DE1908633A1

DE1908633A1 - Druckmessvorrichtung

Info

Publication number: DE1908633A1
Application number: DE19691908633
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Crouzet SA
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1969-02-21
Publication date: 1969-09-18
Also published as: DE1908633B2; FR1563140A; GB1243425A; SE357261B

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmeßfühlvorrichtung, die eine druckempfindliche Membran und eine Elektromagnetan— Ordnung enthält, mit der die Durchbiegung der Membran gemessen werden kann.

Es gibt zahlreiche Ausführungsformen von Druckmeßvorrichtungen, zum Beispiel Meßfühler, bei denen eine Membran aus magnetischem Material in einem umschlossenen Raum untergebracht ist, den sie in zwei getrennte Kammern unterteilt, wobei in einer der beiden Kammern ein Bezugsdruck und in der anderen Kammer der zu messende Druck herrseht und wobei die Membranverschiebung beziehungsweise -durchbiegung mit Geräten gemessen werden, die aus zwei magnetischen Kreisen mit je einer Spule bestehen; dabei ist auf dar einen und auf der anderen Seite der Membran ein sehr kleiner

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Luftspalt vorgesehen, dessen Veränderungen die Selbstinduktion und die magnetische Streuung verändern. Die beiden Spulen werden im allgemeinen in einer elektrischen Brüekenschaltung verwendet. Das Gas, dessen Druck man messen will, wird in den Meßraum geleitet, umspült einen der magnetischen Kreise und füllt also den Luftspalt aus; wenn nun aber dieses Gas feste Verunreinigungen enthält, ist das Funktionieren .des Apparates gefährdet, vor allem_s wenn die Verunreinigungen magnetisch sind. Eine solche Druckmeßvorrichtung eignet sich also zum Beispiel nicht für das Messen von Drücken von Gasen, die aus der Verbrennung einer Treibladung stammen und die aus diesem Grunde feste Verunreinigungen enthalten können.

Der Erfindung .liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckmeßvorrichtung zu schaffen, die es gestattet, hohe absolute oder Differenzdrüeke und insbesondere aber nickt zwingenderweise Drücke von Gas höherer Temperatur zu messen, das mit festen, häufig magnetischen Verunreinigungen belastet ist, die aus der Verbrennung einer Treibladung stammen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Druckmeßvorrichtung zu schaffen, die alle erforderlichen Merkmale für eine solche Anwendung in sieh vereinigt und die zuverlässig arbeitet, unempfinglich gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur und fähig ist, den Bniek von Gas bei erhöhter Temperatur und bei Belastung mit" festen sogar magnetischen Verunreinigungen zu messen beziehungsweise zu überwachen; die Vorrichtung soll weiterhin eine vollkommene Betriebssicherheit und integrierte Kontroll- und Testorgane besitzen, die es gestattet, das Vorhandensein eines Druckes zu simulieren, um nicht allein das !auktionieren

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der geschilderten Druckmeßvorrichtung, sondern die ganze Einrichtung nachzuprüfen, die sie steuern soll, (ojane daß es nötig wäre, ein teilweises, immer vom Zufall abhängiges Umschalten wegen einer vielleicht vergessenen oder irrtümlichen Schaltung vorzunehmen); die Torrichtung soll weiterhin ohne Gefahr Spitzendrücke aushalten können, die ein Vielfaches des Druckes hei normalem Betriebsablauf betragen, wobei sie doch so empfindlich bleiben soll, daß sie Signal gibt, sobald der Druck einen Wert erreicht, der nur einen winzigen Bruchteil des Normaldrucks ausmacht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtung mit einem Druckmeßgerät, das eisa Membran enthält, die druckempfindlich und an ihrem Rand an einer Halterung eingespannt ist, mit der sie zwei voneinander getrennte Hohlräume oder Kammern bildet, von denen eine unter einem Bezugsdruck steht, wahres*? eüe andere Kammer dazu dient, das Gas aufzunahmen, dessen Druck gemessen werden soll, wobei zur Messung der Membrandurchbiegung ein elektromagnetisches Anzeigegerät vorgesehen ist, deren Spule an eine Meßbrücke angeschlossen ist, von der i sie einen Zweig bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Anzeigegerät in der Kammer angeordnet i3t, die für das fragliche Gas unzugänglich ist.

In seinen vorzugsweisen Ausführungsformen kann die neue Druckmeßvorrichtung noch dadurch gekennzeichnet sein, daßi

— zur Kompensierung des Einflusses der !Temperatur des zu untersuchenden Gases, auf das Gleichgewicht der Brücke dem Druckmeßgerät ein zweites identisches Hilfsdruckmeßgerät zugeordnet ist , dessen Spule des elektromagnetischen

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Anzeigegerätes einen zweiten Zweig der Brücke bildet, wobei die beiden Meßgeräte und die Meßbrücke zusammengruppiert sind, um eine Drucksonde zu bilden?

- zur Beseitigung des Temperatureinflusses auf den Spannungsgradienten als Funktion des Druckes mindestens ein Teil eines Zweiges der Brücke aus Kupfer bestent;

- um beim Einbau die Brückenausgangsspannung auf einen gleichmäßigen, das gegenseitige Austauschen der Meßgeräte ohne Naeheiehung gestattenden Wert einzustellen, die beiden den Speisungsscheitelpunkten gegenüberliegenden Meßknoten der Brücke an einen Spannungsteiler angeschlossen sind, der aus einem festen Widerstand und einem damit in Reihe liegenden einstellbaren Widerstand besteht, der wiederum aus einem festen Widerstand und einem damit in Reihe liegenden weiteren Widerstand besteht, dem ein einstellbarer Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten parallelgeschaltet ist}

- derjenige Hohlraum des Hilfsmeßgerätes, der das elektromagnetische Anzeigegerät enthält, in Verbindung steht mit einer Leitung, die zeitweilig an eine Druckquelle·angeschlossen werden kann, um die Nachprüfung der Funktionsfähigkeit des Meßgerätes zu gestatten;

- die Membran des oder jedes Druckmeßgerätes sich an ihrer Peripherie auf eine ebene Fläche einer ringförmigen Halterung stützt, die diejenige der beiden Hohlräume oder Kammern, in der der schwächste Druck herrschen soll, begrenzt» wobei der Rand der Membran und der abgeschrägte gegenüberliegende Rand der ringförmigen Halterung in abdichtender

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Weise miteinander verschweißt sind, wobei die Schweißnaht in radialer Richtung weit genug von dem nützlichen Mittelteil beziehungsweise Meßteil der Membran entfernt ist, um diesen Teil von inneren Belastungen und Spannungen frei zu halten.

Alle diese und noch andere Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung, die sich auf ein Ausführungsbeispiel bezieht, das schematisch auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist und zwar zeigen:

Mg. 1 eine Ansicht der Druckmeßvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 eine i'eilansicht eines aber in einer anderen Ebene liegenden Längsschnitts der gleichen Meßvo rri chtung,

Pig. 3 ein Schema der Meßbrücke,

Gemäß Figur 1 trennt eine kreisförmige Membran 1 eine Meßkammer 2 von einer Kammer 3, die unter einem Bezugsdruck steht. Die Membran 1 ist mit einer ihrer Oberflächen gegen eine kreisringförmige ebene Fläche 4a, die Teil einer Zwischenstütze 4 ist, abgestützt, ö Innerhalb der Stütze 4 ist ein Elektromagnet 5 untergebracht, der, aus einem zentralen Kern 5a und einem Spulenköpf oder einer Seitenwand 5b besteht; der magnetische Kreis zwischen 5a und 5b ist mit einem sehr kleinen Luftspalt 6 über die Membran 1 geschlossen.

Eine Öffnung 5c verbindet den Raum oberhalb der Innenfläche der Membran 1 mit der Bezugskammer 3. Eine Spule 7 umgibt den Kern 5a. Eingang und Ausgang der Wickelung-7 sind an Klemmen 8 angeschlossen, die von einer Isolierplatte 9 ge-

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tragen werden. Der Elektromagnet 5, der in der Bohrung der

,Al-Stütze untergebracht beziehungsweise justiert ist, ist mittels einer umlaufenden Sehweißnaht (hergestellt unter Argon nach einem bekannten Terfahren), welche entlang der Perepherie der abgeschrägten Ränder der flanscjiartigen Yorsprünge 5d, 4b des Elektromagneten und der Stütze ver- · läuft, an der Stütze befestigt.

Die Membran 1 ist an der Stütze 4 mittels einer Schweißnaht befestigt, welche längs des Bandes des abgeschrägten flanschartigen Vorsprungs 41) verläuft, wobei diese SchweiB-naht in radialem Sinne genügend weit von dem nützlichen Mittelteil beziehungsweise Meßabschnitt der Membran entfernt ist, damit dieser 2eil beziehungsweise Abschnitt von inneren Belastungen und Spannungen freigehalten wird. Eine G-egenplatte 10 mit abgeschrägtem Band, deren. Bolle nachfolgend noch beschrieben wird, liegt gegen die Außenseite der Membran 1 an und wird gleichzeitig angeschweißt.

Die Stütze 4 ist ihrerseits in einem Körper 11 gelagert, mit dem sie in abdichtender Weise mittels einer Schweißnaht zusammengebaut ist, die entlang den abgeschrägten Händern der flanschartigen Yorsprünge 4e, 11a läuft. Der Körper 11 begrenzt die Bezugskammer 3» während eine mit einer Anschlußzwinge 12a ausgerüstete Schraubkappe 12, die unter Zwischenlegung einer Dichtung 13 auf den Körper 11 geschraubt ist, die Meßkammer 2 abschließt.

Infolge dieser auseinandernehmbaren Form der Apparatur kann die Meßkammer geöffnet und gereinigt werden, wenn das eingeführte Gas sehr mit festen Verunreinigungen "beladen ist.

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Bei einer nicht auseinandernehmbaren 3?orm ist die Dichtung 13 weggelassen und die Abdichtung wird dadurch erhalten, daß man die abgeschrägten, flanschartigen TorSprünge 11b, 12b an der Peripherie zusammenschweißt.

Das Auftreten eines Druckes in der Kammer 2 hat ein Durchbiegen der Membran 1 zur iOlge, wodurch sich der Luftspalt 6 verändert und einerseits die Permeabilität des magnetischen Kreises und andererseits die magnetische Streuung abgeändert werden; all dieses führt in der mit Wechselstrom gespeisten Spule 7 zu einer Veränderung dei Ibstinduktion und der Impedanz die eine funktion des herrschenden Druckes ist«

Das Messen der Impedanzveränderung geschieht in bekannter Weise mittels einer Brüekenseiialtung, bei der die Spule 7 einen ersten Brückenzweig !bildet, wotswj. Mittel vorgesehen

tie
Srosselspul- 7 erzeugte

Phasenfolge, andererseits den Einfluß der Umgebungstemperatur zu kompensieren, der nun entweder für die Veränderung des Temperaturkoeffizienten des Kupfers oder für die Veränderung der magnetischen Permeabilität oder die Veränderung des Luftspaltes von Bedeutung ist; diese Kompensierungsmittel bestehen aus einem flilfsdruekmessgerät mit den Bezugszeichen 1' bis 10', das mit dem Meßgerät mit den Bezugszeichen 1 bis 10 identisch ist» Der Körper 11 ist beiden Einheiten gemeinsam und die Spule 7' des Hilfsmeßgeräts bildet den zweiten Zweig der Brücke,

Die Bezugskammern 3 und 3* sind voneinander durch eine Scheidewand 11c getrennti die abgedichtete elektrische Durchlässe H trägt, zum Beispiel mit Glasperlen; durch

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diese Scheidewand führt ein Rohr 15, das zur Herstellung beziehungsweise Erzeugung eines Bezugsdruckes zur Außenseite der Vorrichtung führt oder das yais Stöpsel dienen kann, um das Vakuum beziehungsweise einen Unterdruck in der Kammer 3 (Fall nach figur 1) aufrechtzuerhalten. Die Ausführungsadem der Spulen 7 und 7', die an die Klemmen 8, 14 und 8* angeschlossen sind, verlassen die Kammer 3' durch radiale Öffnungen, etwa die Öffnung 11d, die mit Isolierschutzrohren 16 ausgerüstet sind und in einen äußeren Raum 11e münden, der radial durch einen Aufsteckring 17 begrenzt wird. Der Zwischenraum 11e ist mit einem kaltpolymerisierbarem Harz ausgefüllt, das die Abdichtung'' gewährleistet. Eine andere radiale Öffnung 11f (Figur 2), die in einen Raum. 11g mündet, gestattet die Anbringung eines Rohres 18, das mit einer Zwinge 18a ausgerüstet ist, um die Kammer 3' an eine Druckquelle anzuschließen. Der durch den Ring 17 abgegrenzte Zwischenraum 11g, ist ausgefüllt mit einem bei kaltpolymerisierbarem Harz, das eine Abdichtung gewährleistet. (Das unter dem Namen Araldite bekannte Handelsprodukt ist für diesen Zweck geeignet). Diese Art der Befestigung des Rohres 18 ist nötig, denn diese Befestigung kann nur nach dem Verschweissen der flanschartigen Vorsprünge 4e, 11a stattfinden} zu diesem Zeitpunkt erlaubt aber das Vorhandensein der Spulen 7 und 7¹ nicht das Rohr 18 mittels der üblichenι die beabsichtigten klassischen Schweißverfahren (oder Härtiötverfahren) am Körper 11 zu befestigen.

Pfeiler 19 tragen eine mit einer gedruckten Schaltung Versehene Isolierscheibe 20» auf der andere Brüekenelemente als die Spulen 7 und 7' angebracht sind, und weitere Pfeiler 21 verlängern die Pfeiler 19, um eine Platte 22 abzti-

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stützen, auf der eine elektrische Anschluß-Dose 25 und die Zwinge 18a aufmontiert sind. Eine dünnwandige Haube 23 schließt das Ganze ein.

Die Kammer 2' wird von einem Deckel 24 begrenzt, der auf den Gegenplatte 10' abgestützt ist, wobei eine kleine Röhre 24a die Kammer 2' mit der Außenluft verbindet.

Der ganze Innenraum der Haube 23 ist nach einem bekannten Verfahren mit einem Ummantelungsmaterial ausgefüllt.

Die Brücke, die in bekannter Weise zwei Anschlußscheitelpunkte 26 und 27, die zum Zuführen von Wechselstrom 26a, 27a ah^zwei Klemmen angeschlossen sind, und zwei Ausgangsscheit elpunktenrder -knoten 28 und 29 aufweist, von denen der eine Scheitelpunkt 28, an Masse liegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der eine Zweig zwischen 26 und 28 durch die Spule 71 und ein anderer Zweig zwischen 27 und 28 durch die identische Spule 7' gebildet ist, während eine dritter Zweig zwischen 26 und 28 in Reihe liegend einen Widerstand 30, einen Widerstand 31 und den Teil 32a eines Widerstandes 32 enthält, dessen anderer !eil 32b mit einem Widerstand 33 in Reihe liegt und damit den vierten Zweig zwischen 27 und 29 bildet.

Das Verhältnis der Widerstände 32a, 32b , unabhängig davon ob es veränderbar oder aus zwei festen Widerständen aufgebaut ist, gestattet es, den Gleichgewichtspunkt der Brücke zu suchen, bei dem die Ausgangsspannung bei Abwesenheit von Druck Hull ist. Die Temperaturveränderungen sind ohne Einfluß auf den Gleichgewichtspunkt, da der Einfluß auf 7 durch den Einfluß auf 7' kompensiert wird.

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Im Gegensatz dazu ist, in Gegenwart eines eingeführten Druckes die Ausgangsspannung eine lineare Funktion des Druckes, der Winkelkoeffizient oder Spaonungsgradient sich geringfügig mit der Temperatur ändert. Diese Veränderung wird durch den Einfluß der Temperatur auf den Widerstand 31 kompensiert, der aus Kupfer besteht und einen bestimmten Teil des Zweiges 3O-31-32a darstellt.

Da verschiedene Meßgeräte eingebaut werden können, um sich gegenseitig ohne Naeheichung zu ersetzen, ist ein Spannungsteiler vorgesehen, der einen ho&en Widerstand 34 in der Ordnung von 10 KXL und einen bei der Montage eingestellten Widerstand enthält, der in Reihe einen Wi·^" derstand 35 und einen Widerstand 36 , dem einen Widerstand 37 mit negativem Temperaturkoeffizienten nebengeschaltet ist, enthältjder Spannungsfüler gestattet es, beim Einbau die an der Klemme 38 angesammelte Ausgangsspannung zu regeln.

Die integrierten Testmittel werden dureh. das Kompenierungs-Meßgerät gebildet (Bezugszeichen. 1'- bis 10*)· Ss genügt, durch das Rohr 18 einen bekannten Druck in die Kammer 3' hineinzuleiten, um am Ausgang der Brücke die gleiche Wirkung zu erzeugen wie ein in die Kammer 2 hineingeleiteter zu messender Druck, was es erlaubt, die ganze Punktionsfähigkeit global zu überprüfen. Wenn die Zwinge 18a abgeschaltet wird, wird die gesamte Anordnung in Betrieb gesetzt, ohne daß etwas vergessen oder falsch gehandhabt werden kann,

Die Gegenplatte 10' ist nötig, um den nützlichen Teil beziehungsweise Meßbereich der Membran 1 im Moment des Ver-

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suckes abzugrenzen. Dieses zeigt die Notwendigkeit der Platte 10, um eine möglichst vollkommene Bausymmetrie zu sichern, die für eine ausgezeichnete thermische Kompension bürgt.

Schließlich besteht, wenn man die Kammer 3 evakuiert, die Gefahr, daß die Membran 1 beim Abstützen auf dem Stützkörper 4 zwischen den Beiden Ebenen eine Störspannung zu verheimlichen, die erst anschließend wirksam würde; die radialen Eiffeiungen gemäß 4f sind vorgesehen, um dem abzuhelfen.

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Claims

Patentansprüche

(i J Druekmeßvorriciitung mit einem Druckmeßgerät, das eine Membran enthält, die druckempfindlich und an ihrem Rand an einer Halterung eingespannt ist, mit der sie zwei voneinander getrennte Hohlräume oder Kammern "bildet, von denen eine unter einem Bezugsdruck steht, während die andere Kammer dazu dient, das Gas aufzunehmen, dessen Druck gemessen werden soll, wobei zur Messung der Membrandurenbiegung ein elektromagnetisches Anzeigegerät vorgesehen ist, deren Spule an eine Meßbrücke angeschlossen ist, von der sie einen Zweig bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Anzeigegerät in der Kammer angeordnet ist, die für das fragliche Gas unzugänglich isto

2, Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensierung des Einflusses der Temperatur des zu untersuchenden Gases, auf das Gleichgewicht der Brücke dem Druckmeßgerät ein zweites identisches Hilfsdruekmeßgerät zugeordnet ist, dessen Spule des elektromagnetischen Anzeigerätes einen zweiten Zweig der Brücke bildet, wobei die beiden Meßgeräte und die Meßbrücke zusammengruppiert sind, um eine Drucksonde jzai bilden.

3. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadureii gekennzeichnet, daß zur Beseitigung des Temperatureinflusses auf den Spannungsgradienten als Punktion des Druckes mindestens ein 3?eil eines Zweiges der Brücke aus Kupfer besteht*

4. Druekmeßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß, um beim Einbau die Brückenausgangsspannung auf einen gleichmäßigen, das gegenseitige Austauschen der Meßgeräte ohne Nacheichung gestattenden Wert einzustellen, die beiden den Speisungsschei'telpunkten gegenüberliegenden Meßknoten der Brücke an einen Spannungsteiler angeschlossen sind, der aus einem festen Widerstand und einem damit in Reihe liegenden einstellbaren Widerstand besteht, der wiederum aus einem festen Widerstand und einem damit in Reihe liegenden weiteren Widerstand besteht, dem ein einstellbarer Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten parallelgeschaltet ist.

5. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Hohlraum des Hilfsmeßgerätes, der das elektromagnetische Anzeigegerät enthält, in Verbindung steht mit einer Leitung, die zeitweilig an eine Druckquelle angeschlossen werden kann, um die Nachprüfung der Funktionsfähigkeit des Meßgerätes zu gestatten.

6. Druckmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran des oder jedes Druckmeßgerätes sich an ihrer Peripherie auf eine ebene fläche einer ringfärmigen Haltung stützt, die diejenige der beiden Hohlräume oder Kammern, in der der schwächste Druck herrschen soll, begrenzt, wobei der Rand der Membran und der abgeschrägte gegenüberliegende Rand der ringförmigen Halterung in abdichtender Weise miteinander verschweißt sind, wobei die Schweißnaht in radialer Richtung weit genug von dem nützlichen Mittelteil beziehungsweise Meßteil

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der Membran entfernt ist, um diesen Teil von inneren Belastungen und Spannungen frei zu halten.

den Anmelder:

Anmelder: Societe dite: CROUZET ^{L j}" , 128 avenue de la Republique SU/.....,..- -i>:uto

Paris

Priorität wird beansprucht aufgrund Patentanmeldung Frankreich Ιίο4¥ΐ41 515 vom 26, Februar 1968.

Bremen, den 19. 2. 1969 5917

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