, damit die Schaltung für den Fall, daß die Spannungsquelle 75 falsch angeschlossen wird, geschützt ist. Das durch Striche angezeichnete Rechteck 82 kann ein herkömmlicher Spannungsregler sein. Die Schaltung 82 enthält die Transistoren 83 und 84, die Zenerdioden 85, 86 und 87, den Kondensator 88 und die Widerstände 89, 90, 91 und 92.

93 stellt einen herkömmlichen Differenzverstärker dar, der an der Brücke 94 angeschlossen ist. Der Differenzverstärker 93 besitzt einen nichtinvertierenden Eingang vom Schleifkontakt 95 des Potentiometers 96 über den Widerstand 97. Das Potentiometer 96 besitzt die Wicklung 98. Ein Eckpunkt der Brücke 94 ist der Kontaktpunkt des Schleifkontaktes 95 mit der Wicklung 98, der andere Eckpunkt der Verbindungspunkt 99. Ein weiterer Eckpunkt der Brücke ist der Verbindungspunkt 100 und ein vierter Eckpunkt der Verbindungspunkt 101.

- 7 609823/0674

E.R. Brady 3

Der Widerstand 102 liegt zwischen den Verbindungspunkten 103 und 100c während der Widerstand 104 zwischen den Verbindungspunkten 101 und 105 liegt.

Der Verstärker 93 besitzt den invertierenden Eingang vom Verbindungspunkt 99 über die Widerstände 106 und 107.

Ein Brückenzweig besteht aus dem Potentiometer 96 mit dem * zu der Wicklung 98 parallelgeschalteten Widerstand 108, dem Dehnmeßstreifen 24 und den Widerständen 109 und 110.

Ein weiterer Brückenzweig enthält das Potentiometer 96, den Widerstand 108, den Dehnmeßstreifen 23 und den Widerstand 111.

Ein dritter Brückenzweig enthält den Widerstand 24' und ein vierter den Widerstand 23'.

Der positive Rückkopplungswiderstand 114 liegt zwischen den Verbindungspunkten 115 und 116, der negative Rückkopplungswiderstand 117 zwischen den Verbindungspunkten 118 und 119'. Einer der Widerstände 114 und 117 ist stets weggelassen, wie später noch erklärt wird.

Die Dioden 119 und 120 liegen zwischen dem Ausgang des Verstärkers 93 und der Basis 121 des Transistors 122 mit dem Kollektor 123 und dem Emitter 124. Der Transistor 122 und die Transistoren 125 und 126 sind alle drei als Emitterfolger geschaltet. Der Transistor 122 besitzt einen sich daran anschließenden Emitterwiderstand 127. Ähnlich besitzen die Transistoren 125 und nachgeschaltete Emitterwiderstände 128 und 129. Der Widerstand liegt zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt 131 der Widerstände 128 und 129 und dem negativen Verbindungspunkt 132.

609823/0674

~ 8 —

E.R. Brady 3

Die Widerstände 133, 134, 135 und 136 bilden zusammen mit dem variablen Widerstand 137 eine Rückkopplüngsschleife zum invertierenden Eingang des Verstärkers 93 vom Verbindungspunkt 138 her.

Der Widerstand 135" liegt zwischen den Verbindungspunkten 135" und 103.

Der Widerstand 139 liegt zwischen dem Verbindüngspunkt 140 und dem negativen Verbindungspunkt 141, während der Widerstand 142 zwischen den Verbindungspunkten 143 und 119" liegt.

Eine Reihe von zusätzlichen Widerständen sind in Fig. 4 zu An-passungszwecken enthalten, zwei dieser Widerstände findet man unter den Bezugszeichen 144 und 145.

Der Widerstandswert des Widerstandes 144 ist so gewählt, daß er bei Raumtemperatur eine bestimmte Spannung an dem Ausgang des Verstärkers 93 erzeugt, so daß der Freiträger eine Abweichung über die volle Skalenbreite zeigt.

Der Widerstandswert des Widerstandes 145 ist so gewählt, daß er jede temperaturbedingte Änderung im Meßbereich ausgleicht. Die Änderung im Meßbereich wird zuerst durch Kurzschließen des Widerstandes 145 bestimmt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 93 wird dann viermal gemessen. Es wird bei einer Nullabweichung des Freiträgers 12 bei Raumtemperatur bestimmt und wird für eine Abweichung über die volle Skalenbreite bei Raumtemperatur bestimmt. Ein drittes Mal wird es für eine Nullabweichung bei ca. 37,7 ⁰C und ein viertes Mal für eine volle Skalenabweichung bei 37,7 ⁰C gemessen.

Der Meßbereich wird definiert als der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen des Verstärkers 93 bei vollem Skalenausschlag und bei Null. Wenn der Meßbereich bei Raumtemperatur sich von dem bei 37,7 ⁰C unterscheidet, wird der Widerstand 145 so gewählt.

6098 23/\

_ Q „

E.R. Brady 3

daß er einen Widerstandswert besitzt, der bewirkt, daß der Meßbereich bei Raumtemperatur dem Bereich bei 37,7 ⁰C entspricht.

Einer der Widerstände 109 oder 111 ist temperaturempfindlich und besitzt einen positiven Temperaturkoeffizienten, der andere der beiden Widerstände ist nicht temperaturempfindlich. Beide Widerstände werden dazu/benutzt, eine temperaturbedingte Nullabweichung zu kompensieren.

Zu Anfang werden die Widerstände 109 und 111 kurzgeschlossen. Der Schleifkontakt 95 des Potentiometers 96 wird dann bei Raumtemperatur so eingestellt, daß am Verstärker 93 kein Ausgangssignal auftritt. Die Temperatur wird dann variiert, um die Größe und das Vorzeichen der Nullabweichung zu bestimmen. Die Widerstände 109 und 111 werden dann so gewählt, daß sie Werte besitzen, die die Nullabweichung ausgleichen und den Kurzschluß aufheben.

Der Widerstand 145 ist temperaturempfindlich, der Widerstand 146 dagegen nicht.

Der variable Widerstand 137 bringt die Ausgangsspannung des Verstärkers 93 für die Maximalabweichung des Freiträgers 12.

Die Widerstände 114 und 117 dienen zur Ausrichtung, nur einer der beiden wird zu einer bestimmten Zeit benutzt.

Die Dehnmeßstreifen 23, 24, 23' und 24' sind an den entsprechenden Freiträgern mit Hilfe eines dünnen Glasplättchens befestigt (siehe hierzu US-Patent 3 713 068).

Ein Anstieg der Spannung des nichtinvertierenden Eingangssignals des Verstärkers verursacht einen Anstieg des Ausgangssignals, wenn

609823/0674 ¹⁰

E.R. Brady 3

das invertierende Eingangssignal konstant bleibt. Ein Abfallen des nichtinvertierenden Ausgangssignals verursacht ein Abfallen des Ausgangssignals des Verstärkers, wenn das invertierende Eingangssignal konstant bleibt. Wenn umgekehrt das invertierende Eingangssignal ansteigt und das nichtinvertierende Eingangssignal konstant bleibt, so fällt das Ausgangssignal ab. Wenn das invertierende Eingangssignal abfällt und das nichtinvertierende Eingangssignal konstant bleibt, steigt das Ausgangssignal an.

Der Kontaktpunkt des Schleifkontaktes 95 auf der Wicklung 9 8 wird in der Beschreibung und den Ansprüchen als "Brückeneckpunkt" oder "Verbindungspunkt" bezeichnet.

Gemäß der Tatsache, daß das Passendmachen erforderlich sein kann oder auch nicht, können viele der Widerstände aus der Schaltung nach Fig. 4 weggelassen oder kurzgeschlossen v/erden, ganz nach Wunsch.

Der Verbindungspunkt 105 wird als "Schaltungsnullpunkt" bezeichnet, unabhängig davon, ob er tatsächlich geerdet ist.

Zur Meßbereichsabgleichung durch die Widerstände 145 und 146 werden die Widerstandswerte derselben der folgenden Gleichung entsprechend eingestellt:

^Vofr-^Vofd⁼⁰
wobei V_ofr = V_fr - V_or und

V_fr die Differenz der Spannung zwischen dem Schleifkontakt 95 und dem Verbindungspunkt 99 bei Raumtemperatur,

609823/0674 - 11 -

E.R. Brady 3

wenn der Freiträger einen vollen Skalenausschlag macht,

V die Spannungsdifferenz zwischen dem Schleifkontakt 9 5 und dem Verbindungspunkt 99 bei Raumtemperatur/ wenn die Abweichung des Freiträgers null ist,

Vr-, cü-^e Spannungsdifferenz zwischen dem Schleifkontakt 95 und dem Verbindungspunkt 99 bei einer bestimmten, von der Raumtemperatur abweichenden Temperatur, wenn der Freiträger eine volle Skalenabweichung zeigt und

V , die Spannungsdifferenz zwischen dem Schleifkontakt 95

und dem Verbindungspunkt 99 bei der oben genannten bestimmten Temperatur, wenn der Freiträger keinen Ausschlag zeigt.

Zu einer guten Kompensation des Ruhedruckes sinddie Freiträger 12 und 12' im wesentlichen gleich ausgebildet und die Dehnmeßstreifen 23, 24, 23' und 24' können gegebenenfalls auch im wesentlichen identisch sein.

Patentansprüche
Blatt Zeichnung mit
Figuren

0982 3/067

Claims

E.R. Brady 3 PATENTAN SPRÜCHE

1.) Wandler mit kompensiertem Ruhedruck, dadurch, gekennzeichnet, '"■—^ daß an einem Zentralkörper (11) blattfederartige Freiträger (12, 12¹) mit dem einen Ende befestigt sind,- daß eine Vorrichtung das freie Ende des Freiträgers (12) in eine Richtung bewegt, die senkrecht zur Ebene des Freiträgers liegt, daß das freie Ende des Freiträgers (12*) frei in einer stationären Stellung unabhängig von der Stellung und der Bewegung des freien Endes des Freiträgers (12) verbleibt, daß erste und zweite Dehnmeßstreifen (23, 24) auf den entgegengesetzten Seiten des Freiträgers (12) zwischen dessen Enden befestigt sind, daß dritte und vierte Dehnmeßstreifen (23¹, 24¹) auf den entgegengesetzten Seiten des Freiträgers (12¹) zwischen den Enden desselben befestigt sind.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (11) eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Kammer darstellt, daß beide Freiträger an dem Zentralkörper (11) so befestigt sind, daß sie in die Kammer hineinragen.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertvorrichtung (75¹) an die Ausgänge angeschlossen ist, um das Ausgangssignal aufzunehmen.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertvorrichtung (75") ein auf Druck geeichtes Voltmeter ist.

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiträger (12, 12') und die Dehnmeßstreifen (23, 24/ 23', 24') im wesentlichen identisch sind.

- 13 -

E.R. Brady 3

6. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (94) vier Zweige aufweist), die zwischen vier Eckpunkten liegen, die von den Verbindungspunkten (100, 99, 101) sowie dem Kontaktpunkt des Schleifkontaktes (9 5) mit der Wicklung (9 8) gebildet werden, daß eine Spannungsquelle (75) unterschiedliche Spannungen an den ersten und dritten Eckpunkt abgibt, daß die an den zweiten und vierten Eckpunkt angeschlossenen Ausgangsvorrichtungen Signale abgeben, die eine Funktion des Ausschlages des Freiträgers (12) sind.

609823/0674

Leerseite