DE1914926A1

DE1914926A1 - Druckmessgeraet

Info

Publication number: DE1914926A1
Application number: DE19691914926
Authority: DE
Inventors: Von Platen Baltzar Carl
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1969-10-09
Also published as: FR2004679A1

Description

Dipl.-Ing. H. Strohschänk

8 München 60 ,

MusäusstraBeS 2*.3.1969-SLa(4)

19O-7O5P

(Schweden)

Druckmeßgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmeßgerät mit einem auf die Druckkraft ansprechenden und mit einem mit Flüssigkeit gefüllten Raum versehenen Glied, mit Mitteln zum Messen der Volumenänderung dieses Raumes in Abhängigkeit von der druckabhängigen Verformung des Gliedes mittels der Flüssigkeit und mit auf die Flüssigkeitstemperatur, ansprechenden und mit dem Raum verbundenen Mitteln zum Ausgleich der temperaturabhängigen Volumenänderungen der Flüssigkeit.

Bei solchen bekannten Druckmeßgeräten, bei denen der Flüssigkeitsstand in einem mit dem vorgenannten Raum in Verbindung stehenden Kapillarrohr ein Maß für den gemessenen Druck darstellt, ist das Meßergebnis infolge der Wärmedehnung .der Wände des Raumes und der Flüssigkeit selbst temperaturabhängig. Obgleich in der schweizerischen Patentschrift Nr. 384 245 eine für solche Druckmeßgeräte vorgesehene Temperaturausgleichsvorrichtung offenbart ist, hat sich in der Praxis doch selbst in Verbindung mit einem solchen Temperaturausgleich noch kein befriedigender vollständiger Temperaturausgleich erzielen lassen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorgenannten Mangel zu vermeiden und das eingangs genannte Druckmeßgerät so zu vervollkommnen, daß sich auch bei schwankenden Temperaturen stets sehr genaue Messungen erzielen lassen.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß das auf die Druckkraft ansprechende Glied einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Elastizitätsmodul aufweist.

Eingehende Untersuchungen der hier betroffenen Druckmeßgeräte haben überraschenderweise gezeigt, daß das Meßergebnis bei schwankenden Temperaturen nicht nur durch eine dem Temperaturausdehnungskoeffizienten des gewählten Materials entsprechende Materialdehnung, sondern außerdem auch noch durch eine temperaturabhängige Änderung der Elastizität des Gliedes beeinflußt wird. Dieser zusätzliche störende Einfluß kann jedoch durch die vorgeschlagene Wahl des Materials des auf die Druckkraft ansprechenden Gliedes auf einfache Weise praktisch vollständig ausgeschaltet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel zum Ausgleich der temperaturabhängigen Volumenänderungen der Flüssigkeit zumindest annähernd frei von einer körperlichen Berührung mit dem genannten Glied. Hierdurch wird erreicht, daß jegliche etwa noch vorhandenen temperaturabhängigen Elastizitätsänderungen des genannten Gliedes keinen Einfluß mehr auf die Arbeit der Mittel zum Temperaturausgleich ausüben können.

Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zum Ausgleich der temperaturabhängigen Volumenänderungen der Flüssigkeit einen mit dem genannten Raum in Verbindung stehenden und durch einen darin befindlichen Körper teilweise ausgefüllten Ausgleichsraum₉ wobei

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der die Außenwand dieses Raumes bildende Hohlkörper einen anderen Temperaturausdehnungskoeffizienten als der darin befindliche Körper aufweist.

Andere Ausgestaltungen betreffen weitere konstruktive Einzelheiten des erfindungsgemäßen Meßgerätes.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veran- " schaulicht; es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druokmeßgerätes in einem schematisch gehaltenen Axialschnitt;

Fig. 2 bis 5 je eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckmeßgerätes in einer gleichen . Schnittdarstellung.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist ein aus Metall, z.ß. Eisen oder Stahl, bestehendes zylindrisches Rohr 1 kurz vor seinem oberen Ende durch eine Querplatte 2 und kurz vor seinem unteren Ende durch eine Querplatte 3 abgeschlossen. Beide Querplatten 2 und 3 bestehen aus dem gleichen Vierkstoff wie das Rohr 1.

Der vom Rohr 1 zwischen den Querplatten 2 und 3 eingeschlossene Raum 4 steht mit einem von der unteren Querplatte 3 ausgehenden Glasrohr 5 in Verbindung, welches vorzugsweise als Kapillarrohr mit einer lichten Weite von 0,3 bis 0,M- mm ausgebildet ist. Der durch das Rohr 1 und die Querplatten 2 und eingeschlossene Raum 4 ist mit einer sich bis in das Glasrohr hinein erstreckenden Flüssigkeit eines Volumens V ausgefüllt. Im Glasrohr 5 bildet diese Flüssigkeit gegenüber der anschließenden Luft einen Meniskus U.

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Die außerhalb des Raumes 4- über die Querplatten 2 und 3 vorstehenden Enden la und Ib oder stattdessen vorgesehene Endversteifungen des Rohres 1 dienen dazu, durch die in Längsrichtung des Rohres 1 wirksamen Druckkraft© P' etwa verursachte Deformationen des Rohres 1 von dem den Raum k bildenden Rohrteil fernzuhalten oder ganz zu vermeiden. Solche Überbeanspruchungen könnten zu einer nicht mehr druckproportionalen Formveränderung des Raumes 4 und damit zu einem falschen Meßergebnis führen. ·

Bei der Anwendung des beschriebenen Druckmeßgerätes wirkt die Druckkraft P^f gleichmäßig verteilt auf die Stirnkanten des Rohres 1, wobei die Querplatten 2 und 3 unbelastet" blei- ben. Durch die Druckbeanspruchung wird das Rohr 1 um einen * Betrag von in der Regel nur einem Bruchteil eines Millimeters verkürzt, so daß der Meniskus U durch die aus dem Raum 4 ver~ drängte Flüssigkeit gemäß Fig. 1 nach rechts verschoben wird. Die Lage des Meniskus kann an einer Skala abgelesen werden und stellt ein Maß für die Druckkraft P¹ dar.

Zu beachten ist allerdings, daß die genannte Skala nur bei einer bestimmten Temperatur t die Druckkraft P¹ genau anzeigt. Ändert sich beispielsweise die Temperatur der Flüssigkeit, dann dehnt sich die Flüssigkeit entsprechend aus oder zieht sich entsprechend zusammen, weshalb in diesem Falle die Lage des Meniskus U nicht nur von der Druckkraft P¹, sondern auch von der Temperatur t abhängt.

Damit der Meniskus U auch bei unterschiedlichen Temperaturen vor dem Meßbeginn trotzdem genau auf die Nullstellung der (nicht dargestellten) Skala eingestellt werden kann, ist mit dem Glasrohr 5 noch ein Balg 6 verbunden, der ebenfalls mit der Flüssigkeit ausgefüllt ist und über eine temperaturabhängig gesteuerte Betätigungsvorrichtung 7 so zusammengedrückt oder

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auseinandergezogen werden kann, daß die richtige Nullstellung des Meniskus U jederzeit beibehalten wird.

Außerdem besteht das Rohr 1 aus einem Werkstoff mit einem Elastizitätsmodul, dessen Größe im Bereich der hier in Betracht zu ziehenden Temperaturänderungen konstant bleibt. Hierdurch wird vermieden, daß die druckabhängige Volumenänderung des Raumes 4 außerdem auch noch von der jeweils herrschenden Temperatur abhängig sein könnte.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, daß die obere Begrenzungswand 2a des Raumes 4 statt als Querplatte 2 topfartig ausgebildet ist und mit ihrem Boden bis dicht an die untere Querplatte 3 heranreicht. Auch diese Begrenzungswand 2a besteht aus dem gleichen Material, wie beispielsweise Eisen oder Stahl, wie das Rohr 1. Hierdurch ergibt sich ein wesentlich kleineres Volumen des Raumes 4, weshalb auch der Balg 6 entsprechend kleiner gewählt werden kann.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Rohr-1 aus einer Legierung, deren Elastizitätsmodul ebenfalls bei den hier in Betracht zu ziehenden Temperaturänderungen unveränderlich bleibt. Die Legierung kann beispielsweise 42 % Ni, 5 % Cr, 2,4 % Ti, 0,5 % Al und zum Rest aus Eisen bestehen. Wenn es damit auch ,gelingt, eine temperaturabhängige Ausdehnung oder Zusammenziehung des Rohres 1 recht weitgehend zu verhindern, so kann eine solche temperaturabhängige Längenänderung dadurch doch nicht ganz ausgeschlossen werden.

Um auch die restlichen temperaturabhängigen Längenänderungen des Rohres 1 auszugleichen, ist der Raum 4 gemäß Fig. 3 zunächst weitgehend durch einen Körper 2b ausgefüllt, der bei den hier in Betracht zu ziehenden Temperaturänderungen ebenfalls

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praktisch keine Größenänderung erfährt. Schon durch diese Maßnahme wird eine weitere Verringerung der temperaturbedingten Fehler der Meniskusanzeige erreicht.

Um einen vollständigen Ausgleich der temperaturbedingten Anzeigeschwankungen zu erzielen, steht der Raum M- über das Glasrohr 5 hier noch mit dem Innenraum eines Hohlkörpers I¹ in Verbindung, in dem ein weiterer, den Innenraum nur teilweise ausfüllender Körper 2^fb angeordnet ist. Der Hohlkörper 1' kann beispielsweise aus Kupfer oder einem ähnlichen Metall großer Wärmeausdehnung bestehen, während der Körper 2^!b aus einem Werkstoff mit möglichst keiner Wärmedehnung bestehen soll.

Für die Wahl des Werkstoffes des Hohlkörpers 1' ist. es belanglos, ob dieser einen temperaturabhängigen Elastizitätsmodul aufweist, weil dieser Hohlkörper keinerlei Druckkräften ausgesetzt ist. Das Rohr 1 und der Hohlkörper I¹ sind lediglich gleicher Temperatur ausgesetzt. Bei ansteigender Temperatur wächst das Volumen des Hohlraumes im Hohlkörper 1', wodurch Stellungsänderungen des Meniskus U aufgrund dieser Temperaturänderung ausgeglichen werden.

Ein wesentlicher Vorteil des in Fig. 3 dargestellten Meßgerätes liegt darin, daß der Hohlkörper I¹ und der in diesem befindliche Körper 2'b getrennt vom druckbelasteten Rohr 1 angeordnet sind. Dies macht es möglich, das Rohr 1 aus einem Werkstoff mit konstantem Elastizitätsmodul und für den Hohlkörper 1' einen Werkstoff der gewünschten Temperaturdehnung zu wählen, ohne daß hierbei zugleich etwa auf eine Druckbelastung Rücksicht genommen zu werden braucht. Die beiden Eigenschaften sind nämlich nahezu unvereinbar miteinander, weil Werkstoffe mit einem temperaturunabhängxg konstant bleibenden Elastizitätsmodul nur eine sehr geringe temperaturabhängige

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Ausdehnung aufweisen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden bei der Druckbelastung innerhalb des Rohres 1 Zugbeanspruchungen erzeugt. Eine obere, der topfförmigen Begrenzungswand 2a des zweiten Ausführungsbeispiels ähnliche Begrenzungswand besteht aus einem zylindrischen Teil 2'a und aus einem dickwandigen Bodenteil 2"a, wobei angenommen ist, daß die gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen kleinere Druckkraft P¹ von oben her am Bodenteil 2"a angreift. Um Fehler in der elastischen Deformation zu vermeiden, ist die Wandstärke des zylindrischen Teils 2'a wesentlich geringer als die Wandstärke des Bodenteils 2"a.

Damit die Druckkraft P^! genau gemessen werden kann, müssen das Rohr 1, der zylindrische Teil 2'a und der Bodenteil 2"a der oberen Begrenzungswand und die untere Querplatte 3 gleiche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und zumindest der dünnwandige zylindrische Teil 2'a einen Elastizitätsmodul aufweisen, der innerhalb der praktisch auftretenden TemperaturSchwankungen konstant bleibt. Der Hohlkörper· I¹ kann aus Kupfer und der Körper 2'b aus Glas oder Invar bestehen. Die Druckkraft P¹ kann auf den Bodenteil 2"a mittels eines in Fig. M- nicht dargestellten Kolbens übertragen werden.

Fig. 5 zeigt, daß auch eine Ausführungsform des Druckmeßgerätes möglich ist, bei der der zum Temperaturausgleich dienende Hohlkörper innerhalb des Raumes 4 im Rohr 1 angeordnet ist. Er ist gemäß Fig. 5 innerhalb eines Körpers 2'b angeordnet, der¹ anstelle des in Fig. 3 dargestellten Körpers 2b vorgesehen und- entsprechend hohl ausgebildet ist. Der Hohlraum des Körpers 2'b wird unter Freilassung eines engen Spaltes 8 von einem Hohlkörper 1" ausgefüllt, der mit einem eine mittlere obere Öffnung des Hohlkörpers bildenden, nach oben vorstehenden Hals 9 am Rand einer entsprechend großen oberen Öffnung

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des Körpers 2'b gasdicht festgelegt ist. Der Hohlkörper 1" entspricht dem Hohlkörper 1^! der in den Fig. 3 und M- dargestellten Ausführungsbeispiele und besteht aus einem Werkstoff großer Temperaturausdehnung, während der Körper 2'b aus einem Werkstoff besteht, der im Bereich der vorkommenden Temperaturänderungen praktisch keine Temperaturdehnung erfährt. Der zwischen dem Körper 2'b und dem Hohlkörper 1" befindliche Spalt kann mit Wasserstoff ausgefüllt sein, der eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Schließlich ist auch hier im Hohlkörper 1" ein weiterer Körper 2"b vorgesehen, der dem Körper 2'b in den Fig. 3 und 4 entspricht. Die Wände des Körpers 2'b und des Hohlkörpers 1" müssen starr genug sein, um den temperaturabhängigen Druckschwankungen des Wasserstoffs standzuhalten, die sonst die Genauigkeit der Druckmessung beeinträchtigen könnten.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. Es sind insbesondere auch andere Stahllegierungen bekannt, deren Elastizitätsmodul bei den hier in Betracht kommenden Temperaturänderungen konstant bleibt. Eine solche Legierung ist Invar, zusätzlich mit 12 % Cr₉ d.h. eine Legierung, die aus 36 % Ni, 12 % Cr und zum Rest aus Eisen besteht. Auch die als Elinvar bezeichnete Legierung mit 42 % Ni besitzt diese Eigenschaft.

Patentansprüche: 9 0 9 8 A 1 / 1 1 1 5

Claims

(1·) Druckmeßgerät mit einem auf die Druckkraft ansprechenden und mit einem mit Flüssigkeit gefüllten Raum versehenen Glied, mit Mitteln zum Messen der Volumenänderung dieses Raumes in Abhängigkeit von der druckabhängigen Verformung des Gliedes mittels der Flüssigkeit und mit auf die Flüssigkeitstemperatur ansprechenden und mit dem Raum verbundenen Mitteln zum Ausgleich der temperaturabhängigen Volumenänderungen der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Druckkraft (P¹) ansprechende Glied (Rohr 1) einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Elastizitätsmodul aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ausgleich der temperaturabhängigen Volumenänderungen der Flüssigkeit zumindest annähernd frei von einer körperlichen Berührung mit dem genannten Glied (Rohr 1) sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ausgleich der temperaturabhängigen Volumenänderungen der Flüssigkeit einen mit dem genannten Raum (M-) in Verbindung stehenden und durch einen darin befindlichen Körper (2'b bzw. 2"b) teilweise ausgefüllten Ausgleichsraum umfassen und daß der die Außenwand dieses Raumes bildende Hohlkörper (I¹ bzw. 1") einen anderen Temperaturausdehnungskoeffizienten als der darin befindliche Körper (2'b bzw. 2"b) aufweist; Fig. 3 bis 5.

U. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum mit dem am Glied (Rohr 1) befindlichen Raum (4) über eine Leitung (Glasrohr 5) kleiner lichter Weite verbunden ist.

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5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Druckkraft (PM ansprechende
Glied als ein zylindrisches.Rohr (1) ausgebildet ist, welches die Druckkraft (P') in seiner Längsrichtung aufnimmt, und daß die den in diesem Rohr (1) befindlichen, mit Flüssigkeit gefüllten Raum (¹O axial begrenzenden frände (z.B. Querplatten

2 und 3) am Rohr (1) mit Abstand von dessen beiden Enden festgelegt sind; Fig. 1 bis 3 und 5.

6. Gerät nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ausgleichsraum einschließende Hohlkörper (1")

in dem im Rohr (1) befindlichen Raum (¹O angeordnet ist;
Fig. 5.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Begrenzungswand (2a bzw. 2'a und 2"a) des Raumes (¹O innerhalb des Rohres (1) topfartig bis dicht an die andere, als ebene Querplatte (3) ausgebildete Begrenzungswand heranre5.cht; Fig. 2 und Λ.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfboden (2"a) der einen Begrenzungswand (2'a, 2"a) die eine Abstützfläche des Rohres (1) bildet; Fig. 4·.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil (2'a) der topfartigen Begrenzungswand (2'a,
2"a) ein Mittel zum Ausgleich der temperaturabhängigen Volumenänderung der Flüssigkeit bildet.

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