DE3143061A1

DE3143061A1 - "verfahren zum ausgleich der toleranzen bei der herstellung von ueberdruckmessgeraeten mit elastischem messglied"

Info

Publication number: DE3143061A1
Application number: DE19813143061
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7302 Ostfildern Bacher; Heinz Ing.(grad) 7067 Plüderhausen Hinderer; Ulrich Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Lübbert; Thomas Dipl.-Ing. Partmann
Original assignee: Fraunhofer Der Angewandten Forschung EV 8000 Muenchen Gesell zur Forderung; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Haenni & Cie Mbh 7000 Stuttgart De
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE3143061C2

Description

Verfahren zum Ausgleich der Toleranzen bei der Herstellung von
Oberdruckmeßgeräten mit elastischem Meßglied Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Åusgleich der durch die Toleranzen des elastischen Meßgliedes und dessen Einspannung gegebenen Abweichungen in der Druck-Weg-Funktion gegenüber einem angenommenen Idealverhalten durch Bestimmung mehrerer Positionen des freien Endes des elastischen Meßglieds bei unterschiedlicher Druckbeaufschlagung und durch individuelle Dimensionierung der Hebel zur Übertragung seiner Bewegung auf das Anzeigewerk.
Als elastische Meßglieder werden bei Überdruckmeßgeräten Rohrfedern, Plattenfedern, Kapselfedern oder Wellrohrfedern eingesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Messung des Druck-Weg-Verhaltens des individuellen Meßglieds dessen Abweichungen von einer Normalen hinsichtlich Federkonstante und Linearität festzustellen und daraus individuelle Hebellängen für die Übertragungshebel zum Anzeigewerk so zu berechnen, daß nicht nur die Nullposition (bei inimaldruck) und die Endposition (bei Nenndruck) eingehalten werden, sondern auch die Nichtlinearität des Meßglieds möglichst gut ausgeglichen wird.
Diese Aufgabenstellung liegt in der Herstellung von präzisen Uberdruckmeßgeräten vor, bei der der manuelle Abgleich entfallen soll.
Eine Methode, den manuellen Abgleich zu vermeiden, liegt in der Angabe entsprechend großer Fehlergrenzen für das fertige Überdruckmeßgerät.
Eine weitere bekannte Methode ist in der Patentschrift P 26 54 279 und deren Zusatz P 26 54 279.0-52 genannt. Dort handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Rohrfeder an zwei Punkten der Druck-Weg-Funktion vermessen wird. Dadurch kann nur eine lineare Korrektur der Rohrfedertoleranzen erreicht werden. Die Nichtlinearität der Rohrfeder bleibt dabei unberücksichtigt, so daß die Genauigkeit von manuell justierten Rohrfederdruckmessern damit nicht erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß werden die Nachteile der bekannten Verfahren durch Anwendung der in Patentanspruch 1 genannten Vorschriften vermieden.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit einer Rohr feder als elastisches Meßglied.
Bei Beaufschlagung einer Rohrfeder 1 mit dem Meßdruck bewegt sich deren Endpunkt 2 näherungsweise auf einem Kreisbogen.
Die Bewegung des Endpunktes wird mit eincr Zugstange 3, die die Länge 1 habe, auf einen Hebel 4 mit der Länge r übertragen. Der Hebel 4 ist an seinem anderen Ende durch ein festes Drehlager 5 gehalten. Zwischen dem Hebel 4 und einer waagerechten Bezugslinie bildet sich der Winkel a, der mit dem beaufschlagten Druck p in folgendem funktionalem Zusammenhang steht: a (p) = aO + a p + f (p) In f(p) sei die Nichtlinearität der Funktion enthalten, die sich aus der Nichtlinearität der Rohrfeder einerseits und derwenigen des aus Hebel 4 und Zugstange 5 gebildeten Zeigerwerks andererseits ergibt. Ziel der individuellen Anpassung ist es nun, r und 1 so zu bestimmen, daß sowohl der Faktor a den vorgeschriebenen Wert erreicht als auch die Nichtlinearität f (p) möglichst klein wird Selbst mit der Annahme, daß sich der Rohrfederendpunkt 2 in dem genutzten Arbeitsbereich näherungsweise auf einer Geraden bewegt und die Druck-Weg-Funktion der Rohrfeder linear ist, kann das Zeigerwerk den Weg des Rohrfederendes nicht linear in einen Drehwinkel a übertragen, weil der Hebel 4 mit der Zugstange 3 zusammen einen Kurbeltrieb darstellt, dessen übertragungsverhalten bekanntlich nichtlinear ist.
Die Charakteristik der Nichtlinearität des Zeigerwerkes läßt sich aber verändern, indem der Winkel y zwischen Hebel und Zugstange durch Ändern von 1 und r verändert wird. Figur 2 zeigt qualitativ die Wirkung verschiedener Winkel y.
In den Figuren 2 a, 2 b, 2 c bewege sich das Rohrfederende durch wachsende Druckbeaufschlagung von PO über P1 nach P2.
Gezeigt sind jeweils die Hebelpositionen für einen mittleren Druck.
In Figur 2 a bilden Hebel und Zugstange einen Winkel y, der ein rechter ist. In diesem Fall ist das Ubertragungsverhalten neutral. In Figur 2 b wird ein stumpfer Winkel y gebildet, der mit wachsendem Druck, d.h. wenn sich das Rohrfederende von PO nach P2 bewegt, ein progressives Übertragungsverhalten bewirkt. In Figur 2 c ergibt sich das umgekehrte, ein degressives Verhalten.
Bei der Anpassung eines Zeigerwerkes an eine spezielle Rohrfeder kann entsprechend der drei Freiheitsgrade Hebellänge r, Zugstangenlänge 1 und Nullpunktjustage des Zeigers bei der Zeigermontage eine Übereinstimmung des Meßwertes mit der Anzeige-an drei Punkten erzielt werden.
Zur Ermittlung der wählbaren Größen wird die individuelle Rohrfeder in ihrer Halterung mit drei verschiedenen Drucken beaufschlagt und die Lage des Rohrfederendes in Bezug zu der Rohrfederhalterung zweidimensional in der Ebene der Rohrfeder gemessen. Mit Hilfe eines mit dem messenden Sensor verbundenen Prozeßrechners werden sodann die optimalen Werte für die Hebellänge r und die Zugstangenlänge 1 ermittelt und die Herstellung eines zu der Rohrfeder passenden individuellen Hebels und einer individuellen Zugstange eingeleitet. Rohrfeder, individuelle Teile des Zeigerwerks und weitere für alle Meßwerke gleiche Teile werden sodann montiert und der Zeiger schließlich im drucklosen Zustand so aufgesetzt, daß er auf Null zeigt.
Diese Eichung an drei Punkten (zweckmäßigerweise Druck Null, halber Nenndruck und Nenndruck) führt zu einer erheblichen Verbesserung gegenüber automatisch geeichten Systemen, welche die Nichtlinearität nicht einbeziehen.
Eine weitere Verbesserung ist durch ein anderes Vorgehen möglich, indem die Bewegung des Rohrfederendes bezüglich des aufgebrachten Druckes an so vielen Punkten gemessen wird, daß die Druck-Weg-Funktion hinreichend genau bestimmt wird. Dann können r und 1 so bestimmt werden, daß die maximale Abweichung über den ganzen Meßbereich minimal wird.
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Claims

Patentansprüche ¾) Verfahren zur Herstellung eines Überdruckmeßgeräts mit elastischem Meßglied mit Ausgleich der Toleranzen des elastischen Meßglieds durch individuelle Gestaltung einer Zugstange, die das freie Ende des elastischen Meßglieds mit einem ebenfalls individuell gestalteten Hebel verbindet, der seinerseits die Bewegung zur Anzeige bringt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Meßgliedendes in der Bewegungsebene des Meßgliedendes unter Druckbeaufschlagung zweidimensional gemessen wird und danach die Längen der Zugstange und des Hebels unter Berücksichtigung der Nichtlinearität des Meßglieds so gewählt werden, daß der Anzeigefehler an drei vorher wählbaren Stellen des Meßbereiches verschwindet.
2 e Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen des Meßgliedendes nur bei drei diskreten Drücken gemessen wird und daraus ein Zeigerwerk nach Zugstangenlänge und Hebellänge berechnet wird, das der Charakteristik der Rohrfeder optimal angeglichen ist.
3 Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßdrucke die Werte Null, 1/2 Nenndruck und Nenndruck verwendet werden.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucke bei denen der Anzeigefehler verschwindet, so gewählt werden, daß der maximale Anzeigefehler möglichst gering wird.
5. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange 3 in einem speziellen Arbeitsschritt auf die erforderliche Länge gestanzt wird.
6. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die individuelle Anpassung der Zugstange erfolgt, wenn sie bereits in dem Zeigerwerk montiert ist.
7. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Hebels 4 automatisch eingestellt wird, wobei der Hebel schon in dem Zeigerwerk montiert ist.