DE2009043A1

DE2009043A1 - Differenzdruckmeßwerk für hohe Drucke

Info

Publication number: DE2009043A1
Application number: DE19702009043
Authority: DE
Inventors: Edmund 4950 Minden Freitag
Original assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Current assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Priority date: 1970-02-26
Filing date: 1970-02-26
Publication date: 1971-09-09
Also published as: US3720108A; JPS5119794B1; DE2009043B2; DE2009043C3; GB1335873A

Description

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SCHOEPE ά EAKSER "\ " .■".. Minde n/VJes'tf., den 24, 2, 197ο G.m.b.H. "; - ; SehillerstraiBe 72 Lö/Ro

Differenzdruckmejwerk für hohe Drücke

Die Erfindung betrifft ein Differenzdruckmeßwerk für hohe .Drücke-, bei dem durch die Bewegung von den beiden Druckräumen zugeordneten Meßmernbranen ein das Meßsignal erzeugendes elektromagnetisches Abgriffsystem betätigt wird, das in einer zv/ischen den Membranen sich befind enden, mit Flüssigkeit gefüllten. Kammer untergebraeht ist. .

Nach der deutschen Patentanmeldung T 71o7, Klasse 42k,. 9/ol (ausgelegt am 16.12.1954), ist es bekannt, bei einem Differenzdruckmeßwerk innerhalb des Gehäuses eine elastische Meßmembrän mit einem elektromagnetischen Abgriffsystem zu verbinden, um ein der Membranbewegung entsprechendes elektrisches Meßsignal zu erhalten. Eine zweite schlappe Membran dient dazu, den das Abgriffsystem umgebenden Raum, der mit Flüssigkeit gefüllt ist, gegenüber aggressiven Meßmedien abzuschließen. Eine meßwirksarne Funktion erfüllt nur die elastische Membran.

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Bei anderen Differenzdruckmeßwerken mit zwei elastischen Meßmembranen erfolgt die Meßwertanzeige über ein aus deiri Gehäuse herausführendes Hebelgestänge (beispielsweise britische Patentschrift 79°·295). Die mechanische Übertragung der Membranbewegung nach außen erfordert innerhalb des Gehäuses zusätzlichen Raum, so daß sich ziemlich große Abmes- W sungen des Differenzdruckmeßwerkes ergeben und wirkt sich wegen der Reibungsverluste ungünstig auf die Meßempfindlichkeit aus.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe,ein Differenzdruckmeßwerk der eingangs genannten Art für hohe Drücke mit einem innerhalb des Gehäuses in einer flüssigkeitsgefüllten Kammer angeordneten elektromagnetischen Abgriffsystem zu schaffen, das eine größere Meßgenauigkeit und eine bessere Nullpunktk konstanz aufweist als die bekannten Differenzdruckmeßwerke, bei weitgehender Unabhängigkeit des Meßsignals gegenüber Temperaturschwankungen und Schwankungen des statischen Drukkes. Dabei soll die maximale Lageveränderung der Membranen sehr gering sein, in der Größenordnung von 0,1 mm liegen und dadurch nur sehr kleine Volumenverschiebungen beim Meßvorgang ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Differenzdruckmeßwerk erhält diese Eigenschaften dadurch, daß es einen symmetrischen Meßwerkaufbau der Form aufweist, daß zwei die Meßmembranen aufnehmende

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Membrandosen die 'Kammer wandungen^

platte vorgesehen ist,welche die Kammer in-zwei gleiche Hälften aufteilt und die Meßmembranen durch eine die Mitte der Zentralplatte und der Membrandosen durchsetzende Verbindungsstange verbunden sind, auf welche beiderseits der Zen-.tralplatte befestigte Meßfedern einwirken und jeweils eine Hälfte des elektromagnetischen Abgriffsystems in einer Kammerhälfte in symmetrischer Lage zur Verbindungsstange untergebracht ist.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen: Pig, 1 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel Pig. 2 eine Seitenansicht des Mittelteiles der Zentralplatte mit dem feststehenden Teil des elektrorr.agnetisehen. Abgriff systems und
Pig. 3a. und ya weitere Einzelheiten des elektromagnetischen

Teiles der Fig. 2. ·

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. · =-. ; : .

Wie aus Fig. 1 erkennbar, sind zwei Membrandosen 1 vorgesehen, die einander spiegelbildlich gegenüberstehen, wobei der Boden " ■ 2 jeder Membrandose nach außen gerichtet ist* Den Boden der Membrandosen bedecken als Membranbett für die Meßmembränen y ■ dienende Hinterlegungsplatten 4. Die Befestigung der -Hinter-

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legungsplatten in den Membrandosen kann z.B. durch Kleben erfolgen. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Meßmembran und der Hinterlegungsplatte, deren Abstand in der Größenordnung von 0,1 ram liegt, sind aneinander angepaßt. Die Meßmembranen J bestehen aus einem elastischen, kreisringförmigen Rillenteil 5 mit hochgezogenen Rändern 6 und 7« Die Oberkanten dieser Ränder sind an den oberen Rand eines Außenringes 8 und eine'r Innenplatte 9 angeschweißt. Der Außenring der Meßmembran ist auf den Rand der Membrandose aufgesetzt und durch Schweißung damit verbunden. Die Hinterlegungsplatte besteht aus einem Metall, das vie icher ist, als das für die Meßmembran benutzte, z.B. aus Kupfer oder Weichaluminium. Um die einander zugekehrten Oberflächen der Hinterlegungsplatte und der Meßmembran möglichst exakt aneinander anzugleichen, wird die aus Membrandose, Hinterlegungsplatte und Meßmembran zusammengefügte Einheit einem den maximalen Betriebsdruck übersteigenden Druck ausgesetzt, wodurch die Nachgiebigkeit der Hinterlegungsplatte bei überhöhtem Druck zu einer völligen Formangleichung von Meßmembran und Hinterlegungsplatte führt.

Die einander zugekehrten Flächen der Metnbrandosen bilden eine zylindrische Kammer lo, die von einer Zentralplatte in zwei gleiche Hälften aufgeteilt ist, wobei korrespondierende ringförmige Ansätze 12, IJ und 14, 15 an den Membrandosen und der Zentralplatte ineinander greifen. In der

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.Kammer ist ein elektromagnetisches Abgriffsystem untergebracht, dessen Aufbau anhand der weiteren Abbildungen noch näher erläutert wird.

Durch zwei Kappen l6, 17 über den Membrandosen entstehen Druckräume 18 und 19 für die beiden Meßmedien. Die Zufuhr der Meßmedien in die Druckräume zu den beiden Meßmembranen erfolgt über Kanäle 2o, 21 in den Kappen 16,. 17. Die Versorgungsleitungen für die Meßmedien können durch Verschraubung in den Gewinden 22 und 2j5 der Kanäle befestigt werden.

Die beiden Meßmembranen sind durch eine Verttindungsstange 2h, welche durch zentrische Bohrungen in den Hinterlegungsplatten 9, den Mernbrandosen 1 und der Zentralplatte 11 geführt ist, starr miteinander verbunden. Die starre Verbindung wird · mit Schraubmufc£_{ern 25 hergestellt, die in einer Einsenkung 26 der Innenplatten.. 9; der Me ßmernbranen auf die Enden der mit einem Gewinde versehenen Verbindungsstange aufgeschraubt sind und unter Verwendung einer Gegenmutter 27 an den ringförmigen Rand 28 In der Einperkung 26 gepreßt werden.

Zur Füllung der Kammer mit einer inkompressiblen Flüssigkeit dient ein Kanal 29 in der Zentralplatte 11. Nach dem Einfül- .len wird der Kanal durch eine an die Kanalöffnung anpreßbare Kugel J5o verschlossen. Die Flüssigkeit füllt den freien Raum- der Kammer Io und' den Raum zwischen den Meßmernbranen

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Hinterlegungsplatten aus. Die Füllflüssigkeit gelangt außerdem zn den zwei Ausgleichsrnetnbranen 31 _} die auf einen hochstehenden Rand der Irinenplatte 9 der Meßmembranen aufgeschweißt s.ind, und zwar über Spalte zwischen den Membrandoseri 1 und den Gegenmuttern 27 auf der Verbindungsstange und zwischen den Innenplatten 9 der Meßmembranen und den Befestigungsmuttern 25 sowie den Bohrungen 32 in den Innenplatten und Kanälen 33 in der Gegenmutter. Die Ausgleichsmembranen und die ihnen gegenüberliegenden Oberflächen der Innenplatt'eri der Meßmembrarien sind mit konformen Umfangsrillen versehen. Diese Ausgleichsmembranen dienen dem Zweck, das Meßergebnis des Temperaturdifferenzmeßv;erks von Temperatureinflüssen weitgehend unabhängig zu machen, indem der Füllflüssigkeit bei Temperaturerhöhung eine Ausdehriurigsmöglichkeit geboten v/ird. Zur Dämpfung des Meßwerks sind enge Kanäle J>h vorgesehen, die von der Kammer Io zu den Meßmembranen führen.

Das in der Kammer Io untergebrachte elektromagnetische Abgriffsystem ist, wie die Figuren 3a und 3b zeigen, aus acht Ferrit kernspulen 35 aufgebaut, von denen jeweils vier auf einer Seite einer Keramikplatte 36 befestigt sind. Die Keramikplatte ist in eine öffnung 37 der Zentralplatte 11 (Fig.2) eingesetzt und weist ihrerseits eine zentrisohe Bohrung 38 auf, durch welche die Verbindungsstange 24 hindurchfUhrt. Die Keramikplatte wird in Nuten 39 der öffnung 37 festgehalten, indem sie nach dem Einführen in die Öffnung 37 gedreht wird

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und dabei mit ihren Ecken in die Nuten greift. Die symmetrisch zur Verbindungsstange auf beiden Seiten der Keramikplatte angeordneten Ferritkernspulen bilden den feststehenden Teil des elektromagnetischen Abgriff sys terns. Jeweils· zwei Spulen auf einer Seite der Keramikplatte.bilden in Serienschaltung einen Zweig einer Induktivitätsmeßbrücke, wobei die Zusammenschaltung der Spulen untereinander und zur Meßbrücke mit Hilfe von Leiterbahnen 4o auf der Keramikplatte erf olgt, die_y wenn sie auf die andere Plattenseite geführt sind, in Randeinkerbungen 4l der Keramikplatte verlaufen. Die nach außen führenden Anschlußdrähte 42 der Brückenanordnung werden an die entsprechenden Brückenkontakte in den nebeneinanderliegenden .Randkerben 4j5 der Keramikplatte angelötet. Sie sind druckdicht in einem Durchführungselement 44 untergebracht, das in eine Bohrung der Zentralplatte einführbar und mit Hilfe einer Schraubmuffe 45 und einem Dichtungsring 46 drucksicher und flüssigkeitsdicht gehalten ist.

Innerhalb der Kammer Io des Differenzdruckmeßwerks ist zu beiden Seiten der Keramikplatte, den Ferritkernspulen gegenüber auf der Verbindungsstange 24 je eine Ferritscheib^e 47 > befestigt (Fig. 1). Die Ferritscheiben bilden den beweglichen. Teil des elektromagnetischen Abgriffsystems. Entsprechend - der Membranbewegung ändern sie die Brückeninduktivität, die als. Maß für den Differenzdrück, z.B. als Brückenausgangsspannung gemessen wird.

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Der die Membran auslenkenden Kraft wirken zwei Meßfedern 48 in der Kammer Io entgegen. Sie sind aus einem Metallzylinder hergestellt, der mit versetzten radialen Schlitzen 49 versehen ist, so daß eine Federwirkung praktisch nur in achsialer Richtung auftritt. Die Buchsen 5o der Meßfedern sind auf die Verbindungsstange 24 aufgeschraubt und ihre Flanschen 51 mit Schrauben 52 an der Zentralplatte 11 be- . festigt.

Alle in der Kammer 1 untergebrachten Teile sind so geformt und bemessen, daß die Menge an Füllflüssigkeit möglichst gering ist. Aus diesem Grunde sind außerdem, wie aus Fig. 2 hervorgeht, auf beide Seiten der Keramikplatte j56 noch Füllstücke 53 aufgeklebt, deren Dicke der Spulenhöhe entspricht. Die zwischen Keramikplatte und Zentralplatte noch verbleibenden Hohlräume können mit Kunstharz ausgefüllt werden, wobei der an den Einfüllkanal 29 angrenzende Hohlraum frei bleibt. Eine möglichst geringe Menge an F¹UlIf 1 üssigkeit ist deshalb vorgesehen, um den Einfluß von Temperaturänderungen auf das Flüssigkeit.svolurr.en klein zu halten« Mit Hilfe der Ausgleichsmembranen gelingt es, die Auswirkung dev temperaturbedingten Volurner.äiKier<;n^ --*;^Γ die Bewegung der r»oJ?r,owbranen ausstisciia] ten und (Ii¹J '.i'en.pc:■·;'.turt-tabilität des Djfl'erenzdruckmesser;-; i.,ioher:;,uyteilen, /.ue der:i gleichen Grund i;st auch das Flüssigkeittvolun^n ?,w.;k: he'"! der ifefcio mbran und den Hinterlegung;;--plattfi/ .^r"ol·" kl'"-"jit i'_'-i-ul\-i'-'si_f Λ-Ur f'':\i,:ri..<r>i---yuViy_j d>-' ι' Vfillon

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Meßbereichsumfangs genügt eine Lageveränderung der Meßmembranen von nur o,1 mm.

Der Zusammenhalt aller Teile des Differenzdruokmessera wird durch Schraubenbolzen 54 in den Kappen 16 und 17 gewährleistet.

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Claims

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- Io -

Patentansρ rüche

J Differenzdruckmeßwerk für hohe Drücke, bei dem durch die Bewegung von den beiden Druckräumen zugeordneten Meßmembranen ein das Meßsignal erzeugendes elektromagnetisches Abgriffsystem betätigt wird, das in einer zwischen den Meßmembranen sich befindenden, mit Flüssigkeit gefüllten Kammer untergebracht ist, gekennzeichnet durch einen symmetrischen Meßwerkaufbau der Form, daß zwei die Meßmembranen (3) aufnehmende Membrandosen (1) die Kammerwandungen bilden und eine Zentralplatte (11) vorgesehen ist, welche die Kammer (lo) in zwei gleiche Hälften aufteilt und die Meßmembranen durch eine die Mitte der Zentralplatte und der Membrandosen durchsetzende Verbindungsstange (24) verbunden sind, auf welche beiderseits der Zentralplatte befestigte Meßfedern (48) einwirken und jeweils eine Hälfte des Abgriff systems in einer Kammerhälfte in symmetrischer Lage zur Verbindungsstange untergebracht ist.

2. Differenzdruckmeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßmembran (j5) aus einem elastischen, kreisringförmigen Rillenteil (5) mit hochgezogenen Randpartien (6, 7) besteht, deren Oberkanten an den oberen Rand eines Außenringes (8) und einer Innenplatte (9) angeschweißt sind.

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nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die·Innenplatte (9) der Meßmembran (3) .auf, der dem Meßdruck ausgesetzten Seite mit ringförmigen Rillen versehen ist und einen überstehenden Rand aufweisty ah welchen eine elastische ihrer Oberfläche angepaßte Äusgieichsmembran [~5Ϊ) angeschweißt ist".

4._ Differenzdruckneßw^rk nach einem der Ansprüche 1 bis y_s dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Boden (2) der Membrahdosen (1) den Meßnembränen (3) angepaßte Hinterlegungsplatten (4) befestigt sind. '

5. Differenzdruckneßwerk nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenplatten (9) der Meßmembranen (3) Einsenkungen (26") aufweisen zur Aufnahme von Schräubmuttern (25), die zusammen mit auf der Verbindungsstange (24) befindlichen Gegenmuttern (2?) die Meßmembranen· und die Verbindungsstange starr miteinander koppeln.

6, Differenzdruckrr.eßwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Ausgleichsmembranen (31) und den Innenplatten (9) über enge Kanäle und Spalte mit der Kammer in Verbindung steht.

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7· Differenzdruckmeßwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Membrandosen (1) und den Hinterlegungsplatten (4) enge.Verbindungsbohrungen (24) zwischen der Kammer und den Meßmembranen (3) vorgesehen sind.

8. Differenzdruckmeßwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Meßfeder (48) in jeder Kammerhälfte in Gestalt einer mit radialen Schlitzen versehenen Metalldose vorgesehen ist, die an der Zentralplatte (11) und an der Verbindungsstange (24) befestigt ist.

9· Diff erenzdruckrneßwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Abgriffsystem aus feststehenden Ferritkernspulen (35) besteht, denen auf der Verbindungsstange (24) befestigte Ferritscheiben (47) gegenüber stehen.

10. Diff erenzdruckrneßwerk nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritkernspulen (35) auf einer Keramikplatte (36) befestigt sind und diese in eine Bohrung (37) der Zentralplatte (11) eingesetzt ist.

11. Differenzdrüekneßwerk nach Anspruch 1 o, dadurch gekennzeichnet, da.fr die Keramikplatte ("%) .in Nuten (39) dor

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Bohrung (37) einsetzbar ist.

12. Differenzdruckmeßwerk nach Anspruch 1Γ, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Keramikplatte (36) symmetrisch zum Mittelpunkt je vier Ferritkernspulen (35) befestigt sind, von denen je zwei benachbarte Spulen einen Zweig einer Brückenschaltüng bilden und zur Herstellung der elektrischen Verbindungen auf der Keramikplatte (36) aufgebrachte Leiterbahnen (4o) dienen. · ■

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