DE1648551A1

DE1648551A1 - Membrane construction for pressure transducers

Info

Publication number: DE1648551A1
Application number: DE19671648551
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Sonderegger Ha Conrad
Original assignee: Kistler Instrumente AG
Current assignee: Kistler Instrumente AG
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1967-04-20
Publication date: 1972-02-24
Also published as: AT279212B; AT276809B; CH446761A

Description

Membrankonstruktion für Druckaufnehmer In der Messtechnik werden rasch wechselnde DrucWorgkge ausschliesslich mit elektronischen Druckaufnehmern gemessen. Diese Gerate wandeln die zu messenden n Druckkräfte in elektronische Signale um. Die Aufgabe solcher Druckaufnehmer besteht demnach aus zwei hauptteilen. nämlich der Umwandlung des auf die Messpartie wirkenden Mediumdruckes in eine Messkraft und zwettens der Umwandlung der Mesakraft in ein elektrisches Mordis De Umsetzung des Mediumdruckes in eine Messkraft wird üblicherweise durch eine Membrankonstruktion erreicht. welche direkt dem zu meneenden Druckmedium auagesetzt wird. Die Druckmembrane selber stützt sich dann auf das elektrische Messelement ab und trennt dasselbe vollkommen vom Druckmedium. Standardkonstruktionen solcher Druckmesswandler bestehen deshalb aus drei wichtigen Teilen: Dem Gehäuse, welches meistens mit einem Gewinde versehen ist und in die Messstelle eingesetzt werden kann ; dem elektronischen Messelement, welches in das Gehäuse eingesetzt ist. und der Druckmessmembrane, welche das Gehäuse gegen aussen abdichtet und kraftschiüssig mit dem elektronischen Messelement verbunden ist. Durch die Tatsache. dass die Druckmessmembrane einerseits mit dem GehEuse, andererseits mit dem Druckmesselement fest verbunden ist. ergeben sich Schwierigkeiten, indem Spannungsãnderungen in der Messmembrane rückwirkende Kräfte auf die Mesezelle ergeben und dann die Möglichkeit zu Fehlmessungen besteht. Eine der Hauptursachen fitr plötzliche Spannungsänderungen in der Messmembrane entsteht durch das Auftreten von Temperaturstössen während des Messvorganges. Da man bei der Druckmessung jedoch nur Druckveränderungen messen will. versucht man mit verschiedenen Methoden den Einfluss von Temperaturänderungen auszuschalten. Bei Messwertaufnehmern, die langsame Druckänderungen zu messen haben, kann eine Temperaturkompensation in das elektronische Messelement eingebaut werden. Bei dynamischer. Druckmessungen aber versagt diese bekannte Methode und es müssen andere Wege beschritten werden, um den Einfluss von Temperaturänderungen auf ein Mindestmass zu reduzieren. Eine der bekannten Möglichkeiten besteht darin, dass ein Kühlmittel direkt. hinter die Messmembrane geleitet wird, so dass allfällige Temperaturstbsse nicht bis zum Measelement vordringen können. Diese Methode verhindert aber ebenfalls nicht, dass sich in der Messmebrane momentane Spannungsänderungen ergeben, die kurzzeitige Kraftverlnderungen auf das nachgeschaltete Messelement übertragen und dann wiederum zu Fehlmessungen fthren. Solche Probleme treten hauptsächlich bei Messungen an Brennkraftmaschinen. Raketen oder Explosionskammern auf. Es sind deshalb die Druckaufnehmer fAr diese Anwendungsgebiete besonders erschwerenden Anforderungen ausgesetzt.Membrane construction for pressure transducers In measurement technology are rapid changing pressure organs measured exclusively with electronic pressure transducers. These devices convert the pressure forces to be measured into electronic signals. The task of such pressure transducers therefore consists of two main parts. namely the conversion of the medium pressure acting on the measuring section into a measuring force and the conversion of the mesa power into an electrical Mordis De implementation the medium pressure in a measuring force is usually determined by one Membrane construction achieved. which is placed directly on the print medium to be mated will. The pressure membrane itself is then based on the electrical measuring element and completely separates it from the print medium. Standard constructions of such Pressure transducers therefore consist of three important parts: the housing, which is usually provided with a thread and inserted into the measuring point can ; the electronic measuring element, which is inserted into the housing. and the pressure measuring membrane, which seals the housing from the outside and has a force-fit connection is connected to the electronic measuring element. Through the fact. that the pressure measuring membrane on the one hand with the housing, on the other hand firmly connected to the pressure measuring element is. difficulties arise by changing voltage in the measuring membrane retroactive forces on the measuring cell and then the possibility of incorrect measurements consists. One of the main causes for sudden changes in tension in the measuring membrane arises from the occurrence of temperature surges during the measurement process. There however, one only wants to measure pressure changes when measuring pressure. one tries using various methods to eliminate the influence of temperature changes. In the case of transducers that have to measure slow changes in pressure, a Temperature compensation can be built into the electronic measuring element. With dynamic. However, this known method fails to measure pressure and other approaches have to be taken in order to reduce the influence of temperature changes to a minimum. One of the known ways is that a coolant direct. is passed behind the measuring membrane, so that any temperature bumps cannot penetrate as far as the meas element. However, this method also prevents not that there are momentary voltage changes in the measuring membrane, the short-term ones Transferring force changes to the downstream measuring element and then again lead to incorrect measurements. Problems of this kind occur mainly during measurements on internal combustion engines. Missiles or explosion chambers. It is therefore the pressure transducers for them Areas of application exposed to particularly difficult requirements.

Die Erfindung befasst sich nun mit einem Druckmesswandler, der sich besonders für Messungen eignet, wo gleichzeitig auch Temperatureinflüsse eintreten und wo Druck und Temperatur unabhängig voneinander gemessen werden sollen Die Erfindung bezieht sich ferner auf solche Druckaufnehmer. bei denen stossartige Temperaturänderungen im Druckmedium auftreten, wie dies durch Verbrennungsvorgänge Flammenbildung, usw. mSglich ist. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass kurzzeitige Temperaturstosse möglichst keine plötzliche SpannungaverSnderung der Membrane hervorrufen dürfenLangsame Temperaturänderungen können auch beim Druckaufnehmer der Erfindung durch Kühlmittel weitgehend kompensiert werden. Entsprechend der Erfindung wird der Messmembrane eine sogenannte Thermoschockplatte vorgesetzt. Diese muss in Bezug auf Wärmekapazität Wärmeleitfähigkeit Elastizität und Porosität ganz bestimmten Vorstellungen genügen : Sie wird vorteilhaft so vor die Messmembrane gesetzt, dass sie auf derselben nur aufliegt, aber nicht direkt mechanisch fest mit derselben verbunden ist. Die Wirkung einer solchen Thermoschockplatte ist nun die, dass einerseits kurzzeitige Temperaturänderungen von derselben aufgenommen werden, ohne an die Metallmembrane weitergegeben zu werden, dass andererseits aber keine Verãnderung in der Druckübertragung vom Messmedium zum elektronischen Messelement tbertreten darf.The invention is now concerned with a pressure transducer that particularly suitable for measurements where temperature influences also occur at the same time and where pressure and temperature are to be measured independently of one another. The invention also refers to such pressure transducers. where sudden temperature changes occur in the pressure medium, such as flame formation due to combustion processes, etc. is possible. The invention is based on the idea that brief temperature surges should not cause any sudden changes in tension in the membrane, if possible Temperature changes can also occur in the pressure transducer of the invention due to coolant largely compensated. According to the invention, the measuring membrane a so-called thermal shock plate placed in front of it. This needs to be in terms of heat capacity Thermal conductivity, elasticity and porosity meet very specific requirements : She will advantageously placed in front of the measuring membrane in such a way that it on the same only rests, but not directly mechanically firmly connected to the same is. The effect of such a thermal shock plate is that, on the one hand, it is short-term Changes in temperature are absorbed by the same without affecting the metal membrane to be passed on, but that on the other hand no change in the pressure transmission from the measuring medium to the electronic measuring element.

Der Gedanke der Erfindung ist an drei Figuren näher erldãrt : Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen elektronischen Druckmesswandler und zwar ist ein solcher mit einem Einschraubegewinde gezeigt.The idea of the invention is explained in more detail using three figures: Fig. 1 shows a cross section through an electronic pressure transducer, namely is one shown with a screw-in thread.

Fig. 2 zeigt die Membranpartie eines ähnlichen Wandlers im querschnitt, jedoch mit etwas anders ausgebildeter Halterung der Thermoschockplatte.Fig. 2 shows the membrane part of a similar transducer in cross section, but with a slightly different holder for the thermal shock plate.

Fig. 3 zeigt wiederum die Einschraubpartie im Querschnitt eines Druckmesswandlers mit einer weiteren Variante der Halterung der Thermoschockplatte.3 again shows the screw-in part in cross section of a pressure transducer with another variant of the holder for the thermal shock plate.

Entsprechend Fig. 1 besteht der erfindungsgemässe Druckaufnehmer aus dem Gehãuse 1. welches mit oder ohne Einschraubgewinde 2 versehen ist.According to FIG. 1, the pressure transducer according to the invention consists of the housing 1. which is provided with or without a screw-in thread 2.

Das elektronische Messelement 3. welches auf Kraft P in der Achsrichtung reagiert, ist in einer zylindrischen Oeffnung 4 im GehEuse 1 untergebracht.The electronic measuring element 3. which applies to force P in the axial direction reacts is housed in a cylindrical opening 4 in the housing 1.

Die elektronischen Anschlüsse 5 werden in der Bohrung 6 des Gehäuses zum Anschlussstecker des Druckaufnehmers gefthrt. Die metallische Messmembrane 7 schliesst das GehRuse 1 dicht ab und liegt direkt auf dem Messelement 3 auf. Der ringförmige Zwischenraum zwischen Messelement und Gehäuse wird üblicherweise mit einer ringfõrmigen Einsenkung 8 der Membrane 7 überwunden. Auf der Membrane 7 ist ein Metallring 9 aufgebracht, dessen Innenfläche konisch gestaltet ist. wodurch die Thermoschockplatte 10 am Herausfallen verhindert ist. Vor dem Einführen hat die Thermoschockplatte 10 eine kalottenähnliche Form 11, deren gr8sster Durchmesser D in die Oeffnung des Ringes 9 passt. Nach Einschieben der Thermoschockplatte wird diese durch Ausspreitzen passend in die konische Bohrung des Ringes 9 eingesetzt. Die Thermoschockplatte 10 besteht vorteilhaft aus einem Asbestgewebe, das mit einem Bindemittel versehen ist. Das Asbestgewebe kann aber auch mit einem metallischen Gewebe so sichert sein, dass es nicht in Einzelteile zerfEllt. Anstelle eines Asbestgewebes kann auch ein anderes temperaturbestãndiges Gewebe, z. B. eir. feines Metallgewebe, Verwendung finden. Von Bedeutung ist. dass dasselbe sehr elastisch ist und es sich somit der Messmembrane vollständig anschmiegt. dass es Flammen-und Temperatureinwirkung standhält und dass es genügende naechanische Festigkeit besitzt, um einer grossen Anazahl von Druckmessvorgängen standzuhalten.The electronic connections 5 are in the bore 6 of the housing to the Connection plug of the pressure transducer guided. The metallic The measuring membrane 7 seals the housing 1 tightly and lies directly on the measuring element 3 on. The annular space between the measuring element and the housing is usually overcome with an annular depression 8 of the membrane 7. On the membrane 7 a metal ring 9 is applied, the inner surface of which is conical. through which the thermal shock plate 10 is prevented from falling out. Has before inserting the thermal shock plate 10 has a dome-like shape 11, the largest diameter of which D fits into the opening of the ring 9. After inserting the thermal shock plate these are inserted into the conical bore of the ring 9 by spreading them out. The thermal shock plate 10 is advantageously made of an asbestos fabric with a Binder is provided. The asbestos fabric can also be made with a metallic one Fabric must be secured in such a way that it does not disintegrate into individual parts. Instead of an asbestos fabric can also be another temperature-resistant fabric, z. B. eir. fine metal mesh, Find use. Matters. the same thing is very elastic and it is thus it hugs the measuring membrane completely. that there is flame and temperature exposure withstands and that it has sufficient mechanical strength to withstand a large To withstand a number of pressure measurements.

Dem Gedanken der Erfindung nach wird die Thermoschockplatte frei in die entsprechende Oeffnung eingelegt, so dass sie wenn ndtig ohne weiteres durch Anheben in der Mittelpartie entfernt und durch eine neue ersetzt werden kann.According to the concept of the invention, the thermal shock plate is free in the corresponding opening is inserted so that it can easily pass through if necessary Lifting in the middle section can be removed and replaced with a new one.

In Fig. 2 ist das Einbauende eines ähnlichen Druckaufnehmers gezeigt, bei dem die Halterung der Thermoechockplatte 20 auf andere Weite gelost ist.In Fig. 2 the installation end of a similar pressure transducer is shown, in which the holder of the thermal echo plate 20 is loosened to another width.

Der Ring 21 ist mit einer nach innen vorspringenden Nase 22 versehen. welche ein Herausgleiten der Thermoschockplatte 20 verhindert. Damit dieselbe leithter ersetzt werden kann ist der Ring 21 mit einer Anzahl Nuten 23 versehen, durch welche ein Ausziehwerkzeug gesteckt werden kann. Zur Montage der Thermoschockplatte wird diese wiederum kalottenförmig vorgepresst.The ring 21 is provided with an inwardly projecting nose 22. which prevents the thermal shock plate 20 from sliding out. So that the same leader can be replaced the ring 21 is provided with a number of grooves 23 through which an extraction tool can be inserted. To mount the thermal shock plate these in turn are pre-pressed in the shape of a dome.

Fig. 3 zeigt nochmals einen ährlichen Druckwandler, wiederum im Querschnitt durch die Montageparäe. Zusätzlich zur Thermoschockplatte 30 ist auf dem Ring 31 eine HaJterungsmembrane 32 aufgebracht. Diese ist zweckmässigerweise möglichst dünn ausgebildet Die Halterungsmembrane 32 sichert die Thermoschockplatte 30 vor Beschädigung sei es durch das Druckmedium oder Flammeneinwirkung. Die Halterungs-oder Schutzmembrane 32 kann aus einem vollen oder aus einem perforierten Metallblech bestehen.Fig. 3 shows again a similar pressure transducer, again in cross section by the assembly partners. In addition to the thermal shock plate 30 is on the ring 31 a HJterungsmembrane 32 applied. This is expediently as thin as possible The mounting membrane 32 secures the thermal shock plate 30 from damage be it through the pressure medium or exposure to flames. The retaining or protective membrane 32 can consist of a solid or a perforated metal sheet.

In allen drei geseigten Fallen sind die Aufnehmergehäuse mit dem Druckmessmembranen und den Halteringen nach bekannten Methoden miteinander verbunden, z. B. durch Schweissen. Die Erfindung ermöglicht somit eine noue Membrankonstruktion für Druckaufnehmer, welche ermöglicht. Einflüsse von raschen Temperaturstössen durch Vorschaltung einer zusätzlichen Thermoschockplatte vom Druckmessvorgang zu trennen. Die Thermoschockplatte liegt frei auf der Messmembrane auf und besteht aus einem Material, das hohe Temperaturbeständigkeit, grosse mechanische Elastizität. gute mechanische Festigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit in sich vereinigt.In all three sloping cases, the transducer housings are with the pressure measuring diaphragms and the retaining rings connected to one another by known methods, e.g. B. by welding. The invention thus enables a new membrane construction for pressure transducers, which enables. Influences of rapid temperature surges due to the upstream connection of a separate additional thermal shock plate from the pressure measurement process. The thermal shock plate lies freely on the measuring membrane and consists of a material that is highly temperature resistant, great mechanical elasticity. quality mechanical strength and low thermal conductivity combined.

Es sind verschiedene Techniken bekannt. um Materialien mit so verschiedenen Ansprüchen zu einem scheibenförmigen Pressstttck zu formen.Various techniques are known. to materials with so different To shape claims into a disc-shaped pressed piece.

Claims

Claims 1. Membrane construction for pressure transducers. Which consist of transducer body #, electronic measuring element # and pressure measuring membrane #, characterized. that the measuring membrane is preceded by a thermal shock plate is. which is held in a guide ring. that it can be inserted and has no inherent stress.

2. Membrane construction for pressure transducers according to claim 1 thereby This indicates that the thermal shock plate is switched on from a fabric high Temperature resistance and low thermal conductivity exists and at the same time has high mechanical elasticity.

3. membrane construction for pressure transducers according to claim 1, characterized characterized in that the thermal shock plate consists of an asbestos fabric. the to increase the mechanical resistance with a high temperature resistant Binder is soaked.

4. membrane construction for pressure transducers according to claim 1, characterized marked. that the thermal shock plate consists of very dense metal mesh.

5. Membrane construction for pressure transducers according to claim 1. characterized marked. dose the thermal shock plate made from a combination of metal mesh and asbestos fabric.

6. membrane construction for pressure transducers according to claim 1, characterized characterized in that the thermal shock plate is made of a plastic of high temperature resistance consists.

T. Menbranonstraktion for pressure transducers according to claim 1, characterized characterized in that the thermal shock plate is pre-pressed in the shape of a dome and through Pressing can be secured in the guide ring.

8. Diaphragm construction for pressure transducers according to claim 1, characterized marked. that the guide ring for the thermal shock plate by conical Hole securing the thermal shock plate achieved.

9. membrane construction for pressure transducers according to claim 1, characterized characterized that the guide ring with an annular locking lug (22) is provided and additionally has grooves for easier replacement of the thermal shock plate.

10. Membrane construction for pressure transducers according to claim 1, characterized marked that the thermal shock plate with an additional metal membrane, which can be perforated. is covered.

L e r s e i t e