DE2640235C2

DE2640235C2 - Differenzdruck-Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE2640235C2
Application number: DE2640235A
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Dipl.-Ing. Tama Tamai; Takeshi Dipl.-Ing. Tokyo Yasuhara; Tadanori Dipl.-Ing. Hino Yuhara
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1975-09-09
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE2640235A1; US4072057A; FR2323994A1; CA1057971A; JPS562890B2; IT1063497B; FR2323994B3; GB1532837A; JPS5233575A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Differenzdruek-Meßeinrichtung mit Mitteln zur Umwandlung der differenzdruckproportionalen Auslenkung einer Meßmembran in eine elektrische Größe, mit einem Gehäuse, welches auf zwei gegenüberliegenden Seiten mit Trennmembranen gegen die Meßmedien abgeschlossene und mit Membranbetten zur f 'berstsicherung versehene äußere Druckkammern aufweist, die im Cehäuseinnern mit dem ersten bzw. zweiten Meßraum beiderseits der eine Meßkammer unterteilenden Meßmembran und mit dem ersten bzw. zweiten Ausgleichsraum beiderseits einer eine Ausgleichskammer unterteilenden Ausgleichsmembran über eine inkompressible Füllflüssigkeit zur Übertragung der gegensinnig auf die Trennmembranen wirkenden Meßdrücke druckleitend verbunden sind, wobei die Ausgleichsmembran und die Ausgleichsräüme sü bemessen sind, daß das im Überlastfall aus der jeweiligen äußeren Druckkammer verdrängte FülifiÜssigkeitsvöliJrnen in dem angeschlos·' sehen Aüsgieichsraum aufnehmbar ist.

Eine derartige, konstruktiv sehr aufwendig aus vielen Einzelteilen zusammengesetzte Meßeinrichtung ist aus tier US-PS 33 13 158 bekannt.

Zum Schutz der Meßmembran im Überlastfall können sich die Trennmembranen gegen ihre Membranbetten abstützen; die zur hydraulischen Übertragung der auf ϊ die Trennmembranen wirkenden Drücke auf die Meßmembran benötigte Füllflüssigkeit wird im Überlastfall in einer mit einem Federbalg abgeschlossenen, parallelgeschalteten Kammer aufgenommen. Nachteilig ist dabei das relatig große Füllflüssigkeitsvoiumen, das

ίο infolge seiner Ausdehnung bei größerem Temperaturgang zu Meßfehlern führen kann.

Eine andere, bekannte Meßeinrichtung (DE-OS 20 52 515) ist konstruktiv einfacher aufgebaut Bei ihr ist die Meßmembran zwischen zwei gleichartigen Kammerhälften eingespannt, deren der Meßmembran zugewandte Wände konkav gewölbt und mit metallischen Belägen versehen sind, die zusammen mit der metallischen Meßmembran einen kapazitiven Differentialabgriff für deren Auslenkung bilden. Die Gehäusehälften sind auf ihren außen liegenden Stirnseiten mit flachen Vertiefungen versehen, die mit Trennmembranen abgeschlossen die äußeren Druckkammern bilden. Um die Meßmembran vor Überlastung zu schützen, sind Form und Abstände der gewölbten Kammerwände derart gewählt, daß sich die Meßmembran im Überlastfall an jeweils eine dieser Wände anlegt, womit ihre weitere Auslenkung und eine dam.t verbundene Überdehnung verhindert wird. Diese Überlastsicherung ist zwar einfach aufgebaut, hat jedoch den Nachteil, daß

ίο bei hohen Überlastdrücken die Meßmembran stark gegen die Einmündung des zu dem äußeren Druckraum führenden Verbindungskanals gepreßt wird, was zu örtlichen Deformationen der Meßmembran und demzufolge zu Änderungen ihrer Federcharakteristik führen kann.

Ein weiterer Nachteil derart aufgebauter Meßkammern ist darin zu sehen, daß es bei hohen statischen Drücken, die in der Praxis in der Größenordnung von 10'bar liegen können, es zu einer Art »Aufblähung« der Meßkammer kommt, da die Druck».,;'^ferenz zwischen den Innenflächen der Kammer und deren unter Atmosphärendruck stehenden Außenfläche, bei der bekannten Meßeinrichtung ist es die Mantelfläche der Kammer, der Größenordnung des statischen Druckes entspricht. Dies führt zu einer vom statischen Druck abhängigen radialen Verspannung der Meßmembran, so daß bei unterschiedlichen statischen Drücken der gleiche Wirkdruck zu einer unterschiedlichen Auslenkung der Meßmenibran und damit zu Meßfehlern führt.

Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Differenzdruck-Meßeinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der herstellungstechnische Aufwand sowie das Volumen der Füllflüssigkeit möglichst gering isi und ein wirksamer Schutz gegen die »Aufblähung« der Meßkammer bei hohen statischen Drücken gegeben isi.

Eine I ösung der Aufgabe wird in einer Differenz druck-Meßeinrichtung mit den im Anspruch I angegebenen Merkmalen gesehen.

Die Meßkammer ist aus wenigen, symmetrisch zu einer Mittelebene angeordneten Drehteilen aufgebaut. Durch geeignete Abstimmung der Raumverhältnisse in den Verschiedenen, von der Füllflüssigkeil erfüllten DiiUckfaumein Und der Fedefcharakleristiken Von Meßmembran, Ausgleichsmembran und Trennmembranen, die mit in der genannten Reihenfolge abnehmender Federsteifigkeit ausgeführt sind, wird erreicht, daß im überlastfall die Trennmembranen an ihren Membran*

betten einen weiteren Druckanstieg verhindernd anliegen, bevor die Meßmembran eine sie überastende Auslenkung erfährt und daß das aus der äußeren Druckkammer verdrängte Volumen der Füllflüssigkeit im wesentlichen von der Ausgleichskammer aufgenommen wird.

Für die Wahl der Meßmembran und des elektrischen Abgriffs ist somit ein größerer Spielraum gegeben. Da auch die Außenflächen von Meßkammer- und Ausgleichskammergühäuse den in ihrem Innern wirkenden Drücken ausgesetzt sind, wird im Überlastfall eine Ausdehnung der Meßkammer und damit eine Verspannung der Meßmembran verhindert.

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

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform im Querschnitt dargestellt. Die Differenzdruck-Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem vorzugsweise zylindrischen Gehäuseblock 40, auf dessen beiden Stirnseiten gewölbte Deckplatten 41 und 42 aufgesetzt sind, die jeweils Druckeingangsraume 43 und ^4 begrenzen. Diese sind über Durchlässe 45 bzw. 46 mit Fluidsystemen verbunden, deren Meßdrücke in der Differenzdruck-Meßeinrichtung verglichen werden sollen. Die gewölbten Deckplatten 41 sind hier in nicht näher bezeichneter Weise mit dem Gehäuseblock 40 verbunden und beispielsweise mittels O-Ringen 47 und

48 abgedichtet.

Der Gehäuseblock 40 setzt sich aus einem Minelstück jo

49 und zwei spiegelbildlich dazu angeordneten Gehäuseteilen 50 und 51 zusammen, die auf ihren dem Mittelstück 49 zugekehrten Seiten mit Ausnehmungen 52 und 53 versehen sind

In dem Mittelstück 49 sind symmetrisch zu seiner js Mittelebene die Meßkammer M mit der Meßmembran 61 und die Ausgleichskammer L mit der Ausgleichsmembran 71 angeordnet, wobei das elektrische Abgriffsystem für die Auslenkung der Meßmembran 61 der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt ist. Die Gehäuseteile 50 und 51 weisen auf ihren außenliegenden Stirnseiten die von den Trennmembranen 54 und 55 abgeschlossenen flachen äußeren Druckkammern 56 und 57 auf, die über die zentrischen Bohrungen 58 und 59 druckleitend mit den inneren « Ausnehmungen 52 und 53 und den von ihnen begrenzten, später näher erläuterten inneren Druckräumen 80 and 81 sowie über die axialen Bohrungen 66 und 76 mit dem ersten Meßraum 69 der Meßkammer Mbzw. dem ersten Ausgleichsraum 72 der Ausgleichskammer L so in Verbindung stehen (siehe auch Fig. 2). Die äußeren Druckkammern, die inneren Druckräume sowie Meßkammer und Ausgleichskammer sind mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt, durch weiche die hydraulische Übertragung d»r gegensinnig auf die Trennmem- v, branen 54 und 55 wirkenden Meßdrücke auf die Meßmembran 61 bewerkstelligt wird.

Wie insbesondere aus Fig. 1 zu ersehen ist, besteht das dort dargestellte Ausführungsbeispiel des die Ausgleichskammer L und (lie Meßkammer /^enthaltenden Mittelstucks 49 aus einer Mittelplatte 6Q von Zylindrischer Form mit einem Flansch 79 in der Mittelebene Und den Außeriplälten 64 Und 74, Die Meßkammer M wird von den konkav gewölbten Stirnseiten der Mittelplatte 60 einerseits und der Außenplatle 64 andererseits gebildet, zwischen denen die Meßmembrari 61 eingespannt ist und die Meßkammer M in einen ersten MöiJraum 69 und einen zweiten Meßraum 70 unterteilt. Entsprechend ist die Ausgleichskammer L auf der anGeren Seite der Mittelplatte 60 aufgebaut mit der Außenplatte 74 und der Ausgleichsmembran 71, weiche die Ausgleichskammer L in einen ersten Ausgleichsraum 72 und einen zweiten Ausgleichsraum 73 unterteilt Die Außenplatte 74 weist eine axiale Bohrung 76 auf, welche den ersten Ausgleichsraum 72 der Ausgleichskammer L mit dem ersten inneren Druckraum 80 (siehe Fig. 1) verbindet, und zwar, wie hier aus der Figur zu erkennen ist, über einen ersten Radialkanal 75 in der äußeren Stirnfläche der Außenplatte 74. Identisch und symmetrisch mit zweiter axialer Bohrung 66 und zweitem Radialkanal 65 ist die Meßkammerseite aufgebaut

In den konkav gewölbten Wänden der Meßkammer M sind mit Isolierstoff gefüllte Ausnehmungen 62 und 63 angebracht, in denen Induktionsspulen 82 und 83 eingelassen sind, die zusammen mit der metallischen Meßmembran 61 den elektrischen Abgriff für deren differenzdruekproportionale Auslenkung bilden. Dieser Abgriff kann auch in an sich bek„. .lter Weise als kapazitiver Abgriff, wie eingangs beschrieben, odtr als Widerstandsabgn^ff mn Dehnungsmeßstreifen auf der Meßmembran 61 ausgebildet sein.

Zur Parallelschaltung von Meßkammer M und Ausgleic:jkammer L sind in der Mittelplatte 60 zwei Kanäle 77 und 78 angebracht, von denen der erste Kanal 77 den inneren Drjckraum 80 mit dem zweiten Meßraum 70 der Meßkammer M verbindet. In entsprechender Weise stellt der zweite Kanal 78 die Verbindung zwischen dem zweiten Ausgleichsraum 73 der Ausgleichskammer L und dem zweiten inneren Druckraum 81 her.

Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, sind die Gehäuseteile 50 und 51 so an eiern FlanFch 79 der Mittelplatte 60 angebracht, daß sich die Ausgleichskammer L in der ersten inneren Ausnehmung 52, die Meßkammer M in der zweiten inneren Ausnehmung 53 befindet, wobei auf beiden Seiten des Flanschs 79 ringspaltförmige Räume als erster innerer Druckraum 80 und zweiter innerer Druckraum 81 frei bleiben.

Wie sich erkennen läßt, wirken die statischen Meßdrücke direkt oder indirekt sowohl auf die inneren wie auch auf die äußeren Oberflächen der Kammern M und L die mit der Füllflüssigkeit in Berührung stehen oder sich gegen andererseits druckbeaufschlagte Gehäuseteile abstützen, so daß insbesondere keine radiale Ausdehnung der Meßkammer M und eine damit verbundene Verspannung der Meßmembran 61 auftreten kann.

Im Überlastfall, wenn beispielsweise durch einen Rohrbruch in dem an den Durchlaß 45 in der Deckplatte 41 angeschlossenen Fluidsystem der Druck stark ab^ink". wird die Trennmembran 55, auf die der Meßdruck des anderen Fluidsystems wirkt, an ihr Membranbett im Gehäuseteil 51 angedrückt, levor die Meßmembran 61 eine schädliche Auslenkung erfährt. Die Ausgleichsmembran 71 weist eine geringere Federsteifigkeit auf als die Meßnrjmbran 61, so daß das aus der zweiten äuiieren Druckkammer 57 verdrängte Volumen der Füllflüssigkeit im wesentlichen über den zweiten Radiälkanal 65, deii zweiten inneren Drückraum 81, den zweiten Kanal 78 dem zweiten Ausgleichsraum 73 zugeführt und von diesem aufgenommen wird, In pntsprechender Weise wird bei Abfallen des Drucks in dem zweiten Fluidsystem das sich iii der ersten äußeren Druckkammer 54 befindliche Volumen der FüllflUssiekeh erößtenteils durch die

Verbindungsbohrung 76 in den ersten Ausgleichsraum 72 der Ausgleichskammer L verschoben. Der Überlastschulz wird so mit Hilfe der sich an Membranbetten abstützenden Trennmembranen 56 oder 57 in Verbindung mit einer entsprechend gewählten Steifigkeit der Ausglcichsmembran 71 verwirklicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Differenzdruck-Meßeinrichtung mit Mitteln zur Umwandlung der differenzdruckproportionalen Auslenkung einer Meßmembran in eine elektrische Größe, mit einem Gehäuse, welches auf zwei gegenüberliegenden Seiten mit Trennmembranen gegen die Meßmedien abgeschlossene und mit Membranbetten zur Überlastsicherung versehene äußere Druckkammern aufweist, die im Gehäuseinnern mit dem ersten bzw. zweiten Meßraum beiderseits der eine Meßkammer unterteilenden Meßmembran und mit dem ersten bzw. zweiten Ausgleichsraum beiderseits einer eine Ausgleichskammer unterteilenden Ausgleichsmembran über eine inkompressible Füllflüssigkeit zur Übertragung der gegensinnig auf die Trennmembranen wirkenden Meßdrücke druckleitend verbunden sind, wobei die Ausgleichsmembran und die Ausgleichsräume so bemessen sind, daß das im IJberlastfall aus der jeweiligen äußeren Druckkammer verdrängte Füllfüssigkeiüvuiurnen in dem angeschlossenen Ausgleichsraum aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Drehteilen symmetrisch zu einer Mittelebene aufgebauter Gehäuseblock (40) in seinem Mittelstück (49) koaxial angeordnet die Meß- und die Ausgleichskammer (M. L) enthält, und daß spiegelbildlich zur Mittelebene beiderseits des Mittelstücks (49) Gehäuseteile (50, 51) angeordnet sind, die in ihren äußeren Stirnseiten die mit den Trennmembranen (54, 55) abgeschlossenen äußeren Druckkammet ■· (56, 57) und in den inneren Stirnseiten Ausnehmungen (*ν2, 53) aufweisen, welche jeweils eine Stirn- und cue Mantelfläche der Meßkammer (M) und der Aijsg eichskammer (L) im Mittelstück (49) mit kleinem Abstand umgeben, so daß innere Druckräume (80, 81) kleinen Volumens gebildet sind, urd daß Bohrungen und Kanäle (58, 59; 66,76;65,75; 77,78) die äußeren Druckkammern (56, 57) mit den inneren Druckräumen (80, 81) sowie mit den Meß- und Ausgleichsräumen (69, 73; 70, 72), diese parallelschaltenci. verbinden.