DE1648468C - Pneumatische Meßanlage zum Messen von Spannungen in beliebigen Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Meßanlage, mit der mechanische Spannungen in beliebigen Medien, vorzugsweise im Erdreich und in Schüttgütern, mit Hilfe eines mechanischen Spannungsgebers nach dem Kompensationsprinzip direkt gemessen werden.

Es sind bereits nach dem Kompensationsprinzip arbeitende Meßvorrichtungen mit Ventilgebern bekannt. Sie wurden bisher nur hydraulisch betätigt, obwohl der Gedanke einer pneumatischen Kompensation bereits erwähnt worden ist. Durch eine Pumpe wird bei den bisher bekannten Meßvorrichtungen eine kleine konstante Flüssigkeitsmenge, z. B. öl, durch eine Druckleitung in einen als Überdruckventil ausgebildeten Geber gepumpt. Dieses Überdruckventil wird durch die von außen einwirkende zu messende Spannung bzw. Belastung so lange geschlossen gehalten, bis es durch den ansteigenden Druck des in den Geber gepumpten Öles geöffnet wird. Bei geöffnetem Ventil besteht dann ein ständiger ölfluß, wobei von einem Manometer ein in der Druckleitung herrschender Staudruck angezeigt wird, welcher der zu messenden Spannung entspricht. Bei den bisher bekannten Ventilgebern wird das Überdruckventil durch die aufeinanderliegenden geschliffenen mittleren Bereiche einer dünnen Membran mit einem einseitig mit Rillen versehenen Auflagerkörper gebildet. Der den Ventilsitz enthaltende Teil des Auflagerkör pers ist so ausgebildet, daß bei geöffnetem Ventil das als Druckflüssigkeit dienende Öl drucklos abfließt.

Der Gedanke, statt der hydraulischen eine pneumatische Kompensation zur Messung von mechanischen Spannungen zu verwenden, ist zwar bereits ausgesprochen worden, jedoch läßt er sich mittels der bisher bekannten hydraulisch betätigten Meßvorrichtungen nicht ohne zusätzlichen technischen Aufwand realisieren. Die Ventilausbildungen der bisher bekannten hydraulischen Geber und ferner die Verwendung von Druckpumpen brachten hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bzw. ihrer Möglichkeit zur Erzeugung und Regelung des gasförmigen Druckmittels bei der praktischen Anwendung der pneumatisehen Kompensation unüberwindbare Schwierigkeiten mit sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nach dem Kompensationsprinzip arbeitende Meßanlage mit Ventilgebern so auszubilden und zu verbessern, daß die zu messenden Spannungen unter geringem technischem Aufwand bei gleichzeitig erhöhter Meßsicherheit durch pneumatischen Druck kompensiert werden können und ihre Anwendung in beliebigen Medien, vorzugsweise im Erdreich und in Schüttgütern, möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch die Kombination folgender Merkmale:

a) der Spannungsgeber weist einen kreisringförmigen mit zv> ή Membranen überdeckten Stützköipci auf, der beiderseitig mit Rillen versehen ist, und in deren Mitte sich an der Innenfläche geschliffene Plättchen befinden, die als Überdruckventil in den Innenraum des Stützkörpers eingepaßt sind, und von denen das eine eine Bohrung aufweist, an welcher die im

Stützkörper verlegte Abflußleitung angeschlossen ist, während die Zuflußleitung in eine Bohrung des Stützkörpers einmündet;

b) an die Zuflußleitung des Spannungsgebers ist 3s über einen Druckminderer und eine Düse ein

mit einem komprimierteil, gasförmigen Mittel gefüllter Druckbehälter angeschlossen.
Der Doppelmembran-Ventilgeber weist im Gegensatz zu den bekannten hydraulisch betätigten Ventilgebern infolge seines elastisch ausgebildeten, flächenhaft wirkenden Überdruckventils eine bessere und funktionssichere Ventilwirkung auf, wodurch er besonders für die Verwendung von Luft als druckkompensierendes Medium geeignet ist. Durch die Ausbildung mit zwei Membranen erhält der Geber eine beiderseitige Bewegungsmöglichkeit und damit die Fähigkeit, sich im eingebauten Zustand, z. B. im Erdreich oder in Schüttgütern, besser den tatsächlichen Verhältnissen anpassen zu können, wodurch die Spannungsverhältnisse im Medium weniger beeinträchtigt werden. Die Einbeziehung der Zu- und Abflußleitungen in die Ebene des Gebers führt ebenfalls zur Verbesserung der Einbauverhältnisse.

Die Ausführung mit zwei Membranen bietet den Vorteil einer einfacheren Herstellung, indem man die beiden Plättchen gut zu dem dichten Ventilsitz einpassen und dabei den Geber druckfest und druckdicht abschließen kann. Als Düse zur Abstufung des Druckes und der Durchflußmenge des als druckkompensierendes Medium benutzten gasförmigen Mittels läßt sich eine solche verwenden, welche eine mit einfachen labormäßigen Mitteln herstellbare Form besitzt, z. B. eine Form, die sich aus einer Glaskapillare fertigen läßt.

Bei Verwendung von flexiblen Kapillarschläuchen, z. B. Schläuchen aus Kunststoff für die Zu- und Abflußleitungen ergeben sich gegenüber Metallleitungen Vorteile in der besseren Anpassung an die

Formänderungen des Einbaumediums, ferner in der leichten Verarbeitbarkeit und im erhöhten Korrosionsschutz. Bei dem dargelegten Funktionsabiauf der Meßanlage gelingt es nur durch Einschaltung einer Düse, die Durchflußmenge der Luft so weit herabzusetzen und eine so große Druckabstufung zu erreichv-ii, daß eine Messung unter Verwendung von gasförmigen Mitteln, vorzugsweise Luft, als druckkompensierendes Medium vorteilhaft gegenüber einer hydraulischen Kompensation möglich ist. Die dadurch erzielten Vorteile sind hauptsächlich folgende:

Die Meßdurchführung wird einfacher und wirtschaftlicher. Die empfindliche Druckpumpe kann entfallen. Bei der Montage oder bei Schaden der Meßanlage herrscht eine größere Sauberkeit, die für das untersuchende Objekt von entscheidender Bedeutung ist. Verschmutzungen in der Meßanlage, die oft zu Ausfällen der Ventilgeber fi'hren, werden vermieden. Die Meßgenauigkeit wird durch geringeres öffnen des Ventils im Geber, d. h. durch geringeres Anheben der Membranen, ferner durch Herabsetzung des Reibungswiderstandes in den Leitungen und durch eine kontinuierliche SieuerungsmögHch keit der Druckluft verbessert. Die Zuführungsleitungen können elastisch ausgebildet, ihre Querschnitte verkleinert und die Anschlüsse am Geber so verbessert werden, daß dadurch eine geringere Beeinflussung der tatsächlichen Spannungsverhältnisse im Einbaumedium erreicht wird.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Schemadarstellung der pneumatischen Meßanlage,

F'g. 2 den Doppelmembran- Ventilgeber im Schnitt,

F i g. 3 eine Draufsicht auf den Stützkörper des Doppclrncmbran-Veatilgebci».

Es wird gemäß F i g. 1 ein komprimiertes gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, aus einem Druckbehälter I über ein Druckminderventil! in eine Hauptleitung 3 und von hier durch eine Düse 4

in die Zuleitung 5 zu einem Doppelmembraii-Ventilgeber6 geleitet. Eine auf den Geber wirkende äußere Spannung wird durch den Druck der Luft im Geber kompensiert und als Staudruck an einem Manometer? gemessen. Die durch eine Abflußleitung 8 ab-

strömende Luft wird zur Funktionskontrolle der Meßanlage durch einen vvassergefülltcn Behälter 9 geleitet.

Der Geber 6 besteht, wie F i g. 2 und 3 zeigen, aus einem mit beiderseitigen Rillen 10 versehenen kreis-

ringförmigen Stützkörper 11 mit einer oberen und unteren Membran 12; 13. In der Mitte beider Membranen befinden sich an ihrer Innenfläche geschliffene kreisförmige Plättchen 14 a; 14 6. Das eine Plättchen 14 b hat eine Bohrung 16, an der die Ab-

flußleitung8 angeschlossen ist. Die beiden Plättchen bilden ein Überdruckventil 15 und sind so in die mittlere Öffnung des Stützkcrpers eingepaßt, daß eine reibungslose Bewegung möglich ist. Die Einleiten™ dⁱ*^r D^ruc—lift ^n d°" O^bfT erfolgt durch Hie Zuleitung 5. Zu- und Abflußleitungen kann man im Geber z. B. auch nebeneinander anordnen. Zur einfachen Herstellung des Gebers stehen z. B. die beiden Membranen am Rande des Stützkörpers über, und der Randüberstand 17 wird dann z. B. mit einem Lötmittel so ausgefüllt, daß der Geber druckfest und druckdicht abgeschlossen ist. Durch eine von außen auf die Membrane 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 äußere Spannung als Staudruck am Manometer abgelesen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Pneumatische Meßeinrichtung zum Messen mechanischer Spannungen in beliebigen Medien, vorzugsweise im Erdreich und in Schüttgütern mittels eines mechanischen Spannungsgebers nach dem Kompensationsprinzip, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) der Spannungsgeber (6) weist einen kreisringförmigen mit zwei Membranen (12; 13) überdeckten Stützkörper (11) auf, der beidseitig mit Rillen (10) versehen ist und in deren Mitte sich an der Innenfläche geschliffene Plättchen (14 α; 14 6) befinden, die a'* Überdruckventil (IS) in den Innenraum des Stützkörpers (11) eingepaßt sind, und von denen das eine eine Bohrung (16) aufweist, an welcher die im Stützkörper (II) verlegte Abflußleitung (8) .mgeschlossen ist, während die Zuflußleitung (5) in eine Bohrung (18) des Stützkörpers (11) einmündet;

   b) an die ZufluBieitung (5) des Spannungigebers (6) ist über einen Druckminderer (2) und eine Düse (4) ein mit einem komprimierten gasförmigen Mittel gefüllter Druckbehälter (I) angp«chlossen.