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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Kolbenmanometer zur Kalibrierung von Druckmessgeräten.
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Kolbenmanometer sind an sich bekannt. Kolbenmanometer eignen sich zum Prüfen, Justieren und Kalibrieren von Manometern und anderen Druckmessgeräten, ohne dass man ein externes Vergleichsgerät braucht. Sie sind die genauesten Geräte zur Druckmessung und nehmen eine führende Stellung im Messwesen ein und werden beispielsweise bei der Kalibration von Druckmessgeräten der höchsten Genauigkeitsklasse verwendet. Derartige Kolbenmanometer sind in der Patentschrift
DD 135 005 und in einem Artikel von W. Bachmann et al. mit dem Titel „Kolbenmanometer als fundamentale Drucknormale, Übersicht und Darstellung der Funktion”, in Feinwerktechnik, 69. Jg., Heft 6, 1965, S. 270–277 beschrieben.
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Handelsübliche Kolbenmanometer umfassen die Baugruppen Messsystem, Ventileinheiten, Spindeleinheit zur Druck-Feinregulierung und einen Satz aus Kalibriermassen, d. h. Gewichten, beispielsweise in Plattenform. Das Messsystem besteht aus einem Kolben-Zylinderpaar, dessen Kolben unter dem Einfluss eines gewünschten Prüfdrucks, der von einer eingebauten Spindeleinheit bzw. einem externen Vordruck erzeugt wird, nach oben gedrückt wird. Die Masse des Kolbens und weitere, je nach gewünschtem Prüfdruck aufgelegte zusätzliche Kalibriermassen, drücken den Kolben jedoch nach unten. Der Druck wirkt dabei auf die Stirnfläche des gewichtsbelasteten und üblicherweise rotierenden Kolbens, der im senkrecht stehenden Zylinder frei beweglich ist. Die auf den Kolben wirkenden Gewichte und der wirksame Querschnitt des Kolbens sind ein Maß für den gewünschten Druck.
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Das Druckmedium, Gas oder Flüssigkeit, mit dem Druck von einer Druckquelle aus aufgebracht wird, entweicht durch einen sehr engen Spalt zwischen Kolben und Zylinder, vorzugsweise mit einer Spaltweite < 1 μm, und verhindert im Betrieb den direkten Kontakt zwischen beiden Kolben und Zylinder. Der Einfluss der Reibung zwischen Kolben und Zylinder ist daher äußerst gering. Der gewünschte Prüfdruck wird durch Druckänderung zum Kräftegleichgewicht hin beeinflusst. Wenn die oben und unten auf den Kolben wirkenden Kräfte im Gleichgewicht sind, ”schwebt” der Kolben und der exakte, gewünschte Prüfdruck ist erreicht. Die auf den Kolben wirkende Kraft ist aus Wägungen mit einer relativen Unsicherheit von 1·10–6 oder besser bestimmbar. Die Genauigkeit, mit der der gewünschte Prüfdruck eingestellt werden kann, ist also sehr hoch. Vielfach sind die gerätespezifischen Massenstücke gleich auf die jeweilig ermittelte Kolbenfläche bezogen und in Druckeinheiten (bar/kPa) angegeben, um die Handhabung zu vereinfachen. Bei einer kleinen Querschnittsfläche des Kolbens zur Messung größerer Drücke ist gegebenenfalls noch eine elastische Verformung von Kolben und Zylinder zu berücksichtigen.
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Der große Nachteil der bekannten Kolbenmanometer besteht darin, dass sie ausschließlich zum Messen positiver Überdrücke eingerichtet sind. Eine Messung eines negativen Überdrucks auf einfache Weise erlauben sie nicht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit der es mit einem herkömmlichen Kolbenmanometer möglich ist, auf einfache Weise einen negativen Überdruck zu messen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Kalibrierung von Druckmessgeräten mit einem Kolbenmanometer, das eine Kolben-Zylindereinheit mit einer Kolbenstange sowie Kalibriermassen umfasst, wobei das Kolbenmanometer in eine herumdrehbare Haltevorrichtung montiert und eine Vorrichtung vorgesehen ist, die mittels der Kalibriermassen einen negativen Überdruck erzeugt.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung ist die Vorrichtung zur Erzeugung eines negativen Überdrucks eine Verlängerung der Kolbenstange.
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Bei einer anderen besonderen Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung sind die Kalibriermassen geschlitzte Scheiben und werden in die Vorrichtung zur Erzeugung eines negativen Überdrucks eingehängt.
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Die oben genannte Aufgabe wird außerdem auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung von Druckmessgeräten mit einem Kolbenmanometer, das eine Kolben-Zylindereinheit und Kalibriermassen umfasst, wobei
- • das in einer Haltevorrichtung montierte Kolbenmanometer auf den Kopf gestellt wird und
- • in eine entsprechende Vorrichtung der Kolben-Zylindereinheit Kalibriermassen eingehängt werden, die einen negativen Überdruck erzeugen.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie erlaubt, auf einfache Weise mit einem üblichen Kolbenmanometer einen negativen Überdrucks zu messen. Das Kolbenmanometer kann auch weiterhin und ohne Einschränkungen im herkömmlichen Betrieb für eine Messung eines positiven Überdrucks genutzt werden. Für eine Messung eines negativen Überdrucks wird eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung für das Kolbenmanometer einfach herumgedreht und quasi auf den Kopf gestellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend beschrieben und anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kolbenmanometers;
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2 eine Abbildung eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung nach der Erfindung mit einem Kolbenmanometer für Messungen eines positiven Überdrucks;
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3 eine Abbildung einer Verlängerung für eine Kolbenstange des Kolbenmanometers nach 2; und
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4 eine Darstellung der Anordnung nach 2 für Messungen eines negativen Überdrucks.
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Zur Vereinfachung sind in der Zeichnung gleiche Elemente und Module mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in 1 ein Beispiel eines Kolbenmanometers 10 in einer Teilschnittdarstellung gezeigt. Ein Kolben 12 ist in eine Zylinderbohrung 16 eines Zylinders 14 sorgfältig eingeschliffen. An seinem anderen Ende weist der Kolben 12 eine Kolbenstange 18 auf, auf die Gewichtsscheiben, im Weiteren als Kalibriermassen 20 bezeichnet, aufgesetzt werden. Auf der Kolbenstange 18 können verschieden große Kalibriermassen 20 aufgelegt werden, die einem genau einstellbaren Überdruck als Messdruck, von dem das Kolbenmanometer 10 beaufschlagt wird, das Gleichgewicht halten.
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In einer Kammer 22 des Kolbenmanometers 10 befindet sich ein Druckübertragungsmittel 24. Die Kammer 22, die vom Kolben 12 beaufschlagt ist, ist mit einem Druckanschluss 26 verbunden, an den eine Druckmittlerleitung, beispielsweise ein Schlauch 28, angeschlossen ist. Über das Druckübertragungsmittel 24 wird der gewünschte Messdruck, hier: ein positiver Überdruck, der in der Kammer 22 eingestellt wird, auf ein an den Schlauch 28 angeschlossenes, zu kalibrierendes Druckmessgerät 30 übertragen. Wie in 1 veranschaulicht, ist das Druckmessgerät 30 vorzugsweise in einer Halterung 32 untergebracht, die auch einen entsprechenden Schlauchanschluss 34 aufweist.
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Wie in 1 dargestellt, kann in den Schlauch 28 ein T-Anschlussstück 36 integriert werden, an den eine hier nicht dargestellte Druckquelle, beispielsweise eine Pumpe oder ein Verdichter, angeschlossen werden, um neben der Beaufschlagung des Kolbens 12 durch die Kalibriermassen 20 einen bestimmten Druck im Druckübertragungsmittel 24 einzustellen.
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Die Arbeitsweise mit solchen Kolbenmanometern 10 und die Kalibrierung von Druckmessgeräten 30 ist an sich bekannt und wird hier nicht näher erläutert.
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In 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Anordnung 50 nach der Erfindung gezeigt. In einer Haltevorrichtung 52, die – wie 2 zeigt – beispielsweise eine Ringscheibe 54, eine Haltescheibe 56 und mehrere, diese Scheiben verbindende Standbeine 58 aufweist, ist ein Kolbenmanometer befestigt, das dem vorher beschrieben Kolbenmanometer 10 (siehe 1) entspricht. Bei dem in 2 gezeigten Aufbau der Anordnung 50 ist vorzugsweise der Zylinder 14 des Kolbenmanometers 10 an bzw. in der Haltescheibe 56 fest montiert. Für die Kalibrierung eines Druckmessgerätes werden die in 2 gezeigt Haltevorrichtung 52 ausgerichtet und der Druckanschluss 26 mit der Druckquelle und dem zu kalibrierenden Druckmessgerät verbunden, und die für den gewünschten positiven Überdruck als Messdruck erforderlichen Kalibriermassen 20 werden auf die Kolbenstange 18 des Kolbenmanometers 10 aufgelegt.
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Für die Kalibrierung eines Druckmessgerätes mittels eines negativen Überdrucks als Messdruck wird eine in 3 gezeigte Verlängerung 60 der Kolbenstange 18 des Kolbenmanometers 10 verwendet. Die Verlängerung 60 der Kolbenstange 18 wird beispielweise mittels der in 3 gezeigten Überwurfmutter 70 auf der Kolbenstange 18 befestigt. Ein Sicherungsring 80, der auf die Verlängerung 60 der Kolbenstange 18 aufgesetzt wird, verhindert, dass die nachfolgend beschriebenen eingehängten Kalibriermassen 20 herabfallen.
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Nach der Montage der Verlängerung 60 der Kolbenstange 18 wird die Anordnung 50 (siehe dazu 2) und insbesondere die Haltevorrichtung 52 mit dem Kolbenmanometer 10 herumgedreht, so dass sie wie in 4 gezeigt quasi auf dem Kopf steht. Durch Aufschieben der für den gewünschten Messdruck erforderlichen Kalibriermassen 20 auf die Verlängerung 60 der Kolbenstange 18 und Einhängen dieser Kalibriermassen 20, die zu diesem Zweck vorzugsweise geschlitzt sind, wie in den 2 und 4 deutlich gezeigt ist, wird der Zylinder 14 bis zum Wert des gewünschten negativen Überdrucks evakuiert. Am Druckanschluss 26 steht dann der zur Kalibrierung gewünschte negative Überdruck zur Verfügung.
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Die in den 2 und 4 gezeigte Haltevorrichtung 52 kann selbstverständlich auch anders gestaltete werden, sofern sie ein einfaches Herumdrehen des darin oder daran befestigten Kobenmanometers 10 gewährleistet. Außerdem ist darauf zu achten, dass die Haltevorrichtung 52 und damit auch das Kolbenmanometer 10 in der für die Kalibrierung mit negativem Überdruck gewünschten Lage ausgerichtet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kolbenmanometer
- 12
- Kolben
- 14
- Zylinder
- 16
- Zylinderbohrung
- 18
- Kolbenstange
- 20
- Kalibriermassen
- 22
- Kammer für Druckübertragungsmittel
- 24
- Druckübertragungsmittel
- 26
- Druckanschluss
- 28
- Schlauch
- 30
- Druckmessgerät/-Sensor
- 32
- Halterung
- 34
- Schlauchanschluss
- 36
- T-Anschlussstück
- 50
- Anordnung
- 52
- Haltevorrichtung
- 54
- Ringscheibe
- 56
- Haltescheibe
- 58
- Standbein
- 60
- Verlängerung Kolbenstange
- 70
- Überwurfmutter
- 80
- Sicherungsring
