DE1573448C3 - Differential pressure measuring device - Google Patents
Differential pressure measuring deviceInfo
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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Description
Die Erfindung betrifft eine Differenzdruckmeßeinrichtung.,
bestehend aus einem mechanischen Differenzdruckmeßwerk und einer Vorrichtung zur Abbildung
der Meßgröße in ein elektrisches Meßsignal, bei der das symmetrisch aufgebaute Meßwerk zwei
Druckkammern, zwei diese beiden Kammern voneinander trennende, unter dem Einfluß des zu messenden
Differenzdruckes frei hubbeweglich gelagerte und gegen elastische Rückstellkräfte bewegliche Elemente
(Membran, Faltenbalg od. dgl.) und eine den von beiden Elementen abgeschlossenen Raum dicht
ausfüllende Flüssigkeitsfüllung aufweist.
Es sind Differenzdruckmeßeinrichtungen dieser Art bekannt, bei denen die beiden elastischen Elemente,
die z. B. als Wellrohre ausgebildet sind, über eine Stange starr miteinander gekuppelt sind und bei
denen die Bewegung der Stange, die unter dem Einfluß des zu messenden Differenzdrucks auftritt, elektrisch
abgebildet ist. Solche Einrichtungen lassen eine hohe Meßgenauigkeit nicht zu. Meßunsicherheiten
treten besonders bei stark wechselnden statischen Drücken und bei wechselnder Temperatur auf, da
sich infolge der Volumenänderung der Flüssigkeitsfüllung häufig unzulässige Verformungen der elastischen
Elemente ergeben.The invention relates to a differential pressure measuring device, consisting of a mechanical differential pressure measuring unit and a device for mapping the measured variable into an electrical measuring signal, in which the symmetrically constructed measuring unit has two pressure chambers, two of which separate these two chambers, and is freely lifted under the influence of the differential pressure to be measured and has elements (membrane, bellows or the like) that are movable against elastic restoring forces and a liquid filling that tightly fills the space enclosed by the two elements.
There are differential pressure measuring devices of this type are known in which the two elastic elements, the z. B. are designed as corrugated pipes, are rigidly coupled to one another via a rod and in which the movement of the rod, which occurs under the influence of the differential pressure to be measured, is mapped electrically. Such devices do not allow a high measurement accuracy. Measurement uncertainties occur particularly in the case of strongly fluctuating static pressures and fluctuating temperatures, since impermissible deformations of the elastic elements often result as a result of the change in volume of the liquid filling.
Es ist deshalb bekannt, den Raum, den die Flüssigkeit aufnimmt, zusätzlich mit einer flexiblen Wandung zu versehen, die eine Ausdehnung des Flüssigkeitsvolumens zuläßt, ohne daß sich die dadurch sonst erzeugten Kräfte störend an den elastischen Elementen bemerkbar machen.It is therefore known that the space which the liquid takes up is additionally provided with a flexible wall to provide, which allows an expansion of the liquid volume without the thereby otherwise generated forces disturbing the elastic elements noticeable.
Diese Anordnungen weisen den Nachteil eines systematischen Meßfehlers auf, der nicht kompensiert werden kann und der der Federkonstante der flexiblen Wandung proportional ist.These arrangements have the disadvantage of a systematic measurement error which does not compensate for and which is proportional to the spring constant of the flexible wall.
Ferner ist ein Differentialmanometer mit zwei mehrfach spiralförmig gewundenen Röhrenfedern bekannt (deutsche Patentschrift 603 645), die jeweils mit einem Druck beaufschlagt sind. Die Enden der Röhrenfedern sind über jeweils einen Hebel mit einer ausziehbaren Stange verbunden, die ihre Lage in Abhängigkeit von dem jeweiligen Differenzdruck verändert. Diese Lageänderung wird zur mechanischen Auslenkung eines Zeigers benutzt.There is also a differential manometer with two tubular springs wound in a multiple spiral shape known (German patent specification 603 645), each of which is subjected to a pressure. The ends of the Tubular springs are connected to an extendable rod via a lever, which depends on their position changed by the respective differential pressure. This change in position becomes a mechanical one Deflection of a pointer used.
Bei einer anderen bekannten Differenzdruckmeßeinrichtung (französische Patentschrift 1 370 282) ist ein Faltenbalg über eine Feder mit einem Hebel der Abbildungsvorrichtung verbunden. Der Hebel ist an einem Ende mittels einer Welle beweglich gelagert. Dadurch entstehen Lagerstellen, die infolge auf-. tretender Reibungskräfte die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. In another known differential pressure measuring device (French patent specification 1 370 282) a bellows is connected to a lever of the imaging device via a spring. The lever is mounted movably at one end by means of a shaft. This creates bearings that result on-. Occurring frictional forces affect the measurement accuracy.
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, die bekannten Differenzdruckmeßeinrichtungen in der Weise zu verbessern, daß Meßfehler, die sich aus Volumenänderungen der Füllflüssigkeit auf Grund einer Änderung des statischen Druckes oder einerThe invention is concerned with the object, the known differential pressure measuring devices in the Way to improve that measurement errors resulting from changes in volume of the filling liquid due to a change in static pressure or a
■50 Temperaturänderung ergeben, ohne Verwendung einer flexiblen Wandung vermieden sind.■ 50 temperature change result, are avoided without using a flexible wall.
Erfindungsgemäß wird dieses bei einer Differenzdruckmeßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die beiden Elemente über jeAccording to the invention, this is done in the case of a differential pressure measuring device the type described achieved in that the two elements over each
; 55 eine mechanische Koppeleinrichtung einen Meßkörper
beweglich gelagert halten und daß der Meßkörper Bestandteil der Vorrichtung zur elektrischen Abbildung
der Meßgröße in ein elektrisches Signal ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.; 55 a mechanical coupling device hold a measuring body movably mounted and that the measuring body is part of the device for the electrical mapping of the measured variable into an electrical signal.
Further developments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Figuren dienen zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Druckdifferenzmeßeinrichtung. Es zeigt dieThe figures serve to explain exemplary embodiments of the pressure differential measuring device according to the invention. It shows the
F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden elastischen Elemente über ein mechanisches Getriebe zur Bildung der Differenz zwischen den Hubbewegungen beider Elemente mit der elektrischen Abbildungsvorrichtung verbunden sind; dieF i g. 1 a first embodiment in which the two elastic elements via a mechanical Gear to form the difference between the stroke movements of both elements with the electric Imaging devices are connected; the
F i g. 2 erläutert ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Hubbewegungen der beiden Elemente in eine Kraft umgewandelt werden und die Differenz zwischen den beiden resultierenden Kräften gebildet wird; dieF i g. 2 explains another embodiment, in which the stroke movements of the two elements are converted into a force and the difference is formed between the two resulting forces; the
F i g. 3 zeigt schließlich abschließend einen bevorzugten Anwendungsfall dieser Differenzdruckmeßeinrichtungen. F i g. Finally, FIG. 3 shows a preferred application of these differential pressure measuring devices.
In F i g. 1 bezeichnet 1 ein zentrales Gehäuseteil, das durch zwei druckdicht mit ihm verbundene Kappen 2 und 3 abgeschlossen ist. Die Kappen 2 und 3 weisen Anschlußöffnungen 4 und 5 auf, die es gestatten, Druckkammern 6 und 7 über Zuleitungen mit den jeweiligen Meßstellen zu verbinden.In Fig. 1 denotes 1 a central housing part, which is connected to it by two pressure-tight caps 2 and 3 is complete. The caps 2 and 3 have connection openings 4 and 5, which allow To connect pressure chambers 6 and 7 to the respective measuring points via supply lines.
Die Druckkammern 6 und 7 sind durch zwei Wellrohre 8 und 9 voneinander getrennt. Die Wellrohre sind an dem Gehäuseteil 1 befestigt und überdecken jeweils eine Ausnehmung in diesem Gehäuseteil. Ihre Federkonstanten sind klein, und es stehen die KöpfeThe pressure chambers 6 and 7 are separated from one another by two corrugated tubes 8 and 9. The corrugated pipes are attached to the housing part 1 and each cover a recess in this housing part. your Spring constants are small, and the heads stand
10 und 11 beider Wellrohre jeweils unter der Kraftwirkung von Druckfedern 12 und 13. Die Druckfedern stützen sich einmal an die Wandung des Gehäuseteils 1 und zum anderen an den Köpfen 10 und 11 ab.10 and 11 of both corrugated pipes under the force of compression springs 12 and 13. The compression springs are supported on the one hand on the wall of the housing part 1 and on the other hand on the heads 10 and 11 away.
Die beiden Wellrohre 8 und 9 sind hinsichtlich ihrer elastischen Eigenschaften und ihrer Wirkflächen identisch ausgebildet, und es ist die Anordnung derart getroffen, daß beide Wellrohrkörper in Verbindung mit den Federn 12 und 13 die gleiche Kraft-Hub-Charakteristik aufweisen. Es entsteht so ein symmetrisch aufgebautes Differenzdruckmeßwerk, dessen elastische Elemente beim Einwirken gleicher Kräfte gleiche Hübe ausführen.The two corrugated pipes 8 and 9 are in terms of their elastic properties and their effective areas designed identically, and the arrangement is made such that both corrugated pipe bodies are in connection with the springs 12 and 13 have the same force-stroke characteristics. It creates one symmetrically constructed differential pressure measuring mechanism, the elastic elements of which are the same when they act Forces perform the same strokes.
Das Innere des von den beiden Wellrohren 8 und 9 abgeschlossenen Raums ist dicht mit einer im wesentlichen inkompressiblen Flüssigkeit ausgefüllt. Es kann sich dabei z. B. um Silikonöl handeln.The interior of the space closed by the two corrugated tubes 8 and 9 is sealed with a substantially incompressible liquid filled. It can be, for. B. to be silicone oil.
Die Köpfe 10 und 11 sind über Druckstangen 20 und 21 mit einem Hebel 22 gelenkig verbunden. Der Hebel 22 steht über eine Kurbelstange 23 mit einem Hebel 24, der um eine ortsfeste Achse 25 drehbar gelagert ist, in Verbindung. Die Achse 25 ist aus dem Innern des Raumes 26 z. B. über eine elastische Durchführung herausgeführt, und die Stellung der Achse 25 ist mittels einer geeigneten Vorrichtung elektrisch abgebildet. Als Abbildungsvorrichtung kann ein Drehtransformator benutzt werden, der eine mit der Stellung der Achse 25 veränderliche Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude der Stellung proportional ist und deren Phasenwinkel in einer Nullstellung um 180° springt.The heads 10 and 11 are articulated to a lever 22 via push rods 20 and 21. the Lever 22 stands via a connecting rod 23 with a lever 24 which is rotatably mounted about a fixed axis 25 is connected. The axis 25 is from the interior of the room 26 z. B. via an elastic Implementation led out, and the position of the axis 25 is by means of a suitable device electrically mapped. A rotary transformer can be used as the imaging device generated with the position of the axis 25 variable alternating voltage, the amplitude of the position is proportional and its phase angle jumps by 180 ° in a zero position.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:The arrangement described works as follows:
Beim Wirksamwerden einer Differenz zwischen den Drücken in den Kammern 6 und 7 bewegen sich die Köpfe der Wellrohre 8 und 9 gegenläufig, d. h., ist dabei beispielsweise in der Kammer 6 der höhere Druck wirksam, so bewegt sich der Kopf 10 in Richtung auf das Gehäuseteil 1, während sich der KopfWhen a difference between the pressures in chambers 6 and 7 takes effect, they move the heads of the corrugated pipes 8 and 9 in opposite directions, d. that is, it is the higher in chamber 6, for example Effective pressure, the head 10 moves in the direction of the housing part 1, while the head
11 von dem Gehäuseteil 1 fortbewegt. Der Hebel 22 wird dabei in Richtung der Stangen 20 und 21 parallel verschoben, wodurch der Hebel 24 um die Achse 25 um einen entsprechenden Betrag gedreht wird. Treten jedoch statische Druckänderungen auf, die in den Kammern 6 und 7 Druckerhöhungen oder Druckabsenkungen um gleiche Beträge herbeiführen, oder ändert sich das Volumen der in dem Raum 26 angeordneten Flüssigkeit infolge einer Änderung der Temperatur, so bewegen sich die Köpfe 10 und 11 gleichsinnig. Tritt also z. B. in den Kammern 6 und 7 eine Druckerhöhung auf, so bewegt sich der Kopf 10 in Richtung auf die Wandung des Gehäuseteils 1, und eine gleichartige Bewegung in Richtung auf die Wandung des Gehäuseteils 1 führt der Kopf 11 aus. Hierdurch wird der Hebel 22 um die Achse 27 der Kurbelstange 23 gedreht, und der Hebel 24 bleibt in Ruhe. Infolge dieser Ausbildung werden also gleichsinnig verlaufende Hubbewegungen der Wellrohre 811 moved away from the housing part 1. The lever 22 is parallel in the direction of the rods 20 and 21 moved, whereby the lever 24 is rotated about the axis 25 by a corresponding amount. However, if static pressure changes occur, the pressure increases in chambers 6 and 7 or Bring about pressure drops by the same amount, or the volume of the in the space 26 changes arranged liquid due to a change in temperature, the heads 10 and 11 move in the same direction. So occurs z. If, for example, there is a pressure increase in chambers 6 and 7, then head 10 moves in the direction of the wall of the housing part 1, and a similar movement in the direction of the The head 11 extends the wall of the housing part 1. As a result, the lever 22 is about the axis 27 of the The connecting rod 23 is rotated and the lever 24 remains at rest. As a result of this training will therefore be in the same direction running stroke movements of the corrugated pipes 8
ίο und 9 nicht auf die Vorrichtung zur Abbildung des Differenzdruckes in ein elektrisches Meßsignal übertragen. Gegensinnig verlaufende Bewegungen werden indessen elektrisch abgebildet, und sie sind dem zu messenden Differenzdruck proportional.ίο and 9 do not refer to the device for mapping the Transferring the differential pressure into an electrical measurement signal. Movements going in opposite directions become however, they are mapped electrically, and they are proportional to the differential pressure to be measured.
In der F i g. 2 sind bereits in der F i g. 1 bezeichnete Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Anordnung ist hier indessen derart getroffen, daß die Stangen 20 und 21 über zwei gleichartige Federn 30 und 31 mit einem aus weichmagnetischem Werkstoff gefertigten Meßkörper 32 verbunden sind. Die Stellung des Meßkörpers 32 ist mittels eines in der F i g. 2 nur schematisc.h angedeuteten Differentialtransformators elektrisch abgebildet. Die Erregerwicklung des Transformators ist mit 33 bezeichnet.In FIG. 2 are already shown in FIG. 1 denoted components with the same reference numerals. The arrangement is made here, however, in such a way that the rods 20 and 21 have two springs of the same type 30 and 31 are connected to a measuring body 32 made of soft magnetic material. The position of the measuring body 32 is determined by means of a device shown in FIG. 2 only schematically indicated differential transformer electrically mapped. The excitation winding of the transformer is denoted by 33.
Sie ist beispielsweise mit einer 1 OkHz-Wechselspannung gespeist. Den Wicklungen 34 und 35 ist dann eine Wechselspannung gleicher Frequenz entnehmbar, deren Amplitude mit der Stellung des Meßkörpers 32 variabel ist. Ihre Phasenwinkel unterscheiden sich jedoch um 180°, und es sind die Ausgangsspannungen der Wicklungen 34 und 35 ausgangsseitig elektrisch gegeneinander geschaltet, so daß sich beide Spannungen in der Nullstellung des Meßkörpers 32 kompensieren. Die Differenzspannung ist dabei in bekannter Weise der Stellung des Meßkörpers 32 proportional. Im übrigen arbeitet diese Anordnung wie die Anordnung nach Fig. 1. Sie weist jedoch den Vorteil auf, daß Durchführungen aus dem Innern des Raumes 26 zur Durchführung der Stellung einer Welle nicht erforderlich sind.It is, for example, with an alternating voltage of 1 OkHz fed. An alternating voltage of the same frequency can then be taken from windings 34 and 35, the amplitude of which is variable with the position of the measuring body 32. Their phase angles differ however, by 180 °, and there are the output voltages of the windings 34 and 35 on the output side electrically connected to one another, so that both voltages are in the zero position of the measuring body 32 compensate. The differential voltage is the position of the measuring body 32 in a known manner proportional. Otherwise, this arrangement works like the arrangement according to FIG. 1. However, it has the Advantage that bushings from inside the space 26 to carry out the position of a Shaft are not required.
Wie aus der F i g. 3 ersichtlich, können die Ausgangssignale der Wicklungen 34 und 35 einer ihre Differenz bildenden Vorrichtung 70 zugeführt werden. Das mit der Differenz veränderliche Ausgangssignal dieser Vorrichtung ist über eine Signalleitung 71 einer zweiten Vorrichtung 72 zugeführt, die die Wurzel aus ihrem Eingangssignal bildet. Ihr Ausgangssignal wird über eine Signalleitung 73 einem Meßinstrument 74 zugeführt, das somit die Wurzel aus dem gemessenen Differenzdruck anzeigt.As shown in FIG. 3, the output signals of the windings 34 and 35 can be one of theirs Difference forming device 70 are supplied. The output signal that changes with the difference this device is fed via a signal line 71 to a second device 72 which the Forms the square root of your input signal. Your output signal is via a signal line 73 a Measuring instrument 74 supplied, which thus displays the square root of the measured differential pressure.
In dieser Ausbildung ist die Differenzdruckmeßeinrichtung zur Durchflußmessung nach dem Wirkdruckmeßverfahren nutzbar. Dieses Meßverfahren dient bekanntlich zur Ermittlung des Durchflusses fluider Medien durch Rohrleitungen unter Verwendung einer in die Rohrleitung eingeschalteten Drosselstelle, z. B. einer Blende, durch Messung des an dieser Drosselstelle wirksamen Differenzdrucks. In this embodiment, the differential pressure measuring device is used to measure the flow rate using the differential pressure measuring method usable. As is known, this measuring method is used to determine the flow of fluid media through pipelines a throttle point switched on in the pipeline, e.g. B. an aperture, by measurement the differential pressure effective at this throttle point.
Das in der Fig. 1 beschriebene Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden elastischen Elemente über ein mechanisches Differentialgetriebe mit der Vorrichtung zur elektrischen Abbildung des Differenzdruckmeßwertes verbunden sind, weist den Vorzug auf, daß man bei Wahl solcher elastischen Elemente, die eine kleine Federkonstante aufweisen, auf besondere an die Elemente angreifende Meßfedern, die hinsichtlich ihrer Kraft-Hub-Charakteristik zusam-The embodiment described in Fig. 1, in which the two elastic elements over a mechanical differential gear with the device for the electrical mapping of the measured differential pressure value connected, has the advantage that when choosing such elastic elements, which have a small spring constant, on special measuring springs acting on the elements, the in terms of their force-stroke characteristics
men mit den elastischen Elementen gleich ausgebildet sein müssen, verzichten kann. Die Funktion dieser Federn kann durch eine einzige Feder ersetzt werden, die für beide Elemente gemeinsam vorgesehen ist. Die Richtkraft der elastischen Elemente kann dabei durch eine über das Differentialgetriebe auf beide Elemente rückwirkende und an ein Getriebeteil angreifende Feder erzeugt sein. Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 kann diese Feder an den Hebel 24 angreifen.men must be designed the same with the elastic elements, can do without. The function of this Springs can be replaced by a single spring that is provided for both elements in common is. The straightening force of the elastic elements can be increased by a via the differential gear both elements be generated retroactive and acting on a transmission part spring. In the embodiment of FIG. 1 this spring can be attached to the lever 24 attack.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
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Family
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Families Citing this family (2)
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-
1966
- 1966-11-26 DE DE19661573448 patent/DE1573448C3/en not_active Expired
Also Published As
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Legal Events
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| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |