DE2631025A1

DE2631025A1 - Differenzdruck-messumformer

Info

Publication number: DE2631025A1
Application number: DE19762631025
Authority: DE
Inventors: Asano Dipl Ing Isamu; Tamai Dipl Ing Mitsuru; Yuhara Dipl Ing Tadanori; Yasuhara Dipl Ing Takeshi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1975-07-24
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1977-02-10
Also published as: JPS5214470A; ATA542976A; FR2319121B1; FR2319121A1; BE844464A; IT1067175B; BR7604814A; JPS5619577B2; AT371601B; DE2631025B2; GB1548589A

Description

Fuji Electric Co. Ltd. Unser Zeichen:

Kawasaki / Japan VPA 75 ρ g 5 4 g

Differenzdruck-Meßumformer

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruck-Meßumformer mit einer aus zwei Kammerhälften und einer dazwischen eingespannten Meßmembran bestehenden Meßkammer mit nach außen führenden Druckleitungen und einem, die differenzdruckabhängige Auslenkung der Meßmembran abbildenden elektrischen Abgriffsystem und mit Mitteln zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung.

Bei bekannten Differenzdruck-Meßumformern der eingangs genannten Art bestehen die Mittel zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung aus druckgesteuerten Ventilen, die bei Überschreiten des Differenzdruck-Grenzwerts, also im Überlastfall, die Druckleitungen der Meßkammer schließen, so daß kein Überdruck auf die Meßmembran einwirken kann.

Der Nachteil derartiger Einrichtungen ist in der möglichen Undichtigkeit der Ventile zu sehen, auch kleine Undichtigkeiten verursachen mit der Zeit ein Ansteigen des Druckes in der Meßkammer über den zulässigen Wert hinaus.

Bei einer anderen Art von Überlastsicherung sind die beiden, der

Meßmembran gegenüberliegenden Wände der Meßkammer kugelkalotten- ;

förmig ausgebildet und ihr Abstand zu der Meßmembran ist so be- \ messen, daß sich die ausgelenkte Membran bei Überschreiten des

Differenzdruck-Grenzwerts an der der Druckseite gegenüberliegen- ;

den Wand anlegt und abstützt. '

PF 2769

28.6.1976, Sp 23 Sei

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Nachteilig an dieser relativ einfach aufgebauten Anordnung zur

Überlastsicherung ist jedoch, daß insbesondere bei hohen statίο

sehen Drücken, die sich bis in die Größenordnung von 10 Bar bewegen können, der in der Meßkammer wirkende Druck dieselbe ausdehnt, was zu nicht beherrschbaren Spannungen in der Meßmembran und damit zu Meßfehlern führen kann.

Es besteht demgemäß die Aufgabe, einen Differenzdruck-Meßumformer mit einer eine Meßmembran mit elektrischem Abgriff enthaltenden Meßkammer zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile der bekannten Ausführungen nicht auftreten.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird in einem Differenzdruck-Meßumformer der eingangs genannten Art gesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Meßkammer (zentrisch) in einer beweglichen Wand angeordnet ist, die in einem Gehäuse zwei innere Druckkammern voneinander trennt und daß zwei durch Trennmembranen gegen das Druckmedium abgeschlossene äußere Druckkammern mit zu den inneren Druckkammern führenden Bohrungen versehen sind und daß sämtliche Kammern mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt sind zur hydraulischen Übertragung der auf die Trennmembranen von außen wirkenden Drücke auf die Meßmembran und die Außenflächen der Meßkammer und daß die jeweils einer Trennmembran gegenüberliegende Wand jeder äußeren Druckkammer in an sich bekannter Weise als Überlastbett ausgebildet ist zur Anlage der dem hohen Druck ausgesetzten Trennmembran unter Verschiebung der Füllflüssigkeit aus der äußeren Druckkammer in die angeschlossene innere.

Dadurch, daß hier auf die Meßkammer von innen und außen praktisch die gleichen Drücke wirken, wird eine Ausdehnung der Meßkammer und damit der Meßmembran wirksam verhindert. Bei dem Trennmembran-Überlastbett-System treten keine Undichtigkeit sprobleme auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die bewegliche Wand eine zwischen zwei spiegelbildlich gleichen Gehäuseteilen mit ihrem Außenrand befestigte Ringmembran, an deren Innenrand ein Tragring befestigt ist, mit welchem die Meßkammer an ihrem Umfang verbunden ist.

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Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele dargestellt und im folgenden beschrieben.

Figur 1: Wie der Querschnitt zeigt, besteht die eigentliche Meßkammer 48 aus zwei Kammerhälften 59 und 60, zwischen denen die Meßmembran 67 nit ihrem Rand eingespannt und verschweißt ist. Von den beiderseits der Meßmembran 67 befindlichen Volumen führen die Druckleitungen 68 und 69 durch die Kammerhälften 59 und 60 nach außen. Das mit der Meßmembran 67 zusammenwirkende elektrische Abgriffsystem, welches die dem Differenzdruck P1 - P2 proportionale Auslenkung der Meßmembran 67 in ein elektrisches Signal umformt, ist hier ein induktives Abgriffsystern, das aus den Induktionsspulen 74 und 75 in den Kammerhälften 59 und 60 besteht. Die Induktionsspulen sind in eine Isoliermasse 61 bzw. 62 eingebettet, welche entsprechende Ausnehmungen in den Kammerhälften 59 und 60 ausfüllt. Die Meßmembran 67 aus einem Werkstoff niedriger Permeabilität wirkt nach dem Wirbelstromprinzip mit den Induktionsspulen 74 und 75 zusammen, indem sie je nach Auslenkung die eine oder andere mehr oder weniger bedämpft, was als Impedanzänderung der Spulen gemessen werden kann.

Die Meßkammer 48 ist in einen Tragring 70 eingesetzt und dort befestigt. An der in der Ebene der Trennmembran 67 befindlichen Kante des Tragrings 70 ist der innere Rand einer Ringmembran 71 befestigt, die als bewegliche Wand zwischen zwei gleichen und spiegelbildlich angeordneten Gehäuseteilen 49 und 50 eingespannt ist und in dem so gebildeten Gehäuse 40 zwei innere Druckkammern 55 und 56 voneinander trennt. An den außenliegenden Stirnseiten der das Gehäuse 40 bildenden Gehäuseteile 49 und 50 sind Vertiefungen angebracht, an deren Rand Trennmembranen 51 und 52 befestigt sind, so daß zwischen den Stirnflächen und den Trennmembranen die äußeren Druckkammern 53 und 54 entstehen, die jeweils über zentrische Bohrungen 571 58 mit den entsprechenden inneren Druckkammern 55» 56 verbunden sind.

Sämtliche Kammern sind mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt zur hydraulischen Übertragung der auf die Trennmembranen 51 und 52 von außen wirkenden Drücke P1 und P2 auf die Meßmembran 67. Die unter den Drücken P1 bzw. P2 stehenden Medien stehen über die öffnungen 45 und 46 in den beiderseitig auf das Gehäuse 40 aufgesetzten Abdeckkappen 41, 42 mit den entsprechenden

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Räumen 43 und 44 in Verbindung, deren eine Begrenzung jeweils von der Trennmembran 51 bzw. 52 gebildet wird. Die Drücke P1 und P2 können relativ hoch sein und beispielsweise 100 bzw. 99 Bar betragen, der von der Meßmembran 67 zu verarbeitende Differenzdruck liegt im Meßbereich von 0-1 Bar. Wird infolge eines Absinkens des einen Druckes dieser Bereich überschritten, so legt sich jeweils die dem höheren Druck, hier z. B. dem Druck P1, ausgesetzte Trennmembran 51 an die in bekannter Weise als Überlastbett ausgebildete Stirnwand der Gehäusehälfte 59 an und verdrängt dabei die in der äußeren Druckkammer 53 befindliche Flüssigkeit durch die Bohrung 58 in die innere Druckkammer 55, deren Volumen sich durch das Ausweichen der beweglichen Wand, hier der Ringmembran 71 mit der darin befestigten Meßkammer 48 so weit vergrößert, daß der auf die Meßmembran 67 in der Meßkammer 48 ausgeübte Druck innerhalb der vorgegebenen Grenzen bleibt.

In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform des Differenzdruck-Meßumformers dargestellt, bei welche aus fertigungs- und betriebstechnischen Gründen besonderer Viert auf absolut symmetrische Ausführung aller Teile gelegt wurde.

Identische Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie die in Figur 1.

Die Meßkammer 48 besteht hier aus zwei Kammerhälften 59 und 60 aus keramischem und elektrisch isolierendem Werkstoff, sie sind zylindrisch geformt und in metallischen Fassungsringen 80 bzw. 81 gefaßt. Zwischen diesen Fassungsringen ist die Meßmembran eingespannt und verschweißt. Auf den kugelkalottenförmig ausgebildeten Innenwänden der Meßkammerhälften 59 und 60 sind metallische Beläge 63 und 64 aufgebracht, die zusammen mit der Meßmembran 67 ein an sich bekanntes kapazitives Abgriffsystem bilden. Aus dem Inneren der Meßkammer 48 führen die Druckleitungen 68 und 69 nach außen. Die Tragringe 82 und 83 sind hier gleiche Gebilde, die spiegelbildlich zusammengesetzt mit der als bewegliche Wand wirkenden Ringmembran 71 an deren inneren Rand verbunden sind. Der äußere Rand der Ringmembran 71 ist wie in dem vorhergehenden Beispiel zwischen den Gehäusehälften 49 und 50 des Gehäuses 40 eingespannt. Mit dem Tragring 82 ist der Fassungsring 80, mit dem Tragring 83 der Fassungsring 81 der Meßkammer 48 verbunden. Die Tragringe 82 und 83 weisen Hinterdrehungen auf, derart, daß zwischen den äußeren Mantelflächen der

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Fasslingsringe 80 und 81 und den inneren Mantelflächen der Trag ringe 82 und 83 ein ringspaltförmiger Raum Qh entstellt, der über eine Bohrung 85 mit einer der inneren Druckräunie, hier r/dt dem Druckraum 55, in Verbindung steht. Die Funktion der Überlastsicherung entspricht der im vorhergehenden Beispiel beschriebenen. Auch hier sind die auf die Innenwände und auf die Außenwände der Meßkammer 48 wirkenden Drücke im wesentlichen gleich, so daß auch bei hohen statischen Drücken eine Ausdehnung der Meßkammer und damit eine Verspannung der Meßmembran 67 nicht auftritt.

4 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche -.

iDifferenzdruck-Keßumformer mit einer aus zwei Kammerhälften

nd einer dazwischen eingespannten Meßmembran bestehenden Meßkammer mit nach außen führenden Druckleitungen und einem die differenzdruckabhängige Auslenkung der Keßmembran abbildenden elektrischen Abgriffsystem und mit Mitteln zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung, dadurcli gekennzeichnet, daß die Meßkammer (48) zentrisch in einer beweglichen Wand angeordnet ist, die in einem Gehäuse (40) zwei innere Druckkammern (55, 56) voneinander trennt und daß zwei durch Trennmembranen (51, 52) gegen das Druckmedium abgeschlossene äußere Druckkammern (53, 54) mit zu den inneren Druckkammern (55, 56) führenden Bohrungen (57, 58) versehen sind und daß sämtliche Kammern mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt sind zur hydraulischen Übertragirng der auf die Trennmembranen (51, 52) von außen wirkenden Drücke (P1, P2) auf die Meßmembran (67) und die Außenflächen der Meßkammer (48) und daß die jeweils einer Trennmembran (51, 52) gegenüberliegende Wand jeder äußeren Druckkammer (53, 54) in an sich bekannter Weise als Überlastbett ausgebildet ist zur Anlage der dem hohen Druck ausgesetzten Trennmembran unter Verschiebung der Füllflüssigkeit aus der äußeren Druckkammer (53 oder 54) in die angeschlossene innere (55 oder 56).
2. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand eine zwischen zwei Gehäuseteilen (49, 50) mit ihrem Außenrand befestigte Ringmembran (71) ist, an deren inneren Rand ein Tragring (70) befestigt ist, mit welchem die Meßkammer (48) verbunden ist.
3. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerhälften (59, 60) der Keßkam— mer (48) spiegelbildlich gleich aus einem elektrisch isolierenden, vorzugsweise keramischen Werkstoff hergestellt sind und in je einem metallischen Fassungsring (80, 81) gefaßt sind, der auch zur Befestigung des Außenrands der Meßmembran (67) dient.

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Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei spiegelbildlich gleiche Tragringe (82, 83) vorgesehen sind, zwischen denen der innere Rand der Ringmem-.' "bran (71) befestigt ist und daß mit den Innenrändern der Tragringe (82, 83) die Fassungsringe (80, 81) der Meßkammerhälften (59,.6O) verbunden sind und daß die Tragringe (82, 83) und/oder die Fassungsringe (80, 81) derart hinterdreht sind, daß zwischen den zusammengesetzten Tragringen (82, 83) und der Mantelfläche der Meßkammer (48) ein ringspaltförmiger Raum (84) gebildet ist, der über eine Bohrung (85) mit einem der inneren Druckräume (55, 56) in Verbindung steht.

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