DE1161702B

DE1161702B - Pressure converter for transferring pressures at high temperatures

Info

Publication number: DE1161702B
Application number: DEE19706A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Horst Bader
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1960-08-02
Filing date: 1960-08-02
Publication date: 1964-01-23

Description

Druckwandler zur übersetzung von Drücken bei hohen Temperaturen Gegenstand der Erfindung ist ein temperaturunabhängiger pneumatischer Druckwandler zur übersetzung von vorzugsweise hohen Drücken bei Temperaturen bis zu 450° C in einen Einheitsdruckbereich von 0,2 .bis 1 atü.Pressure transducer for translating pressures at high temperatures object The invention is a temperature-independent pneumatic pressure transducer for translation from preferably high pressures at temperatures up to 450 ° C in a unit pressure range from 0.2. to 1 atm.

Derartige Aufgaben .liegen häufig in der technischen Chemie vor, z. B. bsi der synthetischen Herstellung von Kunststoffasern, bei der die flüssige Nylon-, Perlenmasse od. dgl. :bei etwa 400° C und 600 atü durch Düsen gepreßt wird.Such tasks often exist in technical chemistry, e.g. B. bsi the synthetic production of synthetic fibers, in which the liquid nylon, Bead mass or the like: is pressed through nozzles at about 400 ° C and 600 atmospheres.

Zur überwachung des Druckes sind die sogenannten Druckmittler bekannt. Diese weisen als Meßfühler eine druckempfindliche, elastische Wand auf, die entweder in Form einer Membran als Teil der Wandung des Druckbehälters .ausgebildet ist oder in Form einer Zunge oder eines Tauchschaftes durch eine Bohrung in den Druckbehälter hineinragt. Der Druck auf die elastische Wand wird hierbei mittels einer übertragerflüssigkeit auf eine nachgeschaltete Bourdonfeder übertragen.So-called diaphragm seals are known for monitoring the pressure. These have a pressure-sensitive, elastic wall as a measuring sensor, which either in the form of a membrane as part of the wall of the pressure vessel. is or in the form of a tongue or a plunger shaft through a hole in the pressure vessel protrudes. The pressure on the elastic wall is here by means of a transfer fluid transferred to a downstream Bourdon tube.

Diese Anordnung ist jedoch für Druckmessungen bei hohen Temperaturen nur beschränkt anwendbar, da die temperaturbedingte Ausdehnung der übertragerflüssigkeit die Druckwerte verfälscht. Zudem würde bei einem Aufreißen der elastischen Wände die übertragerflüssigkeit sich mit dem zu messenden Medium vermischen, was in vielen Fällen eine Anwendung von ölgefüllten Druckmittlern aus Sicherheitsgründen ausschließt. Bei der Verwendung eines Tauchschaftes besteht ein weiterer Nachteil darin, daß der Tauchschaft im obigen Beispiel einer Kunststoffmasse beim Erkalten und damit beim Erstarren der Masse in dieser festsitzt und nicht ohne Zerstörung herausgenommen werden kann. Durch die Wahl einer Membran als Meßfühler wird zwar dieser Nachteil vermieden, dafür muß aber die Membran verhältnismäßig groß ausgebildet werden, um die zur Aussteuerung einer Bourdonfeder erforderliche Flüssigkeitsmenge verdrängen zu können.However, this arrangement is for pressure measurements at high temperatures Can only be used to a limited extent because of the temperature-related expansion of the transfer fluid falsifies the pressure values. In addition, if the elastic walls were torn open The transfer fluid mixes with the medium to be measured, which in many In cases where oil-filled diaphragm seals cannot be used for safety reasons. When using a diving shaft, there is another disadvantage that the immersion shaft in the above example of a plastic compound when it cools down and thus when the mass solidifies in this stuck and not removed without destruction can be. The choice of a membrane as a sensor eliminates this disadvantage avoided, but the membrane must be made relatively large to displace the amount of fluid required to control a Bourdon tube to be able to.

Der erfindungsgemäße Druckwandler vermeidet eine übertragerflüssigkeit und die damit auftretenden Schwierigkeiten. Als druckempfindliches Organ wird eine Membran verwendet, deren Durchbiegung zur Aussteuerung eines Düsen-Prallplatteu,Systems dient. Auch Anordnungen dieser Art sind bekannt.The pressure transducer according to the invention avoids a transfer fluid and the difficulties that arise with it. As a pressure-sensitive organ, a Membrane used, the deflection of which is used to control a nozzle flapper, system serves. Arrangements of this type are also known.

Bei der Verwendung einer Membran als druckempfindliches Meßorgan liegt allerdings noch immer eine Temperaturabhängigkeit vor, die darin besteht, daß sich die Biegesteifigkeit, die eine Funktion des Elastizitätsmoduls ist, mit der Temperatur ändert. Diese Erscheinung ist ebenfalls bekannt und wurde bereits durch gegenläufigen. Temperaturgang einzelner Baubeile kompensiert. Sie bedeutet eine temperaturabhängige Änderung der Neigung der Druck-Weg-Kennlinie der Membran, was bei gleicher Lage (Nullpunktstellung) und Drowelcharaktenstik des pneumatischen Düsen-Prallplatten-Systems eine temperaturabhängige Anzeige zur Folge hat.When using a membrane as a pressure-sensitive measuring element however, there is still a temperature dependency, which consists in the fact that the flexural stiffness, which is a function of the modulus of elasticity, with temperature changes. This phenomenon is also known and has already been caused by opposing. Temperature drift of individual components compensated. It means a temperature dependent Change in the inclination of the pressure-displacement curve of the membrane, which is the same with the same position (Zero position) and drowel characteristics of the pneumatic nozzle-flapper system results in a temperature-dependent display.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zurgruude, den Einfluß der temperaturabhängigen Neigungsänderung der Membramkennlrinie auf das pneumatische Ausgangssignal zu kompensieren.The present invention is based on the object, the influence of temperature-dependent change in inclination of the diaphragm characteristic line on the pneumatic one Compensate output signal.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß .durch Aufheizen der Zuluft an. der Düse und in bekannter Weise durch gegenläufige Wärmeausdehnung der Stelze und der Einspannteile für die Düse eine die Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls der Membran kompensierende Temperaturabhängigkeit der Kennlinie des Düsen-Prallplabten-Systems erreicht wird.The object is achieved according to the invention in that .by heating the supply air. the nozzle and in a known manner by counter-rotating thermal expansion the stilt and the clamping parts for the nozzle one the temperature dependence of the Modulus of elasticity of the membrane compensating temperature dependence of the characteristic curve of the nozzle-baffle system is achieved.

Eine Aufheizung der zwischen Auslaßdüse und Prellplatte austretenden Luft bewirkt ebenfalls eine Neigungsänderung der Drosselcharakteristik des Düsen-Prallplattem-Systems im interessierenden Bereiche. Zur Erhaltung :der Nullpunktlage ist noch erforderlich, den Temperaturgang der wärmeleitenden Teile (Stelze, Eincpann4eile) in bekannter Weise gegenläufig abzustimmen.A heating of the emerging between the outlet nozzle and the baffle plate Air also causes a change in the inclination of the throttle characteristics of the nozzle-flapper system in the areas of interest. To maintain: the zero point position is still required, the temperature profile of the heat-conducting parts (stilts, clamping parts) in known Way to vote in opposite directions.

Die überaragung der Durchbiegumg der Membran erfolgt mittels der mit ihr verbundenen Stelze, deren Stirnfläche als Prellplatte dient. Diese Stelze kann durch geeignete Wahl dar Materialien und Abmessungen. derart ausgebildet werden, daß die Stimfläche gerade die Temperatur aufweist, die zur Kompensation des auf den E-Modul erforderlich wird.. Gleichzeitig erreicht man mit Hilfe dieser Stelze, daß die Membran nicht im Bereich hoher Spannung von der Düse direkt angeblasen wird, und vermeidet damit sonst zusätzlich auftretende Temperaturspannungen in der Membran.The deflection of the membrane is achieved by means of the her connected stilt, the face of which serves as a baffle plate. This stilt can by suitable choice of materials and dimensions. be designed in such a way that the face just has the temperature to compensate for the the modulus of elasticity is required. At the same time, with the help of this stilt, that the membrane is not blown directly from the nozzle in the area of high tension will, and thus avoids temperature stresses that would otherwise occur in the membrane.

Zur Herstellung einer spannungsfreien Verbindung von Stelze und Membran ist vorgesehen, die Querschnittsverstärkung in der Mitte der Membran als Verbindungsnippel auszubilden, der nicht den in der Membran auftretenden Spannungen ausgesetzt ist und damit zu einem rückwirkungsfreien Befestigungsglied für die Stelze dienen kann.To create a tension-free connection between the stilt and the membrane is provided, the cross-sectional reinforcement in the middle of the membrane as a connection nipple train that is not exposed to the stresses occurring in the membrane and thus can serve as a non-reactive fastening element for the stilt.

Neben dem Vorteil einer Druckmessung und -übersetzung ohne Temperaturfahler besitzt der neuartige Druckwandler noch die Vorzüge, konstruktiv sehr einfach und robust zu sein. Darüber hinaus entspricht er dem in der Technik allgemein herrschenden Bestreben nach möglichst kleinen, raumsparenden Meßgeräten.In addition to the advantage of pressure measurement and translation without temperature errors the new type of pressure transducer still has the advantages of being structurally very simple and to be robust. In addition, it corresponds to that which generally prevails in technology Strive for the smallest possible, space-saving measuring devices.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Eine Membran 1 wird von dem zu messenden Druck beaufschlagt, die in ihrer Mitte auf der dem Druck abgewandten Seite durch einen kleinen Stutzen 2 verstärkt ist, der in einen Verbindungsnippel n übergeht. Auf diesem Nippel sitzt eine Stelze 4, deren Stirnfläche als Prallplatte einer Düse 5 dient. Die mit Zuluft P, über eine Vordrossel 6 gespeiste Düse 5 ist mittels einer Hülse 7 gehaltert, die mit der Membraneinspannung 8 wärmeleitend verbunden ist. Der vom Abstand Düse-Prallplatte sowie der Temperatur der Prallplatte abhängige Kaskadendruck Pk ist ein Maß für Druck in dem zu messenden Medium.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. A membrane 1 is acted upon by the pressure to be measured, which is reinforced in its center on the side facing away from the pressure by a small nozzle 2, which merges into a connection nipple n. A stilt 4 is seated on this nipple, the end face of which serves as a baffle plate for a nozzle 5. The nozzle 5 fed with supply air P via a throttle 6 is held by means of a sleeve 7 which is connected to the membrane clamp 8 in a thermally conductive manner. The cascade pressure Pk, which is dependent on the distance between the nozzle and the baffle plate and the temperature of the baffle plate, is a measure of the pressure in the medium to be measured.

Claims

Claims: 1. Pressure transducer for the translation of pressures at high Temperatures with a membrane as a sensor and a nozzle-baffle system as a measuring element, the end face being a stress-free with the membrane Area connected stilt serves as a baffle plate, characterized in that by The supply air is heated at the nozzle (5) and in a known manner by means of thermal expansion in the opposite direction the stilt (4) and the clamping parts (7) for the nozzle (5) have a temperature dependency of the modulus of elasticity of the membrane (1) compensating temperature dependence of Characteristic curve of the nozzle-flapper system (4, 5) is achieved.

2. Pressure transducer according to Claim 1, characterized in that the amount of heat required for heating the supply air from the medium under the pressure to be measured via the stilt (4) and the clamping parts (7, 8), their thermal conductivity, temperature gradient and Thermal expansion is determined by a suitable choice of materials and dimensions, is supplied to the supply air at the nozzle (5). Considered publications: German Patent Nos. 717 707, 892 076; British Patent No. 253,296; U.S. Patents No. 1489,349, 2162,308.