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Druckmeaagerat Ifllier Meeetechnik taucht immer wieder die Frai auf
wie M@@@wandler am einfachsten den verschiedensten Anwendungsfällen ang@passt werder
können.
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Dabei mgssen oft, besonders bei Kraftmesswandlern der V@rw@@@ung entsprechend
verschiedene Einbaugrassen mit ga@z verschi@d@n@n B@last@@@@b@r@ichen verfdgbar
soin. Um m diese Schwierigkeiten zu meistern sind Druckmessgerãte vorgeschlagen
worden, welche die su messenden Kräft mit hydraulischen Mitteln in Drticke umwandeln
und diese dann mittelt Druckmesswandlern messin. Infolge der Dichtschwierigkeiten
und der Reibung@@inflüsse die durch eingepsete Kolben und Dichtungen unvermeidlich
dard, bambou xieh diese G@räte nur einen beschrãnkten Verwendungabereich sichern
können.
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Es bestehen in der Praxis auch immer wieder Full, wo Druck- und Kraftm@@@-wandler
kurz vor der Messung aus der Messeinrichtung ausg@baut und einer Kalibrierung unterzogen
werden müssen.. Zu diesem Zweck werden die M@@@-wandler
normalerweise
im Messlabor in eine hydrauliache Prüfbank maiort und rtufenweise mit verschiedenen
Gewichtsätzen oder aber auch mit Kotbeopumpe belastet, wobei das Mess-Signal mit
dem Prüfmanometer verglichen wird. Dieae Kalibriermethbden sind allgemein üblich
und je nach der sur VsrfUgung stehenden Ausrtlstung auch genau; man erreicht 0,5
% Genauigkeit und unter günatigen Umständen noch weaentlich mehr.
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In videz Fallen ist es jedoch erwünacht, gerade an der M@@@@telle,
i s Betrieb oder auf dem Feld, eine raache Ueberprüfung der Empfindlichkeit und
Li@@@ ritat der Messwandler durchzuführen ohne d di@s@lb@n ins M@@@labor geachidtt
su werden brauchen was oft mit einem gros Zeitv@rlust trbodz n taL Wichtig ist,
dans das Messgerat tragbar ist und an jeder Stelle aufgest@llt werd@@ kann. Die
hydraulischen Prüfwaagen und Prüfpressen sind inf@@ge ihr@@ Gewi@@@@@ und ihr Anforderungen
an absolut horizontale und vibrationsfrei@ Aufstel@@@g für solebe Zwecke ungeeignet.
Insbesondere, wenn es sich um M@@@wertwandler 'r hohe Drücke oder Kräfte handelt
sind die entsprechenden hydraulis M@@@-einrichtungen ausserst umfangreich, schwer
und koatapidig.
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Um dise Schwierigkeiten der Immobilitat der Messeinrichtung zu umg@hen
ist vorraehlagen worden, die Mesamembran der Drue direct mit bekatmteH Kräften über
einen mechanischen Stemp@l zu b@l@@t@n. Diese Methode hat wo@l Vorteil einer grossen
Einfachheit, bringt aber and Messfahler mit aich, da der Faktor swischen punktförmiger
und Fläc@@@belast@@g der Membranpartie meist zu wenig genau bekannt ist. Zudem entsteht
eine mechanische Gefahrdung der Membranpartie."
Die Erfindung bezweckt
die Schaffusg eines Druckmesgerätes, das sehr einfach zu bedienen ist, keine Abdichtprobleme
für hydraulische Mittel aufweist, eine hohe Genauigkeit gewährleistet, leicht demontier-und
kontrollierbar ist und insbesondere für das Kalibrieren von Messwandlern wesentliche
Vorteile bietet, Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhangende Merkmale und
Vorteile sind anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigen : Fig. 1 Ein Druckmessgerät mit kolbenartigem Verdrängerorgan,
im Schnitt Fig. 2 Eine weitere Aus£Uhrungsform mit Membran-Kolben als Verdrängerorgan,
im Schnitt Fig. 3 Ein Druckmessgerät zum Kalibrieren von Messwandlern, im Schnitt
Fig. 4 das In Fig. 3 gezeichnete und in die Backen einee Schraubatockes eingespannte
Gerät Fig. 5 ein Druckmessgerät mit sternförmiger Anordnung der Bohrungen fOr die
Messwandler Fig. 6 Ein Druckmessgerat mit elektr. angeschlossenen Mesawandlern.
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Fig. 7 Ein tragbares Auswertgerat für Referens d Prtfmeg dler Fig.
8 Ein Druckmessgerat zur Kalibrierung von swi Kraftmesswandlern Fig. 9 Eine andere
Ausführungsform von Fig. 8 Die Awmbrunpform nach Fig. 1 seigt den allgemeinen F@ll
eines Druckmessgergtes, wo eine punkt-oder flächenförmig verteilte Kraft P auf ein
V rdrãnr. organ 1 einwirkt, welches in einen Kdrper 2 eingepaawt ist. Zwischen den
beiden
ist ein gummielastischer Uebertragungskörper 3 eingelegt,
der in Verbindung ist mit der druckempfindlichen Membran 4 des Druckmesswandlers
5. Ftir besonders hohe Dracke eignet sich eine Ausführungsform nach Fig. Z, wo der
VerdrEngerkolben 6 sich auf eine Metallmembrane 7 abstAtst die in einem Stfitzorpn
8 aufgeschweisst ist. Dieses Abstützorgan ist seinerseits fest ins Gehäuse eingebaut.
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Bei der Ausfthrungsform nach Fig. 3 lot ein Druckm essgerat gezeigt
wie es zum Kalibrieren von Druckmesswandlern verwendet werden kann, bestehend aus
Gehãuse 11 mit der Bohrung 12 die senkrecht steht zu den leichachsigen Bohrungen
13a und 13b. Die Innenwãnde dieser Bohrungen Bind gelãppt. Die horizontalen Bohrungen
13a und 13b weisen je ein Einschraubgewinde fer den Einbau von Messwandlern aufe
In der Bohrung 13 a sitzt der Referenzmesswandler 14, der ausgesucht ist und in
bezug auf Linearitãt und Stabilitãt Abweichungen von weniger als 0,3 % aufweist.
Der zu prCende Messwandler 15. ist in die Bohrung 13b eingebaut. Vor den Membranen
der beiden Messwandler ist gegebenenfalls je ein mit Silikonfett tibersogener Teflondichtkolbeo
16 angeordnet. In der rechtwinklig angebrachten Bohrung 12 iwt die Druckschraube
18 eingebaut, die auf einen genau eingepassten Stahlkolben 19 drtickt. Von unten
her ist Bohrung 12 mittels FElschraube 21 und Dichtkolben 22 abgeschlossen.
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Die Druckkammer 20 ist mit Silikongummi ausgegossen worden, der bei
Raumtemperatur su einem UobertraFngErper (gummielastisch) ausvulkanisiert. wird
nun durch Drehung der Schraube 18 mittels Schlflssel 23 der Uebertragungs. körper
unter Druck gesetzt, so entstehen an den beiden Messwertwandlern
zwei
genau gleich grosse Druclcwerte, die idelp der Kompressibilität des Uebertragungskörpers
sich wie ein perfekter FlAssigkeitsdruck den Messwandlermembranen mitteilen. Durch
die absolue Symmetrie der Anordnun ergeben sich auch bei allfãlliger Reibung des
Uebertragungskorpers in den Bohrungen 13a und 13b absolut gleiche Werte, was fUr
eine genaue Messung unbedingt erforderlich ist. Zur bequemen Handhabung des Druclcgenerators
kann derselbe mittels Schraubenlöcher 25 montiert werden. Entsprechend Fig.4 sind
seitlich Einfräsungen vorgesehen, sodass das Gerät auch in den Backen 26 eines Schraubstockes
eingespannt werden kann.
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Durch die Tatsache, dass neuzeitliche Messwandler eine sehr geringe
Deformation der messempfindlichen Teile aufweisen wie dies s. B. bei piezoelektrischen
Wandlern der Fall ist, ergibt sich fOr den gummielastischen UebertragungskOrper
lediglich Kompression, jedoch aber vemachlässigbare Deformation, was für die Lebensdauer
von ausschlaggebend@r Bedeutung ist.
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Auchbei der Verwendung des Druckmessgerätes als Kraftum@@tzer wie
in Fig. 1 und 2 dargestellt ist es von Bedeutung, dass der gummielastische Uebertragungskörper
nur komprimiert wird was der Fall ist, wenn der im GehEuse eingebaute Druckmesswandler
eine praktisch deformationsfreie Messmembran besitst.
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Durch langsame Drehung der Schraube 18 kann nun st@fenlos eine Dr@cksteigerung
erreicht werden, die ohne jede Dichtschwierigkeit auf 10000 at und mehr gesteigert
werden kans und durch Rückdrehen ebenf@@@ etutenloe auf
Umgebungsdruck
abgesenkt wird. Ale überraschende Erscheinung kann praktiaeh t<eine Hyatereaia
festgestellt werden.
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Die Brfindung kann aber nicht nur fOr Mes en an einem Prnfmeaawandler,
sondern auch Mr eine Mehrzahl derselben verwendet werden wie dies in Fig. 5 ge zeigt
ist. Der gmmielastische DrucMbertragungakorper 37 hat in diesem Fall sternförmige
Gestalt, er wird durch einen in der Bohrung 28 angeordneten 8tahlsylinder komprimiert.
Die Mesawandler 29 sind ebenfalls atemformig und genau symmetrisch zur Verdrängerkolbenbohrung
28 angeordnet. Der Verdrangerkolben in der Bohrung 28 kann ebenfalls wie in Fig.
3 mit veiner Drucka bewegt werdem, on ist aber auch mogiich, denselben mit Nocken-oder
Kurbelantrieb motorisez anautreiben, wodurch eine aehr einfache Prüfvorrichtung
entsteht um Dauerversuche etc. an Messwandlern durch@uführen.
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Daa gleiche Druckerzeugungsprinzip kann auch zur Eichung von Kraftmesswandern
verwendet werden wie dies in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigt lot.
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Fig. 8 seigt ein Druckmessgerät, in dem auf einer Seite ein Referenz-Kraftmesswandler
44, auf der anderen der su prüfende Kraftmesswandler 4@ eingobant ist. Mittels Druckschraube
40 und Verdrängerk@lben 41 wird der gMamidé U@bertragungskörper 32, z.B. aus Silikongummi
gegen die beiden In dia Bobs 46 und 47 eing@brachten Kolb@n 4@ gepresst, die ihrerseits
aut die beiden Kraftmesswandler abgestützt sind und auf diese genau gleich gro@@@
Kräfte aus@ben.
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Durch Hinterein@@derschaltung des Referens-und des Prüfmesswandlers
kann
das gleiche Prinzip entsprechend Fig. 9 angewendet werden. Dazu kann im Körper Bb
durch Druckschraube 51 und Verdrãngerlcolben 52 im Raum 53, der wieder mit einem
gummielastischen Körper z. B. Buna oder Naturgummi gefüllt ist, ein sehr hoher Druck
erzeugt werden. Dieser wird noch abersetzt in eine entsprechend grosse Kraft, die
über den Kolben 54 in der Bohrung 54a aut don Referenzkraftmesswandler 55, die Zwisch@nplatte
56 und den PrüfmesswandlerB7aufdaeGehaneeMabgestotstwird.DiebeidenKreftmeaewandler
Mnnen dorch die Oeffnung 5@ bequem ein- und ausgebaut und elektrisch angeclllo werden.
Die Schraube 59 dient zur Höhenjustierung damit der Kolben 54 immer in der reichen
Auagangalnge verMeiben kann.
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Zur Kalibrierung eines zu prüfendenMesswertwandlers wird dessen Ausgangssignal
mit dem jenigen eines Referenzdruckwandlers verglichen. Dies kann auf verschiedene
Art und Weise geschehen, In Fig. 7 ist ein tragb@res Auswertegerät gezeigt das aus
j@ einem Verstärker 30, 32 und j@ einem Anzeig@g@rät 31 und 32 besteht.Die Gruppe
30, 31 stellt den Referens-oder Sollwert d@r und die Gruppe 32,33 d@n Istw@rt. Ein
Vergleich der beid@n Able@@@gen ergibt evt. Fehler für j@den Druckbereich. Eine
weitere Möglichkeifbeetehtdarin,eineraeittdeaAbeehttdrnedee<etersnsgshtfe<nnderarseite
die Differens der beiden Messwandler @@@uzeigen. S@@@@@@@li@@ ist es auch möglich,
die beiden Mess-Signal@ auf die x und y A@@@@@ ei@@@ Zwei@@@@di@@t@@-schreib@rs
zu @@@@trag@@, wodurch @irekt die @i@@@@@v@ d@@ @@ pr@@@@@@@ Messwandlers aufg@@@@@@@
werden kann.
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Die Erfindung gestattet Mesßgerfite zu bauen, die dank der Anwendung
eines gwnmielactischen Uebertragungskörpers auf präzise Weise Kräfte in Drücke umsetzen,
welche in vielen Fällen einfacher zu messen sind. Das gleiche Messprinzip kann aber
auch zum Kalibrieren von Messwertwandlern verwendet werden, wodurch ein MessgerEt
entsteht, das leicht tragbar ist und direkt an der Messstelle eingesetzt werden
kann. Der Unterschied der beiden Geräte besteht lediglich darin, dass im ersten
Fall die zu messende Kraft auf den Verdrängerkolben drückt währenddem im zweiten
Fall eine erzeugte Kraft deren Grosse nicht interessiert auf den Verdrängerkolben
drückt und wo der gummielastische Uebertragungskörper auf zwei oder mehr Messwandler
einwirkt.
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Die Erfindung kann aber nicht nur zur Messung und Kalibrierung von
Messwandlem sondern auch sur Fahrikationsprüfang verwendet werden, dt es sich bei
verachiedenen Messwandlerkonstruktionen gezeigt hat, dass @ie er@t nach einer gewiasen
Zahl von Lutvorgnen ibre endgfiltigen Eigenschaften ')?' erriche soda vor der Abnahmeprüfung
eine künstliche Alterung durch wechselweise Bel@@tungunumgänglich ist. Da@u eignet
sich eine Anordnung nach 3, 5,8 oder 9. Für solche Fäll@ ist es vorteilhaft, den
Verdrangerkolb@n über einen Pulsator, Nock@@@@tri@b oder eine ähnli@@@ B@w@gung@@inrichtung
in hin-und hergehende Bewegung zu versetzen.
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Als Material für den gummielastischen Uebertragungskörper eignet sich
insbey ein giessbarer Silikongummi der nach dem Vulkanisieren eine Shore Hart* von
@0 bis @0 aufweisen kann. Die@@@ Material eignet sich insb@@ondere
für
kompliziertere Formen von Uebertragungsleorpern wie etwa auf Fig. 5 gezeigt. Für
Anwendungsfälle wo der Verdrangerkolben sowie der Messwertwandler in der gleichen
Achse oder in wenig abweichenden Achsen liegen, kann der gummielastische Uebertragungskörper
auch aus vorbearbeitetem Material z. B. Buna, Naturgummi oder Tenon bestehen. Bedingung
ist, dass die Form d@@ auszuf@llenden Volumen@ so ist dass der Uebertragungskörper
nachtr « lich genau pasend eingeführt werden kann.
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DieErfindung gestattet somit eine bedeutende Vereinfachung in der
Anpassung von Kraftmessgeräten an die jeweiligen Umstande, ferner ergibt sie einfache
Messgerate zur Kalibrierung von Druck- und Kraftmesswandlern und ermöglicht auch
Prüfgeräte zu bauen, die sich fUr die Serie-und Fabrikationsprüfung von Messwandlern
eignen.