DE102005037995A1

DE102005037995A1 - Prüfeinrichtung für Druckmittler

Info

Publication number: DE102005037995A1
Application number: DE102005037995A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Gerdes
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-02-15

Abstract

Es ist eine Prüfeinrichtung für Druckmittler (5), die einen Träger (7) aufweisen, auf dem eine Trennmembran (9) aufgebracht ist, die eine mit einer Druckleitung (15) verbundene Kammer (13) überdeckt und nach außen abschließt, beschrieben, mit der für die Druckübertragung wesentliche Eigenschaften des Druckmittler (5) gemessen werden können, mit einem ersten Anschlusselement (1), über das die Druckleitung (15) parallel an einen Druckgeber (17) und an einen ersten Druckanschluss (19) eines Differenzdruckmessgeräts (21) anschließbar ist, einem zweiten Anschlusselement (3), das einen Innenraum (23) aufweist, der bei eingebautem Druckmittler (5) durch die Trennmembran (9) abgeschlossen ist, an den parallel ein mit einer Flüssigkeit (25) befüllbares Standrohr (27) und ein zweiter Anschluss (29) des Differenzdruckmessgeräts (21) anschließbar sind, einem Druckmessgerät (31) zur Erfassung eines hydrostatischen Drucks (p) im Standrohr (27), und einer Auswerteeinheit (39), die dazu dient, anhand von gemessenen hydrostatischen Drücken (p¶n¶) und mit dem Differenzdruckmessgerät (21) gemessenen Differenzdrücken (DELTAp¶n¶) Eigenschaften des Druckmittlers (5) zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für Druckmittler und Verfahren zur Prüfung von Druckmittlern mit einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung.

Druckmittler werden in der industriellen Messtechnik zur Übertragung von Drücken eingesetzt. Dabei werden sie z.B. in Verbindung mit Druck oder Differenzdruckmessgeräten eingesetzt. Bei Druckmessgeräten wird ein zu messender Druck beispielsweise dem Druckmittler zugeführt und über den Druckmittler auf einen im Messgerät befindlichen Drucksensor übertragen. Bei Differenzdruckmessgeräten werden entsprechend zwei Druckmittler eingesetzt denen jeweils einer der Drücke, deren Differenz gemessen werden soll, zugeführt wird. Die Druckmittler übertragen diese Drücke dann auf einen im Messgerät befindliche Differenzdrucksensor.

Der Einsatz von Druckmittlern ist z.B. dann erforderlich, wenn der oder die Drücke dem Druck- bzw. Differenzdrucksensor nicht direkt zugeführt werden können. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn die Sensoren gegenüber chemischen und/oder mechanischen Belastungen sehr empfindliche sind, wie dies z.B. bei piezoresistiven Druckmesszellen, die z.B. Messmembranen aus oder mit empfindlichen Halbleiterbauelementen aufweisen, der Fall ist, oder wenn eine Differenz zwischen zwei an verschiedenen Orten wirkenden Drücken mit einem Differenzdrucksensor erfasst werden.

Weiter werden Druckmittler auch dann eingesetzt, wenn, z.B. aus hygienischen Gründen, ein frontbündiger Abschluss zum Prozess gewünscht ist.

Druckmittler weisen in der Regel eine auf einen Träger montierte Trennmembran auf, deren vom Träger abgewandter Seite ein zu übertragender Druck zuführbar ist. Der Träger weist üblicherweise eine zur Trennmembran hin geöffnete Kammer auf, die von der Trennmembran überdeckt und nach außen abgeschlossen ist. Vorzugsweise dient eine der Trennmembran zugewandte innere Mantelfläche der Kammer als Membranbett, an das sich die Trennmembran anlegt, wenn der auf sie einwirkende Druck einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Der Anschluss des Druckmittlers erfolgt in der Regel über eine Druckleitung, die in die Kammer mündet.

Die Kammer und die Druckleitung werden mit einer Druckmittlerflüssigkeit gefüllt, über die im Betrieb die Druckübertragung erfolgt.

Um eine möglichst genaue Druck- bzw. Differenzdruckmessung vornehmen zu können, ist es wichtig, die Übertragungseigenschaften der verwendeten Druckmittler möglichst genau zu kennen. Die Übertragungseigenschaften hängen unter anderem von der Steifigkeit der Trennmembran und einem unter der Trennmembran in der Kammer eingeschlossenen Volumen ab. Dabei gilt es auch Fertigungstoleranzen, die bei der Herstellung der Druckmittler auftreten, zu berücksichtigen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Prüfeinrichtung für Druckmittler anzugeben, mit der für die Druckübertragung wesentliche Eigenschaften des Druckmittlers gemessen werden können.

Hierzu besteht die Erfindung in einer Prüfeinrichtung für Druckmittler,

– die einen Träger aufweisen, auf dem eine Trennmembran aufgebracht ist, die eine mit einer Druckleitung verbundene Kammer überdeckt und nach außen abschließt, mit
– einem ersten Anschlusselement, über das die Druckleitung parallel an einen Druckgeber und an einen ersten Druckanschluss eines Differenzdruckmessgeräts anschließbar ist,
– einem zweiten Anschlusselement,
– das einen Innenraum aufweist,
– der bei eingebautem Druckmittler durch die Trennmembran abgeschlossen ist,
– an den parallel ein mit einer Flüssigkeit befüllbares Standrohr und ein zweiter Anschluss des Differenzdruckmessgeräts anschließbar sind,
– einem Druckmessgerät zur Erfassung eines hydrostatischen Drucks im Standrohr, und
– einer Auswerteeinheit, die dazu dient anhand von gemessenen hydrostatischen Drücken und mit dem Differenzdruckmessgerät gemessenen Differenzdrücken Eigenschaften des Druckmittlers

zu bestimmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Druckgeber ein Luft-Druckgeber.

Gemäß einer Weiterbildung weist das Standrohr ein an das zweite Anschlusselement angeschlossenes Basisrohr auf, auf dessen vom zweiten Anschlusselement abgewandten Ende oberhalb des Anschlusses für das Druckmessgerät in Verlängerung des Basisrohr ein auswechselbares Zusatzrohr montierbar ist, das einen kalibrierten auf den zu prüfenden Druckmittler abgestimmten Innendurchmesser aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein mit der Flüssigkeit gefüllter Vorratsbehälter vorgesehen, der über einen absperrbaren Füllhahn an den Innenraum des zweiten Anschlusselements angeschlossen ist, und der dazu dient, den Innenraum und das Standrohr mit der Flüssigkeit zu füllen.

Gemäß einer Weiterbildung ist ein Überlauf vorgesehen, der über eine mittels eines Absperrhahns verschließbare Steigleitung mit dem Basisrohr verbunden ist und oberhalb des Basisrohrs mündet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein Entlüftungsventil vorgesehen, über das die Kammer, die Druckleitung und der Anschluss des Differenzdruckmessgeräts entlüftet werden können.

Zusätzlich besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Messung einer Änderung eines unter der Trennmembran eines Druckmittlers eingeschlossenen Volumens in Abhängigkeit von einem auf die Trennmembran einwirkenden Differenzdruck mittels einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung, bei dem

– das Standrohr und der Innenraum des zweiten Anschlusselements mit einer nachfolgend konstant gehaltenen Flüssigkeitsmenge gefüllt werden,
– anschließend der Druckgeber einen Druck erzeugt, der schrittweise verändert wird, und
– jeweils der auf die Trennmembran einwirkende Differenzdruck und der zugehörige hydrostatische Druck im Standrohr erfasst werden, und
– einer Veränderung des hydrostatischen Drucks von einem Schritt zum nächsten anhand der Abmessungen des Standrohrs eine Volumenverschiebung im Standrohr zugeordnet wird, die der zugehörigen Änderung des unter der Trennmembran eingeschlossenen Volumens entspricht.

Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Aufnahme einer Kennlinie eines Druckmittlers mittels einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung, bei dem

– der Druckmittler in die Prüfeinrichtung eingesetzt wird,
– das Standrohr mit einer Flüssigkeit befüllt wird, wobei die Füllhöhe so zu bemessen ist, dass die Trennmembran in deren Membranbett anliegt,
– die Kammer, die Druckleitung und der Anschluss des Differenzdruckmessgeräts entlüftet werden,
– der hydrostatische Druck im Staurohr gemessen wird und als Ausgangsdruck festgehalten wird,
– die Kammer, die Druckleitung und der Anschluss des Differenzdruckmessgeräts über den Druckgeber mit schrittweise ansteigenden Drücken beaufschlagt wird,
– bei jedem Schritt, der auf die Trennmembran einwirkende Differenzdruck und der hydrostatische Druck im Staurohr gemessen wird,
– bei jedem Schritt anhand der Abmessungen des Staurohres der Abweichung des hydrostatischen Drucks vom Ausgangsdruck ein Volumen zugeordnet wird, das diese Abweichung bewirkt hat und das dem bei diesem Schritt unter der Trennmembran eingeschlossenen Volumen entspricht, und
– eine Kennlinie aufgezeichnet wird, die die Abhängigkeit des auf die Trennmembran einwirkenden Differenzdrucks von diesem Volumen wiedergibt.

Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Bestimmung einer Steifigkeit der Trennmembran des Druckmittlers, bei dem das zuvor genannte Verfahren zur Aufnahme der Kennlinie ausgeführt wird,

– ein linearer Bereich der Kennlinie bestimmt wird, und
– dessen Steigung bestimmt wird, wobei
– die Steigung ein Maß für die Steifigkeit der Trennmembran ist.

Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Bestimmung einer Kenngröße für ein unter der Trennmembran eingeschlossenes Maximalvolumen, bei dem

– das zuvor genannte Verfahren zur Aufnahme der Kennlinie ausgeführt wird
– wobei die Kammer, die Druckleitung und der Anschluss des Differenzdruckmessgeräts über den Druckgeber solange mit schrittweise ansteigenden Drücken beaufschlagt werden, bis ein Anstieg des hydrostatischen Druckes von einem Schritt zum nächsten einen vorgegebenen Referenzwert unterschreitet, und
– anhand der Abmessungen des Staurohres und der Abweichung des zuletzt bestimmten hydrostatischen Drucks vom Ausgangsdruck ein Volumen bestimmt wird, das diese Abweichung bewirkt hat und das als Kenngröße für das unter der Trennmembran eingeschlossene Maximalvolumen dient.

Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Produktion von zwei Druckmittler aufweisenden Differenzdruckmessaufnehmern, bei dem Druckmittler hergestellt werden, mittels einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung mindestens eine Eigenschaft der Druckmittler bestimmt wird, und für einen Differenzdruckmessaufnehmer zwei Druckmittler ausgewählt werden, deren geprüfte Eigenschaften eine möglichst große Übereinstimmung aufweisen.

Zusätzlich besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Qualitätskontrolle und/oder Qualitätssicherung von Druckmittlern, bei dem die Druckmittler vor deren Befüllung mit einer Druckmittlerflüssigkeit mit einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung geprüft werden.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass es mittels der Vorrichtung möglich ist Eigenschaften des Druckmittlers, wie z.B. die Steifigkeit der Trennmembran und das unter der Trennmembran eingeschlossene Volumen, zu bestimmen, ohne dass der Druckmittler mit einer Flüssigkeit gefüllt werden muss. Hierdurch entfällt eine andernfalls im Anschluss an die Prüfung erforderliche Reinigung und Trocknung der Druckmittler. Dies ist besonders vorteilhaft, da eine Reinigung der Druckmittler aufgrund von im Inneren der Druckmittler vorhandenen engen Spalten äußerst problematisch ist.

Mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung ist es möglich, die Prüfung unmittelbar im Anschluss an die Fertigung des Druckmittlers durchzuführen. Damit besteht die Möglichkeit anhand der Prüfungsergebnisse sofort gezielt in den Fertigungsprozess einzugreifen, um möglichst geringe Fertigungstoleranzen und eine geringe Streubreite der Eigenschaften der Druckmittler zu erzielen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kenntnisse über die Eigenschaften der einzelnen Druckmittler bei der nachfolgenden Befüllung der Druckmittler mit der Druckmittlerflüssigkeit bereits zur Verfügung stehen und z.B. zur Optimierung des einzufüllenden Flüssigkeitsvolumens verwendbar sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Ausstattung von Differenzdruckmessgeräten mit zwei Druckmittlern, solche Druckmittler ausgewählt werden können, die sich in ihren Übertragungseigenschaften möglichst ähnlich sind. Hierdurch lässt sich eine höhere Messgenauigkeit erzielen.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.
Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung; und
2 zeigt eine mit der Prüfungseinrichtung aufgenommene Kennlinie eines Druckmittlers.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung für die Prüfung von Druckmittlern. Die Prüfeinrichtung weist ein erstes und ein zweites Anschlusselement 1, 3 auf, zwischen denen ein Druckmittler 5 eingespannt ist. Die Einspannung kann auf beliebige Art und Weise erfolgen. Dabei sind Schraubverbindungen genauso denkbar, wie z.B. Flansche, Klemm- oder Steckverbindungen. Zur druckfesten Abdichtung der Einspannung werden vorzugsweise Dichtungen 2, 4, z.B. O-Ringe oder Formdichtungen, eingesetzt.
Der Druckmittler 5 weist einen Träger 7 auf, auf dem eine Trennmembran 9 aufgebracht ist. Die Trennmembran 9 besteht beispielsweise aus einem Metall. Es sind aber auch andere Materialien einsetzbar. Ebenso ist es möglich beschichtete metallische Membranen einzusetzen. Die Beschichtung kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen. Die Trennmembran 9 ist scheibenförmig und weist einen äußeren Rand auf, der z.B. mittels einer Schweißverbindung mit dem Träger 7 verbunden. Der Träger 7 weist auf dessen der Trennmembran 9 zugewandten Seite eine Ausnehmung auf, die zusammen mit der Trennmembran 9 eine Kammer 13 bildet, die von der Trennmembran 9 überdeckt und nach außen abgeschlossen ist. Eine innere der Trennmembran 9 zugewandte Mantelfläche der Ausnehmung bildet ein Membranbett 11. Der Druckmittler 5 weist eine Druckleitung 15 auf, die mit der Kammer 13 verbunden ist. Zur bestimmungsgemäßen Verwendung des Druckmittlers 5 wird die Kammer 13 und die Druckleitung 15 mit einer möglichst inkompressiblen Druckmittlerflüssigkeit, z.B. einem Silikonöl, gefüllt und der Druckmittler 5 über die Druckleitung 15 angeschlossen. Ein auf die Trennmembran 9 einwirkender Druck wird dann durch die Druckmittlerflüssigkeit übertragen. Die Prüfung erfolgt jedoch vorzugsweise, bevor der Druckmittler 5 mit dieser Druckmittlerflüssigkeit gefüllt wird.
In der Prüfeinrichtung ist die Druckleitung 15 über das erste Anschlusselement 1 parallel an einen Druckgeber 17 und an einen ersten Druckanschluss 19 eines Differenzdruckmessgeräts 21, wie in 1 dargestellt, anschließbar. Der Druckgeber 17 ist vorzugsweise ein Luft-Druckgeber, z.B. ein von Hand oder motorisch zu betätigender Faltenbalg.
Das zweite Anschlusselement 3 weist einen Innenraum 23 auf, der die Trennmembran 9 im montierten Zustand überdeckt und durch diese abgeschlossen ist.
An den Innenraum 23 ist ein mit einer Flüssigkeit 25 befüllbares Standrohr 27 und ein zweiter Anschluss 29 des Differenzdruckmessgeräts 21 angeschlossen. Als Flüssigkeit 25 kann beispielsweise Wasser verwendet werden. Der Druckmittler 5 ist derart zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusselement 1, 3 eingespannt, dass dessen Trennmembran 9 eine horizontale Lage einnimmt. Das Standrohr 27 ist senkrecht hierzu auf dem zweiten Anschlusselement 3 montiert, so dass eine im Standrohr 27 enthaltene Flüssigkeit 25 eine Flüssigkeitssäule bildet, deren hydrostatischer Druck p auf die Trennmembran 9 einwirkt. Die Prüfeinrichtung umfasst ein Druckmessgerät 31 zur Erfassung des hydrostatischen Drucks p im Standrohr 27. Das Druckmessgerät 31 ist über einen entsprechenden Anschluss 33 am Standrohr 27 angeschlossen.
Vorzugsweise weist das Standrohr 27 ein unmittelbar an das zweite Anschlusselement 3 angeschlossenes Basisrohr 35 auf, das in der Kammer 23 mündet. Auf einem vom zweiten Anschlusselement 3 abgewandten Ende des Basisrohrs 35 ist oberhalb des Anschlusses 33 für das Druckmessgerät 31 in Verlängerung des Basisrohrs 35 ein auswechselbares Zusatzrohr 37 montierbar. Das Zusatzrohr 37 weist einen kalibrierten vorzugsweise auf den zu prüfenden Druckmittler 5 abgestimmten Innendurchmesser auf.
Weiter umfasst die Prüfeinrichtung eine Auswerteeinheit 39 auf, die dazu dient anhand von mit dem Druckmessgerät 31 gemessenen hydrostatischen Drücken p und mit dem Differenzdruckmessgerät 21 gemessenen Differenzdrücken Δp Eigenschaften des Druckmittlers 5 zu bestimmen.
Zur Befüllung des Innenraums 23 des zweiten Anschlusselements 3 und des Standrohrs 27 ist ein mit der Flüssigkeit 25 gefüllter Vorratsbehälter 40 vorgesehen ist, der über einen absperrbaren Füllhahn 41 an den Innenraum 23 des zweiten Anschlusselements 3 angeschlossen ist. Alternativ kann die Flüssigkeit aber auch über ein unter Druck stehende Zuleitung, z.B. eine Wasserleitung, bereitgestellt werden.
Vorzugsweise ist ein Überlauf 43 vorgesehen, der über eine mittels eines Absperrhahns 45 verschließbare Steigleitung 47 mit dem Basisrohr 27 verbunden ist und oberhalb des Basisrohrs 27 mündet. Dies bietet den Vorteil, dass hierdurch auf einfache Weise eine für alle durchzuführenden Prüfungen identische Ausgangsfüllhöhe H₀ erzielt werden kann. Dabei werden der Füllhahn 41 und der Absperrhahn 45 solange geöffnet, bis Flüssigkeit 25 aus dem Überlauf 43 austritt. Anschließend werden der Füllhahn 41 und der Absperrhahn 45 geschlossen, so dass die eingefüllte Flüssigkeitsmenge während der Durchführung der Prüfungen konstant bleibt. Der Innendruchmesser des Zusatzrohrs 37 wird dabei in Abhängigkeit von dem zu prüfenden Druckmittler 5 vorzugsweise so gewählt, dass die während der Prüfung möglicherweise auftretenden Füllhöhen H innerhalb des kalibrierten Zusatzrohrs 37 liegen. Zusätzlich lässt sich hierdurch der für die Prüfung benötigte Messbereich des Druckmessgeräts 31 abgrenzen. Dadurch ist eine höhere Messgenauigkeit erzielbar.
Zusätzlich ist in der Prüfungseinrichtung ein Entlüftungsventil 49 vorgesehen, über das die Kammer 13, die Druckleitung 15 und der Anschluss 19 des Differenzdruckmessgeräts 21 entlüftet werden können.
Die Prüfeinrichtung dient dazu Eigenschaften von Druckmittlern 5 zu bestimmen. Hierzu zählen insb. Kennlinien, die das Übertragungsverhalten des Druckmittlers 5 wiedergeben, wie z.B. eine Änderung des unter der Trennmembran 9 eingeschlossenen Volumens in Abhängigkeit von einem auf die Trennmembran 9 einwirkenden Differenzdruck Δp, eine Steifigkeit der Trennmembran 9 und eine Kenngröße für ein unter der Trennmembran 9 eingeschlossenes Volumen.
Bei der Messung der Änderung des unter der Trennmembran 9 des Druckmittlers 5 eingeschlossenen Volumens in Abhängigkeit von einem auf die Trennmembran 9 einwirkenden Differenzdruck Δp wird vorzugsweise derart verfahren, dass das Standrohr 27 und der Innenraum 23 des zweiten Anschlusselements 3 mit einer nachfolgend konstant gehaltenen Flüssigkeitsmenge befüllt werden. Dies geschieht beispielsweise, wie oben bereits erwähnt, indem im Standrohr 27 mittels des Füllbehälters 39 und des Überlaufs 43 die Ausgangsfüllhöhe H₀ eingestellt wird, und anschließend der Füllhahn 41 und der Absperrhahn 45 geschlossen werden.
Anschließend wird bei konstant gehaltener Flüssigkeitsmenge der durch den Druckgeber 17 erzeugte Druck p1 schrittweise verändert, z.B. erhöht. Hierbei ist das Entlüftungsventil 49 geschlossen. Bei jedem Schritt wird der auf die Trennmembran 9 einwirkende Differenzdruck Δp und der zugehörige hydrostatische Druck p im Standrohr erfasst. Die zugehörigen Messwerte werden von dem Druckmessgerät 31 und dem Differenzdruckmessgerät 21 generiert und der Auswerteeinheit 39 zugeführt. Mit jeder Erhöhung des durch den Druckgeber 17 erzeugten Drucks p1 erhöht sich der Druck der auf die dem Träger 7 zugewandte Innenseite der Trennmembran 9. Der durch die Flüssigkeit 25 auf die in den Innenraum 23 des zweiten Anschlusselements 3 wirkende zugewandte Außenseite der Trennmembran 9 einwirkende Druck bleibt dagegen konstant, da die Flüssigkeitsmenge konstant gehalten wird. Dementsprechend bewirkt jede Druckerhöhung des durch den Druckgeber 17 erzeugten Druckes p1 eine Auslenkung der Trennmembran 9 nach außen, d.h. in vom Membranbett 11 abgewandter Richtung. Dies führt zu einer Verschiebung eines der Membranauslenkung entsprechenden Flüssigkeitsvolumens und damit zu einem Anstieg des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit 25 im Standrohr 27. Dies führt zu einem Anstieg des mit dem Druckmessgerät 31 messbaren hydrostatischen Drucks p. Analog führt ein Absenken des durch den Druckgeber 17 erzeugten Drucks p1 zu einem Abfall des Flüssigkeitsspiegels und damit zu einem Abfall des gemessenen hydrostatischen Drucks p.
Erfindungsgemäß wird einer Veränderung des hydrostatischen Drucks p von einem Schritt zum nächsten anhand der Abmessungen des Standrohrs 27 eine Volumenverschiebung im Standrohr 27 zugeordnet, die der Änderung des unter der Trennmembran 9 eingeschlossenen Volumens entspricht. Dies geschieht vorzugsweise in der Auswerteinheit 39, indem die dieser zugeführten hydrostatischen Drücke p aufgezeichnet werden, deren schrittweise Veränderungen bestimmt werden, und die zugehörigen Volumenänderungen anhand der Abmessungen des Standrohrs 27 berechnet werden. Diese werden dann in der Auswerteeinheit 39 zu den entsprechenden zeitgleich aufgenommenen Differenzdrücken Δp bzw. deren Änderungen in Beziehung gesetzt. Die auf diese Weise erhaltenen Prüfungsergebnisse sind charakteristisch für den jeweils geprüften Druckmittler 5 und können unter anderem zu dessen Klassifizierung herangezogen werden.
Auf sehr ähnliche Weise lässt sich eine für den jeweils zu prüfenden Druckmittler charakteristische Kennlinie ermitteln. 2 zeigt ein Beispiel einer solchen charakteristischen Kennlinie. Hierzu wird der Druckmittler 5 in die Prüfeinrichtung eingesetzt und die Kammer 13, die Druckleitung 15 und der Anschluss des Differenzdruckmessgeräts 19 über das Entlüftungsventil 49 entlüftet. Bei geöffnetem Entlüftungsventil 49 wirkt auf bei Seiten der Trennmembran 9 der Umgebungsdruck ein. Es wird der auf die Trennmembran 9 einwirkende Differenzdruck Δp gemessen und als Nullpunkt NP des Differenzdruckmessgeräts 21 definiert.
Anschließend wird das Standrohr 27 mit der Flüssigkeit 25 befüllt, wobei die Ausgangsfüllhöhe H₀ so zu bemessen ist, dass die Trennmembran 9 in deren Membranbett 11 anliegt. Dies ist beispielsweise durch eine entsprechende Dimensionierung des Standrohrs 27 und gegebenenfalls des Überlaufs 43 erzielbar. Bei anliegender Trennmembran 9 ist unter der Trennmembran 9 ein Ausgangsvolumen V₀ von V₀ = 0 eingeschlossen.
Es wird der bei der Ausgangsfüllhöhe H₀ wirkende hydrostatische Druck p im Staurohr 27 gemessen und als Bezugsdruck p₀ festgehalten. Der hydrostatische Druck p im Staurohr 27, der mit dem Druckmessgerät 31 gemessen wird ist abhängig von der Einbauhöhe des Druckmessgeräts 31 und ein Maß für die Höhe der Flüssigkeitssäule oberhalb der Einbauhöhe des Druckmessgeräts 31.
Anschließend wird das Entlüftungsventil 49 geschlossen und die Kammer 13, die Druckleitung 15 und der Anschluss 19 des Differenzdruckmessgeräts 21 werden über den Druckgeber 17 mit schrittweise ansteigenden Drücken p1_n beaufschlagt. Hierdurch wird die Trennmembran 9 schrittweise aus dem Membranbett 11 heraus gedrückt und das unter der Trennmembran 9 eingeschlossene Volumen V der Kammer 13 entsprechend vergrößert. Durch die Auslenkung der Trennmembran 9 wird Flüssigkeit 25 aus dem Innenraum 23 des zweiten Anschlusselements 3 verdrängt und die Füllhöhe im Staurohr 27 steigt entsprechend. Das Volumen V der insgesamt verdrängten Flüssigkeit 25 ist identisch zu dem in dieser Situation insgesamt unter der Trennmembran 9 eingeschlossenen Volumen V. Das von einem Schritt zum nächsten verschobene Flüssigkeitsvolumen ist gleich der zugrunde liegenden Veränderung des unter der Trennmembran 9 eingeschlossenen Volumens zwischen diesen Schritten.
Bei jedem Schritt n wird der auf die Trennmembran 9 einwirkende Differenzdruck Δp_n und der hydrostatische Druck p_n im Staurohr 27 gemessen. Es wird eine Abweichung des hydrostatischen Drucks p_n vom Bezugsdruck p₀ bestimmt. Die Abweichung p_n – p₀ ist direkt proportional zur aufgetretenen Änderung der Füllhöhe ΔH im Staurohr 27.
Es gilt: pn – P0 = ρgΔH worin

ρ: die Dichte der Flüssigkeit 25 und
g: die Gravitationskonstante bedeuten.

Der Abweichung p_n – p₀ wird anhand der Abmessungen des Staurohres 27 ein im Staurohr 27 verschobenes Volumen V_n der Flüssigkeit 25 zugeordnet, das diese Abweichung bewirkt hat. Dabei wird beispielsweise die Änderung der Füllhöhe ΔH berechnet und anhand des Durchmessers der Staurohrs 27 im Bereich der aktuellen Füllhöhe H_n das verschobene Volumen V berechnet. Dieses Volumen V_n entspricht der zugehörigen Veränderung des unter der Trennmembran 9 eingeschlossenen Volumens. Wird die Aufnahme der Kennlinie, wie hier beschrieben, bei anliegender Trennmembran 9 begonnen, so gibt dieses Volumen V_n in jedem Schritt n das unter den in diesem Schritt n gegebenen Bedingungen insgesamt unter der Trennmembran 9 eingeschlossene Volumen an.
Es wird eine Kennlinie aufgezeichnet, die die Abhängigkeit des auf die Trennmembran 9 einwirkenden Differenzdrucks Δp von diesem Volumen V wiedergibt. Eine solche Kennlinie ist in 2 dargestellt.
In Weiterführung des zuletzt beschriebenen Verfahrens lassen sich weitere Eigenschaften der zu prüfenden Druckmittler 5 ableiten. Vorzugsweise wird ein Maß für eine Steifigkeit der Trennmembran 9 des Druckmittlers 5 bestimmt. Dies geschieht vorzugsweise durch die Auswerteeinheit 39 anhand der aufgezeichneten Kennlinie. Hierzu wird ein Bereich 1 der Kennlinie bestimmt, in dem die Kennlinie linear verläuft. Es wird die Steigung dieses Bereiches bestimmt. Die Steigung ist ein Maß für die Steifigkeit der Trennmembran 9.
Vorzugsweise wird zusätzlich eine Kenngröße für ein unter der Trennmembran 9 eingeschlossenes Maximalvolumen bestimmt. Hierzu wird die Kennlinie, wie oben beschrieben, aufgezeichnet, wobei die Kammer 13, die Druckleitung 15 und der Anschluss 19 des Differenzdruckmessgeräts 21 über den Druckgeber 17 solange mit schrittweise ansteigenden Drücken p1_n beaufschlagt wird, bis ein Anstieg des hydrostatischen Druckes p_n von einem Schritt zum nächsten einen vorgegebenen Referenzwert Δp_R unterschreitet. In diesem Schritt n gilt: pn – pn-1 ≤ ΔpR
Es wird der Abweichung des zuletzt bestimmten hydrostatischen Drucks p_n vom Ausgangsdruck p₀ anhand der Abmessungen des Staurohres 27 ein im Staurohr 27 verschobenes Volumen V_R der Flüssigkeit 25 zugeordnet, das diese Abweichung bewirkt hat. Dieses Volumen V_R ist gleich dem unter der Trennmembran 9 insgesamt eingeschlossenen Volumen und dient somit als Kenngröße für das unter der Trennmembran 9 eingeschlossene Maximalvolumen.
Vorzugsweise wird bei der Herstellung von Druckmittlern ein Verfahren zur Qualitätskontrolle und/oder Qualitätssicherung durchgeführt, bei dem die Druckmittler 5 vor deren Befüllung mit einer Druckmittlerflüssigkeit mit einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung geprüft werden. Anhand der Prüfung werden charakteristische Eigenschaften der hergestellten Druckmittler 5 bestimmt, wie z.B. die oben beschriebene Kennlinie, die Steifigkeit der Trennmembran 9 und das unter der Trennmembran 9 eingeschlossene Maximalvolumen.
Die Überprüfung dieser Eigenschaften liefert eine unmittelbare Kontrolle der Qualität der produzierten Druckmittler. Hierdurch ist eine Qualitätssicherung möglich, indem z.B. Druckmittler mit unzureichenden Eigenschaften aussortiert werden können. Zusätzlich können eine Kontrolle und/oder eine Optimierung des Fertigungsprozesses vorgenommen werden. Es können beispielsweise Herstellparameter, wie z.B. der Anpressdruck bei der Prägung der Trennmembran 9, die Materialwahl oder die Schweißtemperatur beim Aufschweißen einer metallischen Trennmembran auf den Träger 7, anhand der Ergebnisse der Prüfung eingestellt und optimiert werden. Damit ist es möglich Druckmittler 5 zu produzieren, deren Eigenschaften eine geringe Streubreite aufweisen.
Durch die erfindungsgemäße Prüfungseinrichtung und die erfindungsgemäßen Prüfungsverfahren, stehen charakteristische Eigenschaften für jeden einzelnen Druckmittler 5 zur Verfügung. Diese Eigenschaften stehen bereits vor dem Befüllen der Druckmittler 5 mit der Druckübertragungsflüssigkeit zur Verfügung.
Dies bietet unter anderem den Vorteil, das die Füllmenge der Druckübertragungsflüssigkeit mit der der jeweilige Druckmittler zu befüllen ist, anhand der Kenntnis des Maximalvolumens optimal an den jeweiligen Druckmittler 5 angepasst werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es möglich ist für unterschiedliche Anwendungen denjenigen Druckmittler auszuwählen, der für die spezielle Anwendung besonders vorteilhaften Eigenschaften, z.B. eine sehr genau spezifizierte Steifigkeit der Trennmembran 9, aufweist.
Ein weiterer Vorteil zeigt sich bei der Produktion von zwei Druckmittler 5 aufweisenden Differenzdruckmessaufnehmern. Hierbei werden Druckmittler 5 hergestellt und mittels der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung geprüft. Dabei wird mindestens eine Eigenschaft der Druckmittler 5 bestimmt. Es werden für jeden Differenzdruckmessaufnehmer zwei Druckmittler ausgewählt, deren geprüfte Eigenschaften eine möglichst große Übereinstimmung aufweisen. Hierdurch werden eine hohe Symmetrie und damit eine Verbesserung der erzielbaren Messgenauigkeit erreicht.

Claims

Prüfeinrichtung für Druckmittler (5), – die einen Träger (7) aufweisen, auf dem eine Trennmembran (9) aufgebracht ist, die eine mit einer Druckleitung (15) verbundene Kammer (13) überdeckt und nach außen abschließt, mit – einem ersten Anschlusselement (1), über das die Druckleitung (15) parallel an einen Druckgeber (17) und an einen ersten Druckanschluss (19) eines Differenzdruckmessgeräts (21) anschließbar ist, – einem zweiten Anschlusselement (3), – das einen Innenraum (23) aufweist, – der bei eingebautem Druckmittler (5) durch die Trennmembran (9) abgeschlossen ist, – an den parallel ein mit einer Flüssigkeit (25) befüllbares Standrohr (27) und ein zweiter Anschluss (29) des Differenzdruckmessgeräts (21) anschließbar sind, – einem Druckmessgerät (31) zur Erfassung eines hydrostatischen Drucks (p) im Standrohr (27), und – einer Auswerteeinheit (39), die dazu dient anhand von gemessenen hydrostatischen Drücken (p_n) und mit dem Differenzdruckmessgerät (21) gemessenen Differenzdrücken (Δp_n) Eigenschaften des Druckmittlers (5) zu bestimmen.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Druckgeber (17) ein Luft-Druckgeber ist.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Standrohr (27) ein an das zweite Anschlusselement (3) angeschlossenes Basisrohr (35) aufweist, auf dessen vom zweiten Anschlusselement (3) abgewandten Ende oberhalb eines Anschlusses (33) für das Druckmessgerät (31) in Verlängerung des Basisrohrs (35) ein auswechselbares Zusatzrohr (37) montierbar ist, das einen kalibrierten auf den zu prüfenden Druckmittler (5) abgestimmten Innendurchmesser aufweist.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, bei dem ein mit der Flüssigkeit (25) gefüllter Vorratsbehälter (40) vorgesehen ist, der über einen absperrbaren Füllhahn (41) an den Innenraum (23) des zweiten Anschlusselements (3) angeschlossen ist, und der dazu dient, den Innenraum (23) und das Standrohr (27) mit der Flüssigkeit (25) zu füllen.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 3, bei dem Überlauf (43) vorgesehen ist, der über eine mittels eines Absperrhahns (45) verschließbare Steigleitung (47) mit dem Basisrohr (35) verbunden ist und oberhalb des Basisrohrs (35) mündet.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Entlüftungsventil (49) vorgesehen ist, über das die Kammer (13), die Druckleitung (15) und der Anschluss (19) des Differenzdruckmessgeräts (21) entlüftet werden können.
Verfahren zur Messung einer Änderung eines unter der Trennmembran (9) eines Druckmittlers (5) eingeschlossenen Volumens mittels einer Prüfeinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche in Abhängigkeit von einem auf die Trennmembran (9) einwirkenden Differenzdruck (Δp), bei dem – das Standrohr (27) und der Innenraum (23) des zweiten Anschlusselements (3) mit einer nachfolgend konstant gehaltenen Flüssigkeitsmenge befüllt werden, – anschließend der Druckgeber (17) einen Druck erzeugt, der schrittweise verändert wird, und – jeweils der auf die Trennmembran (9) einwirkende Differenzdruck (Δp_n) und der zugehörige hydrostatische Druck (p_n) im Standrohr (27) erfasst werden, und – einer Veränderung des hydrostatischen Drucks (p_n – p_n-1) von einem Schritt zum nächsten anhand der Abmessungen des Standrohrs (27) eine Volumenverschiebung im Standrohr (27) zugeordnet wird, die der zugehörigen Änderung des unter der Trennmembran (9) eingeschlossenen Volumens entspricht.
Verfahren zur Aufnahme einer Kennlinie eines Druckmittlers (5), mittels einer Prüfeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem – der Druckmittler (5) in die Prüfeinrichtung eingesetzt wird, – das Standrohr (27) mit einer Flüssigkeit (25) befüllt wird, wobei die Füllhöhe (H₀) so zu bemessen ist, dass die Trennmembran (9) in deren Membranbett (11) anliegt, – die Kammer (13), die Druckleitung (15) und der Anschluss (19) des Differenzdruckmessgeräts (21) entlüftet werden, – der hydrostatische Druck (p) im Staurohr (27) gemessen wird und als Ausgangsdruck (p₀) festgehalten wird, – die Kammer (13), die Druckleitung (15) und der Anschluss (19) des Differenzdruckmessgeräts (21) über den Druckgeber (17) mit schrittweise ansteigenden Drücken (p_1n) beaufschlagt wird, – bei jedem Schritt, der auf die Trennmembran (9) einwirkende Differenzdruck (Δp_n) und der hydrostatische Druck (p_n) im Staurohr (27) gemessen wird, – bei jedem Schritt anhand der Abmessungen des Staurohres (27) der Abweichung des hydrostatischen Drucks (p_n) vom Ausgangsdruck (p₀) ein Volumen (V_n) zugeordnet wird, das diese Abweichung bewirkt hat und das dem bei diesem Schritt unter der Trennmembran (9) eingeschlossenen Volumen entspricht, und – eine Kennlinie aufgezeichnet wird, die die Abhängigkeit des auf die Trennmembran (9) einwirkenden Differenzdrucks (Δp) von diesem Volumen wiedergibt.
Verfahren zur Bestimmung einer Steifigkeit einer Trennmembran (9) eines Druckmittlers, bei dem – ein Verfahren gemäß Anspruch 7 aufgeführt wird, – ein linearer Bereich (1) der Kennlinie bestimmt wird, und – dessen Steigung bestimmt wird, wobei – die Steigung ein Maß für die Steifigkeit der Trennmembran (9) ist.
Verfahren zur Bestimmung einer Kenngröße für ein unter der Trennmembran eingeschlossenes Maximalvolumen (V_R), bei dem – ein Verfahren gemäß Anspruch 7 ausgeführt wird, – wobei die Kammer (13), die Druckleitung (15) und der Anschluss (19) des Differenzdruckmessgeräts (21) über den Druckgeber (17) solange mit schrittweise ansteigenden Drücken (p_1n) beaufschlagt werden, bis ein Anstieg des hydrostatischen Druckes (p) von einem Schritt zum nächsten einen vorgegebenen Referenzwert (Δp_R) unterschreitet, und – anhand der Abmessungen des Staurohres (27) und der Abweichung des zuletzt bestimmten hydrostatischen Drucks (p_n) vom Ausgangsdruck (p₀) ein Volumen (V_R) bestimmt wird, das diese Abweichung bewirkt hat und das als Kenngröße für das unter der Trennmembran (9) eingeschlossene Maximalvolumen (V_R) dient.
Verfahren zur Produktion von zwei Druckmittler (5) aufweisenden Differenzdruckmessaufnehmern, bei dem Druckmittler (5) hergestellt werden und mittels einer Prüfeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 mindestens eine Eigenschaft der Druckmittler (5) bestimmt wird, und für den Differenzdruckmessaufnehmer zwei Druckmittler (5) ausgewählt werden, deren geprüfte Eigenschaften eine möglichst große Übereinstimmung aufweisen.
Verfahren zur Qualitätskontrolle und/oder Qualitätssicherung von Druckmittlern (5), bei dem die Druckmittler (5) vor deren Befüllung mit einer Druckmittlerflüssigkeit mit einer Prüfeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 geprüft werden.