DE3541178A1 - Messkopf fuer ein vakuummeter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßkopf für ein Vakuummeter nach dem Wärmeleitungsprinzip mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse und einer darin befind­ lichen Meßzelle, die zur atmosphärischen Umgebung hin vakuumdicht verschlossen sowie mit einem evakuierbaren Hohlraum verbindbar ist und in der sich ein Meßfaden zur Erzeugung eines dem Druck in der Meßzelle entsprechenden elektrischen Signals befindet.

Vakuummeter dieser Art sind aus der DE-OS 22 47 988 und aus der GB-PS 9 55 661 bekannt. Die elektrischen Anschlüsse des Meßfadens sind elektrisch isoliert aus der Meßzelle heraus­ geführt und enden beim Vakuummeter nach der GB-PS 9 55 661 in Form von Steckerstiften, auf die geeignete Steckbuchsen zur Verbindung des Meßfadens mit einem Versorgungs- und Anzeigegerät aufsteckbar sind. In diesem Gerät sind üblicherweise die weiteren elektrischen Bauteile einer Wheatstone′schen Brücke untergebracht, in die der Meßfaden eingeschaltet ist. Der Brückenstrom (ungeregeltes Wärme­ leitungsvakuummeter) oder die Brückenspannung (geregeltes Wärmeleitungsvakuummeter) dienen als Maß für den Gasdruck in der Meßzelle.

Bei den vorbekannten Vakuummetern ist der Meßfaden jeweils parallel zur Längsachse des zylindrischen Gehäuses ange­ ordnet, so daß sich eine langgestreckte Bauform ergibt. Diese Bauform ist erwünscht, da sie ohne weiteres die Einbaulage des Meßfadens erkennen läßt. Dieses ist für den Benutzer von besonderer Bedeutung, da das Meßsignal infolge von Konvektionserscheinungen innerhalb der Meßzelle von der Einbaulage des Meßfadens abhängt. Die korrekte Einbaulage ist deshalb vom Benutzer stets zu beachten.

Meßköpfe der bekannten Art sind wenig geeignet für die Messung oder Überwachung von Drücken in evakuierten Hohl­ räumen flacher Bauteile. Solche Bauteile sind z. B. Platten oder Rohre mit wärmeisolierenden Eigenschaften, welche jeweils doppelwandig ausgebildet und zur Verbesserung der Isolationswirkung evakuiert sind. Würden die relativ flachen Doppelwandungen derartiger Bauteile mit den vorbekannten Meßköpfen ausgerüstet, dann würden die Gehäuse der Meßköpfe sehr weit hervorragen. Der Gebrauch dieser Bauteile (Transport, Montage, Lagerung und dergleichen) wäre erheblich behindert. Außerdem wären die Meßköpfe und damit ihre Funktion durch Stöße gefährdet. Das Verlegen von Rohren mit Meßköpfen der vorbekannten Art im Erdreich zum Zwecke der Verwendung als Fernwärmeleitung wäre nur mit großem Aufwand möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßkopf für ein Vakuummeter zu schaffen, dessen Bauhöhe möglichst klein ist und der deshalb für die Ver­ wendung bei flachen evakuierten Bauteilen besser geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Meßkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Meßfaden etwa senkrecht zur Achse des Gehäuses angeordnet ist. Diese Maßnahme ermöglicht den Bau von äußerst flachen Meßköpfen, mit denen doppelwandig ausgebildete Platten oder Rohre zur Druckmessung und/oder Drucküberwachung ihrer evakuierten Innenräume ausgerüstet werden können, ohne eine Behinderung beim Gebrauch dieser Bauteile darzustellen.

Vorzugsweise ist die Höhe des im wesentlichen zylindrischen Gehäuses des Meßkopfes kleiner als sein Durchmesser, vorzugsweise kleiner als sein halber Durchmesser.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, die der Verbindung der Meßzelle zum evakuierbaren Hohlraum dienende Öffnung mit einer gasdurchlässigen Abdeckung auszurüsten. Diese Maßnahme ist insbesondere dann erfor­ derlich, wenn - wie es bei Wärmeisolationsbauteilen bekannt ist - die evakuierten Hohlräume mit Isoliermaterial, z. B. Sand oder anderen pulverförmigen Materialien, gefüllt sind. Die Meßzelle mit dem Meßfaden ist dann vor dem Ein­ dringen derartiger Füllmaterialien zu schützen. Weiterhin ist es bekannt, das Füllmaterial unter hohem Druck (z. B. 100 bar) zusammenzupressen. Auch einem derart hohen Druck muß die Abdeckung standhalten.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungs­ beispielen erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel für einen Meßkopf 1 nach der Erfindung. Er weist das etwa zylindrische Gehäuseteil 2 auf, das bei 3 und 4 in eine Wandung 5 eingeschweißt ist, die zu einem doppelwandig ausgebildeten Bauteil gehört. Der Raum oberhalb des dar­ gestellten Ausführungsbeispieles ist die atmosphärische Umgebung. Der unterhalb des Meßkopfes gelegene Raum 6 ist der Innenraum des hohlen, flachen Bauteiles. Die Achse des Meßkopfes 1 ist mit 7 bezeichnet.

Innerhalb des Gehäuses des Meßkopfes 1 befindet sich die eigentliche Meßzelle 8 mit dem Meßfaden 9. Der Meßfaden 9 ist an Anschlußstiften 11, 12 befestigt, die durch die atmosphärenseitige Trennwand 13 der Meßzelle 8 mittels Stromdurchführungen 14, 15 herausgeführt sind und außer­ halb der Meßzelle 8 in Form von Steckerstiften 16, 17 enden. In diesem Bereich bildet das Gehäuseteil 2 eine flache Kammer 18, die mit dem Deckel 19 verschließbar ist.

Der Deckel 19 ist dazu mit einem zentralen Stutzen 21 mit einem Außengewinde 22 ausgerüstet. Diesem ist eine zentrale Hülse 23 mit Innengewinde zugeordnet. Die zentrale Hülse 23 wird von einem Boden 24 getragen, der die flache Kammer 18 zur Trennwand 13 hin begrenzt. Der Boden 24 ist mit Öffnungen 25 und 26 ausgerüstet, durch die die Steckerstifte 16, 17 in die Kammer 18 hineinragen. Zum staubdichten Verschluß der Kammer 18 weist der Deckel 19 noch die Radialdichtung 27 auf, die bei verschlossener Kammer 18 der Innenseite des Gehäuse­ teils 2 anliegt.

Die Trennwand 13 ist Bestandteil eines topfförmigen Gebildes 31, dessen Rand 32 abgewinkelt und bei 33 und 34 mit dem Gehäuseteil 2 verschweißt ist. Gleichzeitig ist mit dieser Schweißstelle eine z. B. aus porösem Sinter­ material bestehende Scheibe 35 an dem Gehäuseteil 2 bzw. an dem Topf 31 befestigt, welche die Öffnung der Meß­ zelle 8 zum Hohlraum 6 hin, in dem der Druck gemessen oder überwacht werden soll, verschließt. Die Scheibe 35 ist mit einer Öffnung 36 ausgerüstet, die mit der Schraube 37 verschlossen ist. Die Öffnung 36 dient als Prüfanschluß unmittelbar nach der Herstellung des Meßkopfes 1. Ohne eine derartige Öffnung 36 wäre ein Prüf- bzw. Testverfahren zu langwierig, da die poröse Scheibe 35 einen schnellen Druckausgleich zwischen dem Innenraum der Meßzelle 8 und dem Hohlraum 6 behindert.

Die Trennwand 13 bzw. der Topf 31 bestehen zweckmäßiger­ weise aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung (Vacon), in die aus Keramik bestehende Stromdurchführungen 14, 15 eingelötet sind. Eine solche Lösung ist temperaturbeständig und damit ausheizbar, z. B. auf 350° C.

Das Messen des Druckes innerhalb des Hohlraumes 6 erfolgt in der Weise, daß der Deckel 19 - z. B. mit einem in den Schlitz 38 eingeführten Werkzeug - abgeschraubt und damit die Kammer 18 geöffnet wird. Danach sind die Stecker­ stifte 16, 17 frei zugänglich, so daß eine daran angepaßte Steckbuchsenanordnung aufsteckbar ist. Dadurch wird der Meßfaden 9 in die im Meß- und Anzeigegerät befindliche Wheatstone′sche Brücke eingeschaltet, so daß in der üblichen Weise der Druck in der Meßzelle 8, der gleich dem Druck im Hohlraum 6 ist, gemessen werden kann. Steckerstifte und Steckbuchsen können natürlich vertauscht sein.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Trennwand 13 eine ebene Scheibe und nicht Bestandteil eines Topfes. Sie ist zwischen dem Gehäuseteil 2 und dem ebenfalls im wesentlichen zylindrischen Gehäuseteil 41 eingeschweißt. Zum Hohlraum 6 ist die Meßzelle 8 mit einem engmaschigen Gitter 42 abgedeckt. Dieses Gitter ist mit dem Gehäuse­ teil 41 durch Schweißen oder Löten verbunden.

Der die Kammer 18 verschließende Deckel 19 ist mit einem peripher gelegenen Gewinde 40 ausgerüstet, dem auf der Innenseite des Gehäuseteiles 2 ein Gegengewinde zugeordnet ist.

Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 innerhalb der Kammer 18 elektronische Bauteile angeordnet, die vereinfacht als Block 43 dargestellt sind. Der Block 43 kann z. B. die elektrischen Bauteile, die gemeinsam mit dem Meßfaden 9 die Wheatstone′sche Brücke bilden, enthalten. Über Verbin­ dungsleitungen 44, 45 ist der Block 43 mit den Stecker­ stiften 11 und 12 elektrisch verbunden. Durch Bohrungen im Gehäuseteil 2 ist eine elektrische Signalleitung 46 aus der Kammer 18 herausgeführt und mit einem nicht dargestellten zentralen Versorgungs- und Anzeigegerät verbunden, mit dem z. B. eine Vielzahl von Meßstellen mit Meßköpfen der beschriebenen Art überwacht wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist vorteilhaft bei im Erdreich verlegten doppelwandigen Rohren, deren Innenraum 6 in bezug auf den dort herrschenden Druck überwacht werden soll.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die geöffnete Kammer 18 des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1. Insgesamt sind vier Steckerstifte 16, 17 und 16′, 17′ mit ihren Strom­ durchführungen 14, 15 und 14′, 15′ vorgesehen. Die inner­ halb der Meßzelle 8 befindlichen Anschlußstifte tragen zwei etwa parallel zueinander angeordnete Meßfäden, die wahlweise für die Druckmessung benutzt werden können. Der Meßkopf bleibt daher benutzbar, auch wenn einer der beiden Meßfäden defekt ist.

Als Ausführungsbeispiel wurde ein Meßkopf beschrieben, der für ein nach dem Wärmeleitungsprinzip arbeitendes Vakuummeter geeignet ist. Auch Meßköpfe für nach anderen Prinzipien arbeitende Vakuummeter, welche elektrische Signale als Meßgröße liefern (Ionisationsvakuummeter, Reibungsvakuummeter, Penning-Vakuummeter und dergleichen), sind im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendbar, wenn ihr Meßkopf geeignete Dimensionen hat. Wesentlich ist, daß der Durchmesser der im wesentlichen zylindrischen Meßkopfgehäuse wesentlich größer ist als die Höhe des Gehäuses.

Claims (15)

1. Meßkopf für ein Vakuummeter nach dem Wärmeleitungs­ prinzip mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse und einer darin befindlichen Meßzelle, die zur atmo­ sphärischen Umgebung hin vakuumdicht verschlossen sowie mit einem evakuierbaren Hohlraum verbindbar ist und in der sich ein Meßfaden zur Erzeugung eines dem Druck in der Meßzelle entsprechenden elektrischen Signals befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfaden (9) etwa senkrecht zur Achse (7) des Gehäuses angeordnet ist.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Höhe kleiner ist als sein Durchmesser, vorzugsweise kleiner als sein halber Durchmesser ist.

3. Meßkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Verbindung der Meßzelle (8) zum evakuierbaren Hohlraum (6) dienende Öffnung mit einer gasdurchlässigen Abdeckung (35, 42) ausgerüstet ist.

4. Meßkopf nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdeckung von einem Netz (42) oder von einer porösen Scheibe (35), vorzugsweise aus Sintermaterial oder Keramik, gebildet wird.

5. Meßkopf nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdeckung (35) aus einer porösen Scheibe besteht und eine Öffnung (36) aufweist, die vorzugsweise mit einer Schraube (37) dicht ver­ schließbar ist.

6. Meßkopf nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (35) derart ausgebildet ist, daß sie geeignet ist, einem Druck von 100 bar und mehr zu widerstehen.

7. Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (13) zwischen der Meßzelle (8) und der atmo­ sphärischen Umgebung mit Stromdurchführungen (14, 15) ausgerüstet ist, die auf der Atmosphären-Seite Steckerstifte (16, 17) oder Steckbuchsen tragen.

8. Meßkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Keramik-Stromdurch­ führungen (14, 15) vorgesehen sind, die in die aus einer dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Keramik angepaßten Legierung bestehenden Trennwand (13) eingelötet sind.

9. Meßkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (13) zwischen zwei im wesentlichen zylindrischen Gehäuse­ teilen (2, 35 oder 2, 41) angeordnet und eingeschweißt ist und daß das atmosphärenseitige Gehäuseteil (2) eine flache Kammer (18) bildet.

10. Meßkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (18) mit einem Deckel (19) verschließbar ist.

11. Meßkopf nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Kammer (18) weitere elektrische Bauteile (43) befinden.

12. Meßkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die atmosphärenseitige Trennwand (13) der Meßzelle (8) Bestandteil eines Topfes (31) ist und daß die hohl­ raumseitige Abdeckung (35) der Meßzelle als Sinter­ metallscheibe ausgebildet ist.

13. Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Meßzelle (8) zwei Meßfäden (9) ange­ ordnet sind, deren Anschlüsse (16, 17, 16′, 17′) über separate Stromdurchführungen (14, 15, 14′, 15′) herausgeführt sind.

14. Meßkopf für ein Vakuummeter mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse und einer darin befindlichen Meßzelle, die zur atmosphärischen Umgebung hin vakuum­ dicht verschlossen sowie mit einem evakuierbaren Hohl­ raum verbindbar ist und in der sich Meßdrähte zur Er­ zeugung eines dem Druck in der Meßzelle entsprechenden elektrischen Signals befinden, vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Gehäuses größer ist als seine Höhe.

15. Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine Materialien für eine Ausheizung auf 350° C geeignet sind.