Druckmesseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckmesseinrichtung mit einem rohrförmigen Stützkörper, der durch den zu messenden Druck in Richtung eines Durchmessers belastbar ist und wenigstens ein Paar elektrische Widerstandselemente aufweist, welche aus Drähten bestehen und in eine elektrische Brückenschaltung eingeschaltet ist.
Die Druckmesseinrichtung gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte jedes Widerstandselementes wenigstens annähernd diagonal durch den Innenraum des Stützkörpers verlaufend zwischen zwei Verankerungsgliedern eingespannt sind, welche an einander diametral gegenüberliegenden Stellen des Stützkörpers mit demselben in Verbindung stehen, und dass die Drähte des einen bzw. des anderen Widerstandselementes des gleichen Paares wenigstens annähernd parallel bzw. rechtwinklig zur Richtung des zu messenden Druckes verlaufen.
Der Hauptvorteil dieser Ausbildung liegt in der erzielbaren hohen Konstanz des funktionellen Zusammenhanges zwischen dem zu messenden Druck und dem elektrischen Messergebnis, in der verhältnismässig hohen Empfindlichkeit der Einrichtung und in der guten Reproduzierbarkeit der Messergebnisse, so dass der brauchbare Messbereich verhältnismässig gross ist.
Weitere bevorzugte Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in welcher rein beispielsweise zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht sind.
Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der Druckmesseinrichtung teils im senkrechten Schnitt teils in Ansicht;
Fig. 2 stellt in grösserem Massstab einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 dar;
Fig. 3 ist ein waagrechter Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 2;
Fig. 4 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel im senkrechten Schnitt und teils in Ansicht.
Die in Fig. 1 dargestellte Messeinrichtung ist am unteren Ende eines Faulraumes 10 angeordnet. Zwischen einem Flansch 11 des unten offenen Faulraumes 10 und einem Flansch 12 einer oben offenen Dose 13 ist eine membranartige Abschlussplatte 14 längs ihres Umfanges eingeklemmt. In Nuten der Flansche 11 und 12 eingelegte Dichtungsringe 15 sorgen für einen flüssigkeitsdichten Abschluss. Die Flansche 11 und 12 sowie die Platte 14 sind durch Schrauben 16 zusammengehalten und aneinandergedrückt. Die Dose 13 ist mit Abstand von einem Schutzgehäuse 17 umgeben, dessen Flansch 18 mittels Schrauben 19 am Dosenflansch 12 lösbar befestigt ist.
An der Innenseite des Dosenbodens ist eine Leiste 21 (Fig. 1 und 2) durch Schrauben 22 befestigt. Die obere Fläche der Leiste 21 ist konkavzylindrisch gewölbt und trägt einen rohrförmigen Stützkörper 23, der mit einer Zone längs einer seiner Mantellinie auf der Leiste 21 aufliegt und mittels Schrauben 24 und Muttern 25 befestigt ist. Eine der Leiste 21 ähnliche zweite Leiste 26 befindet sich an einer diametral gegenüberliegenden Stelle mit verhältnismässig geringem Abstand unterhalb der Platte 14. In die zweite Leiste 26 ist ein Kopf 27 eingelassen, der oben eine konvexkugelig gewölbte Scheitelfläche besitzt, auf der sich die Platte 14 abstützt.
Die Leiste 26 ist mit dem rohrförmigen Stützkörper 23 mittels Schrauben 30 und einer Schraube 31 verbunden. Diese Schrauben 30 und 31 durch setzen eine Verbindungsleiste 32 und sind je in ein Mutterstück 33 bzw. 34 eingeschraubt. Die eine Schraube 31 ist mit dem bereits erwähnten Kopf 27 aus einem zusammenhängenden Materialstück gefertigt. Die drei Mutterstücke 33 und 34 sind durch zwei Bolzen 35 miteinander verbunden, die zueinander gleichaxig angeordnet sind und parallel zur Axe des rohrförmigen Stützkörpers 23 verlaufen. Die Teile 30 bis 35 bilden zusammen ein Verankerungsglied für zwei elektrische Widerstands elemente 36 und 37, die im einzelnen weiter unten beschrieben sind.
Dem Verankerungsglied 30 bis 35 diametral gegenüber ist ein zweites ähnliches Verankerungsglied angeordnet, das aus einer Verbindungsleiste 38, drei Mutterstücken 39 und 40, zwei die letzteren miteinander verbindenden Bolzen 41 und zwei Schrauben 42 besteht, mit deren Hilfe die Mutterstücke 39 an der Verbindungsleiste 38 befestigt sind. Während das erste Verankerungsglied 30 bis 35 an der Innenseite des Stützkörpers 23 starr befestigt ist, ist das zweite Verankerungsglied 38 bis 42 der Widerstandselemente 36 und 37 in Richtung eines Durchmessers des Stützkörpers 23 verstellbar an der gegenüberliegenden Innenseite des Stützkörpers 23 angeordnet. Zu diesem Zweck sind die Schrauben 42 je mit einem zylindrischen Fortsatz 43 versehen, der als Führungszapfen dient, die Wand des Stützkörpers 23 durchdringt und in eine passende Bohrung 44 der Leiste 21 hineinragt.
In das Mutterstück 40 ist der eine Endteil einer Gewindespindel 45 eingeschraubt, die durch einen Querstift 46 gegen Drehung im Mutterstück 40 gesichert ist. Die Gewindespindel durchdringt die Wand des Stützkörpers 23 und die Leiste 21 und ragt mit ihrem anderen Endteil in eine mit einem Innengewinde versehene Hülse 47 hinein, welche in einer Bohrung des Bodens der Dose 13 drehbar gelagert ist. Zum flüssigkeitsdichten Abschluss zwischen den Bodendosen und der Hülse 47 sind in zwei Umfangsnuten der letzteren Dichtungsringe 48 eingelegt. Das aus der Dose 13 herausragende Ende der Hülse 47 trägt einen mit ihr fest verbundenen Handgriff 49.
Zwischen die Leiste 38 und die benachbarte Wand des Stützkörpers 23 sind Tellerfedern 50 eingeschaltet, welche die Führungszapfen 43 umgeben und bestrebt sind, das Verankerungsglied 38 bis 42 zusammen mit der Gewindespindel 45 in Fig. 1 und 2 nach oben zu drücken. Durch Drehen der Gewindehülse 47 lässt sich das Verankerungsglied 38 bis 42 verschieben.
Jedes der elektrischen Widerstands elemente 36 und 37 besteht aus einem einzigen Drahtstück, das mit seinen beiden Enden am Bolzen 35 unbeweglich befestigt ist und in mehreren Windungen um die beiden einander diametral gegenüberliegenden Bolzen 35 und 41 herumläuft, derart, dass zwischen diesen Bolzen eine grössere Anzahl von geradlinig und wenigstens annähernd parallel zu einem Durchmesser des Stützkörpers 23 verlaufende Drähte vorhanden sind. Diese Drähte der Widerstandselemente 36 und 37 sind durch entsprechende Einstellung des beweglichen Verankerungsgliedes 38 bis 42 mit Hilfe der Gewindehülse 47 in dem gewünschten Mass gespannt.
Damit die einzelnen Drähte jedes Widerstandselementes 36 bzw. 37 gleichmässig voneinander distanziert bleiben, weisen die Bolzen 35 und 41 ein Aussengewinde auf und sind die um die Bolzen 35 und 41 herum verlaufenden Drahtpartien in Gewindegänge der Bolzen eingelegt.
Die Drähte der beiden Widerstandselemente 36 und 37 verlaufen in senkrechter Richtung, d. h. in der Richtung des zu messenden, von der Platte 14 übertragenen Wasserdruckes. Im Inneren des Stützkörpers 23 sind ausserdem noch zwei weitere elektrische Widerstandselemente 51 und 52 (Fig. 1 und 3) vorhanden, die prinzipiell gleich ausgebildet sind wie die Widerstandselemente 36 und 37, jedoch in waagrechter Richtung, d. h. rechtwinklig zur Richtung des zu messenden Druckes verlaufende Drähte aufweisen. Auch in diesem Fall verläuft das Drahtstück jedes Widerstandselementes 51 bzw 52 um zwei mit einem Aussengewinde versehene Bolzen, welche Bestandteile von zwei Verankerungsgliedern sind.
Gemäss Fig. 3 sind für jedes Widerstandselement 51 bzw. 52 zwei getrennte und unabhängige Verankerungsglieder vorhanden. Das eine dieser Verankerungsglieder ist an der Innenseite des Stützkörpers 23 starr befestigt und besteht aus einer Verbindungsleiste 53, zwei Mutterstücken 54, einem diese miteinander verbindenden Bolzen 55 und zwei Schrauben 56, mit deren Hilfe die Mutterstücke 54 mit der Verbindungsleiste 53 verbunden sind und das ganze Verankerungsglied am Stützkörper 23 befestigt ist. Die Schrauben 56 durchsetzen eine an der Aussenseite des Stützkörpers 23 angeordnete Leiste, die für die beiden feststehenden Verankerungsglieder der zwei Widerstandselemente 51 und 52 gemeinsam ist.
Das andere Verankerungsglied jedes Widerstandselementes 51 bzw. 52 ist an einer dem Verankerungsglied 53 bis 56 diametral gegenüberliegenden Stelle an der Innenseite des Stützkörpers 23 verstellbar angeordnet. Es besteht aus einer Verbindungsleiste 58, zwei Endstücken 59, einem diese miteinander verbindenden Bolzen 60 und zwei Schrauben 61, mit deren Hilfe die Endstücke 59 an der Verbindungsleiste 58 befestigt sind. Die Schrauben 61 besitzen zylindrische Endpartien 62, die als Führungszapfen dienen, die Wand des Stützkörpers 23 durchsetzen und längsverschiebbar in passende Führungsbohrungen 63 einer Leiste 64 eingreifen, welche an der Aussenseite des Stützkörpers 23 mittels einer Schraube 65 und einer Mutter 66 befestigt ist und beiden beweglichen Verankerungsgliedern 58 bis 61 der zwei Widerstandselemente 51 und 52 gemeinsam ist.
An der Verbindungsleiste 58 jedes beweglichen Verankerungsgliedes 58 bis 61 ist das eine Ende einer Gewindespindel 67 befestigt, welche die Wand des Stützkörpers 23 und die Leiste 64 längsverschiebbar durchsetzt. Auf die Gewindespindel 67 ist eine Ge Gewindehülse 68 aufgeschraubt, die zum Ansetzen eines Schlüssels 69 zwecks Drehung der Gewindehülse ausgebildet ist. Zwischen der Verbindungsleiste 58 und der benachbarten Wand des Stützkörpers 23 sind Tellerfedern 70 eingelegt, welche die Führungsbolzen 62 umgeben und das bewegliche Verbindungsglied 58 bis 61 stets in Richtung gegen das feststehende Verbindungsglied 53 bis 56 drücken. Die Drähte eines jeden der Widerstandselemente 51 und 52 können durch entsprechendes Drehen der Gewindehülse 68 nach Belieben gespannt werden.
Je ein in der Richtung des zu messenden Druckes verlaufendes Widerstandselement 36 bzw. 37 und ein rechtwinklig hierzu verlaufendes Widerstandselement 51 bzw. 52 bilden ein Paar zusammengehörender Widerstandselemente. Die Messeinrichtung könnte gegebenenfalls auch nur ein solches Paar oder mehr als zwei derartige Paare von Widerstandselementen aufweisen.
Die Enden der Drahtstücke sämtlicher Widerstandselemente 36, 37, 51 und 52 sind mit Klemmen 75 verbunden, von denen ein vieradriges Kabel 76 zu einem nicht dargestellten elektrischen Messgerät und zu einer Stromquelle führt. Die Widerstandselemente sind miteinander und mit den Klemmen 75 derart verbunden, dass sie eine Wheatonsche Brückenschaltung bilden, in welcher die Widerstandselemente 36 und 37 zwei einander gegenüberliegende Brückenzweige bilden, zwischen denen die beiden anderen Widerstandselemente 51 und 52 angeordnet sind, die sich ebenfalls gegenüberliegen. Auf diese Weise haben Temperaturänderungen keinen Einfluss auf das Messergebnis und ergibt sich eine hohe Empfindlichkeit der Anzeige.
Im Ruhezustand der Einrichtung, wenn kein Wasserdruck auf der Platte 14 herrscht, kann die elektrische Brücke durch Veränderung der mechanischen Spannung der Widerstands elemente abgeglichen werden, was durch Drehen der Gewindehülsen 47 und 68 in einfacher Weise erfolgen kann. Beim Belasten der Platte 14 wird der rohrförmige Stützkörper 23 ein wenig deformiert, was ein Nachlassen der mechanischen Spannung der senkrecht verlaufenden Widerstandselemente 36 und 37 und eine Zunahme der mechanischen Spannung der waagrecht verlaufenden Widerstandselemente 51 und 52 bewirkt. Diese änderungen der mechanischen Spannung haben eine entsprechende Änderung des elektrischen Widerstandes der Elemente 36, 37, 51 und 52 zur Folge, wodurch die Messbrücke verstimmt wird und das angeschlossene Anzeigeinstrument einen der Druckbelastung der Platte 14 proportionalen Strom anzeigt.
Um Einflüsse des jeweiligen Barometerstandes auszuschalten, ist die sonst wasserdicht verschlossene Dose 13 mittels eines Röhrchens 80 mit dem Innenraum eines elastischen, schlaffen und wasserdichten Druckausgleichballons 81 verbunden, der sich im Raum zwischen der Dose 13 und dem Schutzgehäuse 17 befindet; dieser Raum steht über eine Öffnung 82 mit der Atmosphäre in Verbindung.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung dient zur Messung des statischen Druckes in einem Durchlaufkanal 90. Prinzipiell besteht kein Unterschied gegenüber dem ersten Beispiel; es ist lediglich eine andere bauliche Ausbildung der Dose, der membranartigen Platte und des Schutzgehäuses festzustellen.
Gemäss Fig. 4 besteht die membranartige Platte 91 zusammen mit einem Flansch 92 aus einem einzigen Materialstück. Die Dose 93 weist einen zu ihrem Boden bündigen Flansch 94 auf, der mit Hilfe von Schrauben 95 unter Zwischenschaltung von Distanzierungsstücken 96 mit dem Flansch 92 der Platte 91 verbunden ist. Zum flüssigkeitsdichten Abschluss der Dose ist ein in eine Umfangsnut der Dosenwandung eingelegter Dichtungsring 97 vorhanden. Der Flansch 92 ist mittels Schrauben 98 mit einer Tragplatte 99 verbunden, welche an der Unterseite des Kanals 90 befestigt ist und, wie übrigens auch der Kanal 90, eine Durchbrechung aufweist, durch welche die im Kanal 90 vorhandene Flüssigkeit Zutritt zur Oberseite der membran artigen Platte 91 hat. Das Schutzgehäuse 100 ist mit Hilfe von Schrauben 101 lösbar am Flansch 94 der Dose 93 befestigt.
Im Innenraum der Dose 93, d. h. zwischen dem Dosenboden und der membranartigen Platte 91 sind die gleichen Teile vorhanden, wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Gegenüber Messeinrichtungen mit aufgeklebten Dehnungsmessstreifen hat die beschriebene Messeinrichtung den Vorteil höherer zeitlicher Konstanz des funktionellen Zusammenhanges zwischen der Druckbelastung der der elektrischen Anzeige. Auch ist die Reproduzierbarkeit bedeutend besser; die Abweichungen betragen weniger als einen Tausendstel der Anzeige bei voller Endlast, weshalb der Messbereich für eine bestimmte Genauigkeit der Messung relativ gross ist. Diese Vorteile ergeben sich durch das freie Einspannen der Drähte der Widerstandselemente und die einfache Kraftübertragung von der membranartigen Platte auf die Messdrähte. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Messeinrichtungen besteht darin, dass diese lediglich durch Auswechseln der membranartigen Platte 14 bzw. 91 gegen eine solche anderer Dicke für verschiedene Maximalbelastungen eingerichtet werden kann.