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Automatische Dampfdruckmesseinrichtung Die Erfindung betrifft ein.
automatische Druckmeßeinrichtung.
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Sie hat besondere Bedeutung für die Messung der Dampfdrücke eines
flüssigen Gemisches bei verschiedenen Temperaturen und Mischkonzentrationen.
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Wenn man die Dampfdrücke eines Medlumobol verschiedenen Temperaturen
messen will. ao ist es mit den an eich bekannten Meßmethoden nicht möglich, genaue
Druckmeßwerte zu erhalten, da die Temperatur des Mediums einen zu starken Einfluß
auf das Meßergebnis besitzt.
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Der Erfindung lag demnach die Aufgabe zugrunde, eine sutomatische
Druckmeßeinrichtung zu entwickeln1 die unter Verwendung eines Hilfsgases konstanter
Temperatur arbeitet, dessen Druck von Feinmeßgeräten gemessen wird, sobald es auf
den gleichen Druck gebracht ist, wie das zu messende Medium.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt nach der Erfindung duroh Verwendung
eines doppelseitigen Membrankontaktschalters. der aus einer mit elektrischem Anschluß
versehenen Membran zwischen zwei elektrisch isolierten Gehäuse schalen mit Je einem
mittleren Membrananschlagkontakt besteht, einerseits an das Medium, dessen Druck
zu messen ist (Meßgas), und andererseite an eine mit Druckmeßgeräten vorsehone Leitung
für ein Kompensationsgas konstanter Temperatur angeschlossen ist, zu deren Gaszufuhr
bzw. Ableitung je ein Magnetventil dient, das Jeweils durch einen Membrankontakt
mit dem Gehäuseanschlag auf der Kompensationsgasseite bzw. auf der Meßgasseite über
ein Relais geöffnet wird und ohne Membrankontakt geschlossen ist.
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Die Gehäuseschalen sind dabei gegenüber der Membran duroh eingesetzte
Kunststoffringe, vorzugsweise aus "Ultramid" isoliert, in die Kupferringe zur Membraneinspannung
eingelegt sind.
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Zur Einspannung der Membrane dient ein Zentrierzylinder mit einem
Innenmantel aus "Teflon" und Innengewinde an einem Ende, sowie ein Gewindedeckelteil.
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Ferner ist mit besonderem Vorteil zwischen dem unteren Kalottenteil
und dem Gewindedeckelteil ein Kugelepurlager eingebaut, um die Nembraneinspannkräfte
gleichmäßig auf die Gehäuse schalen zu übertragen und ein gegenseitiges Verdrehen
der Schalen zu vermeiden.
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Mit Vorteil sind dabei transistorierte Relais, vorzugsweise niederchmige,
mehrstufige Relais, vorgesehen.
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In der Kompensationsgasleitung wird zweckmäßig mindestens ein druckstoßdämpfendes
Puffergefäß angeordnet.
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Die Ansprechempfindlichkeit des Membrankontaktschalters beträgt dabei
weniger als 0,001 Atin.
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Zur Messung der Dampfdrücke von Flüssigkeiten bzw. flüssigen Gemischen
bei verschiedenen Temperaturen ist ein temperierbares Gefäß mit der Meßgasseite
des Membrankontaktsehalters verbunden.
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Das temperierbare Gefäß besteht dabei mit Vorteil aus zwei konzentrischen
Glaszylindern zwischen zwei dichtenden Abschlußplatten, in deren innerem Zylinder
oben der Membrankontaktschalter und unten ein Rührwerk eingebaut und in deren Ringraum
die Zirkulation eines temperaturhaltenden Mediums über eine an die Abschlußplatten
anschließbare Temperiervorrichtung vorgesehen ist.
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Zur Messung höherer Drücke besteht das temperierbare Gefäß aus zwei
konzentrischen druckfesten Stahlzylindern aus unmagnetischem Material zwischen zwei
dichtenden Abschlußplatten, in deren innerem Zylinder oben der Membrankontaktschalter
und unten ein Rührwerk mit 1)rehzahlmeßeinrichtung eingebaut ist und in deren Ringraum
die Zirkulation eines temperaturhaltenden Mediums über eine an die Abschlußplatten
anschließbare Temperiereinrichtung-vorgesehen ist.
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Zur Verbesserung der Temperaturhaltung ist es dabei vorteilhaft, daß
das Kompensationßgas dem Membrankontaktschalter von oben über eine vom Temperiermedium
umstrmte Temperierschlange zuführbar ist.
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An einer zur Montageerleichterung des Rührwerks vorgesehenen Rührerzentriervorrichtung
ist eine kreisfbrmige Spule angeordnet,
die den Drehvorgang infolge
eines auf der Rührwelle angebrachten Permanentmagneten als induktiven Stromimpuls
anzeigt.
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Dabei ist es vorteilhaft, daß die kreisfUrmige Spule in einem Gehäuee
aus Magneteisenblech angeordnet und dadurch gegen äußere Störfelder abgeschirmt
ist.
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Der Rührantrieb erfolgt dabei über einen an der Rührerwelle befestigten
Permanentmagneten induktiv von außen.
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Mit Vorteil ist ferner die Rührwelle oben durch eine Spitze aus Stahl
in einem gehärteten Stahlbolzen mit axialer Vorspannung durch eine Druokfeder in
einem Kunststoffteil zur Dolzenführung mit konischem Ansatz zur Wellenzentrierung
und unten mittels eines Axialkugellagere gelagert.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der automatischen Dampfdruokmeßeinrichtung
nach der Erfindung soll nunmehr anhand der Pig. 1 und 2 im einzelnen beispielsweise
näher erläutert werden.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der gesamten Meßeinrichtung.
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Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Dampfdruckmeßgefäß mit Membrankontaktschalter
und Rührwerk.
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Die Apparatur besteht aus einem Dampfdruckmeßgefäß 1, in dessen oberem
Teil ein Membrankontaktschalter 2 angeordnet ist, während sich im unteren Teil ein
Rührer 3 mit Induktionsspule 4 zur Drehzahlregistrierung befindet.
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Der Membrankontaktschalter 2 betätigt' Jeweils eines der transistorierten
Relais 5a bzw. 5 Das aus der Gasflasche 6 der Kompeneationagasleitung 6a zufließende
Kompensationsgas wird bei zu hohem Druck mittels des Relais 5a durch as Magnetventil
7a abgelassen und bei zu niedrigem Druck mittels des Relais 5b durch das Nagntventil
7b neu aufgefüllt.
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An der Kompensationsgasleitung 6a sind die Manometer 8, 9 und 10 mit
verschiedenen Meßbereichen sur Präzisionsdruckmessung angeschlossen. Die beiden
Gaspuffergefäße 11 dienen zum Abfangen von Druckatößen beim Öffnen und Schließen
der Magnetventile 7a bzw. 7b. Die Kompensationsgasleitung 6a ist über die beiden
Puffergefäße 11 und ein Staubfilter 12 mit der Kompensationsgasseite des Membrsnkontaktschalters
verbunden.
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Mittels der Temperaturmeßbrücke 13 kann die genaue Temperatur des
Dampfdruckmeßgefäßes registriert werden. Das Milliamperemeter
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dient zur Kontrolle der Rührerdrehzahl.
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Anhand der-Fig. 2 sollen nunmehr die Einzelheiten der Dampfdruckmeßapparatur
näher erläutert werden; Zwischen zwei als Kugelkalotten ausgebildeten Formteilen
21 und 22 ist eine Membrane 23 aus Kupfer, Silber oder Gold gegen Masse elektrisch
isoliert und mit einer bestimmten Vorspannung versehen. Zur elektrischen Isolation
ist in die beiden Gehäuseschalen 21 und 22 der als doppelseitige Kugelkalotte ausgebildeten
Nembranspannvorrichtung ein Kunetstoffring 24a bzw. 24b, vorzugsweise aus Ultramid
eingepreßt in welohem zur Zuführung des elektrischen Stromes an die Membrane ein
Kupferring 25a bzw. 25b eingebettet ist.
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Die Vorspanninig der Membrane wird erreicht, indem die beiden äußeren
Kanten der Kupferring 25a und b in den Kalottenkörpern 21 und 22 in verschiedenen
Winkeln abgeschrägt sind. Hierdurch erreicht man, daß bei einem Zusammenbau des
Schalters die beiden Kalottentelle beim Pressen die äußeren Kanten plastisch verformen
und dabei durch die Verformungsenergie die Metallfolie 23 spannen. Zur Herstellung
des Kugelradius an den beiden Folienspannkörpern dient ein entsprechender Formstahl'
mit dem vor Jedem erneuten Zusammenbau
des Schalters die verformten
Kanten nachgearbeitet werden müssen.
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Im Zentrum der Spannvorrichtung befinden sich 7 Bohrungen 26a bzw.
26b mit je 1,5 mm Durchmesser, die den PrUf- und Kompensationsdruck an die Membrane
zuführen. Gleichzeitig wird an diesen Zentren bei Berührung mit der Membrane ein
elektrischer Kontakt gebildet, der zur Steuerung der Anlage herangezogen wird.
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Durch eine senkrechte Bohrung 27 des oberen Kalottenkörpere 21 führt
man der Membrane 23 den Strom mittels einer Stiftschraube 28 mit Kontaktmutter 29
über den Kupferring 25a zu.
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Seitlich ist die Bohrung 27 gegen Kurzschluß (Masßeschluß) durch einen
kltemittelbeständigen Kunststoffring 30 geschützt. Der Widerstand des Kupferringes
gegen Nasse beträgt über 500 KOhm.
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Zur Zentrierung der beiden Kalottenkörper 21 und 22 dient ein verschraubbarer
auf Passung bearbeiteter Zylinder 31, der innen mit einem Kunststoffmantel 32 ausgekleidet
ist und dadurch die Kalottenteile 21, 22 gegen Kurzschluß schützt.
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Eine gleichmäßige und weitgehend reibungslose Pressung der beiden
Kalottenstücke wird durch den Einbau eines Kugelspurlagers 33 zwischen Kalottenteil
22 und ein Gewindedeckelteil 34, das mit dem Zentrierzylinder 31 verschraubt ist,
erreicht. Diese Anordnung garantiert nicht nur gleichmäßige Belastung, sondern hat
den Vorteil, daß beim Verschrauben durch die punktförmige Druckbeanspruchung eine
Gefahr der Verdrehung des unteren Kalottenteile ausgeschlossen wird. Der Innenmantel
32 des Zentriermantels 31 besteht dabei mit Vorteil aus Teflon und verhindert durch
die gute Fließfähigkeit des Teflons eine allzu starke Beanspruchung der Kalottenteile
21 und 22.
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Vor Verwendung des Schalters prüft man in zusammengebautem Zustand
auf ausreichende elektrische Isolation. Der Widerstand muß mindestens 500 KOhm gegen
Masse betragen, um ein vorzeitiges Ansprechen des Relais zu verhindern.
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Das Dampfdruokmeßgefäß ist aus Edeletahl hergestellt und besteht aus
einer zylindrischen Temperierzelle 35 für das dlkältemittelgemisch, dessen Dampfdruck-Uemperatur-Abhingigkeit
zu ermitteln ist. Die Temperierzelle wird durch zwei koaxial ineinandergestellte
Zylinder 36 und 37 gebildet, die zwischen aich einen Ringraum 38 einschließen. Die
beiden Zylinder
werden durch vier Zuganker 39 mit Flanschteilen
40, 41 verspannt. Zur Messung höherer Drücke dienen Edelstahlzylinder, während sonst
Glas zylinder verwendet werden. Der Boden des Dampfdruckgefäßes ist doppelwandig
gebaut und dient für die Zuleitung 42 der Temperierflüssigkeit, z.B.
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Sole. Dadurch wird an dem Boden der Meßzelle eine gute Temperierung
geschaffen, die während der Messungen Temperaturunterschiede in der Meßzelle vermeidet.
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Zur Messung der Gemischtemperatur ist ein Widerstandsthermometer direkt
mit der Meßzelle verschraubt. Die Temperiert flüssigkeit, die durch das Bodengefäß
strömt, fließt durch viele konische Bohrungen 43 zwischen Meßzelle und Temperiermantel
dem oberen Flansch 40 zu. Dabei durchströmt die Temperierflüssigkeit das Oberteil
44 des Flansches 40 und temperiert gleichzeitig des Aufsatzteil 44 der Meßzelle.
Durch diese Anordnung wird für eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte
Fläche der Temperierzelle'gesorgt. Daa obere Teil der Apparatur besteht aus dem
Flansch 40 zum Verspannen des Temperiermantels über die vier Zuganker 39 sowie aus
einem verechraubbaren Aufsatzteil 44, das beim Verschrauben den inneren Zylinder
36 für die Meßzelle 35 spannt. In diesem Teil befinden sich vier schräg gegenüberliegende
Bohrungen 45, die zum Innenteil 35 führen. Zur Messung der Temperatur
des
Dampfraumes wird eine Bohrung 45 für ein Widerstandsthermometer 46 verwendet, das
an die Meßbrücke 13 angeschlossen ist.
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In das Aufsatzteil 44 ist zur Temperierung des Kompensationsgases
ein spiralförmiges Kupferrohr 47 eingelötet, das von der Temperierflüssigkeit vor
dem austritt 48 aus der Versuchsapparatur umflossen wird.
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Zur Durchmischung des eingefüllten Ö1-Kältemittelgemisches befindet
sich in der Meßzelle 35 ein vertikal angeordnetee Rührwerk 50, das oben durch eine
Spitze 51 aus Stahl und unten durch eine Kugel 52 gelagert ist. Der Antrieb des
Rührwerkes wird von außen durch einen rotierenden Permanentmagneten 53 betätigt.
Zur Zentrierung des Rührstabes ist an dem Nembrankontaktschalter ein konisch zulauf
endes Kunststoffteil 54 angebracht, das den Rührer 50 automatisch zentrierte Zur
Lagerung der Spitze 51 befindet sich im Inneren des Kunststoffgehäuses eine Bohrung
55, in welcher die Stahlnadal 51 in einem gehärteten Stahlbolzen 56 mit gewisser
axialer Vorspannung belastet ist, Die Vorspannung wird durch ne über den Stahlbolzen
56 wirkende Druckfeder 57 erreicht.
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Durch die konstante Federkraft wird auch bei großen Temperaturunterschieden
und der damit verbundenen unterschiedlichen
Materialausdehnungen
der Bauelemente immer die Lagerung gewährleistet.
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Werden unter erhöhtem Druck Dampfdruckgleichgewichtskurven aufgenommen,
so müssen zwangsläufig druckfeste Stahlzylinder 36, 37 aus unmagnetischem Material
verwendet werden.
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Dies hat den Nachteil, daß der Rührvorgang nicht mehr optisch erfaßt
werden kann und man ist deshalb darauf angewiesen, eine Registrierung der Rührbewegung
vorzunehmen.
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Aus diesen Gründen wurde an der Rührzentriervorrichtung eine kreisförmige
Spule 58 angebracht, die den Drehvorgang des Rührers durch einen dort sitzenden
Permanentmagneten 59 als induktiven Stromimpule anzeigt.
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Die Spule befindet sich in einem Gehäuse 60 aus Magneteisenblech und
ist dadurch gegen äußere Störfelder abgeschirmt.
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Zur Messung des Druckes dienen Absolutdruckmanometer.
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Die Temperaturdrift der Meßeinrichtung ist bei der praktisch vollkommenen
Temperierung des Kontaktschalters vernachlEssigbar gering. Druckanzeige-Fehler,
z.B. durch Uberhitaungen oder Kondensationserscheinungen im Schaltelement, können
also
bei der Ermittlung von Siededruck-Kurven von Flüssigkeiten
und deren Gemischen praktisch nicht auftreten.
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16 Patontansprüche 2 Blatt Zoiohnungon