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Verfahren und Vorrichtung zum Messen großer Drudkbereiche Bei der
Verwendung von Druckmeßgeräten, beispielsweise von Manometern, ergeben sich - besonders
wenn mit dem gleichen Instrument niedere und auch sehr hohe Werte gemessen werden
sollen - in der Regel Schwierigkeiten hinsichtlich der Ablesegenauigkeit wegen der
groben Teilung von Hochdruck-Instrumenten und des in der Regel unterdrückten Nullpunktes
derselben. Diese werden noch vermehrt, wenn es sich um die Feststellung der Druckverhältnisse
bei Kolbenpumpen oder Kompressoren handelt, wobei alle Druckstöße auf das Meßinstrument
einwirken. so daß sein Zeiger nicht zur Ruhe kommt.
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Diese Einwirkungen der Druckstöße auf das Gerät haben zugleich eine
wesentliche Verkürzung seiner Lebensdauer zur Folge, was besonders unangenehm empfunden
wird, wenn es sich um hochwertige Hochdruckinanometer handelt.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. indem mehrere
Manometer mit verschiedenen heßbereichen parallel zueinander geschaltet und mit
Vorsatzgeräten versehen werden, die den Ansprechbereich der einzelnen Meßgeräte
auf ihren Meßbereich beschränkell und gleichzeitig zur Dämpfung von Druckstößen
dienen.
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Nach der Erfindung weisen die Vorsatzgeräte zur Übertragung der Drücke
je ein Kolbenpaar auf, dessen Bewegung unter dem Einfluß der Druckeinwirkung durch
einen eventuell einstellbaren Anschlag oder in sonst geeigneter Weise begrenzt ist,
wobei der Druckraum des einen Kolbens an die Meßstelle angeschlossen, der des anderen
mit dem Meßgerät verbunden ist und das Vorsatzgerät durch Ausgestaltung der Kolben
mit verschieden großen Durchmessern über seine dämpfende und die druckbegrenzende
Wirkung hinaus zugleich als Druckwandler wirkt.
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Zur Anpassung des Druckwandlers an bestehende Arbeitsbedingungen,
insbesondere zur Erzielung der gewünschten Dämpfungswirkung, sollen dabei erfindungsgemäß
dem beabsichtigten Verwendungszweck entsprechende elastische Dichtungen für die
Kolben Verwendung finden.
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Ebenso soll die Verbindung zwischen dem Meßglied des Manometers und
dem diesem zugekehrten Kolben fest- oder kraftschlüssig über ein elastisches Glied
oder in an sich bekannter Weise auch unter Zwischenschaltung einer besonderen Druckflüssigkeit
erfolgen, wobei zur Rückführung der Kolben eine besondere Feder vorgesehen werden
soll, die zugleich zur Veränderung des Meßbereiches mit herangezogen und zu diesem
Zweck in ihrer Spannung auch einstellbar sein kann.
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Durch erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vorsatzgerätes nach Art
der hydraulischen Pressen, wobei die übertragende Druckflüssigkeit nicht zwischen
dem
Meßglied des Instrumentes und dem diesen zugekehrten Kolben, sondern im Raume
zwischen dem Kolbenpaar vorzusehen ist, ist eine Erleichterung der Anhringung und
Auswechslung des Meßgerätes auf dem Zusatzgerät möglich. FlüssigkeitsverlusteundSchwierigkeiten
hei ihrem Ersatz können dadurch vermieden werden Ein wesentliches Ziel und zugleich
ganz besonderer Vorteil der Erfindung ist es, bei gleichzeitigem Schutz gegen Druckstöße
über den ganzen Druckbereich hinweg genaueste Ablesungen von in einem Druckraum
stark wechselnd auftretenden Druckwerten zu ermöglichen.
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Zur Einsparung kostspieliger Hochdruckmanometer oder sonstiger besonderer
Manometerausführungen können dabei für alle in Frage kommenden Meßbereiche auch
Instrumente mit den gleichen Arbeitsbereichen. z. B. gleichartige Niederdruck- oder
Mitteldruckmanometer Verwendung finden, welche durch unterschiedliche Ubersetzungsverhältnisse
ihrer Vorsatzgeräte auf die benötigten verschiedenen Meßbereiche abgestuft sind.
Außer der Schonung der Instrumente und einer Verbesserung der Ablesegenauigkeit
ist es ein weiterer Vorteil der Erfindung, daß das Medium, dessen Druck beobachtet
werden soll, nicht unmittelhar mit dem Meßinstrument in Berührung kommt. Wenn es
sich dabei um ein solches von besonders korrodierender Wirkung handelt - wie z.
B. Ammoniak -, so braucht dieses bei der Wahl des Manometers nicht mehr besonders
berücksichtigt zu werden. sondern es kann ein ganz normales Gerät mit am günstigsten
liegendem Arbeitsbereich Verwendung finden.
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In den Zeichnungen sind drei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
Es zeigt
Ahl). 1 einen Druckwandler mit zwei miteinander verlundenen
Kolben und einem Plattenfedermanometer im Schnitt.
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Abb. 2 einen nach dem Prinzip der hydraulischen Pressen arheitenden
Druckwandler im Schnitt und AM,.3 eine Gruppe von parallel zueinander geschalteten
Alanometern mit durch Druckwandlung gestuften Mefibereichen.
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In A1)1). 1 ist 1 das Gehäuse des Druckwandlers, welcher mit seinem
unteren Anschlußzapfen auf die Meßstelle aufgeschraubt wird und auf der anderen
Seite mit einem normalen Plattenfedermanometer versehen ist. Das Gehäuse enthält
einen kleinen Kolben 2, welcher mit einem Kolben 3 von größerem, einem vorbestimmten
Übersetzungsverhältuis entsprechenden Durehmesser über eine Stange 4 verbunden ist.
Eine AnschlagschrauheS ermöglicht es, den Hub des Kolbens 2 durch entsprechende
Einstellung einem maximalen Druck entsprechend zu begrenzen.
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Sobald der Kolben 2 von dem zu messenden Druck beaufschlagt wird,
gleitet er unter Mitnahme des Kolbens 3 nach oben und bewirkt in dem Manometer einen
dem Chersetzungsverhältnis der Kolben entsprechenden Ausschlag. Dabei tritt zwangläufig
eine Dämpfung von etwa vorhandenen Druckstößen dadurch ein. daß die Luft, welche
sich in dem Raum über dem Kolben 3 und in der Kammer unterhalb der Membran des Manometers
befindet, mehr oder weniger komprimiert werden muß. Auch das Luftpolster in dem
Raum zwischen den beiden Kolben trägt zur Erhöhung der dämpfenden Wirkung hei. Soll
diese Dämpfung vermieden werden, so kann nach der Erfindung der Raum oberhalb des
Kolbens 3 - natürlich unter Berücksichtigung der dadurch bedingten Änderung der
Druckübersetzung - mit Flüssigkeit gefüllt werden Zum gleichen Zweck kann der Raum
zwischen den beiden Kolben durch Entlastungsbohrungen 6 entlüftet werden.
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Umgekehrt kann zur Verstärkung der Dämpfung die Druckübertragung
zwischen den beiden Kolben meer oder weniger elastisch gestaltet werden, indem beispielsweise
die Verhindungsstange 4 durch eine Schraubenfeder ersetzt wird. Nach der Erfindung
können zur besseren Abdichtung der Kolben aus elastischem Material bestehende Nutringmanschetten,
Topfmanscihetten od. dgl. Verwendung finden, wie sie als Teil 7 und 8 in Abb. 1
dargestellt sind, die sich unter dem Einfluß des Druckes zugleich mit bremsender
Wirkung an die Zylinderwandungen anlegen.
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Zur besseren Rückführung der Kolben kann erfindungsgemäß über dem
Kolben 3 eine Feder 9 angehracht sein. Diese kann so bemessen werden. daß sie in
gewiinschter Weise weiterhin verändernd auf das Übersetzungsverhältuis wirkt, und
kann zu diesem Zweck in geeigneter, nicht dargestellter Weise nachstellbar gemacht
werden.
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In Ab1). 2 ist 10 das Gehäuse des Druckwandlers, in dessen Bohrungen
ein Kolben 11 mit größerem und ein solcher 12 mit in dem gewünschten Druckverhältnis
kleinerem Durchmesser gleitet. Der Bewegung des Kolbens 12 wird ül>er einen,
an seinem oberen Ende mit einem Druckteller versehenen Stößel 13 der Widerstand
der Plattenfeder 14 eines Plattenfedermanometers entgegengesetzt.
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Wird der Kolben 11 von unten her mit dem zu messenden Wert beaufschlagt,
so wirkt die Kombination der beiden Kolben verschiedenen Durchmessers mit der zwischen
ihnen sich befindenden Flüssigkeit umgekehrt wie eine hydraulische Presse. Der Druck
wird den Abmessungsverhältnissen entsprechend redu-
ziert und der auf den Kolben
12 wirkende, reduzierte Druck wird von dem Plattenfedermanometer angezeigt.
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Auch hierbei wirkt der Luftinhalt des Raumes über dem Kolben 12 und
unterhalb der Plattenfeder 14 dämpfend. Wo diese Wirkung unerwünscht ist, kann der
Luft durch Bohrungen eine Ausweichmöglichkeit nach außen gegeben werden. Umgekehrt
kann aber zur Verstärkung der Dämpfungswirkung auch hier die Druckübertragung durch
den Stößel 13 elastisch gestaltet werden.
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Ebenso kann oberhalb des Kolbens 12 eine Feder zur Rückftihrung der
Kolben sowie auch zur Veränderung des Ühersetzungsverhältnisses vorgesehen und auch
die Bewegungsmöglichkeit der Kolben und damit der zu übertragende Höchstdruck durch
einen entsprechenden Anschlag begrenzt werden.
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In Abb. 3 ist eine Anordnung zur Verbesserung der Ablesemöglichkeit
bei der Druckmessung über einen großen Meßbereich von 0 bis 500 atü dargestellt.
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An die Meßstelle sind drei Plattenfedermanometer, alle mit dem gleichen
Arbeitsbereich von 0 bis 50 atü parallel zueinander angeschlossen. Jedem von ihnen
ist ein entsprechender Druckwandler vorgeschaltet.
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Bei dem Manometer 15 beträgt seine Übersetzung 1:10, bei Instrument
16 1:1 und bei Manometer 17 10: 1. Bei einem gleichen Arbeitsbereich bis 50 atü
für alle drei Instrumente ergeben sich demnach als Ablesebereiche für das erste
0 bis 5, das zweite 0 bis 50 und das dritte 0 bis 500 atü. Ein Druck von 5 atü an
der Meßstelle würde das Manometer 15 bis zum vollen Ausschlag bringen. Steigt er
darüber hinaus, so wird das Gerät durch die Begrenzung der Bewegung der Kolben in
dem Druckwandler stillgelegt. Ist beispielsweise ein Druck von 45 atü vorhanden,
so wird dieser an dem Manometer 16 gut ablesbar angezeigt. ist aber auch, allerdings
nicht so genau, an dem Manometer 17 erkennbar. Bei Drucksteigerungen über 50atü
hinaus kommt auch Manometer 16 zur Ruhe, und die Werte bis 500 atü können an Manometer
17 abgelesen werden, obgleich dieses ebenfalls nur ein Arbeitsbereich bis 50 atü
hat.
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Wie aus diesem Beispiel erkennbar, können die Druckwandler in jedem
benötigten Verhältnis druckmindernd oder auch drucksteigernd Verwendung finden und
fiir den Grenzfall, bei gleichen Abmessungen der beiden Kolben auch lediglich zur
Dämpfung von Druckstößen oder zum Schutze der Manometer gegen korrodierende Wirkungen
eingesetzt werden.
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Ihre Ausführung und Anwendung ist nicht auf die dargestellten Beispiele
begrenzt. Sie können beispielsweise statt mit Plattenfedermanometern mit dem gleichen
Erfolg auch in Verbindung mit Röhrenfeder-oder Kolbenmanometern oder entsprechenden
Schreib-oder Fernmeldegeräten arbeiten.
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PATEXT SNSI)RUCHE 1. Verfahren zum Messen großer Druckbereiche, dadurch
gekennzeichnet. daß mehrere Manometer mit verschiedenen Meßhereichen parallel zueinander
geschaltet und die einzelnen durch je ein hesonderes, zugleich zur Dämpfung etwaiger
Druckstöße dienen könnendes Vorsatzgerät im Ansprechen selbsttätig auf ihren Meßbereich
begrenzt werden.