CH701179B1 - Druckmessanordnung und verwendung derselben. - Google Patents

Abstract

Bei einer Druckmessanordnung mit einem Drucksensor (7) mit einer druckempfindlichen Fläche (8), auf die beim Messen der zu messende Druck eines fliessfähigen Materials, insbesondere in einem Rohr, Kanal od. dgl., (5, 6) einwirkt, wird – zum Messen des Druckes eines fliessfähigen Materials gegenüber der Temperatur des Sensors (7) erhöhter Betriebstemperatur – der druckempfindlichen Fläche (8) bei der Messung ein mindestens eine Flüssigkeit (10) aufweisender Fluidpfropfen (10, 11) vorgeschaltet. Der Fluidpfropfen (10, 11) besteht aus mindestens zwei unterschiedlichen Fluiden (10 bzw. 11). Ferner ist eine Temperiereinrichtung (9, 9´, 23) für den Fluidpfropfen (10, 11) vorgesehen und gegebenenfalls ein Temperatursensor (19) zur Messung einer der Temperatur des Fluides (11) entsprechenden Temperatur und zur Abgabe eines entsprechenden Ausgangssignales. Der Fluidpfropfen (10, 11) schliesst im Betrieb unmittelbar und ohne Zwischenmaterial an dasjenige heisse Material an, dessen Druck zu messen ist, insbesondere unter Vermeidung einer Membrane, und stattdessen weist der Fluidpfropfen (10, 11) mindestens ein gasförmiges Fluid zwischen dem zu messenden Material und einem weiteren, insbesondere flüssigen, Fluid auf. Die Temperiereinrichtung ist für eine Temperierung derartigen Ausmasses ausgebildet, dass eine Dampfdiffusion zwischen den Fluiden des Fluidpfropfens unterbunden ist und der so mit dem gasförmigen Fluid versehene Fluidpfropfen (10, 11) die Funktion der Druckübertragung zum Sensor (7), der Wärmeisolation zum Sensor (7) und die Funktion einer Dampfsperre zwischen dem zu messenden Material und dem Sensor (7) erfüllt.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmessanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Wenn hier also von den verschiedenen Funktionen die Rede ist, welche der Fluidpfropfen erfüllt, so ist klar, dass er so beschaffen sein muss, dass er als Isolations und Druckübertragungs- sowie als Dampfsperremedium dienen kann.

[0002] Solche Druckmessanordnungen sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. Kritisch aber wird es, wenn das Material, dessen Druck gemessen werden soll, eine erhöhte Temperatur, z.B. über 100 °C, wie 300–700 °C, derart aufweist, dass dadurch die Messung des Drucksensors und/oder dieser selbst beeinträchtigt wird. Indirekte Messmethoden, bei welchen der Druck über Ultraschallschwingungen oder mittels Laser festgestellt wird, sind bekannt. Verschiedentlich aber ist eine direkte Messung des Druckes des heissen Mediums vorteilhaft und erwünscht.

[0003] Die Problematik besteht eben insbesondere darin, dass das zu messende Medium (Metallschmelze) im Allgemeinen eine wesentlich höhere Temperatur aufweist als es dem Messfühler (Druck-Messumformer, elektrisch, mechanisch od. dgl.) zuträglich ist. So ist beispielsweise die Schmelzentemperatur bei Zink (450 °C), bei Magnesium oder Aluminium (um 700 °C) um etliche hundert Grad Celsius höher als die maximale Einsatztemperatur von handelsüblichen Druck-Messumwandlern (70–80 °C). Noch deutlicher ist der Temperaturunterschied bei Kupfer oder Messing.

[0004] Man umgeht dieses Problem beispielsweise dadurch, dass die Schmelze ihren Druck in einem Zylinder auf einen Kolben überträgt. Es wird die Rückhaltekraft auf den Kolben gemessen. Diese Messmethode ist bei geringen Drücken zu unempfindlich, da bereits geringe Veränderungen der Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand das Messergebnis erheblich verfälschen.

[0005] Eine andere Druckmessmethode besteht darin, zwischen der Schmelze und dem Messfühler eine Gasleitung einzusetzen, deren Länge dafür sorgt, dass die Temperatur auf der Fühlerseite ausreichend gering ist – bei Bedarf wird die Gasleitung gekühlt. Die Gasleitung kann je nach Bedarf mit Schutzgas oder Inertgas gefüllt werden, um unerwünschte Reaktionen zwischen dem Gas und der Schmelze bzw. deren Dampf zu vermeiden. Diese Messmethode ist durchaus präzise und rasch (auch für niederfrequente dynamische Messungen geeignet), hat aber meistens einen gravierenden Nachteil:

[0006] Die Temperatur der Rohrverbindung auf der Kaltseite (in Fühlernähe) liegt im Allgemeinen tiefer als die Solidus- bzw. Liquidustemperatur der Schmelze (der Legierung). Es kommt daher zur Kondensation und Resublimation der Schmelze (oder deren Legierungsbestandteile). Metalldampf beschlägt also das Innere der Gasleitung in flüssiger (Kondensation) und fester Form (Resublimation). Die Folge ist ein mehr oder weniger rasches Verstopfen der Gasleitung, sodass die Druckmessung über kurz oder lang versagt – also unzuverlässig ist. Denn hat das zu messende Medium einen relativ tiefen Siedepunkt (bei Magnesium: ca. 1060 °C), ergibt sich ein relativ hoher Dampfdruck über der Schmelzenoberfläche (z.B. N ́). Daher hat das Metall die Tendenz, schnell zu verdampfen, aber sich überall niederzuschlagen bzw. zu resublimieren, wo es nur ein wenig kälter ist.

[0007] Nun ist eine Druckmessanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 auch für heisse Medien aus der DE-A-3 022 309 bekannt geworden, bei der ein hinter einer Membran gehaltener Flüssigkeitspfropfen aus zwei Flüssigkeiten zur Übertragung des Druckes dienen. Derartige Druckmessungen werden durch Temperaturschwankungen des Fluidpfropfens stark verfälscht, da thermisch bedingte Volumsänderungen des Fluids unmittelbar zu Bewegungen der Membrane führen und somit Spannungsänderungen auftreten, die unerwünschte Rückwirkungen auf die Druckmessung haben.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, welche eine direkte Messung unter Vermeidung der bisherigen Fehlerquellen erlaubt. Erfindungsgemäss erfolgt dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

[0009] Der Fluidpfropfen wirkt also wärmeisolierend und druckübertragend. Er kann gegenüber dem heissen Medium, dessen Druck zu messen ist, weder durch einen Kolben noch durch eine membranartige Abdeckung abgegrenzt werden, weil sonst Kolbenreibungen, Membranspannungen etc. das Messergebnis beeinflussen könnten.

[0010] Um auch noch Kondensation oder gar Resublimation des zu messenden Mediums oder dessen Komponenten zu vermeiden, besteht der Fluidpfropfen vorteilhaft aus zumindest einer Flüssigkeit, deren Temperatur auf der Warmseite (das zu messende Material) über der Kondensationstemperatur des zu messenden Mediums (bzw. von dessen Komponenten) gehalten werden kann und auf der Kaltseite (also am Druckmesser) so temperiert werden, dass kein Schaden an der Druckmesseinrichtung entsteht, der Druck aber praktisch ungehindert übertragen werden kann. Die Flüssigkeit soll also bei der gewünschten Temperatur nicht erstarren.

[0011] Die Flüssigkeit kann vom Druckfühler höchstens durch einen kleinen Gaspolster getrennt werden, weil ein grosser Gaspolster bei Druckschwankungen starken Volumsänderungen unterliegt, also grosse Bewegungen der angrenzenden Flüssigkeit erlaubt, so dass deren genaue örtliche Temperierung erschwert wird. Anderseits bewirkt das gasförmige Fluid zwischen dem zu messenden Material und dem Flüssigkeitspfropfen, dass eine Flüssigkeitsmischung mit dem zu messenden Material vermieden wird, wie dies bekannterweise auch die Membranen tun, dass aber die bei Membranen erfolgende Druckmesswertverfälschung vermieden wird.

[0012] Dabei wird es an der Warmseite oft zweckmässig sein, zwischen dem zu messenden Medium (z.B. Metallschmelze) und dem flüssigen (dampfsperrenden) Bestandteil des Fluidpfropfens ein Inertmaterial, insbesondere ein inertes Gas, wie CO2oder N, vorteilhaft ein Edelgas, wie Argon, vorzusehen. Ein Inertgas, z.B. Argon, reagiert ja, wie der Name schon sagt, weder mit dem Material (Metallschmelze), dessen Druck gemessen werden soll, noch mit dem Flüssiganteil des Fluidpfropfens.

[0013] Im bevorzugten Fall erfolgt also die Trennung zwischen dem zu messenden Medium (Metallschmelze) und der Flüssigkeit des Fluidpfropfens durch einen Inertgaspolster, der sich beispielsweise in einem Steigrohr oberhalb der zu messenden Metallschmelze befindet. Damit wird natürlich auch die Isolationswirkung verbessert, weil ein Temperaturübergang zwischen zwei unterschiedlichen Medien erfolgen muss. Im Beispielfall wird am oberen Ende des Steigrohrs der Anschluss für die eigentliche Druckmesseinrichtung vorgesehen sein. Die Flüssigkeit des Fluidpfropfens ist beispielsweise in einem U-Rohr eingeschlossen, das direkt an den Druckaufnehmer anschliesst.

[0014] Allerdings sind erfindungsgemäss noch weitere Massnahmen erforderlich, um eine einwandfreie Funktion zu sichern. Dies wird, wie folgt, begründet.

[0015] Jede Flüssigkeit, auch eine Metallschmelze, aber auch die Flüssigkeit des Fluidpfropfens bewirkt über ihrer Oberfläche einen Dampfdruck, der sich aus Partialdrücken seiner Komponenten (z.B. Legierungsbestandteile) zusammensetzt. Diese Partialdrücke sind von der Temperatur der Oberfläche und von den Stoffeigenschaften (Schmelzpunkt, Siedepunkt, Verdampfungsenthalpie usw.) abhängig, wobei im Wesentlichen die Gleichungen nach Clausius-Clapeyron bzw. nach Sackur-Tetrode gelten. In dem gasgefüllten Raum zwischen der zu messenden Flüssigkeit und der des Fluidpfropfens befinden sich also auch die entsprechenden Dämpfe dieser Komponenten. Drei wichtige Kriterien müssen daher erfüllt werden, um einen nennenswerten Stoffübergang hintan zu halten: <tb>1.<sep>die Stoffe in dem zu messenden Material (Schmelzlegierungen) und im Fluid des Pfropfens sollen möglichst nicht miteinander reagieren, <tb>2.<sep>der Partialdruck des zu messenden Materials soll sich von dem der Flüssigkeit des Pfropfens unterscheiden (was normalerweise der Fall sein wird), vorzugsweise um mehrere Grössenordnungen, und <tb>3.<sep>zweckmässig ist die Oberflächentemperatur (T1) des Mediums mit dem höheren Partialdruck etwas geringer als die Temperatur (T2) des gegenüberliegenden Mediums, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Temperatur der Verbindungsstrecke (also der Rohrwandung) stets über der des kälteren Mediums liegt.

[0016] Sind diese drei Kriterien, als Optimum, erfüllt, dann wird ermöglicht, dass die durch den Gaspolster bewirkte Trennung der beteiligten Flüssigkeiten (zu messendes Material einerseits und Flüssigkeit des Fluidpfropfens) auch hinsichtlich des Stofftransportes infolge Dampfdiffusion eine starke Behinderung, zumindest aber eine Art «Einbahnstrasse» darstellt. Denn der Dampftransport des Mediums mit dem höheren Partialdruck kann nur entsprechend einem Dampfdruckgefälle stattfinden, d.h. also von der Oberfläche des heissen zu messenden Materials zu einer kälteren Oberfläche – welche es infolge des Kriteriums 3 nicht gibt. Kriterium 2 zusammen mit Kriterium 3 bewirkt, dass die Diffusion des Mediums mit dem geringeren Dampfdruck zwar stattfindet, aber wegen des kleinen Temperaturunterschiedes (T1<T2) nur in geringem Ausmass erfolgt. Das Kriterium 1, als bevorzugte Ausführungsform, verhindert die Bildung chemischer Verbindungen (falls überhaupt die Gefahr besteht), welche dazu führen könnten, unerwünschte Dampfdruckgefälle aufzubauen und damit einen unkontrollierbaren Stofftransport zuzulassen.

[0017] Erfindungsgemäss ist ferner eine Temperiereinrichtung für den Fluidpfropfen vorgesehen, die vorzugsweise als Heizeinrichtung ausgebildet ist. Wenn hier von einer «Temperiereinrichtung» die Rede ist, so soll dieser Ausdruck als Oberbegriff verstanden werden, der in Form einer Heizeinrichtung, aber auch als Kühleinrichtung ausgebildet sein kann. Beispielweise kann diese Einrichtung dazu dienen, zu vermeiden, dass der Drucksensor zu heiss wird. Anderseits muss diese Einrichtung auch sicherstellen, dass das zu messende Material nicht kondensiert oder resublimiert. Dazu ist es vorteilhaft, wenn eine Heizeinrichtung mindestens zum Teil der dem zu messenden Material zugeordneten Seite des Rohres zugeordnet ist. Die Temperiereinrichtung kann, sogar bevorzugt, zonenweise, z.B. in mindestens zwei Zonen, aufgebaut sein, so dass etwa an der warmen Seite noch geheizt, an der kalten dagegen gekühlt wird.

[0018] Ein solcher Fluidpfropfen ist vorteilhaft in einem, insbesondere aufwärtsgerichteten, Rohr untergebracht und bevorzugt im aufwärtsgerichteten Ast eines U-Rohres.

[0019] Vorzugsweise ist das mindestens eine Fluid des Fluidpfropfens aus einem Material gebildet, welches bei einer unter der Betriebstemperatur des zu messenden Materiales liegenden Temperatur flüssig ist, gegebenenfalls aber bei einer tieferen Temperatur, wie Raumtemperatur, fest, in welch letzterem Falle die Hantierbarkeit erleichtert wird.

[0020] Vorteilhaft ist das mindestens eine Fluid an der warmen Seite aus einem Material gebildet, dessen Dampfdruck bei Betriebstemperatur um wenigstens eine Grössenordnung, also um den Faktor 10, geringer ist als der des zu messenden Materiales (bzw. der Schmelze), weil so vermieden wird, dass das zu messende Medium infolge Dampfdiffusion kontaminiert wird.

[0021] Zweckmässig ist das mindestens eine Fluid aus einem nicht-toxischen Material gebildet, und all diese oben genannten Bedingungen werden besonders von Gallium oder einer Galliumlegierung erfüllt, obwohl auch andere Materialien für diesen Zweck in Frage kommen, beispielsweise eine Wood’sche (50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn und 12,5% Cd) oder eine ähnliche Legierung (bei der beispielsweise das Kadmium durch ein anderes, nichttoxisches, Metall ersetzt ist) oder aber auch Indium.

[0022] Die Messung des Druckes kann dazu dienen, das Niveau einer Metallschmelze in einem Behälter zu messen, wobei beispielsweise das Messsignal als Regelgrösse herangezogen werden kann, um eine Pumpe zur Aufrechterhaltung dieses Niveaus anzusteuern. Auch zur Niveauüberwachung von Metallschmelzen in Schmelzwannen ist eine Druckmessung vorteilhaft, sie kann zur Steuerung von Schmelzenentnahmen (Pumpen, Dosierschöpfer) oder zur Steuerung von Chargiervorgängen herangezogen werden. Besonders aber beim Vergiessen von Material, insbesondere Metall, unter einem Druck (positiv oder negativ), wie im Druckguss – insbesondere im Niederdruckguss – ist die Messung des Druckes der Metallschmelze für die vollständige und fehlerfreie Formfüllung von grosser Bedeutung. Sowohl in der Formfüllphase als auch in der Nachdruckphase liefert nur eine präzise und vor allem verlässliche Druckmessung die erforderliche Prozesssicherheit. Deshalb ist die Verwendung der erfindungsgemässen Anordnung für die Messung des Druckes eines flüssigen Metalles, wie Magnesium, Zink, oder Kupfer (auch Messing) von besonderem Vorteil.

[0023] Günstig ist es, wenn ein Temperatursensor zur Messung einer der Temperatur des Fluides entsprechenden Temperatur und zur Abgabe eines entsprechenden Ausgangssignales vorgesehen ist. Damit kann eine Korrektur des gemessenen Druckwertes entsprechend der Wärmedehnung des Fluidpfropfens (oder eines seiner Bestandteile) vorgenommen werden, was beispielsweise durch Ablesen einer Anzeige und manuelles Rechnen geschehen kann. Bevorzugt geschieht dies aber so, dass das Ausgangssignal des Temperatursensors einem Rechner zur Errechnung eines temperaturkompensierten Druckwertes zuführbar ist.

[0024] Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der schematischen Zeichnungen. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemässe Anordnung, zu der <tb>Fig. 2<sep>das Detail II der Fig. 1in vergrössertem Massstab veranschaulicht.

[0025] Ein Tiegel 1 steht mit seinem Boden 2 in einem, weggebrochen dargestellten, Ofengehäuse 3 an sich bekannter Bauart und bildet so eine Ofenkammer zur Aufnahme eines Schmelzenvorrates, beispielsweise bis zu einem Schmelzenniveau N. Der Ofen kann an sich beliebig ausgebildet sein und auch mehr als eine Ofenkammer besitzen, beispielsweise als bekannter Zweikammerofen, dessen erste Kammer dem Aufschmelzen von Masseln dient, wogegen die zweite, mit der ersten verbundene, Kammer als Entnahmekammer dient. Der Ofen ist zweckmässig mit einem Deckel 4 abgedeckt. Ein Zufuhrkanal 15 führt von einer Pumpe 14 letztlich vertikal aufwärts zu einer oberhalb der vom Tiegel 1 gebildeten Ofenkammer angebrachten Niederdruckform 12 aus zwei Formhälften und einem von diesen umschlossenen Formhohlraum 13, so dass er das Metall aus der Ofenkammer 1 in den Formhohlraum 13 einlässt. Die Pumpe 14 wird von einer von einem Motor 18 angetriebenen Pumpenwelle 17 in Drehung versetzt. Da also die Form 12 und ihr Hohlraum 13 nur über den Druck der Pumpe 14 befüllt werden, ist hier von einem Niederdruckverfahren zu sprechen. Es sei jedoch erwähnt, dass die Erfindung keineswegs auf ein Niederdruckverfahren beschränkt ist, sondern sich vielmehr auch auf andere Giessverfahren, wie Strangguss, Druckguss, Kokillenguss etc. erstreckt.

[0026] Vom Zufuhrkanal 15 zweigt ein Rohr 5 ab, in welchem das Niveau N des im Ofenraum bzw. Tiegel 1 enthaltenen, unter Betriebstemperatur stehenden flüssigen Metalles, welches zweckmässig ein Nicht-Eisenmetall ist, insbesondere Magnesium oder Aluminium (Betriebs- bzw. Schmelzentemperatur um 700 °C), Zink (Betriebstemperatur ca. 450 °C), Kupfer od. dgl., unter dem Druck der Pumpe 14 bis zu einem Niveau N ́ steigt. Wie Fig. 2 zeigt, wird es je nach Druck eines von zwei dort eingezeichneten Niveaus N ́ erreichen. Dieses Rohr 5 geht an seiner Oberseite in ein etwa U-förmiges Rohr 6 über, an dessen Ende ein schematisch angedeuteter Drucksensor 7 mit einer ebenso angedeuteten druckempfindlichen Fläche 8 angeordnet ist. Das zu messende Metall aus dem Tiegel 1 hat nun die Tendenz, schnell zu Verdampfen, aber sich überall niederzuschlagen bzw. zu resublimieren, wo es nur ein wenig kälter ist, und dies ist gerade in dem wärmeisolierten Rohrsystem 5, 6 der Fall. Die Folge wäre eine rasche Verstopfung desselben und in der Folge eine unkontrollierte Formfüllung (auch bei Druckguss) bzw. ein unkontrollierter Nachdruckvorgang, was wiederum zu Rissen im Steigrohr 15 bzw. in der Form 12 führen kann.

[0027] Das U-Rohr 6 ist mit einem druckübertragenden Fluid, vorzugsweise Gallium, als Teil eines Fluidpfropfens gefüllt. Da Gallium erst ab etwa 29 °C, d.h. also unterhalb der Betriebs- oder Schmelzentemperatur, schmilzt, ist es vorteilhaft, dem U-Rohr 6 bzw. dem Rohr 5 eine in Fig. 1schematisch angedeutete Temperiereinrichtung 9 zuzuordnen, die für die Messung gegebenenfalls für eine höhere Temperatur sorgt, um jeglichen Niederschlag von Schmelze im Rohrsystem zu vermeiden. Auch sei hier angemerkt, dass das zu messende Material nicht unbedingt eine Metallschmelze sein muss, sondern beispielsweise auch ein heisses Medium, das ohne thermische Abschirmung des Drucksensors diesen beschädigen oder in den Leitungen bis zu diesem Sensor kondensieren oder resublimieren würde.

[0028] Wie schon oben erwähnt, kann der Fluidpfropfen auch aus mehreren Fluiden zusammengesetzt sein, die beispielsweise in hintereinandergeschalteten U-Rohren untergebracht sind. Dabei kann wenigstens ein Fluid ein gasförmiges Fluid sein, wie unten noch im Einzelnen erläutert wird. Dies ist besonders von Bedeutung, wenn der Fluidpfropfen an der dem Material mit dem zu messenden Druck zugewandten Seite ein gasförmiges Fluid, vorzugsweise ein Edelgas, insbesondere Argon, aufweist, denn so wird eine mögliche Vermischung des zu messenden Fluids oder Mediums mit dem Fluidpfropfen mit Sicherheit vermieden. Dagegen wirkt die Flüssigkeit (geschmolzenes Gallium od. dgl.) auch als Diffusionsbremse, denn während sich mit dem Gas Metalldampf vermischen kann, ist dies bei einer Flüssigkeit so gut wie nicht der Fall. Damit wird auch vermieden, dass sich der Metalldampf an der Rohrwandung im Messbereich niederschlägt und die Messung behindert. Die Flüssigkeit soll bei Betriebs- (Schmelzen-)temperatur einen möglichst geringen Dampfdruck aufweisen und damit einen relativ hohen Siedepunkt. Auch mehr als drei Fluide sind möglich, doch im Allgemeinen nicht erforderlich und daher nicht bevorzugt, vor allem wenn sich bei einer Anwendung die Isolations-, Diffusionsbrems- und/oder Druckübertragungswirkung anders nicht gut erzielen liesse, doch dürfen diese Fluide sich nicht vermischen.

[0029] In Fig. 2 ist eine Anordnung zur Messung des Druckes einer Schmelze (Detail II der Fig. 1) näher dargestellt. Diese Anordnung umfasst, wie dies bevorzugt ist, zwei Fluide zur Druckübertragung von der Schmelze im Steigrohr 5 zum Drucksensor 7. Das schmelzenseitige Fluid 10 ist ein inertes Gas, vorzugsweise ein Edelgas, wie Argon, das also weder mit der zu messenden Schmelze noch mit dem zweiten, druckübertragenden und flüssigen Fluid 10, z.B. in Form von Gallium, chemisch reagieren kann. Für die Erstbefüllung mit dem Inertgas (Argon) ist das Füllrohr 22 mittels eines Ventiles 21 an die Oberseite des Steigrohres 5 angeschlossen. Während der Druckmessung ist jedoch das Ventil 21 geschlossen. Der Inertgaspolster 11 kann die durch Druckschwankungen der Schmelze im Pumpenrohr 15 (Fig. 1) bewirkte Niveauänderung der Schmelze auf die Flüssigkeit 10 übertragen und somit die druckaufnehmende Fläche 8 des Drucksensors 7, welche an die Flüssigkeit 10 angrenzt, beaufschlagen. Der das Gas 11 aufnehmende Raum des Steigrohres 5 setzt sich dann über ein U-Rohr bis zu dem mit der Flüssigkeit 10 gefüllten, aufwärtsgerichteten Rohrabschnitt 6 fort, womit die zu messende Schmelze von der Flüssigkeit 10 getrennt ist. Der obere, das Gas 11 aufnehmende Raum des Steigrohres 5 wird derart beheizt, dass sich die diesen Raum umschliessenden Rohrwände und die Oberfläche der Flüssigkeit 10 auf einer zumindest geringfügig höheren Temperatur als die Schmelze im Steigrohr 5 befinden. Dadurch wird eine Kondensation oder gar eine Resublimation von Schmelzedampf an diesen Stellen verhindert. Dies ist der Grund, warum zweckmässig auch die «Warmseite» des U-Rohres 6 noch im beheizten Gehäuse 9 enthalten ist.

[0030] Denn wichtig ist, dass die Schmelze (oder ein anderes heisses Material), deren Druck gemessen werden soll, mindestens während der Messung im Steigrohr 5 nirgends einfrieren kann, weil ja sonst ein fester Pfropfen im Steigrohr 5 eine Druckübertragung auf das Gas 11 verhindern würde. Dies ist der Grund, warum die, vorzugsweise in mindestens zwei Zonen unterteilte, Temperiereinrichtung 9 vorgesehen ist, die gemäss der Zeichnung bevorzugt nach unten bis knapp über oder sogar unter das Niveau N bis hinein in die im Tiegel 1 enthaltene Schmelze ragt.

[0031] Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Fluid oberhalb des Niveaus N ́, wie schon gesagt, Argon. Dies bewirkt zwar, dass das gasförmige Fluid durch den Druck der Schmelze (oder eines anderen heissen Materials) komprimiert wird, sichert aber im Wesentlichen eine gute Druckübertragung auf das flüssige Fluid, welches im U-Rohr 6 als strichliertes Material 10 angedeutet ist. Es ist ersichtlich, dass also der Abstand der druckempfindlichen Fläche 8 vom Niveau N ́ gross genug ist, um eine wirksame Wärmeisolation zu erzielen. Es sei aber erwähnt, dass es für manche Anwendungszwecke günstig sein kann, den Fluidpfropfen aus drei Fluidteilen, etwa eine Flüssigkeit, ein Gas und wieder eine Flüssigkeit, aufzubauen. Dabei können die beiden Flüssigkeitsanteile von derselben Flüssigkeit oder jeweils einer unterschiedlichen gebildet sein.

[0032] Während also nach Fig. 2diese Temperiereinrichtung 9 unterhalb des Deckels 4 des Tiegels 1 angeordnet ist, was die Beheizung des Fluidpfropfens an der warmen Seite erleichtert (und so dem Resublimieren entgegenwirkt), wie dies bevorzugt ist, könnte an sich die Beheizungseinrichtung 9 auch zur Gänze ausserhalb des Tiegels 1 liegen, was aber aus den geschilderten Gründen nicht bevorzugt ist. Zweckmässig ist die (eine) Heizeinrichtung 9, d.h. die Temperiereinrichtung, in einem, bevorzugt wärmeisolierten (Isolierung 16), Gehäuse 9 ́ untergebracht, welches beispielsweise ein Wärmeübertragungsfluid, wie Öl, enthalten kann. Der Einfachheit halber genügt aber Luft, wodurch auch ein Strahlungsaustausch zwischen den Heizkörpern der Temperiereinrichtung 9 und dem Rohrsystem um das Gas 11 ermöglicht wird und keine Dichtungsprobleme an den Durchführungen auftreten. In diesem Gehäuse befindet sich vorteilhaft ein Temperatursensor 19, der ein der gemessenen Temperatur entsprechendes elektrisches Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignal kann an einem Anzeigeinstrument angezeigt werden, wird aber im vorliegenden (bevorzugten) Falle an einen Rechner 20 abgegeben, der unten noch besprochen werden soll. Die so gemessene Temperatur wird also der Temperatur des Fluides 11 entsprechen bzw. mit dieser korrelieren.

[0033] Dem oberen Ende des die zu messende Schmelze zuführenden Steigrohres 5 wird, wie schon erwähnt, über eine mit einem Absperrventil 21 verschliessbare Leitung 22 von einem (nicht dargestellten) Argonvorrat aus Argon oder ein anderes Inertgas, insbesondere Edelgas, zugeführt, um einen gewissen Argonpolster 11 als vorgeschalteten Teil des davon und dem Gallium-Anteil 10 gebildeten Fluidpfropfens zuzuführen, worauf das Ventil 21 geschlossen wird. Dieser Argonpfropfen 11 tritt, wie ersichtlich, bis in das U-Rohr 6 über, welches die Flüssigkeit 10 des Fluidpfropfens 10, 11, bevorzugt Gallium, enthält. Ein weiterer Teil der Temperiereinrichtung bzw. Heizeinrichtung kann den aufsteigenden Ast dieses U-Rohres mit entsprechenden Temperierwendeln 23 umhüllen, bevor die Flüssigkeit die druckempfindliche Fläche 8 des Drucksensors 7 beaufschlagt. Gerade diese Temperierwendeln werden vorzugsweise zur Kühlung in Form von Kühlrohren eingesetzt.

[0034] Auf diese Weise ist es möglich, den mit dem Gas 11 gefüllten Teil des Steigrohres 5 zumindest geringfügig über der Temperatur TS der zu messenden Schmelze oder Flüssigkeit zu halten, wodurch die Bildung von Kondensat bzw. Resublimat an den Innenflächen des das Gas 11 aufnehmenden Raumes vermieden wird. Erst das mit dem flüssigen Druckübertragungsfluid 10, wie Gallium, gefüllte U-Rohr sorgt dann, zweckmässig in Zusammenarbeit mit der Temperiereinrichtung 23, für die notwendige Temperaturdifferenz zwischen dem Inertgas 11 und dem Drucksensor 7. Für Druckmessungen bei welchen eine Veränderung des Niveaus N ́ der zu messenden Flüssigkeit bzw. Schmelze keine Rolle spielt (z.B. bei Anwendungen im Niederdruckguss nach Fig. 1), bedarf es keiner Temperaturkompensation des Messsignals des Drucksensors 7. Wenn es aber beispielsweise darum geht, das Niveau N der Schmelze im Tiegel 1 mittels Druckmessung zu ermitteln, dann wird sich die Temperatur des Gaspolsters 11 auf das Niveau N ́ der Schmelze im Steigrohr 5 auswirken. Wenn die zu messenden Niveauunterschiede im Tiegel 1 in der Grössenordnung der temperaturbedingten Niveauschwankungen des Nievaus N ́ liegen, so ist eine rechnerische Kompensation für die Niveauermittlung angebracht.

[0035] Der Drucksensor 7 wird dann ein elektrisches Drucksignal über Leitungen 24 an den Rechner 20 abgeben. Dieser erhält aber zweckmässig auch ein Korrektursignal vom Temperatursensor 19, so dass das Gasgesetz P × V = R × T automatisch berücksichtigt werden kann, worauf der korrigierte Druck beispielsweise an einem Anzeigegerät 25 ablesbar ist, gegebenenfalls auch unmittelbar einer, an sich bekannten, Giesssteueranordnung eingegeben wird, die gegebenenfalls auch eine Stranggiess- oder Druckgiessanlage sein kann, denn die Erfindung ist keineswegs nur auf Niederdruckverfahren beschränkt.

Claims (10)

1. Druckmessanordnung mit einem Drucksensor (7) mit einer druckempfindlichen Fläche (8), auf die beim Messen der zu messende Druck eines fliessfähigen Materials, insbesondere in einem Rohr oder Kanal (5, 6) einwirkt, wobei – zum Messen des Druckes eines fliessfähigen, heissen Materials mit gegenüber der Temperatur des Drucksensors (7) erhöhter Betriebstemperatur – der druckempfindlichen Fläche (8) bei der Messung ein mindestens eine Flüssigkeit (10) aufweisender Fluidpfropfen (10, 11) vorgeschaltet ist, der aus mindestens zwei unterschiedlichen Fluiden (10; 11) besteht, wobei ferner eine Temperiereinrichtung (9, 9 ́, 23) für den Fluidpfropfen (10, 11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidpfropfen (10, 11) im Betrieb unmittelbar und ohne Zwischenmaterial an dasjenige heisse Material anschliesst, dessen Druck zu messen ist, insbesondere unter Vermeidung einer Membrane, und stattdessen der Fluidpfropfen (10, 11) mindestens ein gasförmiges Fluid zwischen dem zu messenden Material und einem weiteren, insbesondere flüssigen, Fluid aufweist, wobei die Temperiereinrichtung für eine Temperierung derartigen Ausmasses ausgebildet ist, dass eine Dampfdiffusion zwischen den Fluiden des Fluidpfropfens unterbunden ist und der so mit dem gasförmigen Fluid versehene Fluidpfropfen (10, 11) die Funktion der Druckübertragung zum Drucksensor (7), die Funktion der Wärmeisolation zum Drucksensor (7) und die Funktion einer Dampfsperre zwischen dem zu messenden Material und dem Drucksensor (7) erfüllt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (19) zur Messung einer der Temperatur eines der Fluide (11) entsprechenden Temperatur und zur Abgabe eines entsprechenden Ausgangssignales vorhanden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidpfropfen (10, 11) zumindest zum Teil in einem aufwärtsgerichteten Rohr (5, 6) untergebracht ist, und dass vorzugsweise mindestens ein flüssiger Teil (10) des Fluidpfropfens (10, 11) im aufwärtsgerichteten Ast eines U-Rohres (6) untergebracht ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung eine Heizeinrichtung (9, 9 ́), die mindestens zum Teil der dem zu messenden Material zugeordneten Seite des Rohres (5, 6) selbst zugeordnet ist, und/oder eine Kühleinrichtung (23) umfasst, die mindestens zum Teil der dem Drucksensor (7) zugeordneten Seite des Rohres (5, 6) zugeordnet ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (9, 9 ́, 23) in mindestens zwei Zonen unterschiedlicher Temperatur unterteilt ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Fluid (10) oder der Fluidpfropfen (10, 11) aus einem Material gebildet ist, welches wenigstens eines der folgenden Kriterien erfüllt: a) es ist bei einer unter der Betriebstemperatur des zu messenden Materiales liegenden Temperatur flüssig, gegebenenfalls aber bei einer tieferen Temperatur, wie Raumtemperatur, fest; b) es ist aus einem Material gebildet, dessen Dampfdruck bei Betriebstemperatur um wenigstens eine Grössenordnung geringer ist als der des zu messenden Materiales; c) es ist aus einem nicht-toxischen Material gebildet; d) das sich verflüssigende Fluid (10) weist Gallium auf; e) es weist ein Fluid (11) aus einem Inertmaterial auf, wobei vorzugsweise das Inertmaterial ein Gas, und zwar ein im Wesentlichen inertes Gas, bevorzugt ein Edelgas, insbesondere Argon, ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Temperatursensors (19) einem Rechner (20) zur Errechnung eines temperaturkompensierten Druckwertes zuführbar ist.

8. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Messung des Druckes eines flüssigen Metalles, insbesondere von Magnesium oder Zink bzw. Kupfer.

9. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 8 für die Messung des Druckes eines flüssigen, unter einem Druck zu vergiessenden Metalles.

10. Verwendung nach Anspruch 8 für die Messung des Druckes eines flüssigen, unter Niederdruck zu vergiessenden Metalles.