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Pneumatischer Kompensations-Meßgeber Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Kompensations-Meßgeber in pneumatischen Systemen, die zur Überwachung und
Regelung mechanischer, wärmetechnischer und anderer Größen bestimmt sind, deren
Änderung durch eine Luftdruckänderung ausgedrückt werden kann. Die Erfindung bezieht
sich insbesondere auf pneumatische Kompensations-Meßgeber, bei denen die Kraftwirkung
der gemessenen Größe und die Kraftwirkung eines Rückführelementes sich die Waage
halten.
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Die Einstellung derartiger Geräte erfolgt gewöhnlich durch Änderung
der Übersetzungsverhältnisse von Mechanismen, beispielsweise von Hebelgestängen,
die das Fühlorgan des Meßgebers mit dem Kraftelement der Rückführung verbinden.
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Geräte mit solchen Mechanismen sind kompliziert im Aufbau und haben
keine ausreichende Betriebssicherheit.
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Es wurden Versuche durchgeführt, um die Einstellung der Geräte durch
Änderung des Druckübertragungsfaktors der pneumatischen Rückführleitung beispielsweise
mit Hilfe von Drosseleinrichtungen zu verwirklichen.
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Derartige Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie entweder
die Einstellung des Gerätes nur iii einem beschränkten Bereich ermöglichen und zu
kompliziert und nicht genügend zuverlässig sind oder den erforderlichen linearen
Zusammenhang zwischen der Änderung der Kraftwirkung der Meßgröße und dem Ausgangssignal
des pneumatischen Meßgebers nicht gewährleisten.
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Tatsächlich werden mit der Änderung des übertragungsfaktors der Rückführleitung
auch die Luftdurchilußverhältnisse im Gleichgewichtsanzeiger des Meßsystems (im
Nullindikator), der beispielsweise als eine Düse mit Prallplatte ausgeführt werden
kann, geändert.
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Gleichzeitig damit werden auch die Empfindlichkeit des pneumatischen
Meßsystems und sein Einschwingverhalten wesentlich verändert, wodurch der mögliche
Einstellbereich beschränkt wird. Außerdem verschiebt sich der Arbeitspunkt des Gleichgewichtsanzeigers
aus dem optimalen in ein Bereich, wo eine wesentliche Nichtlinearität in der Wirkung
des Meßgebers auftritt.
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Somit bezweckt vorliegende Erfindung einen pneumatischen Meßgeber
einfacher und zuverlässiger Konstruktion zu schaffen, bei welchem die Möglichkeit
zur Einstellung des Meßgebers in einem breiten Meßbereich unter Aufrechterhaltung
der linearen Abhängigkeit des Ausgangssignals von der Meßgröße gegeben ist. Der
Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, die Rückführung des pneumatischen Kompensations-Meßgebers
mit einer hebellosen Einrichtung zu versehen, die die Änderung des Druckübertragungsfaktors
in einem breiten Bereich unter Erhaltung der linearen Abhängigkeit von Ein- und
Ausgangssignalen des Meßgebers ermöglicht.
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Zur Lösung der erwähnten Aufgabe ist im Meßgeber ein parallel mit
dem Hauptelement der Rückführung geschaltetes Zusatzrückführelement mit einem in
Reihe mit ihm geschalteten linearen Druckminderer verwendet, wobei die Einstellung
des Meßgebers durch Verstellung des Übertragungsfaktors des Druckminderers verwirktlich
wird.
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Um eine Erweiterung des Einstellbereiches bei dem Meßgeber zu erreichen,
können Zusatz- und Hauptelement der Rückführung derart geschaltet werden, daß ihre
Kräfte entgegengesetzt oder gleichsinnig wirken.
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Als linearer Druckminderer ist im erfindungsgemäßen Meßgeber ein Strahlteiler
mit verschiebbaren gleichachsig angeordneten Düsen verwendet.
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Nachfolgend wird die Erfindung in der Beschreibung und an Hand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 das Prinzipschaltbild des Aufbaus
eines pneumatischen Kompensations-Meßgebers, bei welchem
die Kräfte
des Haupt- und Zusatzelements der Rückführung gegeneinander wirken, F i g. 2 eine
Ausführungsvarianie des Meßgebers, bei der die Kräfte des Haupt- und Zusatzelements
der Rückführung gleichsinnig wirken, F i g. 3 eine beispielsweise Ausführung der
Einrichtung mit in F i g. 1 dargestellter Schaltung und mit einem pneumatischen
Balg- Druckdifferenzgeber, F i g. 4 eine beispielsweise Ausführung der Einrichtung
mit Schaltung nach F i g. 2, F i g. 5 eine beispielsweise konstruktive Ausführung
des in der Zusatzrückführung eingebauten Strahlteilers mit verstellbaren Düsen.
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Der pneumatische Meßgeber ist nach der (selbstabgleichenden) Kompensationsschaltung
(F i g. 1) gebaut und enthält einen Nullindikator 1 (Gleichgewichtsanzeiger), den
durch Leitung 3 von einer Druckluftquelle mit Druck versorgten pneumatischen Verstärker
2 und das Hauptkraftelement 4 der Rückführung, das mit dem Nullindikator durch das
Element 5 mechanisch verbunden ist.
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In Parallelschaltung zu dem Hauptelement 4 der Rückführung liegt das
Zusatzrückführelement 6, dem der Ausgangsdruck des Verstärkers 2 zugeführt wird.
Die Elemente 4 und 6 wirken auf das Element 5 in entgegengesetzter Richtung.
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In der Zusatzrückführleitung ist in Reihe mit dem Element 6 der lineare
Strahldruckminderer 7 eingebaut, der zwei gleichachsig aufgestellte Strahldüsen
aufweist. Bei Verstellung des Abstandes zwischen den beiden Düsen ändert sich das
Verhältnis zwischen dem Ausgangsdruck des Verstärkers 2 und dem Druck im Element
4. Dadurch kann das pneumatische System des Meßgebers eingestellt werden.
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Die Meßgröße (die in der Leitung 8 angreift) wirkt entweder unmittelbar
oder über das Fühlorgan eines Primärwandlers auf den Nullindikator 1. Der Ausschlag
des Nullindikators (das Signal wird durch Verstärker 2 verstärkt) hat eine entsprechende
Druckänderung in der Rückführung zur Folge, wodurch die durch die Leitung 8 ausgeübte
Kraft der Meßgröße durch die Differenz der Kräfte der Elemente 4 und 6 im Gleichgewicht
gehalten wird.
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Dabei stellt sich am Ausgang des Verstärkers 2
und im Element
4 ein Druck ein, der die Kraft der Meßgröße in der Leitung 8 kennzeichnet und als
Ausgangssignal des Meßgebers dient. Diese Kraft wird an der Leitung 9 abgegriffen.
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Die resultierende Kraft der Rückführelemente 4 und 6 hängt von der
Einstellung des Druckminderers 7 ab. Durch Änderung dieser Einstellung können also
die Grenzen für die maximal zulässigen Kräfte in der Leitung 8 und somit die Grenzen
des Meßbereiches der überwachten Größe weitgehend geändert werden.
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Das Haupt- und Zusatzrückführelemente können auch so eingeschaltet
werden, daß sie auf das Element 5 gleichsinnig wirken (F i g. 2).
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Eine solche Schaltung ermöglicht die Messung größerer Kräfte in der
Leitung 8 im Vergleich zu der Schaltung nach F i g. 1.
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Der in F i g. 3 gezeigte pneumatische Balg-Druckdifferenzgeber ist
nach der in F i g. 1 gezeigten Schaltung ausgeführt und besitzt eine Membran
10,
die auf Grund des Druckunterschiedes zwischen den Kammern 11 und 12 die
Prallplatte 13 des Nullindikators 1 verstellt.
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Die Prallplatte 13 schließt die Düse 14 des Nullindikators, wodurch
der Druck in den Kammern 15 und 16 ansteigt. Der erhöhte Druck in der Kammer 15
wirkt auf die Membran 17, die den Widerstand der Feder 18 überwindet und das Kugelventil
19 öffnet, wodurch der Druck in der Kammer 20 auch zunimmt.
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An der Drossel 21 wird ein konstanter Druckabfall und somit ein konstanter
Druckunterschied zwischen den Kammern 15 und 20 aufrechterhalten. Dadurch bleibt
der Druck in der Kammer 22 gegenüber dem Druck der Kammer 15 um einen Betrag größer,
der dem Verhältnis der von der Feder 23 ausgeübten Kraft zu der effektiven Fläche
der Membran 17 gleich ist.
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Der erhöhte Druck in der Kammer 16 wirkt auf die Membran 24. Diese
ist mit der Membran 26 durch das Druckminderungsventi125 verbunden, so daß sich
die beiden Membranen gemeinsam bewegen, wobei sie die Kräfte der Feder 27 und 28
überwinden und das Kugelventil 29 öffnen. Hierdurch nimmt der Druck in der
Kammer 22 zu, die mit den inneren Räumen der Bälge 4, 6 (Elemente der Rückführung)
und durch das Ausgangsrohr 9 mit den weiteren Einrichtungen in Verbindung steht.
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Dieser Druck in der Kammer 22, der Rückführdruck und zugleich Ausgangssignal
ist, wird in den Zusatzbalg über den linearen Druckminderer 7 geleitet.
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Die von den Bälgen 4 und 6 ausgeübte, durch den Rückführdruck hervorgerufene
resultierende Kraft versucht die Prallplatte 13 von der Düse 14 zu entfernen und
den Meßgeber in den anfänglichen Gleichgewichtszustand zurückzubringen.
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Beim Abfall des gemessenen Druckunterschiedes zwischen den Kammern
11 und 12 entfernt sich die Prallplatte 13 von der Düse 14, wodurch der Druck in
Kammern 15 und 1,6 abnimmt.
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Die Ventile 19 und 29 bleiben geschlossen. Nimmt der Druck in der
Kammer 16 ab, so hebt sich das Druckminderungsventil 25 der Membranen 24 und 26
unter der Wirkung der Feder 27, wobei für die Luft der Weg aus der Kammer 22 über
die Stelzenkanäle und den Raum 30 zwischen den Membranen und die öffnung 31 ins
Freie geöffnet wird. Dadurch geht der Druck in der Kammer 29 zurück, d. h. Rückführdruck
wird vermindert, und das Meßgebersystem wird ins Gleichgewicht gebracht.
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Die Einstellung des Gebers auf den erforderlichen Meßbereich erfolgt
durch Änderung des übertragungsfaktors des in der Zusatzrückführleitung eingebauten
Druckminderers 7.
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Bei einem nach der in F i g. 2 gezeigten Schaltung ausgeführten manometrischen
Temperaturgeber (F i g. 4) ist das Fühlorgan ein Dampf-Flüssigkeits-System, das
das Ausdehnungsgefäß 32, die Kapillare 33 und die Mernbrankapsel 34 enthält.
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Bei dieser Konstruktion dient als Zusatzrückführelement die Membrankapsel
34.
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Der verstellbare Strahldruckminderer 7 (F i g. 5) enthält eine Hülse
35, die beiderseits mit Gewindestopfen 36 und 37 verschlossen ist. An den Innenseiten
der Gewindestopfen sind Düsen 38 und 39 befestigt.
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Der Druck wird den Düsen 38 und 39 durch die in der Hülse und den
Gewindestopfen vorgesehenen Kanäle 40 und 41 zugeführt.
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Zur Abdichtung der Einrichtung dienen zwei Paare von zwischen den
Stopfen 36 und 37 und der '1-Iülse 35 angeordneten Dichtungsringen 42. Die Bohrang
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in der Hülse 35 steht mit der Außenluft in Verbindung. Die Einstellung des pneumatischen
Systems erfolgt durch Drehen der Stopfen 36 und 37, wobei der Abstand zwischen den
Düsen 38 und 39 geändert wird.