CH461134A - Druckmessgerät - Google Patents

Description

  
 



  Druckmessgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmessgerät, das bei niedrigen Drücken genau arbeiten kann.



   Druckmessgeräte werden in der Industrie weitgehend verwendet zur Anzeige und Aufzeichnung von Druck in Mess-Systemen und zur Umwandlung von Druck in einen andern Parameter bei Steuersystemen.



  Druckmessgeräte sind in vielen verschiedenartigen Formen bekannt, deren Arbeitsweisen auf einer grossen Anzahl von physikalischen Prinzipien beruhen.



  Üblicherweise wird der Druck in eine Auslenkung eines Gegenstandes umgewandelt. Der bewegte Gegenstand kann in einem Mess-System mit einem Zeiger oder einer Anzeigeeinrichtung anderer Art über mechanische Verbindungsglieder verbunden sein. Die zur Zeit erhältlichen Druckmessgeräte ergeben Schwierigkeiten beim genauen Messen geringer Drücke. Ein gewisser   Minimaldruck    muss entwickelt werden, um die Wirkungen von Trägheit und Reibung im Druckmessgerät zu überwinden. Je grösser die verwendeten mechanischen Verbindungsglieder im Druckmessgerät sind, desto grösser werden diese Wirkungen und desto weniger empfindlich ist das Druckmessgerät bei kleinen Drücken. Höhere Empfindlichkeit kann durch besser ausgearbeitete mechanische Verbindungen erhalten werden, aber mit höheren Kosten und geringerer Zuverlässigkeit.



   Das erfindungsgemässe Druckmessgerät ist gekennzeichnet durch einen Strahlungsdetektor und eine Strahlungsquelle, welche in bezug aufeinander so angeordnet sind, dass ein Teil der Strahlung der Quelle zu dem Detektor gelangt, sowie auf Druck ansprechende Mittel zur Beeinflussung der von der Quelle zum Detektor gelangenden Strahlung.



   In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann die Quelle mit einer Membran, einem Balg oder einer anderen Einrichtung verbunden sein, welche Druck in eine Auslenkung umwandelt, so dass die Quelle in Abhängigkeit vom Druck verstellt wird und die Intensität der zum Detektor gelangenden Strahlung ändert.



  Keine mechanischen Verbindungen sind erforderlich zur Übertragung zwischen Quelle und Detektor. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Energiequelle in der Strahlungsquelle enthalten ist, es sind dann keine Verb in dungsdrähte zur Quelle erforderlich.



   Bei einer bevorzugten Ausführungsform strahlt die Quelle Energie in Form elektromagnetischer Wellen aus, z. B. Lichtenergie. Die Intensität elektromagnetischer Energie ändert sich in der Regel umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes von der Strahlungsquelle. Diese Eigenschaft elektromagnetischer Strahlung kann ausgenutzt werden, um die Empfindlichkeit eines Druckmessgerätes bei kleinen   Drücken    zu erhöhen. Die Quelle kann zu diesem Zweck so angeordnet sein, dass sie sich dem Detektor nähert, wenn der Druck steigt. Zufolge der umgekehrt quadratischen Charakteristik elekotromagnetischer Wellen erzeugen dann kleine Änderungen bei niedrigem Druck grosse Änderungen der intensität der zum Detektor gelangenden Strahlung.



   Bei einem Ausführungsbeispiel können die auf Druck ansprechenden Mittel eine Mehrzahl von Bälgen aufweisen, die in Reihe miteinander verbunden sind, so dass deren Inneres einen einzigen Hohlraum bildet.



  Die resultierende Verstellung, die in Abhängigkeit vom Druck auftritt, hängt dabei von den Einzelcharakteristiken der Bälge ab, die für die Tandemanordnung ausgewählt wurden.



   In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Druckmessgerätes nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt des ersten Ausführungsbeispieles,
Fig. 2 ein   Druck-Widerstandsdiagramm    des Druckmessgerätes nach Fig. 1 und
Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Tandem anordnung von Bälgen in einem zweiten Ausführungsbeispiel.  



   Das in Fig. 1 gezeigte Druckmessgerät besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1, welches Kammern 2, 3 und 4 enthält. Die Kammer 2 wird begrenzt von der inneren Oberfläche des Gehäuses 1, von einer Endkappe 5 und von einer Membran 6. Die Membran 6 besteht aus biegsamem Material und ist mittels Schrauben zwischen einem Haltering 7 und einem ringförmigen Block 9 festgeklemmt. Ein Medium, dessen Druck gemessen werden soll, wird über ein Anschlusstück 10 in die Kammer 2 eingeführt. Die Kammer 2 ist im übrigen hermetisch abgeschlossen. Für die Messung des Drukkes eines korrodierenden Mediums können die inneren Oberflächen der Kammer 2 mit geeigneten, gegen das betreffende Medium widerstandsfähigen Überzügen versehen sein.

   In einem solchen Fall wird der Rest des Druckwandlers von der korrodierenden Wirkung des Mediums, dessen Druck gemessen werden soll, nicht betroffen, da die Kammer 2 hermetisch abgeschlossen ist.



   Die Kammer 3 wird begrenzt von der inneren Oberfläche des Gehäuses 1, von der Membran 6 und von einer Trennwand 14. Ein Ende einer Stange 15 ist mittels eines Befestigungselementes 16 an der Membran 6 befestigt. Das andere Ende der Stange 15 erstreckt sich durch ein Lager 17 in der Trennwand 14.



  Eine Druckfeder 18 wirkt einer axialen Bewegung der Stange 15 entgegen. Die Kammer 3 enthält ein Medium, das auf einem Bezugsdruck gehalten wird.



  Wenn der Bezugsdruck z. B. der Atmosphärendruck ist, dann braucht die Kammer 3 nicht hermetisch abgeschlossen zu sein, so dass in ihr der Umgebungsdruck herrscht.



   Die Kammer 4 wird begrenzt von der inneren Oberfläche des Gehäuses 1, von der Trennwand 14 und von einem Endblock 19, welcher das Ende des Gehäuses 1 abschliesst. Eine Lichtquelle 20 ist an dem in die Kammer 4 hineinragenden Ende der Stange 15 befestigt. Die Lichtquelle 20 könnte z. B. von der Art der in der schweizerischen Patentschrift Nr. 459 364 beschriebenen sein. In einer solchen Lichtquelle wird Licht dadurch erzeugt, dass ein lumineszierendes Material mit Hilfe eines Radioisotops erregt wird. Eine photoelektrische Zelle 21 ist auf der Oberfläche des Endblockes 19 in einem Abstand von der Lichtquelle 20 montiert. Die photoelektrische Zelle 21 ist bezüglich der Lichtquelle 20 so angeordnet, dass ein Teil der von der Quelle 20 abgestrahlten Energie auf die Zelle 21 trifft.

   Elektrische Leiter 22 und 23 führen von der photo elektrischen Zelle 21 durch isolierte Durchführungen 24 bzw. 25 im Endblock 19 zu einem Ohmmeter oder einem anderen elektrischen Auswertungsinstrument (nicht dargestellt). Die Kammer 4 ist lichtdicht, so dass die auf die photoelektrische Zelle 21 fallende Lichtenergie ausschliesslich von der Quelle 20 stammt.



   Zur Erzeugung von Licht in der Lichtquelle 20 können viele verschiedene Radioisotope verwendet werden. Wenn ein Radioisotop mit einer langen Halbwertzeit, wie z. B. Kohlenstoff 14, verwendet wird, ist keine Korrektur für die Abnahme; der Radioaktivität erforderlich. Bei anderen Radioisotopen, wie z. B.



  Krypton 85, können eine ortsfeste Lichtquelle und eine zugehörige photoelektrische Zelle als Bezugsnormal vorgesehen werden, um die Abnahme der Radioaktivität des Radioisotops in der Quelle 20 kompensieren zu können. Indem die beiden photoelektrischen Zellen parallel geschaltet werden, kann der Einfluss der Quelle 20 auf den Gesamtwiderstand zwischen den Leitern 22 und 23 bei abnehmender Aktivität des Radioisotops praktisch konstant gehalten werden.



   Im Betrieb wird die Membran 6 in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen den Kammern 2 und 3 verschoben. Das Ausmass der Verschiebung für eine gegebene Druckzunahme kann durch die Wahl der Eigenschaften der Feder 18 eingestellt werden. Die Verschiebung der Membran 6 wird durch die Stange 15 auf die Quelle 20 übertragen. Wenn der Druck in der Kammer 2 gegenüber dem Druck in der Kammer 3 steigt, gelangt mehr Lichtenergie von der Quelle 20 auf die photoelektrische Zelle 21. Der Widerstand der photoelektrischen Zelle 21 nimmt ab, wenn die Intensität des auf diese auftreffenden Lichtes zunimmt.



   Die Verschiebung der Quelle 20 erfolgt in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen den Kammern 2 und 3 praktisch linear. Die Intensität des auf die photoelektrische Zelle 21 auftreffenden Lichtes ändert sich dagegen umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen der Quelle 20 und der photoelektrischen Zelle 21. Bei niedrigen Drücken ergibt daher eine kleine Änderung des Druckes eine relativ grosse   Änderung    des Widerstandes der photoelektrischen Zelle 21. Die Beziehung zwischen dem Druckunterschied der Kammern 2 und 3 und dem Widerstand der photoelektrischen Zelle 21 ist durch die graphische Darstellung in Fig. 2 wiedergegeben. In dieser Darstellung ist auf der Abszisse der Druck, von links nach rechts steigend, aufgetragen, während auf der Ordinate der Widerstand der photoelektrischen Zelle 21, von unten nach oben steigend, aufgetragen ist.

   Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, nimmt die Widerstandsänderung der photoelektrischen Zelle 21 für eine gegebene Druckänderung mit steigendem Druck ab. Das Druckmessgerät ist also bei niedrigen Drücken sehr empfindlich.



   Anstelle der Lichtquelle 20 könnten auch andere Strahlungsquellen verwendet werden, z. B. Quellen von Gammastrahlen, Infrarotstrahlen, Betateilchen oder Ultraschallwellen. In jedem Fall   würde    ein passender Detektor verwendet, um einen Teil der Strahlung aufzunehmen, und ein Merkmal der Strahlung, z. B. die Intensität, würde in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen den Kammern 2 und 3 verändert.



   Anstelle der Membran 6 könnte z. B. auch ein handelsüblicher Metallbalg verwendet werden. Solche Bälge werden in der Regel hergestellt durch Elektroplattieren einer dünnen Metallschicht auf einen festen, zylindrischen, mit Ringnuten versehenen Dorn oder Kern und anschliessendes Herauslösen des Dornes oder Kernes, so dass eine dünne Metallhülle bestehen bleibt. Der so hergestellte Balg wirkt als Feder, die in axialer Richtung ausgedehnt und zusammengedrückt werden kann. In einem solchen Fall würde ein Ende des Balges zwischen dem Block 9 und dem Haltering 7 (Fig. 1) festgeklemmt. Dieses Ende des Balges wäre offen. Das andere Ende des Balges, welches durch eine Endplatte verschlossen wäre, würde in   Abhängigkeit    vom Unterschied der Drücke auf den beiden Seiten der Endplatte verschoben. Die Stange 15 wäre an der Endplatte befestigt.



   In Fig. 3 ist eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Bälgen dargestellt. Diese Reihenschaltung von Bälgen könnte ebenfalls anstelle der Membran 6 verwendet werden. Ein Flansch 28, welcher zwischen dem   Haltering 7 und dem Block 9 nach Fig. 1 festgeklemmt würde, ist an einem Ende eines grossen Balges 29 befestigt, Das Ende des Balges 29, an welchem der Flansch 28 befestigt ist, ist offen. Das freie Ende des Balges 29 ist durch eine Endplatte 30 abgeschlossen, welche in ihrer Mitte eine Öffnung aufweist. Ein Rohr 31 geht von der Öffnung in der Platte 30 aus. Ein Ende des kleinen Balges 32 ist an dem Rohr 31 befestigt. Dieses Ende des kleinen Balges ist offen. Das andere Ende des Balges 32 ist durch eine Endplatte 33 abgeschlossen. Die Stange 15 ist an der Endplatte 33 befestigt.

   Im Inneren der Bälge 29 und 32 herrscht der gleiche Druck wie in der Kammer 2, und auf der Aussenseite der Bälge 29 und 32 herrscht der Druck der Kammer 3. Die Kraft, die infolge des Druckunterschiedes zwischen den Kammern 2 und 3 auf die Endplatten 33 und 30 ausgeübt wird, bewirkt eine Ausdehnung oder Zusammenziehung der Bälge 29 und 32, wodurch die Stange 15 axial verschoben wird. Die so entstehende, druckabhängige Verschiebung der Stange 15 ist gleich der Summe der Einzelverschiebungen der Bälge 29 und 32. Durch Wahl einzelner Bälge mit bestimmten Eigenschaften können verschiedene Ansprechcharakteristiken auf den Druck erzielt werden. Diese Ansprechcharakteristiken können linear oder auch nichtlinear sein.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Druckmessgerät, gekennzeichnet durch einen Strahlungsdetektor und eine Strahlungsquelle, welche in bezug aufeinander so angeordnet sind, dass ein Teil der Strahlung der Quelle zu dem Detektor gelangt, sowie auf Druck ansprechende Mittel zur Beeinflussung der von der Quelle zum Detektor gelangenden Strahlung.

   UNTERANSPRüCHE 1. Druckmessgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor dazu eingerichtet ist, die Intensität der Strahlung festzustellen, und dass die auf Druck ansprechenden Mittel dazu eingerichtet sind, die Intensität der zum Detektor gelangenden Strahlung zu beeinflussen.

   2. Druckmessgerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Druck ansprechenden Mittel dazu eingerichtet sind, durch Veränderung der gegenseitigen Lage von Quelle und Detektor die Intensität der zum Detektor gelangenden Strahlung zu ver ändern.

   3. Druckmessgerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Druck -ansprechenden Mittel einen Träger aufweisen, an welchem die Quelle befestigt ist und welcher in Abhängigkeit vom Unterschied der Drücke auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen des Trägers verstellbar ist.

   4. Druckmessgerät nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Membran ist, an der die Quelle durch eine Stange befestigt ist.

   5. Druckmessgerät nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein Balg mit einem geschlossenen, mit einer Endplatte bedeckten Ende ist, wobei die Quelle an der Endplatte befestigt ist.

   6. Druckmessgerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle derart ausgebildet ist, dass die Intensität der Strahlung sich umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes von der Quelle ändert.

   7. Druckmessgerät nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Druck ansprechenden Mittel dazu eingerichtet sind, den Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor bei zunehmendem Druck herabsetzen.

   8. Druckmessgerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine Quelle elektromagnetischer Strahlung ist.

   9. Druckmessgerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist zur Anzeige der Intensität der zum Detektor gelangenden Strahlung.

   10. Druckmessgerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine eigene Energiequelle enthält.

   11. Druckmessgerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Druck ansprechenden Mittel eine Mehrzahl von Bälgen aufweisen, von denen jeder am einen Ende offen und am anderen Ende teilweise abgedeckt ist, wobei die Bälge derart in Reihe geschaltet sind, dass das offene Ende eines Balges mit dem ab gedeckten Ende des anschliessenden Balges verbunden ist und das Innere der Bälge einen zusammenhängenden Hohlraum bildet.

   12. Druckmessgerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Druck ansprechenden Mittel ein bewegliches Glied aufweisen, dessen Lage von der Druckdifferenz auf gegenüberliegenden Seiten desselben abhängig ist und mit dem die Quelle über eine Stange verbunden ist.

   13. Druckmessgerät nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es drei in einer Reihe nebeneinander angeordnete Kammern aufweist, dass das bewegliche Glied eine Trennwand zwischen einer ersten und einer zweiten der drei Kammern bildet, dass die erste Kammer hermetisch verschlossen ist, dass die Quelle und der Detektor in der dritten Kammer, welche strahlendicht ist, angeordnet sind und dass die Stange die zweite Kammer durchsetzt.

   14. Druckmessgerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Druck ansprechenden Mittel einen grösseren Balg mit einem offenen und einem teilweise abgedeckten Ende, einen kleineren Balg mit einem offenen und einem abgedeckten Ende und Mittel zur Verbindung des offenen Endes des kleineren Balges mit dem abgedeckten Ende des grösseren Balges in Tandemanordnung aufweisen, so dass deren Inneres einen einzigen Hohlraum bildet.