DE1243897B

DE1243897B - Pressure measuring device

Info

Publication number: DE1243897B
Application number: DEW34430A
Authority: DE
Inventors: Raymond Calvert
Original assignee: WAYNE KERR LAB Ltd
Current assignee: WAYNE KERR LAB Ltd
Priority date: 1962-05-07
Filing date: 1963-05-07
Publication date: 1967-07-06

Description

Druckmeßvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Druckmeßvorrichtung, umfassend ein eine leitende Flüssigkeit enthaltendes U-Rohr aus elektrisch nichtleitendem Material, dessen einem Schenkel der Druck derart zuzuführen ist, daß die relative Flüssigkeitshöhe der beiden Schenkel dem angelegten Druck entspricht, kapazitive, von einer Spannungsquelle gespeiste Wandler, die jedem Schenkel zugeordnet sind und von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in den ihnen zugeordneten Schenkeln abhängige, einer Differenzbildungsvorrichtung zugeführte Signale abgeben, wobei gegenüber jedem Wandler die Flüssigkeit als eine erste Elektrode wirkt und in jedem Wandler eine zweite Elektrode aus elektrisch leitfähigem Material außerhalb des U-Rohres vorgesehen ist.Pressure measuring device The invention relates to a pressure measuring device, comprising an electrically non-conductive U-tube containing a conductive liquid Material, one leg of which the pressure is to be applied in such a way that the relative Liquid level of the two legs corresponds to the applied pressure, capacitive, transducers fed by a voltage source and assigned to each leg and depending on the height of the liquid level in the legs assigned to them, output signals fed to a subtraction device, with each Transducer the liquid acts as a first electrode and one in each transducer second electrode made of electrically conductive material is provided outside the U-tube is.

Bei den bekannten Vorrichtungen der genannten Art liegen die Ausgänge der Spannungsquelle an der leitfähigen Flüssigkeit bzw. an der festen Elektrode. In the known devices of the type mentioned, the outputs are located the voltage source on the conductive liquid or on the fixed electrode.

Hierbei tritt jedoch der Nachteil auf, daß Streukapazitäten zwischen der leitfähigen Flüssigkeit und den Leitungen die Meßwerte beeinflussen. Erdet man die Flüssigkeit, so gehen die schwankenden Kapazitätswerte zwischen den Leitungen und/oder Erde in die Messungen ein. Ist die Flüssigkeit aber nicht geerdet, dann hat sie eine gewisse Kapazität gegenüber Erde, ebenso wie auch die Leitungen.However, this has the disadvantage that stray capacitances between the conductive liquid and the lines influence the measured values. One is grounded the liquid, the fluctuating capacitance values go between the lines and / or earth in the measurements. But if the liquid is not grounded, then it has a certain capacity to earth, as do the lines.

Werden abgeschirmte Leitungen verwendet, dann treten Streukapazitäten zwischen dem-Innenleiter und der Abschirmung auf. Der Werte dieser Streukapazitäten können in der Praxis größer sein als die bei den Messungen zu erwartenden Kapazitätsänderungen. If shielded cables are used, stray capacitances occur between the inner conductor and the shield. The values of these stray capacitances can in practice be greater than the changes in capacitance to be expected during the measurements.

Ferner ändern sie ihre Größe bei jeder Bewegung und Verlegung der Leitungen.- Auch bei Anwendung der bekannten mechanischen Nullabgleichverfahren können die durch die Streukapazitäten in die Meßergebnisse gelangenden Fehler nicht vermieden werden.Furthermore, they change their size with every movement and relocation of the Lines - Even when using the known mechanical zero balancing process the errors that get into the measurement results due to the stray capacitances cannot be avoided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Streukapazitäten die Meßergebnisse nicht mehr beeinflussen. The invention is based on the object of creating a device in which the stray capacitances no longer influence the measurement results.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeder Wandler ein elektrisch leitfähiges Gitter aufweist, welches über der zweiten Elektrode liegt und sich in Axialrichtung in beiden Richtungen über die zweite Elektrode hinaus erstreckt, daß eine Null-Leitung die beiden Gitter miteinander verbindet und daß die Wechselspannungsquelle zwischen der ersten Elektrode und der Null-Leitung liegt. This is achieved according to the invention in that each converter has a has an electrically conductive grid which lies over the second electrode and extends in both directions in the axial direction beyond the second electrode extends that a neutral line connects the two grids and that the AC voltage source is between the first electrode and the neutral line.

Die Größe der Meßströme wird lediglich von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in dem U-Rohr gegenüber der festen Elektrode bestimmt. Die durch das Gitter und -die Leitungen und Abschirmungen gegen- über der Flüssigkeit gebildeten Kapazitäten beeinflussen die Meßergebnisse nicht mehr,- da die Gitter mit der Null-Leitung und über diese direkt mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbunden sind, während deren anderer Pol an der Flüssigkeit liegt. Meßstrom ist der sich zwischen der festen Elektrode und der Null-Leitung ergebende Strom. The size of the measuring currents depends only on the height of the liquid level determined in the U-tube opposite the fixed electrode. Those through the grid and -the cables and shields against- capacities formed above the liquid affect the measurement results no longer, - because the grid with the neutral line and connected directly to one pole of the voltage source via this, while whose other pole is on the liquid. Measuring current is the one between the fixed Electrode and the zero line resulting current.

Die auf den Strom zwischen der zweiten Elektrode und dem Gitter ansprechenden Vorrichtungen liefern ein Maß für die Kapazität zwischen der ersten und zweiten Eiektrode. Steht die Flüssigkeit in dem Schenkel so hoch, daß sie sich teilweise oder vollständig in dem Bereich befindet, an dem die zweite Elektrode anliegt, dann besteht eine Kapazität zwischen der Flüssigkeit und dieser Elektrode. Hat jedoch die Flüssigkeit diesen Schenkelteil nicht erreicht, dann wird durch das Gitter bedingt, daß zwischen der Flüssigkeit und der zweiten Elektrode keine effektive Kapazität besteht. Es hängt also die Kapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrode von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in dem Schenkel und damit von dem zugeführten Druck ab. Da der Strom von dem jeweiligen Kapazitätswert abhängt, ist er damit ebenfalls von dem zugeführten Druck abhängig. Auf diese Weise ist es möglich, das Gerät für sehr kleine Änderungen der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in dem Rohr empfindlich zu machen und dadurch eine genaue Druckmessung zu erhalten, vorausgesetzt, daß die Dichte der Flüssigkeit bekannt ist. Those responsive to the current between the second electrode and the grid Devices provide a measure of the capacitance between the first and second Electrode. If the liquid in the thigh is so high that it is partially or completely in the area where the second electrode rests, then there is a capacitance between the liquid and this electrode. However, it has the liquid does not reach this part of the leg, then it is determined by the grid, that there is no effective capacitance between the liquid and the second electrode consists. So it depends on the capacitance between the first and second electrode the height of the liquid level in the leg and thus of the supplied Pressure off. Since the current depends on the respective capacitance value, it is also therewith depends on the applied pressure. In this way it is possible to use the device for very small Changes in the height of the liquid level in the To make the pipe sensitive and thereby obtain an accurate pressure measurement, provided that that the density of the liquid is known.

Jeder Wandler liefert Signale, die proportional zur Veränderung des Flüssigkeitsspiegels in dem Schenkel relativ zu einer gegebenen Höhe sind. Die beiden Signale können algebraisch addiert werden und, falls die beiden Schenkel des U-Rohres von verschiedener Größe sind, d. h., wenn sie einen verschiedenen Querschnitt aufweisen, kann können die Anteile, in denen die Signale zusammengefaßt werden, mit dem Verhältnis der Kapazitätsänderung und der Anderung des Flüssigkeitsspiegels übereinstimmen, so daß das Ausgangssignal linear proportional dem Druck ist Die Anordnung liefert auf diese Weise ein elektrisches Ausgangssignal, das genau mit dem zu messenden Druck in Beziehung gesetzt werden kann, ohne daß wie bisher eine Eichung eines Druckwandlers vorgenomen werden müßte. Das elektrische Signal kann Meßgeräten zugeführt werden, wenn man den Druck messen will, oder es kann für andere Zwecke, beispielsweise zur Steuerung, verwendet werden; in dem letzteren Fall kann der Ausgangsstrom der stromabhängigen Vorrichtung einem geeigneten Servosystem zur Steuerung des Druckes, z. B. zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes zugeführt werden. Each converter delivers signals that are proportional to the change in the Liquid level in the leg are relative to a given height. The two Signals can be added algebraically and, if so, the two legs of the U-tube are of different sizes, i. i.e. if they have a different cross-section, the proportions in which the signals are combined with the ratio the change in capacitance and the change in the liquid level match, so that the output signal is linearly proportional to the pressure. The arrangement provides in this way an electrical output signal that exactly matches the one to be measured Pressure can be related without the need to calibrate a pressure transducer as before would have to be made. The electrical signal can be fed to measuring devices if you want to measure the pressure, or it can be used for other purposes, for example for Control, used; in the latter case the output current can be the current dependent Device a suitable servo system for controlling the pressure, e.g. B. to maintain a constant pressure.

In einem oder auch beiden Wandlern können die zweite Elektrode und das leitende Gitter beweglich auf dem U-Rohr angebracht sein, um jeden Druck innerhalb des durch die Länge des Rohres bedingten Bereichs messen zu können. In one or both converters, the second electrode and the conductive grid can be movably mounted on the U-tube to keep any pressure inside of the area determined by the length of the pipe.

Die zweite Elektrode kann das Rohr teilweise oder vollständig umgeben. Das Gitter ist so angeordnet, daß es sich über die ganze Elektrode und in Axialrichtung über die Elektrode hinaus erstreckt, so daß es eine elektrostatische Abschirmung bildet. The second electrode can partially or completely surround the tube. The grid is arranged so that it extends over the entire electrode and in the axial direction extends beyond the electrode so that there is an electrostatic shield forms.

Das Gitter kann - geerdet werden. Üblicherweise wird jedoch die Flüssigkeit im Rohr geerdet, entweder über einen direkten Kontakt der Flüssigkeit mit einer geerdeten Elektrode, die in die Röhre hineinreicht, oder effektiv durch kapazitive Kopplung durch die Rohrwandung mit einer geeigneten geerdeten Elektrode. Die elektrischen Zuleitungen zur zweiten Elektrode und dem Gitter sind üblicherweise über ein koaxiales Kabel hergestellt, dessen äußerer Leiter mit dem Gitter verbunden ist. Die Kapazität des Kabels beeinflußt die Messung der Kapazität zwischen den beiden Elektroden nicht, wenn diese nach Anlegen einer Wechselspannung an eine Elektrode, üblicherweise die Flüssigkeit und die Null-Leitung durch Messung des Ausgangsstroms zwischen der anderen Elektrode und der Null-Leitung vorgenommen wird. The grid can - be earthed. Usually, however, the liquid grounded in the pipe, either through direct contact of the liquid with a grounded electrode that extends into the tube, or effectively by capacitive Coupling through the pipe wall with a suitable earthed electrode. The electric Leads to the second electrode and the grid are usually via a coaxial Cable made, the outer conductor of which is connected to the grid. The capacity of the cable does not affect the measurement of the capacitance between the two electrodes, if this after applying an alternating voltage to an electrode, usually the Liquid and the zero line by measuring the output current between the other Electrode and the neutral line is made.

Die Schaltung zur Vereinigung der Signale kann eine strom abhängige Vorrichtung aufweisen, der ein Differenzsignal zugeführt wird, das aus den Strömen zwischen den zweiten Elektroden und der Null-Leitung eines jeden Wandlers abgeleitet ist, und einen Abgleichstromkreis, der so angeordnet ist, daß ein Abgleichstrom der stromabhängigen Vorrichtung entgegengesetzt zu dem Differenzsignal zugeführt wird, so daß die stromabhängige Vorrichtung dem Differenzsignal eine niedrige Impedanz bietet. Die stromabhängige Vorrichtung kann aus einem Transformator bestehen, der eine oder mehrere Eingangswicklungen hat, der bzw. denen die Ströme zwischen den zweiten Elektroden und der Null-Leitung von jedem Wandler zugeführt werden und einen Verstärker aufweisen, der das von der Ausgangswicklung des Transformators abgegriffene resultierende Signal verstärkt, so daß die Abgleichsschaltung in diesem Fall dem Transformator einen Eingangsstrom zuführt, der von dem Ausgangssignal des Verstärkers gesteuert oder abgeleitet ist. The circuit for combining the signals can be current-dependent Have device, which is supplied with a difference signal that is derived from the currents derived between the second electrodes and the neutral line of each transducer is, and a trimming circuit which is arranged so that a trimming current fed to the current dependent device opposite to the difference signal so that the current dependent device has a low impedance to the difference signal offers. The current-dependent device can consist of a transformer which has one or more input windings with the currents between the second electrodes and the neutral line of each transducer and one Have amplifier that is tapped from the output winding of the transformer resulting signal amplified, so that the balancing circuit in this case the Transformer supplies an input current derived from the output signal of the amplifier controlled or derived.

Bei Verwendung einer Flüssigkeit in einem Rohr ändert sich der Flüssigkeitsspiegel ruckartig infolge des Anhaftens der Flüssigkeit an der Behälterwand. When a liquid is used in a pipe, the liquid level changes jerky as a result of the liquid sticking to the container wall.

Dadurch wird die Genauigkeitsgrenze der Druckmessung bei visuell abzulesender Skala gesetzt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nicht wichtig, die Stellung des Flüssigkeitsspiegels in dem Rohr für eine Messung ablesen zu können, so daß Vorrichtungen zur Rüttelung des Rohres angebracht werden können. Auf diese Weise wird das Anhaften der Flüssigkeit an der Rohrwandung verhindert und eine genauere Messung ermöglicht. Die Rüttelvorrichtungen werden üblicherweise elektrisch betrieben, d. h., ein Spulenvibrator wird durch Wechselstrom mit beliebiger Frequenz, üblicherweise von 50 oder 60 Hertz, betrieben.Thereby the accuracy limit of the pressure measurement becomes visually readable Scale set. In the device according to the invention, it is not important the position to be able to read the liquid level in the tube for a measurement, so that Devices for vibrating the pipe can be attached. In this way the adhesion of the liquid to the pipe wall is prevented and a more precise one Measurement made possible. The vibrators are usually operated electrically, d. That is, a coil vibrator is powered by alternating current of any frequency, usually at 50 or 60 Hertz.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Figuren beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Anordnungen. Some exemplary embodiments of the invention are described below Hand of the figures described. The same reference numbers denote the same arrangements.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Druckmeßgerät zusammen mit der elektrischen Meßanordnung; F i g. 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Schaltbilder der elektrischen Meßanordnung von F i g. 1. Fig. 1 shows schematically a pressure gauge together with the electrical one Measuring arrangement; F i g. 2, 3 and 4 show different circuit diagrams of the electrical Measurement arrangement from FIG. 1.

In F i g. 1 ist ein U-Rohr 10 mit zwei Schenkeln 11 und 12 und einer leitenden Flüssigkeit 13, beispielsweise Quecksilber, in dem U-Rohr dargestellt. Der zu messende Druck wird einem der Schenkel 12 zugeführt, und unter der Annahme, es handele sich um einen positiven Druck, wird der Flüssigkeitsspiegel in diesem Schenkel nach unten gedrückt. Der Flüssigkeitsspiegel in dem anderen Schenkel 11 bewegt sich nach oben, so daß die Höhendifferenz der Flüssigkeitsspiegel der den Schenkeln 11, 12 zugeführten Druckdifferenz entspricht. Die Verwendung von U-förmigen Rohren zur Druckmessung ist bekannt. In Fig. 1 is a U-tube 10 with two legs 11 and 12 and one conductive liquid 13, such as mercury, shown in the U-tube. The pressure to be measured is fed to one of the legs 12, and assuming If there is a positive pressure, the liquid level in this will be Legs pressed down. The liquid level in the other leg 11 moves upwards, so that the height difference of the liquid level of the den Legs 11, 12 corresponds to the pressure difference supplied. The use of U-shaped Pipes for pressure measurement is known.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, wie die Höhendifferenz der Flüssigkeitsspiegel in den beiden Schenkeln 11 und 12 gemessen wird.The essence of the present invention can be seen in how the height difference the liquid level in the two legs 11 and 12 is measured.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, zwei Schenkel mit verschiedenem Querschnitt zu verwenden. Dieser Fall ist in F-i g. 1 dargestellt. Jedoch ist es in den meisten Fällen üblich, Schenkel mit gleichem Querschnitt zu verwenden. Jedoch muß jeder Schenkel einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, damit eine lineare Beziehung zwischen dem Meßwert und der zugeführten Druckdifferenz besteht.In this embodiment it is possible to have two legs with different To use cross-section. This case is shown in FIG. 1 shown. However it is in most cases it is common to use legs with the same cross-section. However Each leg must have a constant cross-section so that it is linear There is a relationship between the measured value and the applied pressure difference.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Flüssigkeitsspiegel der beiden Schenkel elektrisch durch die Messung der Kapazität zwischen der Flüssigkeit in dem Rohr und einer Elektrode außerhalb des Rohres bestimmt. Hierfür wird eine Dreipunkt-Meßvorrichtung verwendet, so daß diese Kapazität unter Ausschaltung jeglicher Kapazität zwischen der Flüssigkeit oder der äußeren Elektrode zu einem anderen Körper bestimmt werden kann. Es ist verständlich, daß die Kapazität zwischen der Flüssigkeit und - der äußeren Elektrode auf dem Rohr, unter anderem von dem Umfang des Rohres und der Dicke der Rohrwandung abhängt. Derartige Faktoren müssen bei der Bestimmung der Beziehung zwischen dem Ausgangssignal und der Anderung des Flüssigkeitsspiegels in die Rechnung einbezogen werden. Der Druckwandler auf jedem Schenkel besteht aus einer Elektrode 15, die vorzugsweise das Rohr umgibt. Sie kann aber das Rohr auch nur teilweise umfassen. In the device according to the invention, the liquid levels are of the two legs electrically by measuring the capacitance between the liquid determined in the tube and an electrode outside the tube. A Three-point measuring device used, so that this capacity eliminating any Capacity between the liquid or the external electrode to another body can be determined. It is understandable that the capacity between the liquid and - the outer electrode on the tube, inter alia from the circumference of the tube and the fat one depends on the pipe wall. Such factors must be in determining the relationship between the output signal and the change in Liquid level should be included in the calculation. The pressure transducer on everyone Leg consists of an electrode 15, which preferably surrounds the tube. she can but also only partially embrace the tube.

Außerdem besteht der Druckwandler aus einem Gitter 16, das sich über der Elektrode 15 und dem Rohr befindet und sich in Axialrichtung in beiden Richtungen über die Elektrode 15 hinaus erstreckt. Das Gitter besteht aus einem leitenden Material und besteht, falls man den Flüssigkeitsspiegel visuell beobachten will, aus leitendem Glas; die Elektrode kann dann einen Schlitz in axialer Richtung des Rohres aufweisen. Die Wandler können längs eines oder jeden Schenkels beweglich angebracht sein. Reicht die Flüssigkeit teilweise oder ganz in den Raum des Rohres innerhalb einer der Elektroden 15, dann ist zwischen der Flüssigkeit und dieser Elektrode eine Kapazität vorhanden. Hat die Flüssigkeit diesen Teil des Rohres noch nicht erreicht, dann sorgt das Gitter 16 dafür, daß keine effektive Kapazität zwischen der Flüssigkeit und der Elektrode 15 auftritt. Der Kapazitätswert zwischen der Flüssigkeit und der Elektrode beruht also auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in dem Rohr. Zur Messung dieser Kapazität wird eine Wechselspannung an Flüssigkeit und Gitter angelegt.In addition, the pressure transducer consists of a grid 16 that extends over of the electrode 15 and the tube and is in the axial direction in both directions extends beyond the electrode 15. The grid is made of a conductive material and, if you want to visually observe the liquid level, consists of conductive Glass; the electrode can then have a slot in the axial direction of the tube. The transducers can be movably mounted along one or each leg. Enough the liquid partially or completely into the space of the tube within one of the electrodes 15, then there is a capacitance between the liquid and this electrode. If the liquid has not yet reached this part of the pipe, the grid takes care of it 16 for the fact that there is no effective capacitance between the liquid and the electrode 15 occurs. The capacitance value is based between the liquid and the electrode that is, at the height of the liquid level in the pipe. To measure this capacity an alternating voltage is applied to the liquid and the grid.

Zu diesem Zweck befindet sich in der Flüssigkeit eine Elektrode 17. Die Wechselspannung der Spannungsquellel8 wird an die Elektrodel7 und das Gitter 16 eines jeden Wandlers gelegt, da die Gitter beider Wandler miteinander elektrisch verbunden sind. An Stelle einer Elektrode 17 in der Flüssigkeit kann auch eine kapazitive Kopplung mit der Flüssigkeit über eine kapazitive Elektrode, die sich außerhalb des Rohres befindet, und dieses vollständig umfaßt, bewirkt werden. In manchen Fällen kann die Flüssigkeit in dem Rohr geerdet sein und die Wechselspannung an die beiden Gitter angelegt werden.For this purpose there is an electrode 17 in the liquid. The alternating voltage of the voltage source8 is applied to the electrode7 and the grid 16 of each transducer because the grids of both transducers are electrically connected to each other are connected. Instead of an electrode 17 in the liquid, a capacitive one can also be used Coupling with the liquid via a capacitive electrode that is located outside of the tube is, and this includes completely, are effected. In some cases the liquid in the pipe can be grounded and the AC voltage to the two Grid can be created.

Die Spannung an Flüssigkeit und Gitter bewirkt, sobald zwischen der Flüssigkeit und der äußeren Elektrodel5 eine Kapazität vorliegt, einen Strom zwischen der Elektrode 15 und dem Gitter. Die Größe dieses Stroms ist ein Maß für den Kapazitätswert zwischen der Flüssigkeit und der Elektrode 15. Bei einem Rohr mit gleichbleibendem Querschnitt ist die Kapazität proportional der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in dem Rohr, obwohl der Proportionalitätsfaktor unter anderem durch die Abmessungen des Rohres bestimmt wird. Die Signale aus den beiden Wandlern, d. h., die Ströme zwischen jeder der Elektroden 15 und ihrem zugehörigen Gitter, sind in den entsprechenden Verhältnissen in einer Schaltung, schematisch unter 19 dargestellt, vereinigt, und geben ein Ausgangssignal an ein Anzeigegerät 20, das der Höhendifferenz der Flüssigkeitsspiegel in den beiden Schenkeln 11 und 12 entspricht.The tension on the liquid and grid causes as soon as between the Liquid and the outer electrode5 there is a capacity, a current between the electrode 15 and the grid. The size of this current is a measure of the capacitance value between the liquid and the electrode 15. In the case of a tube with a constant Cross-section is the capacity proportional to the height of the liquid level in the pipe, although the proportionality factor, among other things, by the dimensions of the pipe is determined. The signals from the two transducers, i.e. i.e., the currents between each of the electrodes 15 and its associated grid, are in the corresponding Relationships in a circuit, shown schematically under 19, combined, and give an output signal to a display device 20 showing the difference in height of the liquid level in the two legs 11 and 12 corresponds.

In einem Druckmeßgerät, das sich einer Flüssigkeit in einem Rohr bedient, wird sich die Höhe des Flüssigkeitsspiegels ruckartig als Folge der Adhäsion der Flüssigkeit an der Innenwand des Rohres ändern. In a pressure gauge that measures a liquid in a pipe When used, the height of the liquid level will jerk as a result of the adhesion of the liquid on the inside wall of the pipe change.

Hierdurch wird der Genauigkeit eines solchen Gerätes eine Grenze gesetzt, wenn es für visuelle Ablesung auf einer Skala verwendet wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch, bei der die Höhendifferenz der Flüssigkeitsspiegel elektrisch bestimmt wird, ist es nicht erforderlich, die Stellung des Flüssigkeitsspiegels zu sehen; das Rohr kann daher gerüttelt werden, um ein solches Anhaften an der Rohrwandung zu verhindern. Eine solche Rüttelvorrichtung ist schematisch angedeutet 21, sie kann aus einem Spulenvibrator bestehen, der mit Wechselstrom der Frequenz von 50 bis 60 Hertz aus einer Wechselstromquelle 22 betrieben wird.This sets a limit to the accuracy of such a device, when used for visual reading on a scale. In the inventive Device, however, in which the height difference of the liquid level is electrical is determined, it is not necessary to change the position of the Liquid level too see; the pipe can therefore be shaken to prevent such sticking to the pipe wall to prevent. Such a vibrating device is indicated schematically 21, it can consist of a coil vibrator running on alternating current with a frequency of 50 to 60 Hertz from an alternating current source 22 is operated.

Fig. 2 zeigt eine einfache Ausführungsform einer Schaltung für die beiden Wandler und die ihnen zugehörigen Meßanordnungen. In der F i g. 2 sind die beiden Wandler mit 30 und 31 bzw. durch Kondensatoren, bezeichnet, deren eine Platte 29 durch die Flüssigkeit und deren andere Platte durch die Außenelektrode 15 gebildet wird. Die Platten 29 der beiden Kondensatoren 30, 31 sind miteinander elektrisch verbunden, da die Flüssigkeit leitfähig ist. Außerdem sind sie (über die Elektrode 17 der F i g. 1) mit dem einen Ende der Wicklung 32 des Eingangstransforma tors 33 verbunden, dessen Primärwicklung 34 aus der Wechselstromquelle 35 erregt wird. Die Wicklung 32 ist die eine der beiden stark miteinander gekoppelten, in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen 32 und 36. Die Sekundärwicklung 36 ist mit der einen Platte eines Meßkondensators 37 verbunden. Die Verbindung der beiden Wicklungen 32 und 36 verläuft über eine Leitung 38, die im weiteren als Null-Leiter bezeichnet wird, zu den Gittern 16 der beiden Wandler. Fig. 2 shows a simple embodiment of a circuit for the both transducers and their associated measuring arrangements. In FIG. 2 are the two transducers with 30 and 31 or by capacitors, designated one of which is a plate 29 formed by the liquid and its other plate by the outer electrode 15 will. The plates 29 of the two capacitors 30, 31 are electrical to one another connected because the liquid is conductive. In addition, they are (via the electrode 17 of FIG. 1) with one end of the winding 32 of the input transformer 33 connected, the primary winding 34 of which is excited from the alternating current source 35. The winding 32 is one of the two strongly coupled to one another, in series connected secondary windings 32 and 36. The secondary winding 36 is with the one Plate of a measuring capacitor 37 connected. The connection of the two windings 32 and 36 runs over a line 38, which is referred to below as the neutral conductor becomes, to the grids 16 of the two transducers.

Die Elektroden 15 der beiden Wandler sind über die Leitungen 39 und 40 mit zwei getrennten Abgriffen auf einer Wicklung 41 eines Ausgangstransformators 42 verbunden. Der Null-Leiter 38 ist mit der Wicklung 41 an einem Punkt zwischen den Abgriffen der Leitungen 39 und 40 verbunden. Der Ausgangstransformator 42 hat eine Sekundärwicklung 43, die mit einem- Gleichrichter 44 und einem Nullabgleichanzeigeinstrument verbunden ist. Man sieht, daß die Wechselspannung der Wicklung 32 den beiden Wandlern zugeführt wird, und die resultierenden Ströme der Elektroden 15 einander entgegengesetzt gerichtete Ströme in der Wicklung 41 erzeugen. Sind die beiden Kapazitätswerte zwischen der Flüssigkeit und der Elektrode 15 jedes der beiden Wandler einander gleich, dann fließen gleiche Ströme durch die beiden Leitungen 39 und 40 und gleichen sich in der Wicklung 41 gegenseitig aus und bewirken so eine Nullanzeige des Gerätes 45. Jede beliebige Differenz der Kapazitäten in den beiden Wandlern hebt diesen Gleichgewichtszustand auf. Der Stromkreis kann jedoch wieder abgeglichen werden mit Hilfe des einregulierbaren Meßkondensators 37, über den ein Abgleichstrom in die Wicklung 41 geschickt wird. Die Größe des Abgleichstromes über den Meßkondensator 37 ist so ein Maß für die Differenz der Kapazitäten der beiden Wandler. Der Meßkondensator 37 ist regelbar, aber es kann auch zusätzlich oder an Stelle seiner Veränderung die an ihn angelegte Spannung verändert werden, indem man ihn an einen einstellbaren Abgriff auf der Wicklung 36 schaltet. Die Schaltung in F i g. 2 stellt somit eine mit Transformatoren aufgebaute Differenzmeßbrücke zur Bestimmung der Differenz der beiden Kapazitätswerte dar.The electrodes 15 of the two transducers are on the lines 39 and 40 with two separate taps on a winding 41 of an output transformer 42 connected. The neutral conductor 38 is with the winding 41 at a point between the taps of the lines 39 and 40 connected. The output transformer 42 has a secondary winding 43 connected to a rectifier 44 and a zero balance indicator connected is. It can be seen that the alternating voltage of the winding 32 corresponds to the two converters is supplied, and the resulting currents of the electrodes 15 are opposite to each other generate directed currents in winding 41. Are the two capacitance values between the liquid and the electrode 15 of each of the two transducers equal to each other, then the same currents flow through the two lines 39 and 40 and are equal in FIG of the winding 41 mutually and thus cause the device 45 to display zero. Any difference in the capacities in the two converters cancels this state of equilibrium on. The circuit can, however, be adjusted again with the help of the adjustable Measuring capacitor 37, via which a compensating current is sent into the winding 41. The size of the adjustment current through the measuring capacitor 37 is such a measure for the Difference in the capacities of the two converters. The measuring capacitor 37 is adjustable, but it can also, in addition to or in place of its change, the change applied to it Voltage can be changed by connecting it to an adjustable tap on the Winding 36 switches. The circuit in FIG. 2 thus represents one with transformers built-up differential measuring bridge to determine the difference between the two capacitance values represent.

Wird das Gitter 16 mit dem Null-Leiter 38 verbunden, dann liegen die Kapazitäten an der Wicklung 32 und beeinflussen das Gleichgewicht nicht. Im Gleichgewicht liegt an der Wicklung 41 keine Spannung, folglich fließt auch in keinem der beiden Wandler ein Strom zwischen der Elektrode 15 und dem Gitter 16. Auf diese Weise ermöglicht diese Schaltung- die Bestimmung der Differenz der Kapazitätswerte in den beiden Wandlern, während jegliche andere Kapazität zu dem Schirm 16 außer acht gelassen wird. Wie in F i g. 1 gezeigt, können die Verbindungen zu den Elektroden 15 über koaxiale Kabel hergestellt werden, deren äußere Leiter mit den Gittern verbunden sind. Die Kapazität des Kabels beeinflußt die Messung der Kapazitäten zwischen den Elektroden 15 und der Flüssigkeit nicht, da die Kapazität des Kabels in gleicher Weise ausgeschaltet wird, wie die Kapazitäten der Gitter 16. Es wird sofort deutlich, daß für den Fall ungleicher Schenkel des U-Rohres der erforderliche Abgleich bei der Vereinigung der Signale durch eine geeignete Stellung der Abgriffe, mit denen die Leitungen 39 und 40 mit der Wicklung 41 verbunden sind, erreicht werden kann. Das Wicklungsverhälmis zwischen den Abgriffen entspricht dem Verhältnis, in dem die Ausgangsströme der beiden Wandler vereinigt werden sollen.If the grid 16 is connected to the neutral conductor 38, then the Capacities on the winding 32 and do not affect the balance. In balance if there is no voltage across winding 41, neither of them will flow Converter a current between the electrode 15 and the grid 16. This allows this circuit- the Determination of the difference in the capacitance values in the two transducers, while any other capacitance to the screen 16 except attention is paid. As in Fig. 1 shown, the connections to the electrodes 15 are made via coaxial cables, the outer conductors of which are connected to the grids are. The capacitance of the cable affects the measurement of the capacitance between the Electrodes 15 and the liquid not, since the capacitance of the cable is the same Way is switched off, as the capacities of the grid 16. It becomes immediately clear that in the event of unequal legs of the U-tube, the necessary adjustment at the union of the signals by a suitable position of the taps with which the lines 39 and 40 connected to the winding 41 can be achieved. The winding ratio between the taps corresponds to the ratio in which the output currents of the two converters are to be combined.

Wie es allgemein bei diesen Meßbrücken üblich ist, können die Stromquelle 35 und der Gleichrichter 44 (mit dem Gerät 45) miteinander vertauscht werden. As is generally the case with these measuring bridges, the current source can 35 and the rectifier 44 (with the device 45) are interchanged.

Die Vorrichtung nach Fig.2 ist eine einfache Form einer Transformatorverhältnismeßbrücke. Für manche Zwecke kann es besser sein, eine direkt anzeigende Meßbrücke oder eine Meßbrücke mit Selbstabgleich zu verwenden. In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Schaltung mit einer Meßbrücke mit Direktanzeige dargestellt, bei der die Druckdifferenz in den beiden Schenkeln direkt auf einer Meßskala angezeigt wird. Von der Stromquelle 35 wird der Primärwicklung 34 eines Transformators 33 ein Wechselstrom- zugeführt. Die Spannung seiner Sekundärwicklung 32 liegt an den beiden Wandlern. Die beiden Wandler sind hier, ebenso wie in F i g. 2, als Kondensatoren 30, 31 bezeichnet. Die Spannung wird an die Flüssigkeit angelegt, die durch die Platten 29 dargestellt ist. Der Null-Leiter 38 ist mit den Gittern 16 der beiden Wandler verbunden. Die Ströme von den Elektroden 15 der beiden Wandler verlaufen durch die Leitungen 39 und û an die Abgriffe auf die Wicklung 41 des Ausgangstransformators 42. Die Abgriffe auf den Wicklungen sind entsprechend der Abmessungen der beiden Schenkel eingestellt. Man sieht, daß die Höhe der Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 43 des Transformators 42 von der Höhendifferenz des Flüssigkeitsspiegels in den Schenkeln 11 und 12 abhängt Diese Spannung wird einem Verstärker 50 mit hohem Verstärkungsgrad zugeführt, der einen negativen Rückkopplungskreis 51 mit einer Meßimpedanz, hier als Kondensator 52 dargestellt, enthält. Da der Verstärker 50 eine hohe Verstärkung liefert, kann der Rückkopplungsstrom den Eingangsstrom im wesentlichen abgleichen und damit ein vernachlässigbares Eingangssignal für den Verstärker 50 liefern. Der Rückkopplungsstrom gleicht daher das Eingangssignal des Transformators 42 ab. Der Rückkopplungsstrom ist der Ausgangsspannung des Verstärkers 50 proportional Er oder die Ausgangsspannung des Verstärkers können gemessen werden und ergeben ein Maß für die Eingangsspannung der Wicklung 43. In der in F i g. 3 dargestellten Anordnung kann das Ausgangs signal an einem Spannungsmesser 53, der an dem Verstärker 50 angeschaltet ist, abgelesen werden; es kann aber ebensogut auch ein Strommesser in dem Rückkopplungskreis liegen. Der Verstärker 50 liefert eine für den Betrieb des Anzeigegerätes 53 ausreichende Energie, ohne dadurch die Genauigkeit der Anzeige zu beeinflussen, da er keine Energie aus der Wicklung 43 aufnimmt. Dieser Ausgangswert des Verstärkers kann auch dazu verwendet werden, andere Vorrichtungen, beispielsweise ein Registriergerät oder einen Servosteuermechanismus zur Steuerung des Druckes oder eines anderen Parmeters zu betreiben. Obwohl der Rückkopplungskreis 51 als ein kapazitiver Rückkopplungskreis dargestellt ist, muß er nicht unbedingt kapazitiv sein, jede beliebige Normalimpedanz kann angewendet werden. The device of Figure 2 is a simple form of transformer ratio measuring bridge. For some purposes it may be better to have a direct reading measuring bridge or a Use measuring bridge with self-adjustment. In Fig. 3, one embodiment is one Circuit shown with a measuring bridge with direct display, in which the pressure difference is displayed in the two legs directly on a measuring scale. From the power source 35 the primary winding 34 of a transformer 33 is supplied with an alternating current. The voltage of its secondary winding 32 is applied to the two converters. The two Converters are here, as well as in FIG. 2, referred to as capacitors 30,31. The voltage is applied to the liquid represented by the plates 29 is. The neutral conductor 38 is connected to the grids 16 of the two transducers. the Currents from the electrodes 15 of the two transducers run through the lines 39 and û to the taps on the winding 41 of the output transformer 42. The taps on the windings are set according to the dimensions of the two legs. It can be seen that the level of the output voltage of the secondary winding 43 of the transformer 42 depends on the height difference of the liquid level in the legs 11 and 12 This voltage is fed to a high gain amplifier 50, the a negative feedback circuit 51 with a measuring impedance, here as a capacitor 52 shown contains. Since the amplifier 50 provides a high gain, can the feedback current essentially equalize the input current and thus a provide negligible input to amplifier 50. The feedback stream therefore adjusts the input signal of the transformer 42. The feedback stream Er or the output voltage is proportional to the output voltage of the amplifier 50 of the amplifier can be measured and provide a measure of the input voltage of the winding 43. In the FIG. 3 arrangement shown, the output signal on a voltmeter 53, which is connected to the amplifier 50, read will; however, an ammeter can just as well be located in the feedback circuit. The amplifier 50 supplies a sufficient level for the operation of the display device 53 Energy without doing the Affect display accuracy as it has no energy from the winding 43 receives. This output value of the amplifier can also be used used, other devices, such as a recorder or a servo control mechanism to control the pressure or other parameter to operate. Although the feedback circuit 51 as a capacitive feedback circuit is shown, it does not necessarily have to be capacitive, any normal impedance can be applied.

Durch diesen Rückkopplungskreis wird dem Eingang des Verstärkers 50 ein solcher Abgleichstrom zugeführt, so daß der wirksame Eingangswert im wesentlichen gleich Null ist. Auf diese Weise ist auch diese Vorrichtung nicht durch Kapazitäten zu den Gittern oder die Kapazittä des koaxialen Kabels, das von den Elektroden 15 zur Wicklung 41 verläuft, beeinflußt. Auf diese Weise liefert die in der Fig.3 dargestellte Anordnung eine Direktanzeige der Druckdifferenz in den beiden Schenkeln 11 und 12 auf einem Meßinstrument. Dieses Meßgerät kann in jeder beliebigen gewünschten Druckeinheit geeicht Werden.Through this feedback loop, the input of the amplifier 50 such an adjustment current is supplied, so that the effective input value is essentially equals zero. In this way, this device is also not limited by capacities to the grids or the capacitance of the coaxial cable drawn from the electrodes 15 runs to the winding 41, influenced. In this way, the one shown in FIG Arrangement a direct display of the pressure difference in the two legs 11 and 12 on a meter. This measuring device can be in any desired pressure unit to be calibrated.

In Fig.4 ist eine Brückenanordnung mit Selbstabgleich dargestellt, die ermöglicht, die Druckdifferenz in einer Reihe von Dekadenschritten anzuzeigen, wodurch eine numerische Auswertung erleichertwird. In Fig. 4 a bridge arrangement with self-alignment is shown, which enables the pressure difference to be displayed in a series of decade steps, whereby a numerical evaluation is facilitated.

Diese Anordnung besteht, ebenso wie die in F i g. 2 dargestellte, aus einer Transformatorverhältnismeßbrücke. Jedoch wurde in der Anordnung nach F i g. 4, an Stelle eines einregelbaren Meßkondensators 37 ein Meßkondensator 60 verwendet, der an einer einstellbaren Spannung liegt, die über einen Servomechanismus 61 über den Ausgang des Gleichrichters 44 gesteuert wird. Die Brückenanordnung hat am Transformator 33 eine Wicklung 62 mit Dekadenabgriffen.This arrangement, like that in FIG. 2 shown, from a transformer ratio measuring bridge. However, in the arrangement according to F i g. 4, instead of an adjustable measuring capacitor 37, a measuring capacitor 60 is used, which is at an adjustable voltage that is controlled by a servo mechanism 61 the output of rectifier 44 is controlled. The bridge arrangement has on the transformer 33 a winding 62 with decade taps.

Sie enthält zwölf Abgriffe 63, die gleichen Spannungsschritten entsprechen, und zwei bewegliche Kontakte 64, um die Spannung zwischen zwei benachbarten Abgriffen 63 der Wicklung 65, die ebenfalls eine Reihe von Dekadenabgriffen 66 aufweiset, zuzuführen.It contains twelve taps 63, which correspond to the same voltage steps, and two movable contacts 64 for the voltage between two adjacent taps 63 of the winding 65, which also has a number of decade taps 66, to feed.

Die Abgriffe 66 liefern unter sich gleiche Spannungsschritte jeweils von der Größe eines Zehntels des Spannungswertes, der durch die Abgriffe 63 auf der Wicklung 62 gegeben wird. Die Spannung zwischen je zwei benachbarten Abgriffen 66 wird durch bewegliche Kontakte 67 abgegriffen und einem Potentiometer 68 zugeführt. Ein einstellbarer Abgriff 69 auf diesen Potentiometer führt zu dem Kondensator 60.The taps 66 each provide the same voltage steps among themselves of the magnitude of a tenth of the voltage value generated by the taps 63 the winding 62 is given. The voltage between two adjacent taps 66 is tapped by movable contacts 67 and fed to a potentiometer 68. An adjustable tap 69 on this potentiometer leads to the capacitor 60.

Die Abgriffe auf der Wicklung 62 sind so eingestellt, daß sie eine erste Spannungseinregulierung in zehn Stufen bewirken. Der Servomechanismus 61 regelt über die Kontakte 64 automatisch in eine solche Richtung ein, daß die Spannung am Kondensator 60 so lange vergrößert wird, bis der Abgleichspunkt durchlaufen wird. Darauf werden die Kontakte 64 festgehalten und die Kontakte 67 der Abgriffe 66 auf der Wicklung 65 in der entgegengesetzten Richtung (d. h. in der Richtung abnehmender Spannung) eingestellt.The taps on winding 62 are set so that they one effect initial voltage regulation in ten steps. The servo mechanism 61 controls via the contacts 64 automatically in such a direction that the voltage on Capacitor 60 is increased until the adjustment point is passed. Thereupon the contacts 64 are held and the contacts 67 of the taps 66 on of winding 65 in the opposite direction (i.e., in the decreasing direction Voltage).

Damit wird automatisch eine zweite Feineinregulierung der Spannung erreicht. Falls erwünscht, kann auch noch eine weitere dekadisch unterteilte Wicklung vorgesehen sein, jedoch zur Vereinfachung der Darstellung in Fig.4 wird die Spannung über die Kontakte 67 an ein Potentiometer 68 gelegt. Haben die Kontakte 67 den Abgleichspunkt durchlaufen, dann werden sie festgehalten; das Potentiometer 68 ist dann so eingestellt, daß die Spannung vergrößert wird. Die Stellung der Kontakte 64,67 und der Abgriff 69 sind ein Maß für die an dem Kondensator 60 liegende Spannung und damit für die Höhendifferenz des Flüssigkeitsspiegels der beiden Schenkel des U-Rohres. Werden weitere dekadisch unterteilte Wicklungen verwendet, so kann die Einregullerung der Spannung auf einen sehr hohen Genauigkeitsgrad gebracht werden.This automatically makes a second fine adjustment of the tension achieved. If desired, a further decadic winding can also be used be provided, but to simplify the illustration in Figure 4, the voltage connected to a potentiometer 68 via the contacts 67. Have the contacts 67 the balance point run through, then they are held; the potentiometer 68 is then set so that that the tension is increased. The position of the contacts 64,67 and the tap 69 are a measure of the voltage across the capacitor 60 and thus of the height difference the liquid level of the two legs of the U-tube. Become more decadal If divided windings are used, the voltage can be adjusted to one very high degree of accuracy.

Numerische Anzeigegeräte (nicht dargestellt), die über die Kontakte 64, 67 und dem Abgriff 69 betrieben werden, ermöglichen eine direkte numerische Ablesung in Zehnereinheiten der an dem Kondensator 60 liegenden Spannung und damit der Höhendifferenz des Flüssigkeitsspiegels in den beiden Schenkeln des U-Rohres. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung stellt also eine sich selbst abgleichende Meßbrücke dar mit einer numerischen Direktanzeige. Numeric display devices (not shown) that use the contacts 64, 67 and the tap 69 are operated, allow a direct numerical Reading in tens of units of the voltage across the capacitor 60 and thus the difference in height of the liquid level in the two legs of the U-tube. The arrangement shown in FIG. 4 thus represents a self-balancing measuring bridge with a direct numeric display.

Das Ausgangssignal des Servosystems 61 kann jedoch auch für Steuerzwecke verwendet werden.However, the output signal of the servo system 61 can also be used for control purposes be used.

Claims

Claims: 1. Pressure measuring device comprising a conductive one Liquid-containing U-tube made of electrically non-conductive material, one of which Leg of the pressure is to be supplied in such a way that the relative liquid level of the both legs corresponds to the applied pressure, capacitive, from a voltage source powered transducers assigned to each leg and from the height of the liquid level dependent in the legs assigned to them, a difference formation device emit supplied signals, with each transducer the liquid as a first electrode acts and in each transducer a second electrode acts electrically conductive material is provided outside the U-tube, characterized in that that each transducer (30, 31) has an electrically conductive grid (16) which over the second electrode (15) and extends in the axial direction in both directions extends beyond the second electrode that a zero line (38) extends the two Grid (16) connects together and that the AC voltage source (18) between the first electrode (13, 29) and the zero line (38).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the difference forming device (19) includes a power transmission device (42, 43, 44 or 42, 43, 50) which the signals resulting from the between the second electrode (15) and the neutral line (38) each converter (30, 31) derive the resulting currents, are supplied in the opposite direction and a balancing device (36, 37 or 60 to 69 or 51, 52) which is designed such that it supplies a compensation current to the current transmission device supplies in the opposite direction to the difference signal formed there.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the current transmission device a transformer (42) with one or more input windings (41), which the currents of each converter (30, 31) are supplied, and further an amplifier (50) includes to amplify the output winding (43) of the transformer (42) resulting signal, and that the balancing device supplies an input current supplies the transformer derived from the output of the amplifier or controlled.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the difference formation device (19) comprises an output transformer (42), which has two windings (41) which are strongly coupled to one another and which are those of the transducers (30, 31) supplied currents are supplied.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the second electrode (15) and the grid (16) of one or both transducers (30, 31) are adjustable with regard to the position along the legs of the U-tube.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that a device for shaking the U-tube (10) is provided.

References considered: U.S. Patent No. 2,746 295; "The Engineer", 1950, p. 304.