DE1648468A1

DE1648468A1 - Pneumatic measuring system for measuring tensions in any media

Info

Publication number: DE1648468A1
Application number: DE19671648468
Authority: DE
Inventors: Werner Assmann; Heinz Dr-Ing Martin; Horst Dipl-Ing Seiffert
Original assignee: SCHIFFAHRT FORSCH ANST
Current assignee: SCHIFFAHRT FORSCH ANST
Priority date: 1967-05-29
Filing date: 1967-05-29
Publication date: 1971-07-22
Also published as: DE1648468B2

Description

Pneumatische Me#anlage zum Mes@en von Spannungen in beliebigen Medien Die Erfindung betrifft eine pneumatische Me#anlage mit der mechanische Spannungen in beliebigen Medien, vorzugsweise im Erdreich und in Schüttgütern, mit Hilfe eines Ventilgebers nach dem Kompensationsprinsip direkt ge@essen werdon. Pneumatic measuring system for measuring tensions in any media The invention relates to a pneumatic measuring system with which mechanical stresses in any media, preferably in the ground and in bulk solids, with the help of a Valve transmitter according to the compensation principle directly ge @ essen werdon.

Es sind bereits nach dem Kompensationsprinzip arbeitende Ma#-vorrichtungen mit Ventilgebern bekannt. Sie wurden bisher nur hydraulisch betätigt, obwohl der Gedanke einer pneumatischen Kompensation bereite erwähnt worden ist, Durch eine Pumpe wird bei den bisher bekannten Me#vorrichtungen eine kleine konstante Flüssigkeitsmenge, z.B. Öl, durch eine Druckleitung in einen als Überdruckventil ausgebildeten Geber gepumpt. Dieses Über@@@@kventil wird durch die von au#en einwirkende zu messende Spannung bzw. Belastung zolange geschlossen gohalten, bis es durch dea ansteigenden Druck des in den Geber @epumpten Öles geöffnot wird. Bei geöffnetem Veavil besteht dann ein ständiger Ölflu#, wobei von eine@ Manometer ein in der Druckleitung herrschender Staudruck angezeigt wird, weleher der zu messenden Spannung entsp@icht. Bei den bisher bokannten Ventilgebern wird dam Überdruckventil durch die aufeinanderliegenden geschliffenen mittleren Bereiche einer dünnen Membran mit einem einseitig wit Billon versehenen Auflagerkörper gebildet. Der dem Ventilsitz enthaltende Teil des Auflagerkörpera ist so ausgebildet, da# bei geöffnetem Ventil das als Druckflüssigkeit dienende Öl drucklos abflie#t.They are already measuring devices that work according to the compensation principle known with valve transmitters. So far they have only been operated hydraulically, although the The idea of a pneumatic compensation has already been mentioned, by a In the previously known measuring devices, the pump is a small constant amount of liquid, e.g. oil, through a pressure line into a transmitter designed as a pressure relief valve pumped. This over @@@@ kventil is to be measured by the externally acting Keep voltage or load closed for a long time until it increases through dea Pressure of the oil pumped into the encoder @ is opened. With the veavil open, there is then there is a constant flow of oil, with a pressure gauge prevailing in the pressure line Dynamic pressure is displayed, which corresponds to the voltage to be measured. Both Previously known valve transmitters, dam the pressure relief valve by the superimposed ground middle areas of a thin membrane with a one-sided wit billon provided support body formed. The part of the support body containing the valve seat is designed so that when the valve is open, the hydraulic fluid is used Oil drains off without pressure.

Der Gedanke, statt der hydraulischen eine pnenmatische Kompensation zur Messung von mechanischen @pannungen zu verwenden, ist zwar bereits ausgesprochen wordem, jedoch lä#t er sich mittels der bisher bekannten hydra@lisch betätigten Me#vorrichtungen nicht ohne zus@tslichen technischen Aufwand realisieren. Die Ventilausbildungen der bisher bekannten hydraulischen Geber und ferne@ die Verwendung von Druckpumpen brachten hi@sichtlich inrer Wirksamkeit bzw. ihrer Möglichkeit zu@ Erzeugung und Regelung de@ gseförmigen Druckmittels bei dor praktischen Anwendung der pneumatischen Kompensation unüberwindbare Schwlerigkeiten mit sich.The idea of a pneumatic compensation instead of hydraulic To use it to measure mechanical stresses has already been mentioned but it can be operated hydraulically using the previously known hydraulic system Do not implement measuring devices without additional technical effort. The valve trainings the previously known hydraulic transmitter and far @ the use of pressure pumps brought visually intrinsic effectiveness or their possibility of @production and Regulation of the gse-shaped pressure medium at the practical application pneumatic compensation presents insurmountable difficulties.

Der Erfindung liegt die Aufgebe zugrunde, eine nach dem Kompensationspwinzip erbeitende Me#anlage mit Ventilgebern so auszubilden und zu verbessern, da# cio 3U messenden Spannurgen unter geringom tcohricoken Aufwand bei gleichzeitig erhöhter Me#sioherheit durch pno@natischen Druck kompenslert werden können und @hre Auwendung in be@iebigen Medion, vorzugeweise im Erdroich und in Bo@@@@gätern, möglich ist.The invention is based on the task, one according to the compensation principle to train and improve the measuring system with valve transmitters in such a way that # cio 3U measuring Spannurgen with little effort and at the same time increased Measurement can be compensated by pno @ natic pressure and @ your application in arbitrary Medion, in advance in Erdroich and in Bo @@@@ gätern, is possible.

Erfindungsgemä# wird dies dadurch arreicht, da# aus einem Druckbehälter oin kompr@miertes gasförniges Nedium, vorzugsweise Luft, über @ruckminderer in eine Hauptleitung und von hier durch eine Düse in eine Zuleitung su einem Doppelmembran-Ventilgehor strömt, der ein Uberdruckventil enthält, wobei die in der @auptleitung und in der Zuleitung sich aufbauenden Drücke @o abgestuft sind, da# lm Ventilgeber ein kontinuierlicher @ru@kanstieg bis zum Öffnen des vorerst unter der Wirkung der zu messenden äu#emen Spannung geschlossenen Überdru@kventils stattfindet, Bei gcöffnetem Ventil bildet sich dann eine stationäre Strömong aus, bei der die zu messende äu#ere Span@ong durch den im Ventilgeber herrschenden Druck komoen@iert und als Staudruck analog wie beim hydraulischen Kompensationsprinzip mit einez an der Zuleitung angeschlossenen Manometer angezeigt wir@. Das vom Geber abströmende gesförmige M@dium wird duro@ eine Abflu#leitung in einen wassergefüllten Behälter @o eingsleitet, daß durch- das Beobachhon @or aufsteigenden Bla@chen eine Funktionskontrolle der Me#al@@e $öglich ist.According to the invention, this is achieved because a pressure vessel oin compressed gaseous medium, preferably air, via a pressure reducer into a Main line and from here through a nozzle into a supply line su a double membrane valve body flows, which contains a pressure relief valve, the in the @ main line and in the Supply line, the pressures @o that build up are graduated, since the valve transmitter is a continuous @ ru @ k rise up to the opening of the first under the effect of the outside to be measured Voltage of the closed pressure relief valve takes place, forms when the valve is open a stationary flow is then selected, in which the external span to be measured comoen @ ated by the pressure prevailing in the valve transmitter and analogous as back pressure as with the hydraulic compensation principle with one connected to the supply line Manometer is displayed as @. The ge-shaped medium flowing out of the encoder is duro @ a drain pipe leads into a water-filled container @o that the observation horn @or ascending sheets a function check of the Me # al @@ e $ ö possible is.

Von der Haupt@@@@@@@ können beliebig viele Abzweigungen mit Düsen @@@@ na@ngosthaltetem Manoncter angeordnet und vor einem Manometer hzw, ver einer Düse beliebig viele Geber angeschlossen sein, Die Anlage lä#t sich dann so einrichten, da# an einem Manomoter mit einem Geber einzeln oder an allen Manometern mit je einem Geber gleichzeitig gemessen werden kann.Any number of branches with nozzles can be made from the main @@@@@@@ @@@@ na @ ngo holding Manoncter arranged and in front of a manometer hzw, ver one As many sensors as desired can be connected to the nozzle, the system can then be set up in such a way that da # on a manometer with one transmitter individually or on all manometers with one each Encoder can be measured at the same time.

In Anlehnung an die bekannten hydraulisch betätigten Ventilober wird ein für pneumatische Mesaungen, besonders für Messungen im Frdreich und in Schüttgütern goeigneter Deppelmembran -Ventilgeber benutzt. Dieser ist nach einem weiteron Morkmal der Erfindung so ausgeführt, da# eine beiderseitig mit Rillen vorsenene kreisringschcibe als Stützkörper für eine obere und eine untere Membran dient. In dor Mitte beider Membranen sind an ihrer In@enfläcle flättchen angebracht, die die Funktion des Überdruckventile ausüben. Eines der Plättohen ist mit einer Bohrung versehen, an welche die im Stätzkörper verlegte Abflu#leitung angeschlossen ist. Die Plättchen sind mit Bewegungsspielraum in die mittlere Öffnung des Stiitzkörpers so eingepa#t, da# eine reibungslose Vertikalbewegung möglich ist. Die Einleitung der Druckluft in den Geber erfolgt durch eine Zuflu#leitung, die in eine Bohrung des Stützkörpers einmündet.Based on the well-known hydraulically operated upper valve one for pneumatic measurements, especially for measurements in the field and in bulk solids suitable Deppel membrane -Ventilgeber used. This one is after one Further on Morkmal of the invention is carried out in such a way that one is grooved on both sides circular disc serves as a support body for an upper and a lower membrane. In In the middle of both membranes, flats are attached to their inner surface, which the Exercise the function of the pressure relief valve. One of the tiles has a hole to which the drainage pipe laid in the support body is connected. The plates are in the middle opening of the support body with room to move so fitted that a smooth vertical movement is possible. The introduction The compressed air into the encoder is carried out through a supply line which is fed into a bore of the support body opens.

Der Doppelmembran-Ventilgeber weist im Gegensatz zu den bekannten hydraulisch betätigten Ventilgebern infolge seines elastisch ausgebildeten, flächenhaft wirkenden Überdruckventils eine bessers und funktionssichere Ventilwirkung auf, wodurch er besonders für die Verwendung von Luft als druckkompensierendes Medium geeignet ist. Durch die ausbildung mit zwei Membranen crhält der Geber eine beiderseitige Bewc gungsmöglichkeit und damit die fähigkeit, sich ita eingebauten Zustand, z.B. im Erdreich oder in Schüttgütern, besser den tatsächlichen Verhältnizsen onpassen zu kö@@en, wodurch die Spannungsverhältnisse im Modium weniger beeinträchtigt werden. Die Einbeziehung der Zu und Abflu#leitunen in die Ebone des Gebers führt ebenfalls zur Verbesserung der Einbauverhältnisse. : e Die ausführung mit zwei Membranen bietet don Vorteil einer einfacheren Herstellung, indem man die beiden Plättchen gut zu einem dichten Ventilsitz einpassen und dabei den Geber druckfest und, druckdicht abschliessen kann. Als Düse zur Abstufung des Druckes und der Durchflu#menge de s als druckkompensierendes Medium benutzten gasförmigen Mittels lä#t sioh eine solche verwenden, welche eine mit einfachen labormä#igen Mitteln herstellbare Form besitzt, z.B. eine Form, die sich aus einer Glaskapillare fertigen lä#t.In contrast to the known hydraulically operated valve transmitters due to its elastic, planar design acting overpressure valve on a better and more reliable valve effect, which makes it particularly suitable for the use of air as a pressure-compensating medium suitable is. Due to the design with two diaphragms, the encoder holds one on both sides Movement and thus the ability to be in a built-in state, e.g. in the ground or in bulk solids, it is better to adapt to the actual conditions to kö @@ en, as a result of which the tension conditions in the modium are less impaired. The inclusion of the inlet and outlet pipes in the level of the donor also leads to improve the installation conditions. : e The version with two membranes offers don’t have the advantage of a simpler manufacture by placing the two platelets well together Fit a tight valve seat while keeping the transmitter pressure-tight and pressure-tight can conclude. As a nozzle for grading the pressure and the flow rate A gaseous medium used as a pressure-compensating medium can be used use which has a shape that can be produced with simple laboratory means, E.g. a shape that can be made from a glass capillary.

Bei Verwendung von flexiblen Kapillerschläuchen, z.B. Schläuchen aus Kunststoff für die Zu- und Abflu#leitungen ergeben sich gegenüber Metalleitungen Vorteile in der besseren Anpassung an die Formänderungen des Einbaumediams, ferner in der leichten Verarbeitbarkeit und im erhöhten Korrosionsschutz.When using flexible capillary hoses, e.g. hoses from Plastic for the inflow and outflow lines are compared to metal lines Advantages in better customization to the changes in shape of the Einbaumediams, furthermore in the ease of processing and in the increased corrosion protection.

Boi dem dargelegten Funktionsablauf der Me#anlage gelingt es nur durch Einsonaltung einer Düse, die Furchfla#@@@ge der Luft so weit herabzusetzen und eine @o gro#e @@uckabstufung zu orreichen, da# eine Messung unter Verwendung von gusförmigen Mitt@ln, vorzugsweise Luft, als druckkompen.ierendes Medium verteilhaft gegenüber einer hydraulisehen Kompensation möglich ist. Die dadurch erzielten Vorteile sind ba@ptsächlich folgende: Die Me#durchführung wird einfacher und wirtschaftlicher. Die empfindliche Druckpumpe kann entfallon. Bei der M@@@@ge oder bei Schäden der Me#anlage herrscht eine rö#ere @@berkeit, die für das zu untersuchende Objekt von entscheidender Bedeutung ist. Verschmutzungen in der Me#unlage, die pft zu Ausfällen der Ventilgeber führen, werden ver@ieden. @ie @le#genauigkeit wird durch geringeres Öffnen des Ventils in Geber. d.h. durch geringeres anheben der Membranen, fernor durch Herabsetzung des Reibungswiderstandes in don Leit@ @n und durch eine kontinuierliche Ste uerungsmöglichkeit dcr Druckluft verbessert. Die Zuführungsleitungen können cl@@tisch ausgebildet, ihre Querschnitte verkleinert und lie Anschlüsse am Gober so verbeszert werden, da# dadurch eine geringere Beeinflussung der tatsächlichen Sp@inungsverhältnisse im @inbaumedium erreicht wird.With the described functional sequence of the measuring system, it only succeeds through Einsonaltung a nozzle to reduce the Furchfla # @@@ ge of the air so much and a @o great # e @@ uck gradation to be achieved, because # a measurement using cast-shaped Medium, preferably air, as a pressure-compensating medium that is distributed across the board hydraulic compensation is possible. The advantages achieved by this are Basically the following: The measurement process will be easier and more economical. The sensitive pressure pump can be omitted. At the M @@@@ ge or in the event of damage to the Measuring system, there is a greater degree of gravity for the object to be examined by is crucial. Soiling in the measurement situation, which leads to failures the valve transmitter are avoided. @ie @ le # accuracy is reduced by less Open the valve in the encoder. i.e. by less lifting of the membranes, furthermore by reducing the frictional resistance in don Leit @ @n and by a continuous Improved control of the compressed air. The feed lines can cl @@ table, reduced their cross-sections and left connections on the Gober be improved in such a way that # this has less of an impact on the actual Sp @ inbuilding conditions is achieved in the @inbaumedium.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fiß. 1s eine Schemadarstellung der pneumatischen Me#anlage, Fig. 2z den Doppelmembran-Ventilgeber im Schnitt, Fig. 3t eine Draufsicht auf den Stützkörper des Doppelmembran-Ventilgebers.The invention is to be described in more detail below using an exemplary embodiment are explained, in the accompanying drawing show: Fiß. 1s a schematic representation of the pneumatic measuring system, Fig. 2z the double diaphragm valve transmitter in section, Fig. 3t a top view of the support body of the double diaphragm valve transmitter.

Es wird gemä# Fig. 1 ein komprimiertes gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, aus einem Druckbehälter 1 über ein Druckminderventil 2 in eine Hauptleitung 3 und von hier durch eine Düse 4 in die Zuleitung 5 zu einem Doppelmembran-Ventilgeber 6 geleitet. Eine auf den Geber wirkende äu#ere @@@@nung wird durch den Druck der Luft im Geber kompensiert md als Staudruck an einem Manometer 7 gemessen. Die durch eine Abflu#-leitung 8 abströmende Luft wird zur Funktionskentrelle der Me#anlage durch einen wassergefüllten Behälter 9 gelcitet.According to FIG. 1, a compressed gaseous medium is used, preferably Air, from a pressure vessel 1 via a pressure reducing valve 2 into a main line 3 and from here through a nozzle 4 into the supply line 5 to a double diaphragm valve transmitter 6 headed. An external @@@@ action acting on the encoder is triggered by the pressure of the Air in the encoder compensates md as dynamic pressure on a manometer 7 measured. The air flowing out through an outflow line 8 becomes the function center of the measuring system through a water-filled container 9.

Der Geber 6 besteht, wie Fig. 2 tod Fig. 3 zeigen, aus einem mit beiderseitigen Rillen 10 versehenen kreisringförmigen Stützkörper 11 mit einer oberen und unteron Membr@n 12; 13.The encoder 6 consists, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, from one with both sides Grooves 10 provided circular support body 11 with an upper and lower Membrane @ n 12; 13th

In der Mitte beider Membranen befinden sich ul ihrer Innenfläche geschliffene kreisföraige Plättchen 14a; 14b. Das eine Plättchen 14b hat eine Bohrung 16, an der die Abflu#-leitung 8 angeschlos@en ist. Die beiden Plättchen bilden ein Überdruckventil 15 und sind so in die mittlere Öffnung des Stützkörpers eingepa#t, da# eine reibungslose Bewegung möglich ist. Die Einleitung der Druckluft LI den Geber erfolgt durch die Zuleitung 5. Zu- und Abflu#leitungen kann man im Geber z.B. anch nebeneinander anordnen. Zur einfachen Herstellung des Ge@@rs stehen z.B. die beiden Membranen am Rande des Stützkörpers über, und der Randüberstand 17 wird darin z.B. mit einem Lötmittel so ausgefüllt, daß der Geber druckfest; und druckdicht abgeschlossen ist, Durch eine von au#en auf die Membranen (12; 13) des Gebers wirkende zu messende Spannung wird das Überdruckventil so lange geschlossen gehalten, bis durch einen im Geber langsam anwachsenden Druck der Luft beide Membranen angehoben und damit das Überdruckventil geöffnet wird. Nunmehr strömt die Druckluft ständig aus, während gleichzeitig die äu#ere Spannung als Staudruck am Manometer abgelesen werden kannIn the middle of both membranes are ground ul of their inner surface circular plates 14a; 14b. One plate 14b has a bore 16 on to which the drain line 8 is connected. The two plates form a pressure relief valve 15 and are so fitted into the central opening of the support body that a smooth Movement is possible. The introduction of the compressed air LI takes place through the encoder Supply line 5. Supply and drainage lines can be arranged next to each other in the encoder, for example. For the simple production of the Ge @@ rs, e.g. the two membranes are on the edge of the Support body over, and the edge protrusion 17 is in it for example with a solder filled in so that the encoder is pressure-resistant; and is sealed pressure-tight, by a voltage to be measured acting from the outside on the diaphragms (12; 13) of the transducer the pressure relief valve is kept closed until one in the encoder slowly increasing pressure of the air raised both membranes and with it the pressure relief valve is opened. Now the compressed air flows out continuously, while at the same time the external tension can be read as dynamic pressure on the manometer

Claims

Claims: 1. Pneumatic measuring system for measuring voltages in any media, preferably in the ground and in bulk materials, by means of a Ventilgebors according to the compensation principle characterized by the fact that # from one Pressure vessel (1) a compressed @ as-shaped medium, preferably compressed air, Via a pressure reducer (2) into a main line (3) and from there through a nozzle (4) in a feed line (5) to a double diaphragm valve transmitter containing a pressure relief valve (15) (6) flows because the in the main line (3) and in the A @ line (5) are in the process The pressures that build up are graded in such a way that # in the valve sender (6) oin more continuously Pressure increase up to the opening of the external to be measured initially under the effect of the voltage of the closed pressure relief valve (15) takes place and the # to display the with open pressure relief valve (15) and with continuous flow in the supply line (5) the prevailing back pressure as a measure for the voltage to be measured a manometer (7) arranged is aowio da # suitable for the function control of the measuring system g @ water-filled container (9) is in front of which the vem valve transmitter (6) is flowing gaseous medium is supplied via a drain line (8).

2. Pneumatic measuring system according to claim 1, characterized in that since # the double-diaphragm valve transmitter (6) has an annular stem (11), which is provided with grooves (10) on both sides, which are covered by two membranes (12; 13) are over-docked, in the middle of which there are ground platelets (14a; 14b) are located as a pressure relief valve (15) in the opening of the support body (11) are fitted, and one of the plates (14a; 14b) has a bore (16) which is connected to the drain line (8) laid in the support body (11), while the supply line (5) opens into a bore (18) of the support body (11).

3. P @ eumatic measuring system according to claim 1, characterized in that that is used to graduate the pressure and the flow rate as a pressure compensation edge Medium-wetted gaseous medium, the nozzle (4) used is a simple laboratory-like one Means that can be produced, e.g. has a shape to be produced from a glass capillary.

1. P @ eumatic measuring system according to claim 1, characterized in that since the inlet and outlet lines (5; 8) are flexible capillary tubes, e.g. made of plastic, preferably PVC with a certain amount of plasticizer added.

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