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Elektrische Messeinrichtung für Differenzdruck
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Innenraum des Differenzdruck-Messwerks entlastbar, indem dab Kompensatorgehäuse zusammen mit den mit ihm kommunizierendenTeilen desDifferenzdruck-Messsystems dicht mit einer Flüssigkeit, z. B. Silikonöl, gefüllt wird. Dabei kann die Anordnung zweckmässigerweise noch derart getroffen sein, dass die mit der Flüssigkeit gefüllten Teile der Messvorrichtung über eine elastische Abdichtung, z. B. ein Wellrohr, dessen Federkraft klein ist gegen die Federkraft des elastischen Differenzdruck-Messsystems, mit einem der beidenDruckräume des Messwerks in Druckverbindung gesetzt ist.
Temperaturabhängige Volumenänderungen an der Flüssigkeit sind dann ohne Einfluss auf das Messergebnis, und es ist das elastische Differenzdruck-Messsys. em vollkommen von dem Druck der Flüssigkeit entlastet.
Die Figuren der Zeichnungen erläutern ein Ausführungsbeispiel. In Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Längsachse einer Messeinrichtung nach der Erfindung wiedergegeben, während Fig. 2 eine Aussenansicht der Einrichtung darstellt. Fig. 3 erläutert eine Einzelheit des Aufbaus der Einrichtung nach der Erfindung, die in der Fig. 1 nicht dargestellt ist. Fig. 4 zeigt den Aufbau des elektrischen Teils der Einrichtung in schematischer Darstellung.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine scheibenförmige Grundplatte, die eine zentrische Ausnehmung aufweist.
Die Grundplatte l ist zusammen mit einem zylindrisch gcformtenMittelstüek 2 durch Schrauben 3, 4 mittels zweier abgeschlossener zylindrischer Endstücke 5 und 6 gegen einen Flansch 7 des Gehäuseteils 5 gepresst, so dass das Gehäuse 5,7, 1, 2 und 6 nach aussen hin dicht abgeschlossen ist.
Die einzelnen Gehäuseteile weisen entsprechende Abdichtungsmittel in Form von gummielastischen 0Ringen A auf. Der Flansch 7 des Gehäuseteils 5 und ein Flansch 8 des Gehäuseteils 6 sind mit Druckanschlussstutzen 9 und 10 verbunden, die es gestatten, die Differenzdruck-Messeinrichtung mit den jeweiligen Messstellen, zwischen denen ein Differenzdruck zu ermitteln ist, zu verbinden. Gleichzeitig dienen die Flansche 7 und 8 zur Aufnahme der Schrauben 3,4, die ringsherum um die Mittelachse der Einrichtung auf dem Aussenumfang des Gehäuses angeordnet sind.
Die scheibenförmige Grundplatte l teilt den Innenraum des Gehäuses 5, 1, 2,6 in zwei Druckräume 11 und 12 auf. An der Platte 1 ist eine weitere Grundplatte 13 durch Schraubverbindungen 14 und 15 im Druckraum 12 befestigt. Sie steht mit zwei Abstandsstücken 16 und 17 in Verbindung, die ihrerseits zur Befestigung einer dritten Grundplatte 18 dienen. Die scheibenförmige Grundplatte 18 ist mit einer zentrischen Ausnehmung versehen, die ein Gewinde aufweist. In dieses Gewinde ist ein mit Aussengewinde versehener Ansatz einer Lagerplatte 20 eingebracht, die zur Lage- rung eines Wellrohrkörpers 21 dient. Das Innere des Wellrohrkörpers 21 ist gegen denDruckraum 12 auf der Lagerplatte 20 abgedichtet.
Die Grundplatte 13 durchsetzt mit einem zentrisch gelegenen durchbohrten Ansatz die Öffnung der Grundplatte 1, und es ist an ihr mittels Schraubgewinde eine Lagerplatte 22 befestigt, die zur Lagerung des Wellrohrkörpers 23 dient. Die Wellrohrkörper 21 und 23 sind durch Membranen 24 und
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geringe Federkräfte aufweisen, über die Abstandsstücke 26 und 27, die sich an den Lager-körper geführte Druckstange 30', die die Öffnungen der Grundplatte 18 bzw. der Lagerplatte 20 und die beiden Grundplatten l und 13 sowie der Lagerplatte 22 durchsetzt, miteinander verbunden.
Über die beiden Grundplatten 13 und 18 ist ein trommelförmiger Bauteil 30 geschoben, der den sich zwischen den beiden Grundplatten 13 und 18 erstreckenden und von dem Bauteil 30 umschlossenen Innenraum dicht gegen denDruckraum 12 abdichtet. Zur Abdichtung sind auf dem Aussenumfang der Grundplatten 13 und 18 gummielastische Abdichtungsringe angeordnet. Ein weiteres Abdichtungselement ist zwischen der Grundplatte 18 und der Lagerplatte 20 vorgesehen, und es ist auch der Druckraum 11 gegen den Druckraum 12 über eine gummielastische Abdichtung, die zwischen der Grundplatte 1 und der Grundplatte 13 vorgesehen ist, und durch eine gummielastische Abdichtung zwischen der Lagerplatte 22 und der Grundplatte 13 druckdicht getrennt.
Mit 40 ist ein Wellrohrkörper bezeichnet, dessen Federkonstante klein gegen die Federkonstanten der Wellrohrkörper 21 und 23 ist. Er ist mittels Gewinde auf den Teil der Druckstange 30', die den Kopf 29 des Wellrohrkörpers 21 durchsetzt, aufgeschraubt, und es ist die Druckstange 30'mit einer zentrischen Bohrung 41 versehen, die den Innenraum des Wellrohrkörpers 40 mit dem Innenraum des Wellrohrkörpers 21 verbindet.
Im Inneren des durch die Grundplatten 1 und 13 sowie 18 und durch den trommelförmigenBau- teil 30 gebildeten Gehäuses sind an vorgesehenen Abstandsstücken zwischen der Grundplatte 13 und der Grundplatte 18 Hebel angeordnet, die zur Übersetzung der an der Druckstange 30'fühlbaren Messkraft dienen. Ein erster einarmiger Hebel 42 ist um die Drehachse 43 gelagert und überträgt die
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von dem starr mit der Druckstange 30'in Verbindung stehenden Arm 43'erzeugte Kraft auf einen zweiten einarmigen Hebel 44, der um die Achse 45 drehbar gelagert ist. Der Hebel 44 ist mit einer Aluminiumfahne 46 verbunden, die in ihrem Abstand bei Drehungen des Hebels 44 um die Achse 45 gegen eine Spule 47 veränderlich ist und die deren Wechselstromwiderstand verändert.
Die Spule 47 ist ebenso wie eine zweite Spule 48 Bauteil einer elektrischen Brückenschaltung, die durch eine 300 kHz-Wechselspannung gespeist ist. Im Nullpunkt der Messvorrichtung ist die Brückenschaltung abgeglichen. Beim Auftreten eines Differenzdrucks zwischen den Druckräumen 11 und 12 wird dieser Abgleich gestört und über eine passende, unten näher erläuterte Vorrichtung, wird ein elektrischer Gleichstrom erzeugt, der einem Elektromagneten 49 zugeführt wird. Der Elektromagnet 49 weist eine ortsfest verbleibende Feldwicklung 50 und eine im Luftspalt des Elektromagneten beweglich gelagerte Tauchwicklung 51 auf.
Die Tauchwicklung 51 ist am Hebel 44 befestigt, und es ist die Feldwicklung 50 und die Tauchwicklung 51 in dem erwähnten Gleichstromkreis in Reihe geschaltet, so dass auf die Tauchwicklung 51 eine Kraft einwirkt, die dem Quadrat des erwähnten Gleichstroms proportional ist.
Der Kopf des Wellrohrkörpers 40 ist mit einem abdichtbaren Anschlussstutzen 52 ausgestattet.
Nach Lösen des lösbaren Teils dieses Stutzens wird über die entstandene Öffnung das Innere des Wellrohrkörpers 23, des Kompensatorgehäuses 1, 13,30, 18 und das Innere der Wellrohrkörper 21 und 40 dicht mit einem Silikonöl oder einem andern Öl, das elektrisch nicht leitfähig. ist und eine genügend kleine Kompressibilität aufweist, dicht ausgefüllt, und der Stutzen 52 wird geschlossen.
Um zu verhindern, dass die Wellrohrkörper 21 und 23 bei einseitig wirkendem Überdruck in den Druckräumen 11 und 12 beschädigt werden, ist die Messeinrichtung mit einer Überdrucksicherung ausgestattet. Hiezu ist in der Ausnehmung der Grundplatte 13 ein im wesentlichen zylindrisch geformter Körper 60 angeordnet, der mit einem Ansatz in eine Ausnehmung der Grundplatte 13 eingreift. Der Ansatz weist an seinem Aussenumfang zwei gummielastische Abdichtungen 61 auf, und es stützt sich der im Inneren des Wellrohrkörpers 23 verlaufende Teil der Stange 30'über eine Feder 62 an dem Körper 60 ab. Die Feder 62 ist hinreichend stark gewählt, so dass ihre Federeigenschaften nicht in die Messung eingehen.
Wirkt deshalb in dem Druckraum 11, der als Hochdruckraum für den Differenzdruckmesser dient, ein schädlicher Überdruck auf den Wellrohrkörper ein, so wird der Wellrohrkörper zunächst so weit zusammengedrückt, bis die gummielastische Abdichtung 61 das Innere des Wellrohrkörpers gegen das Innere des Kompensatorgehäuses abdichtet. Darauf wird die Feder 62 beansprucht, und es ist im Weg des die Feder 62 betätigenden Stangenteils ein Anschlag vorgesehen, der eine weitere Kompression der Feder 62 nach einer gewissen Wegbeanspruchung des Wellrohrkörpers 23 verhindert. Wirkt im Druckraum 12 ein unzulässig hoher Überdruck, so wird über die gummielastische Abdichtung 61 ebenfalls das Innere des Kompensatorgehäuses bzw. des Wellrohrkörpers 21 von dem Innenraum des Wellrohrkörpers 23 getrennt.
Die zum Kompensator gehörigen elektrischen Bestandteile sind nicht sämtlich imKompensatorgehäuse der Einrichtung untergebracht.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist an dem zylinderförmigen Gehäuseteil 2 ein Kasten 70 befestigt, der die zu der Einrichtung gehörigen elektrischen Bestandteile aufnimmt. Der Kasten erstreckt sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse der Einrichtung und weist einen Anschluss 71 zur Zuführung einer elektrischen Versorgungs-Wechselspannung auf. Über einen Anschluss 72 ist dem Kasten 70 ein elektrischer Gleichstrom, der z. B. zwischen 0... 50 mA mit dem zu messenden Differenzdruck variabel ist, entnehmbar. Die elektrische Verbindung zwischen dem Kasten 70 und dem Inneren der Messvorrichtung erfolgt über eine Bohrung 73 in der Grundplatte 1 der Einrichtung. In die Bohrung 73 ist eine druckdichte elektrische Durchführung einbringbar, deren Ausbildung aus der Fig. 3 ersichtlich ist.
Wie in dieser Figur dargestellt, ist in die Bohrung 73 ein hohlzylindrischer Körper 74 eingebracht, in den in mehrschichtigem Aufbau abwechselnd Kunststoff- und Metallplatten in Verbindung mit gummiela- stisch abdichtenden Platten eingebracht sind, so dass die elektrischen Durchführungen im Inneren des Bauteils 74 druckdicht verlaufen. Der Aussenumfang des Bauteils 74 ist mit einem 0-Ring 75 gegen die Grundplatte 1 abgedichtet und die Bohrung 73 selbst ist von aussen mechanisch durch eine Scheibe 76 verschlossen, die z. B. durch Schraubbefestigungen an der Grundplatte 1 befestigt ist. Die Hülse 74 stützt sich unter der Einwirkung der Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Messwerks und dem Aussenraum an dem Bauteil 76 ab.
In Fig. 4 bezeichnet 80 einen 300 kHz-Oszillator, der über einen Übertrager 81 eine Brückenschaltung 82 speist. Die Brückenschaltung enthält die Spule 47, und die Fehlerspannung der Brücke wird mittels eines Verstärkers 83 verstärkt über den Übertrager 84 einem phasenempfindlichen
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Gleichrichter 85 zugeführt, der seine Hilfsspannung aus dem Oszillator 80 über den Übertrager 81 erhält. Der als Gegentaktmodulator ausgebildete phasenempfindliche Gleichrichter 85 erzeugt an seinem Ausgang eine Gleichspannung, die einem Leistungsverstärker 86 zugeführt wird, der an seinem Ausgang einen Gleichstrom erzeugt, der die Tauchspule 51 und die Feldspule 50, die in Reihe geschaltet sind, des Elektromagneten 49 durchfliesst.
In Reihe zu den Wicklungen des Elektromagneten ist ein Anzeigeinstrument 87 oder eine andere messwertabhängig zu steuernde Vorrichtung, z. B. ein Regler, ein Schreiber oder ein elektrischer Zähler oder mehrere dieser Instrumente gleichzeitig geschaltet.
In Fig. 1 bezeichnet 90 eine Nullpunktsfeder, die zwischen einem druckdicht durch die Wandung des Gehäuseteils 5 geführten, über Gewinde betätigbaren Stift 91, der von der Gehäuseaussenseite über ein Vierkantstück 92 betätigt werden kann, verstellbar ist. Die Feder 90 stützt sich am Kopf des Stiftes 91 und am Kopf des Wellrohrkörpers 23 ab.
Durch Justieren der Spannung der Feder 90 werden sämtliche Teile des elektrischen Kompensators auf ihren Nullpunkt einjustiert, so dass im Falle der Gleichheit des Drucks in den Druckräumen 11 und 12 am Ausgang des Verstärkers 86 ein elektrischer Strom nicht fliesst. Bei steigendem Druck im Druckraum 11 wird an der Druckstange 30'eine der Druckdifferenz zwischen den beiden Druckräumen entsprechende Kraft fühlbar, die sich über das Hebelsystem 42, 43, 44 überträgt und zu einer Verlagerung der Steuerfahne 46 und damit zu einer Veränderung des Widerstands 47 führt.
Am Ausgang des Ringmodulators 85 wird deshalb eine entsprechende Fehlerspannung ausgesteuert, die im Ausgangs-
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Hebelsystem auf die Druckstange übertragen wird und die dieMesskraft kompensiert. Die dabei auftretenden Hubbewegungen der Druckstange 30'sind klein und betragen praktisch wenige Hundertstel Millimeter, so dass die elastischen Eigenschaften der Wellrohrkörper wegmässig nicht beansprucht werden.
Die beschriebene Ausbildung ist nicht an die Verwendung von Wellrohren gebunden. An Stelle der Wellrohre können auch Membranen verwendet sein. Daneben ist die Messeinrichtung auch mit linearer an Stelle der quadratischen Messcharakteristik ausführbar. Im letzteren Falle wird der Elektromagnet 49 durch ein permanentmagnetischesMagnetsystem ersetzt oder aber die Feldwicklung 50 des Elektromagneten 49 wird durch einen konstanten Gleichstrom erregt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Messeinrichtung für Differenzdruckmessung, bestehend aus einem mehrteiligen, durch Schraubverbindungen zusammengehaltenen Gehäuse, das durch eine zwischen seinen Teilen eingespannte Wand in zwei Druckräume unterteilt ist, sowie aus einem eine Öffnung dieser Zwischenwand abdeckenden Differenzdruck-Messsystem mit zwei elastischen Messelementen, welche durch die Wandöffnung hindurch über eine Druckstange miteinander verbunden sind, und ferner aus einem elektrischen Kompensator zur Messung der an der Druckstange wirksamen Messkraft, welcher in einem eigenen, gegen beide Druckräume abgedichteten Gehäuse gelagert ist,
das zwischen den elektrischen Messelementen des DifferenzdruckMesssystems liegt und dessen von der Druckstange durchsetzte Stirnwände die die Durchtrittsöffnungen ab-
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30) des elektrischen Kompensators vollständig im Inneren eines (12) der beiden Messwerks-Druckräume angeordnet ist und eine (1-13) seiner beiden zur Druckstange (30') normalen Wände zugleich beide Druckräume (11 und 12) trennt.