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Druckmeßeinrichtung Die Erfindung betrifft eine Druckmeßeinrichtung,
insbesondere eine Druckmeßeinrichtung mit Kraftvergleich, die ein Ausgangssignal
in Abhängigkeit von der Größe des Eingangsdrucks oder der Eingangsdrücke zur @nzeige,
Aufzeichnung oder zur Regelung erzeugt. Sie ist besonders nützlich für die Messung
oder Regelung von Druckdifferenzen.
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Druckdifferenz-Meßeinrichtungen werden häufig verwendet, um die Differenz
zwischen dem Eine und Ausströmdruck an einer Verengung in einer Strömungsleitung
zur Durchflußmessung oder zur Strömungsregelung zu messen. Bei derartigen Einrichtungen
treten Schwierigkeiten im Aufbau auf, besonders wenn die Strömungsleitung unter
sehr hohem Druck steht. In manchen Fällen kann der Mitteldruck 140 kp/cm2 (2000
P.S.I.) betragen, während die zu messende Druckdifferenz nur einige 1O1kp/cm2 (P.S.I.)
betragen kann. Bei derartigen Anwendungen muß die Druckmeßeinrichtung hinreichend
widerstandsfähig sein, um den hohen Druck der Strömungsleitung auszuhalten, und
gleichzeitig empfindlich genug sein, um die vorhandenen, relativ niedrigen Druckdifferenzen
zu messen. Ferner muß das druckempfindliche Element der Einrichtung vor einer Beschädigung
geschütt werden, falls der Druck
in einer der Einganssleitungen
durch eine unvorhergesehene Unterbrechung wegfällt. In bekannten kommerziellen Ausführungen
ist es üblich, das auf die Druckdifferenz ansprechende Element mit einem Druckgehäuse
von festem Aufbau zu umgeben, um den hohen Leitungsdruck auszuhalten, und die Bewegung
oder die Kraft des druckempfindlichen Elements über ein Torsionsrohr oder eine andere
flexible Dichtungsanordnung auf die Druckmeßeinrichtung mechanisch zu übertragen,
die sich außerhalb des Druckgehäuses befindet. Derartige Einrichtungen sind aufwendig,
sowie schwer und umst:ndlich zu bedienen. Weiter wird durch die mechanischen Verbindungseinrichtungen
eine größere Reibung in das Meßsystem eingeführt, die die Meßgenauigkeit negativ
beeinflußt, besonders, wenn kleine Druckdifferenzen zu messen sind.
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Ferner treten auch Schwierigkeiten beim Aufbau der Druckabdichtung
auf, um die mechanische Bewegung vom Druckgehäuse nach außen zu übertragen.
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Eine Druckmeßeinrichtung gemäß der Erfindung weist ein Druckgehäuse
mit zwei mit Flüssigkeit gefüllten Kammern auf, die durch eine starre Trennwand
getrennt sind, und von denen jede an einer Seite von einer flexiblen, isolierenden
Membran verschlossen ist, die einem zu messenden Eingangsdruck ausgesetzt ist.
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Ein flexibles, druckemprindliches Element ist 90 angeordnet, daß
entgegengesetzte Seiten den Flüssigkeitsdrücken in den beiden Kammern ausgesetzt
sind, wodurch es eine Kraft erfährt, die proportional den Druckdifferenzen in den
Kammern ist, wobei die Drücke zu ihm durch hydraulische Kräfte übertragen werden,
die proportional den gemessenen Bingangadrüoken sind.
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Die auf das druckempfindliche Element ausgeübte Kraft wird durch
ein Meßsystem mit Eraftvergleicll gemessen, dessen bewegliche Teile in einer der
mit Flüssigkeit gefüllten Kammern angeordnet sind, wodurch die S-bertragung mechanischer
Bewegung oder einer Kraft vom Gehäuse nach außen vermieden wird. Die Flüssigkeit,
in der die Kraftmeßeinrichtung eingebettet ist, erfüllt die doppelte Funktion der
Übertragung des gemessellell Drucks auf hydraulischem ziege zu dem druckempfindlichen
Element und der Dämpfung der mechanis chen Bewegungen der Kraftvergleiche-Meßeinrichtung,
um sein dynamisches Verhalten zu verbessern und Schwingungen des Servo-Mechanismus
zu verhindern, der das kraftvergleichssystem betätigt.
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Das Kraftvergleichs-Meßsystem hat einen elektro-magnetischen Kruftmotor,
der mit elektrischem Strom über eine iotorversorgungsschaltung versorgt wird, die
durch einen Lageanzeiger geregelt wird, der die Lage des zraftvergleichssystems
feststellt, das durch den Kraftmotor ausbalanciert wird. Der zur Motorversorgungsschaltung
;eleitete Strom, der proportional dem gemessenen Druck ist, wird als Ausgangssignal
verwendet, das vom Gehäuse nach außen über elektrische Anschlüsse geleitet wird.
Um den Eingangsdruckbereich der Meßeinrichtung einzustellen, ist eine Anzahl von
durch Schalter gesteuerten Überbrückungsschaltungen vorhanden, die unterschiedliche
Ströme in der Motorversorgungsschaltung vor dem Kraftmotor ableiten können.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Vermeidung einer
Beschädigung des druckempfindlichen Elements durch ein Überlastventil, das automatisch
sich schließt, um das druckempfindliche Element bei Überdruck zu isolieren. Diese
Maßnahme wird vervollständigt, indem das Kraftvergleichssystem mit einer Überleistung
versorgt
wird, ohne die Meßgenauigkeit zu beeinträchtigen, wenn das druckempfindliche Element
den Drücken des normalen Meßbereichs ausgesetzt ist.
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Die-Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die
einzige Figur ist ein schematischer Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer
Druckdifferenz-Meßeinrichtung gemäß der Erfindung.
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Die Meßeinrichtung weist ein hohles Druckgehäuse 1 auf, das ausreichend
fest aufgebaut ist, um die Drücke des Mittels auszuhalten, denen die Einrichtung
ausgesetzt ist. Im Gehäuse sind zwei isolierende Membranen 2 und 3 montiert, deren
Innenseiten mit dem Druckgehäuse einen flüssigkeitsdichten Raum begrenzen.
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Dieser Raum ist durch eine starre Trennwand 6 in zwei Druckkammern
4 und 5 unterteilt und enthält ein geeignetes Püllmittel, das vorzugsweise dielektri-sch
ist, wie Transformator- oder Silikonöl. Die isolierenden Membranen 2 und 3 werden
durch Endplatten 7 und 8 verschlossen, die mit den isolierenden Membranen Mittelkammern
9 und 10 begrenzen, die mit den zu messenden Drücken über Einlaßleitungen i1 und
12 verbunden sind. Es ist ersichtlich, daß in dieser Anordnung die Flüssigkeit in
der Kammer 4 einem hydraulischen Druck ausgesetzt ist, der vom Nitteldruck in der
Kammer , und der Einlaßleitung ii abhängt und auf die flexible isolierende Membran
2 ausgeübt wird. Ähnlich ist die Flüssigkeit in der Kammer 5 einem hydraulischen
Druck in Abhängigkeit vom Druck in der Kammer 10 und der Einlaßleitung 12 ausgesetzt,
der durch die flexible isolierende Membran 3 ausgeübt wird. Daher hängen die Drücke
in den Kammern 4 und 5 von den Einlaßdrücken ab, die durch die DruckmeßeinriclitunG
gemessen werden sollen.
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In der Druckkammer 4 ist ein flexibles, druckempfindliches Element
13 montiert, das an entgegengesetzten Seiten den Mitteldrücken in den Kammern 4
und 5 ausgesetzt ist, so daß es eine Verschiebuni;skraft erfährt, die proportional
der Druckdifferenz in den Easlmern 4 und 5 ist. Es ist ersichtlich, daß das flexible,
druckempfindliche Element aus einem flexiblen Balg 14 besteht, dessen eines Ende
durch ein starres Verschlußteil 15 abgeschlossen und abgedichtet ist. Das andere
Ende des Balgs ist mit der trennwand 6 in irgendeiner geeigneten Weise, zum Beispiel
durch Schweißen, abgedichtet. Das Innere des Balgs 14 ist mit der Druckkammer 5
durch eine Leitung 16 verbunden, die durch die Trennwand 6 verläuft. Um den Balg
während einer horizontalen Translationsbewegung infolge der gemessenen Druckdifferenzen
zu führen, ist eine Stange 17 vorhanden, deren eines Ende starr an der Innenseite
des Verschlußteils 15 befestigt ist, während das andere Ende einen Schaft 18 aufweist,
der durch die Slüssigkeitsleitung 16 von ihr getrennt verläuft, um eine Mittlströmung
zwischen dem Innern des Balgs und der Druckkammer 5 durch den Raum zwischen dem
Schaft und dem äußeren Umfang der Flüssigkeitsleitung 16 zu ermöglichen. Das äußere
Ende des Schafts 18, das in die Druckkammer 5 hineinragt, wird durch einen Federfinger
19 getragen. Es ist ersichtlich, daß das eine Ende des Fingers 19 starr mit der
Trennwand 6 über einen Vorsprung 20 verbunden ist, während das freie Ende des Pingers
am rechten Ende des Schafts 18 befestigt ist. Die Verbiegung des Federfingers 19
erlaubt eine axiale Verschiebung des Schafts 18, verhindert aber seine seitliche
Bewegung.
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Zur Isolation des Balgs 19 beim Auftreten einer außerordentlich hohen
Druckdifferenz zwischen den Kammern 4 und 5, die normalerweise den Balg zerstören
würde, ist ein Überlastventil 21 vorhanden, das starr am Schaft 18 befestigt ist,
so daß es normalerweise eine mittlere Lage in einer Ventilkammer 22 anninst, die
als eine mittlere Aufweitung der leitung 16 abgebildet ist.
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An entgegengesetzten Seiten des Ventils 21 sind 0-Ring-Dichtungen
23a und 23b vorhanden, die Jeweils an den Ventilsitzen 24 bzw.
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25 nach der Auslenkung des Balgs 14 und des Schafts 18 nach rechts
oder links infolge eines Überdrucks angreifen können. Dieser Vorgang tritt automatisch
auf, um den Balg zu schützen, was weiter unten beschrieben werden soll. Wie oben
erwähnt wurde, ist der auf den Balg 14 ausgeübte Druck, der dessen Verschiebung
verursachen will, proportional der Differen-der Drücke in den Kammern 4 und 5. Zur
Messung dieser Druckdifferenzkraft und der Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals
in Abhängigkeit von einer derartigen Kraft, ist ein Kraftvergleichs-Meßsystem vorhanden,
das in der Flüssigkeitskammer 4 montiert ist un dessen Aufbau nun beschrieben werden
soll.
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Das Kraftvergleichs-Meßsystem weist ein schwenkbar gelagertes Hebelsystem
26 mit einem ersten Hebel 27 auf, der um eine Achse 0 an einer festen Halterung
28 schwenkbar gelagert ist. Im abgebildeten Aufbau wird das Schwenken des Hebels
27 durch ein Paar von senkrecht aufeinander stehenden Bedern 29 und 30 vorgenommen,
die sich zwischen einem Vorsprung 31 am Hebel 27 und senkrechten Verlängerungen
31 und 32 der Halterung 28 erstrecken. Eine Drehbewegung des Hebels 27 aus der normalen,
ausbalancierten
Lage wird durch ein Paar von getrennt befestigton Anschlägen 33 und 34 beschränkt.
Das Hebelsystem 26 ist mit dem Balg 14 verbunden, der darauf ein Drehmoment ausübt,
das den Hebel in Abhängigkeit von den Translationsbewegungen des Balgs drehen will.
Diese Verbindung wird durch eine besondere Anordnung hergestellt, die eine axiale
Bewegung des Balgs über den durch die Anschläge 33 und 34 erlaubten Bereich während
Überdruck erlaubt. Das wird durch einen zweiten Hebel 35 ermöglicht, der in unmittelbarer
NiLhe vom Hebel 27 mittels eines Paars von getrennten Hebeldrehpunkten 36 und 37
montiert ist, um eine Sciiwenkbewegung des Hebels 35 unabhängig vom Hebel 27 zu
erlauben. Bei normalem Druck wird diese Schwenkbewegung durch eine federnde Einrichtung
verhindert, die die Hebel zusammendrückt und dadurch eine Schweiikbewegung des Hebels
35 um einen der Drehpunkte 36 und 37 verhindert. In der Abbildung ist die federnde
Einrichtung als eine Zugfeder 38 gezeigt, deren Enden an den Hebeln 35 und 27 befestigt
sind, um sie zusammenzuziehen. Das linke Ende des hebels 35, das gegenüber der Rotationsachse
0 des Hebelsystem 26 versetzt ist, ist mit dem Balg 14 durch einen Verbindungsbügel
39 verbunden, der sich zwischen de Ende des Hebels 35 und einer Schaftverlangerung
40 erstreckt, die an der Außenseite des Verschlußteils 15 des Balgs befestigt ist
und von dort ausgeht. Der Bügel 39 erstreckt sich durch ein Loch 41 im Hebel 27,
dessen eines Ende einen vergrößerten Abschnitt hat, um ein Gegengewicht 42 auszubilden.
Das ganze Hebelsystem 26 ist so ausbalanciert, daß es unempfindlich gegenüber Stößen
und Schwingungen ist, die sonst eine Rotation des Hebelsystems verureachzen könnten.
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Um das Hebelsystem 26 im ausbalancierten Zustand zu halten und eine
Einrichtung für die Messung der am Balg 14 anliegenden Druckdifferenz zu ergeben,
ist ein Servomotor-Mechanismus mit einem Kraftmotor 43, einem Lageanzeiger 44 und
einer damit verbundenen eleltrischen Einrichtung vorhanden, deren Betrieb nun beschrieben
werden soll.
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Der Kraftmotor 43 ist ein elektro-magnetischer Motor mit einem zylindrischen
Kernaufbau 45, der in der Kammer 4 an der Trennwand 6 getragen wird. Der Kernaufbau
unterstützt einen zylindrischen Permanentmagneten 46, der entlang seiner Ringe polarisiert
ist, um, wie gezeigt ist, einen radialen magnetischen Fluß zwischen den Magneten
und entgegengesetzt an@ebrchten Polen 47 und 48 zu erzeugen, die von dem Magneten
getrennt sind. Der Motor hat einen beweglichen Läufer 49, der eine ringförmige Wicklung
50 trägt, die im Gebiet des durch den Magneten 46 erzeugten, radialen Flusses angeordnet
ist. Wenn ein Gleichstrom der Wicklung 50 zugeführt wird, bewirken die magnetische
Kraft, die durch die Wicklung und den Permanentmagneten 46 erzeugt wird, daß der
läufer vom Permanentmagneten mit einer Kraft angezogen wird, die dem läuferstrom
proportional ist. Der Laufer ist mit dem Hebel 27 an einer Stelle verbunden, die
gegenüber der Rotationsachse 0 des Hebels versetzt ist, so daß bei Erregung des
Hotorläufers ein Drehmoment auf den Hebel ausgeübt wird, das das auf ihn durch das
druckempfindliche Element 15 ausgeübte Drehmoment ausbalanoiert. Die Größe des Stroms,
mit dem der Motor versorgt wird, wird durch den Lagsanzeiger 44 gesteuert, dessen
beweglicher Teil am liebel 27 montiert ist, um die Lage des hebels anzuzeigen. Obwohl
versclliedene Arten von Lageanzeigern velwendet
werden können,
weist der abgebildete mit variabler Induktivität einen stationären, U-förmigen Kern
51 auf, der eine Wicklung 52 trägt, deren Induktivität durch die Lage eines läufers
53 verhindert wird, der aus Perit oder einem anderen, ähnlichen llaterial besteht,
wobei der bewegliche Läufer mit dem Hebel 27 verbunden ist und seine Lage von dessen
lage abhängt. Wenn die Lage des LXufers 53 des lageanzeigers verändert wird, zum
Beispiel durch eine Bewegung des Hebels 27, verändert die resultierende snderung
der Induktivität der Spule 52 die Amplitude der Schwingungen eines Oszillators 54,
mit dem sie in einer bekannten Weise verbunden ist; der Oszillator und ein damit
verbundener Verstärker werden durch eine geeignete Stromversorgung 55 versorgt.
Das verstärkte Ausgangssignal des Oszillators 54 wird einem Gleichrichter 56 bekannter
Bauart zugeleitet, dessen Gleichstromausgang mit einer Motorversorgungsschaltung
57 verbunden ist, die der in Serie geschalteten Läuferspule 50 des Motors 43 Strom
zuführt. siie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die Motorversorgungs@chaltung
eine mit dem Ausgang des Gleichrichters 56 in Serie geschaltete lasteinrichtung
58 und die Läuferwicklung 50 des Kraftmotors auf, wobei der Strom in der Schaltung
proportional der Kraft ist, die auf das Hebel system 26 durch den Motor ausgeübt
wird. Wenn das Hebelsystem ausbalanciert ist, hängt diese Kraft direkt von der Druckdifferenz
ab, die wodurch das druckempfindliche Element 13 ausgeübt wird, so david der Strom
in der Schaltung direkt proportional der gemessenen Druckdifferenz ist und damit
eine Anzeige dieser Größe wird. Da der gleiche Strom durch die lasteinrichtung 58
fließt,
wird diese ebenfalls in Abhängigkeit von der gemessenen Druckdifferenz betätigt.
Die lasteinrichtung 58 kann ein elektrischer Strommesser sein, um die gemessene
Druckdifferenz anzuzeigen, oder sie kann das Betätigungselement einer Aufzeichnungsvorrichtung
oder einer Regeleinrichtung sein, die zur Regelung der zu messenden Druckdifferenz
verwendet wird. Es ist ersichtlich, daß jede Änderung der Druckdifferenz, wie sie
als Änderung der auf das Hebelsystem 26 durch den Balg 14 ausgeübten Kraft auftritt,
eine Bewegung des Läufers 44 des lageanzeigers bewirkt, der seinerseits den zum
Motor geleiteten Strom im richtigen Sinn verändert, so daß der ausbalancierte Zustand
des Hebelsystems wieder hergestellt wird. Tatsächlich ist die 3ewegung des liebels
27 im normalen Betriebsbereich sehr klein, zum Beispiel in der Größenordnung von
0,00. cm (0,001 Zoll). Dazu muß der Lageanzeiger ausreichend empfindlich sein, um
sich im ganzen Bereich der Stromregelung des IIotors mit einer relativ kleinen Verschiebung
des Läufers zu bewegen. Im wesentlichen sind der lageanzeiger und der Motor die
aktiven Bauteile eines Servomeci£anismus, der mit hoher Empfindlichkeit arbeitet,
um das Hebelsystem 26 im ausbalancierten Zustand zu halten und auf diese Weise eine
kontinuierliche Anzeige der gemessenen Druckdifferenz zu gewährleisten, wie sie
durch den Strom angezeigt wird, der in der Motorversorgungsschaltung fließt. Jede
Tendenz dieses Servosystems infolge seiner hohen Empfindlichkeit zu schwingen, wird
im wesentlichen durch das Füllmittel in der Kammer 4 ausgedämpft, in der die beweglichen
Teile des Kraftvergleichssystems eingebettet sind. Daher erfüllt in der beschriebenen
Anordnung das Füllmittel in der Kammer 4 die doppelte
Funktion
der Übertragung des Drucks in der Kammer 4 zum druckempfindlichen Element 13 und
ferner der Dämpfung der Bewegungen des Servomechanismus, der den betätigenden Teil
des Kraftvergleichssystems bildet. Auf diese Weise wird der Aufbau der Druckmeßeinrichtung
einfacher und kleiner in seinen Abmessungen Es ist auch ersichtlich, daß alle beweglichen
Teile des Kraftvergleichssystems von dem Druckgehäuse 1 umschlossen sind. Die gemessenen
Drücke werden zur Anzeige und zu Regelungszwecken in Form elektrischer Signale aus
dem Gehäuse über elektrische Anschlüsse nach außen geleitet, die leicht druckdicht
durch 7ewendung einer vakuumdichten Verschmelzung 59 hergestellt werden können.
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Für die bis jetzt beschriebenen Druckmeßeinrichtungen ist es wünschenswert,
eine Einrichtung für die Einstellung des Eingangsdruckbereichs der Einrichtung zu
haben. Der Eingangsdruckbereich wird durch folgendes Verhältnis dargestellt: p1
r2 I1-I2 wobei P1 und P2 die beiden Eingangsdrücke sind, deren Differenz zu messen
ist, und 11 und I2 die beiden Ströme in der Lasteinrichtung 58 sind, die dem maximalen
und dem minimalen Strom entsprechen, der zur Motorversorgungeschaltung innerhalb
des Druckmeßbereichs geleitet wird.
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Eine zweckmäßige elektrische Einstellung des Eingangsdruckbereichs
wird durch eine Serie von Überbrückungsschaltungen 60 erreicht, die parallel zur
Läuferwicklung 50 des Ilotors geschaltet sind, was aus der Zeichnung ersichtlich
ist. Jede Überbrückungsschaltung weist einen Steuerschalter S und einen geeichten
Widerstand
R auf. In der Zeichnung sind elf derartige Überbrückungsschaltungen gezeigt, wobei
diese Schaltungen Jeweils durch einen der Schalter S1 bis S11 gesteuert werden und
entsprechende geeichte Widerstände R1 bis R11 aufweisen. Die Werte der Widerstände
R werden so ausgewählt, daß der gewünschte Strom, der vor denuMotor zur Änderung
des Elngangsdruckbereichs abgeleitet werden soll, durch Schließen eines oder mehrerer
ausgewählter Schalter S eingestellt werden kann.
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Um die Anzahl der Uberbrückungsschaltungen zu verringern, die für
eine gewünschte Anzahl von Bereichseinstellungen benötigt werden, werden die Widerstands-
und die davon abhängigen Leitwerte der Widerstände R vorzugsweise so ausgewählt,
daß sie in einem binären Verhältnis stehen. Ein Verständnis dieser Anordnung wird
durch ein konkretes Beispiel -erleichtert, was weiter unten behandelt werden soll.
In der folgenden Tabelle 1 ist der Widerstands- und der zugehörige Leitwert von
11 Überbrückungsschaltungswiderständen aufgetragen, wie sie verwendet werden können,
wenn der Widerstand der Läuferwicklung 50 50 Ohm beträgt, was 448 leitwertseinheiten
entspricht.
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Tabelle 1 Überbrückungsschaltungs- Widerstand Leitwertswiderstand
Nr. [#] einheiten 1 21,5 1024 2 43 512 3 86 256 4 172 128 5 344 64 6 688 32 7 1376
16 8 2752 8 9 5504 4 10 11008 2 11 22016 1
Mit den Widerstands-
und Leitwerten der Widerstände R1 bis R11, die in Tabelle 1 aufgetragen sind, wird
das Instrument dann geeicht, um folgende beziehung zwischen dem Eingangsdruckbereich
(in %) und dem erforderlichen Leitwert zu zeigen: 100a1 Druckbereich [%] = k a1+a2
wobei a1 der leitwert der Spule 50 (448 Einheiten), a2 der totale Uberbrückungsschaltungs-L
itwert und k ein konstanter 1?roportionalitätsfaktor ist. Eine charakteristische
Beziehung ist in der folgenden Tabelle 2 mit k = 1,05 aufgetragen: Tabelle 2 Druckbersich
[%] Erforderliche Leitwerte-~ einheiten 100 22 90 75 80 140 70 224 60 336 50 493
40 728 30 1120 20 1904 Mit den vorhandenen, obigen Eichdaten wird die Druckmeßeinrichtung
eingestellt, um den gewünschten Eingangsdruckbereich durch Schließen geeigneter
Schalter S in den Überbrückungsschaltungen 60 zur Erreichung der notwendigen Gesamtzahl
von Leitwertseinheiten zu erzielen. Wenn zum Beispiel ein Bereich von 100% eingestellt
werden soll, wird die gewünschte Zahl von 22 Leitwertseinheiten durch Schließen
der Schalter 7,9 und 10 erreicht, die 16+4+2+ = 22 Leitwerteeinheiten ergeben, während
die übrigen
Schalter S offen bleiben. Ähnlicn wird ein Bereich
von 50% durch Schließen der Schalter 3,4,5,6,8,9 und 11 erreicht, die 256+128+64+32+8+4+1
= 493 leitwertseinheiten ergeben. In ähnlicher leise wird ein Bereich von 20% durch
Schließen der Schalter 1,2,3,4,5,7 und 9 erreicht, die 1024+512+256+128+64+16+4
= 1904 leitwertseinheiten ergeben. Andere Bereichseinstellungen können in ähnlicher
Weise durch Schließen ausgewänlter Schalter S vorgenommen werden, so daß der totale
Leitwert der verbundenen Überbrückungsschaltungen gleich dem richtigen Wert ist,
wie er durch die Eichdaten bestimmt ist, um den gewünschten Sinstellbereich zu ergeben.
Durch Auswahl der Widerstands- und Leitwerte der Widerstände R, so daß sie in binärem
Verhältnis stehen, wird die Anzahl der erforderlichen Überbrückungsschaltungen bedeutend
verringert.
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Um die Wirkung der Raumtemperaturschwankungen auf die Eichung und
damit auf die Genauigkeit der Druckmeßeinrichtung klein zu machen, bestehen die
Widerstände R und die Läuferspule 50 des Kraftmotors 43 vorzugsweise aus Materialien
mit gleichen Widerstandstemperaturkoeffizienten, zu diesem Zweck können beide aus
einem gleichen Material wie Kupfer hergestellt werden. Das fuhrt dazu, daß die Verteilung
des Widerstands und damit des Stromflu ses im Läufer und in den Überbrückungsschaltungen
gleich bleibt wenn eine Änderung der Raumtemperatur eine Änderung im Widerstandswert
der Widerstände R und der Spule 50 erzeugt. Ferner werden die Widerstände R und
die Läuferspule 50 vorzugsweise auf der gleichen Temperatur gehalten. Zu diesem
Zweck können die Widerstände R ein@ekspaelt werden und daher Wärme in denjenigen
Teil
des Druckgehäuses 1 abführen, der das Füllmittel der Kammer 4 umschließt, in dem
die Spule 50 eingebettet ist.
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Zusätzlich zu der Einstellung des Eingangsdruckbereichs ist eine
Null-Einstellung wünschenswert, um die gewünschte Korrelation zwischen der zu messenden
minimalen Druckdifferenz und dem minimalen Strom zu haben, der zur Lasteinrichtung
58 geleitet wird. Um das zu erreichen, ist eine verstellbare Spiralfeder 61 vorhanden,
Wie schematisch in der Zeichnung abgebildet ist, ist das innere Ende der Spiralfeder
mit dem Hebel 27 verbunden, um ein Drehmement um die Rotationsachse 0 des Hebelsystems
26 einwirken zu lasse Das äußere Ende der Feder ist mit einem Stift an einem Zahnrad
befestigt, das durch eine mit ihm im Eingriff stehende Schraubenspindel 63 gedreht
werden kann, die von einer Welle 64 getragen wird, die sich vom Gehäuse 1 durch
eine geeignete Abdichtung (nicht gezeigt) nach außen erstreckt und in einen Null-Binstellrad
65 endet. Durch Drehung des Rades 65 kann das auf das Hebelsystem 26 durch die Feder
61 ausgeübte Drehmoment und der zur Lasteinrichtung 58 und zum Motor 43 gelangende
Strom eingestellt werden, um das Hebelsystem in einem ausbalancierten Zustand für
einen gegebenen Eingangsdruck zu halten.
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Betrieb Das Verständnis des Betriebs aer Druckmeßeinrichtung düfte
nun keine Schwierigkeiten bereiten. Im Betrieb werden die Einlaßanschlüsse 11 und
12 mit Druckleitungen verbunden, um die Differenz der Mitteldrücke in derartigen
Leitungen zu messen. Sie können zum Beispiel Druckleitungen von den Ein- und Ausströmseiten
einer
Verengung oder Venturi-Düse sein, die sich in einer leitung
befindet, die das Mittel leitet, dessen Strömung gemessen oder geregelt werden soil.
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Eine Druckdifferenz zwischen den Einlaßleitungen 11 und 12 verursacht
eine entsprechende Druckdifferenz der Plüssigkeit in den Kammern 4 und 5. Der Unterschied
dieser Flüssigkeitsdrücke tritt am druckempfindlichen Element 13 auf, das eine Kraft
erfährt, die proportional der Druckdifferenz ist. Diese Kraft wird auf das Hebelsystem
26 übertragen, wodurch dieses rotieren möchte.
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Eine ausbalancierende kraft greift am Hebelsystem 26 durch den Kraftmotor
43 an, und die Größe dieser Kraft wird durch den Lageanzeiger 44 so geregelt, daß
das Ifebelsystem in einem ausbalancierten Zustand bleibt. Der dem Motor zugeleitete
Strom ist dieser ausbalancierenden Kraft proportional, die ihrerseits proportional
zur durch das druckempfindliche Element 13 ausgeübten Druckdifferenz ist. Daher
ist die Größe des Motorstroms eine Anzeige der gemessenen Druckdifferenz, und dieser
Strom wird verwendet, um die Lasteinrichtung 58 zu betätigen, die ein Meßgerät,
ein aufzeichnungsgerät oder eine Druckdifferenzregeleinrichtung sein kann. Nach
der Einstellung des Stroms in der Lasteinrichtung 58 auf die zu messende minimale
Druckdifferenz durch Drehung des Null-Einstellrades 65 wird der Druckbereich der
Einrichtung durch Schließen ausgewählter Überbrückungsschalter S ausgewählt, wie
er unter Bezugnahme auf die Eichdaten, zum Beispiel der in den obigen Tabellen 1
und 2 angegebenen bestimmt ist.
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Falls ein Überdruck auftritt, der den normalen Eingangsdruckbereich,
der gemessen werden soll, überschreitet, kippt
die auf das druckempfindliche
Element 13 ausgeübte, resultierende Kraft den Hebel 27, bis er entweder am Anschlag
33 oder 34 anstößt, was von der Richtung des Überdrucks abhängt. Hat er eine solche
Richtung, daß er den Balg 14 zusammendrücken will, dann dreht sich der Hebel 27
im Gegenuhrzeigersinn, bis er am Anschlag 33 angreift. Danach dreht sich der Hebel
35 im Gegenuhrzeigersinn um den Drehpunkt36, so daß die Zugfeder 38 ausgedehnt wird.
Diese Bewegung ermöglicht, daß sich der Balg 14 und das Ventil 21 nach rechts bewegen,
wodurch die Leitung 16 verschlossen und die Flüssigkeit im Balg einschlossenwird,
um ein weiteres Zusammendrücken und eine Beschädigung des Balgs zu verhindern. Wenn
der Überdruck so gerichtet ist, daß er den Balg ausdehnen will, dreht sich der Hebel
27 im Uhrzeigersinn, bis er am Anschlag 34 anstößt. Danach dreht sich der Hebel
35 im Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 37, wodurch die Zugfeder 38 ausgedehnt wird.
Diese Bewegung erlaubt, daß sich das Ventil 21 nach links bewegt, wodurch die leitung
16 geschlossen wird, um das Innere des Balgs gegen einen weiteren Druckanstieg in
der Kemmer 5 zu isolieren. Wenn die Druckdifferenz am druckempfindlichen Element
13 auf den normalen Meßbereich zurückgeht, zieht die Zugfeder 38 den Hebel 35 in
eine Lage zurück, in der er am Hebel 27 über die beiden Drehpunkte 36,37 angreift.
Danach drehen sich die hebel 35 und 27 des Hebelsystems 26 gleichzeitig und die
Druckdifferenzmessung wird in der oben beschriebenen Weise fortgesetzt. Daher wird
das Überdruckventil 21 bei einem Überdruck automatisch betrieben, ohne daß die empfindliche
Kraftmessung des Vergleichshebelsystems 26 während normaler Drücke im gemesschen
Bereich beeinträchtigt wird.
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Patentansprüche