DE1936938A1

DE1936938A1 - Measuring device for differential pressure

Info

Publication number: DE1936938A1
Application number: DE19691936938
Authority: DE
Inventors: Klaus Huelle; Schilder Dipl-Ing Klaus
Original assignee: Mess und Regelungstechnik VEB
Current assignee: Mess und Regelungstechnik VEB
Priority date: 1969-06-04
Filing date: 1969-07-21
Publication date: 1970-12-10
Also published as: CS168758B1

Description

Meßeinrichtung für Differenzdruck Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für Differenzdruck nach dem Ausschlagverfahren mit flexibler Membran und federgefesseltem Kolben als Meßorgan.Measuring device for differential pressure The invention relates to a measuring device for differential pressure according to the deflection method with flexible membrane and spring-bound Piston as a measuring element.

Bekannt sind einen großen Hub erzeugende federgefesselte Meßeinrichtungen für Differenzdruck derart, daß ein zwischen den beiden Druckräumen durch einet Membran abgedichteter Kolben je nacn Große des Differenzdruckes gegen eine oder mehrere auf Druck beanspruchte Meßfedern arbeitet wobei eine Rückholfeder die Übertragungselemente kraftschlüssig verbindet.Spring-mounted measuring devices producing a large stroke are known for differential pressure such that one between the two pressure chambers through one membrane sealed piston depending on the size of the differential pressure against one or more compression springs working with a return spring, the transmission elements frictionally connects.

Bei einer anderen bekannten Ausfuehrung dient ein federgefezselter Metallfaltenbalg zur Trennung der beiden Druckräume und zur Aufnahme der Druckkraft.In another known design, a spring-loaded one is used Metal bellows to separate the two pressure spaces and to absorb the pressure force.

Diese Meßeinrichtungen sind in ihrem konstruktiven Aufbau sehr kompliziert und erfordern einen sehr großen Fertigungsaufwand, Nachteilig ist ebenfalls, daß Meßorgan, Übert#agungselemente und Durchführung ii Druckgefäß montiert werden und nicht getrennt prüfbar sind. Einrichtungen mit zwei oder mehreren Druckfedern haben den Nachteil, daß durch die angeschliffenen Federenden die wirksame Federlänge nicht genau bestimmbar ist und durch die Schwächung des Materialquerschnittes die Enden bei Druc#belastung unfestlegbar angebogen werden und dadurch eine Durchbiegung der normalerweise geraden Federachse erfolgt. Das hat zur Folge, daß bei einem ungeführten Kolben als Meßkraft erzeugand@@Element dieser/bei Belastung schräg##stellt und sich dadurch die wirksame Kolbenfläche ändert. Ist der Kolben geführt, so treten Biegekräfte an der Führungsstange auf, die @ie Reibkraft wesentlich erhöhen.These measuring devices are very complicated in terms of their construction and require a great deal of manufacturing outlay. Another disadvantage is that the measuring element, transmission elements and passage ii pressure vessel are mounted and cannot be tested separately. Devices with two or more compression springs have the disadvantage that, due to the ground spring ends, the effective spring length cannot be precisely determined and, due to the weakening of the material cross-section, the ends are bent indefinitely under pressure and this causes the normally straight spring axis to bend. This has the consequence that with an unguided piston as a measuring force generand @@ element that / when loaded diagonally ## places and thereby the effective piston area changes. If the piston is guided, bending forces occur on the guide rod, which significantly increase the frictional force.

Die anderen Einrichtungen mit einem federgefesselten Metallbalg haben den Nachteil der aufwendigen Herstellung der Metallbälge und deren im Verhältnis zu Meßfedern größeren Hysterese, Durch die Erfindung wird bezweckt, di@@ Meßeinrichtung für Differenzdruck zu schaffen, die trotz einfachen konstruktlveu Aufbaus dieae Mängel nicht aufweist, aber die Vorteile von Einrichtungen mit großen Meßhüben nutzt.The other devices have spring-loaded metal bellows the disadvantage of the complex production of the metal bellows and their proportions to measuring springs greater hysteresis, The aim of the invention is di @@ measuring device for differential pressure, which despite simple construction The structure does not have any shortcomings, but has the advantages of facilities with large Uses measuring strokes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Differenzdruckmeßeinrichtung mit einem federgefesselten ung führten Kolben und flexibler Membran als Meßelement zu schaffen, bei der die einzelnen Funktionselemente zu selbständig Juztier- und prüfbaren B@ueinheiten zusammengefaßt sind und mit der eine einfache und spielfreie Meßvertübertragung möglich ist. Dabei soll die Nullpunkteinstellung des gesamten Gerätes auch unter Betriebsbedingungen vorgenommen werden können.The invention is based on the object of a differential pressure measuring device with a spring-cuffed piston and a flexible diaphragm as a measuring element to create, in which the individual functional elements too independently Juztier- and testable building units are summarized and with a simple and play-free Measurement transfer is possible. In doing so, the zero point adjustment of the entire Device can also be carried out under operating conditions.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe so gelöst, daß die als Meßeinsatz dienende Baugruppe aus ein vorzugsweise senkrecht stehenden mit einer Flexiblen Membras abgedichteten Kolben besteh, der von mindestens zwei auf Zug beanspruchten Meßfodern, deren Federkonstanten sich vorzugsweise wie 1 : 4 vorhalten, frei hängend und ohne seitliche Führung von den Meßfedern gehalten wird. Hierbei ist die untere Meßfeder mit der größeren Federkonstante, deren nach innen gebogene Enden so ausgebildet sind,daß sie eine zentrische Krafteinleitung und gleichzeitig eine geringe allseitige Winkelbewegung ermöglichen, in #ein Ansatzstück einer Kolbonstange und einer abnehmbaren Brücke, die auf zwei fest mit dem Mittelteil verbunden Säulen sitzt, eingehängt.According to the invention, the object was achieved in that as a measuring insert Serving assembly of a preferably vertical with a flexible one Diaphragm sealed piston exist, which claimed by at least two on train Measuring transducers, the spring constants of which are preferably 1: 4, freely hanging and is held by the measuring springs without lateral guidance. Here is the lower one Measuring spring with the larger spring constant, the inwardly bent ends of which are designed in this way are that they have a central force introduction and at the same time a low all-round Allow angular movement, in # one extension piece of a piston rod and a detachable one The bridge, which sits on two pillars firmly connected to the central part, is suspended.

Die obere Meßfeder, deren zentrisch herausgeführte Inden rit Gewindestücken ausgestattet sind, ist einmal in die obere Seite des Kolbens eingeschraubt und zum anderen in ein zweiteiliges Gege@stück, welches so ausgebildet ist daß ein oberes Teil als #ruckdichtes, drehbare Durchführung dient und ein unteres Teil als Führung in einer mit den Gehäuseoberteil verbundenes Hülse gleitet, wodurch eine von außen eingeleitete Drehbewegung die Höhenstellung den Kolbens ändert und zur Nullpunkteinstellung des Gerätes um drucklosen Zustand und unter Betriebsbedingungen dient. Die Unterseite des Kolbens ist gleichzeitig als Ventilplatte ausgebildet uad Bit dein Kolben ist eine Stange starr verbunden, die eine weitere Ventilplatte für die Überdrucksicherung trägt.The upper measuring spring, its centrally led out indene rit threaded pieces is screwed once into the upper side of the piston and used for others in a two-part counterpart, which is designed so that an upper Part serves as a pressure-tight, rotatable duct and a lower part serves as a guide slides in a sleeve connected to the upper part of the housing, whereby one from the outside initiated Rotary movement changes the height of the piston and for zero point adjustment of the device in a depressurized state and under operating conditions serves. The underside of the piston is also designed as a valve plate uad bit your piston is rigidly connected to a rod, which is another valve plate for the overpressure protection.

Außerdem ist an eine Ansatzstück der Kolbenstange eine nicht mit der Meßkraftübertragung in Verbindung stehends, abgebogene Zahnstange so angelenkt, daß in Arbeitsstellung durch die Schwerkraft ein Moment in Richtung antreibendes Ritzel hervorgerufen wird, wodurch eine Spielfreie Ubertragung der Hubbewegung auf das Ritzel gewährleistet ist. In addition, one is not connected to an extension piece of the piston rod the measuring force transmission connected, bent rack articulated in such a way that that in the working position by gravity a moment driving in the direction Pinion is caused, whereby a backlash-free transmission of the stroke movement the pinion is guaranteed.

Eine an sich bekannte Durchführung mit magnetischer Kupplung wurde insbesondere als vorprüfbare Baugruppe gestaltet, indem eine in das Gehäuseunterteil einsteckbare Lagerhülse rit aufgeschraubter Magnetkappe eine Magnetwelle mit Ritzel aufnimmt und die Lagerhülse ein Führungsteil enthält, an den die Zahnstange so geführt wird, daß i..er eine formschlüssige Verbindung Bit den Ritzel erfolgt, Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein einfacher Geräte@ aufbau aus bereits vorprüfbaren Baueinheiten erreichte der außerdem den Vorteil aufweist, daß die Fehler durch Hysterese, durch Reibungseinflüsse und durch Spiel in den Ubertragungin elementen stark reduziert werden. A known implementation with magnetic coupling was in particular designed as a pre-testable assembly by placing one in the lower housing part Insertable bearing sleeve with screwed-on magnetic cap, a magnetic shaft with pinion receives and the bearing sleeve contains a guide part to which the rack is guided is that i..er a form-fitting connection bit the pinion takes place, through the The solution according to the invention is a simple device @ structure from already pre-testable Building units which also has the advantage that the errors due to hysteresis, greatly reduced by the effects of friction and play in the transmission elements will.

Die Erfindung soll nachstehend an einem praktischen Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazu gehörenden Zeichnungen zeigen: Figur 1: einen Längsschnitt durch die Meßeinrichtung entlang der Mittelachse, wobei unwesentliche oder bekannte Bauelemente vereinfacht dargestellt sind. The invention is intended below on the basis of a practical exemplary embodiment are explained in more detail. The accompanying drawings show: FIG. 1: a Longitudinal section through the measuring device along the central axis, insignificant or known components are shown in simplified form.

Figur 2s die spezielle Einhängung der Meßfeder vergrößert dargestellt und um 90° gedreht gegenüber der Darstellung in Figur 1.Figure 2s shows the special suspension of the measuring spring enlarged and rotated by 90 ° compared to the illustration in FIG. 1.

Entsprechend der Figur 1 besteht die Meßeinrichtung aus den ratationssynetrißchen Gehäuseoberteil 1, Gehäuseunterteil 2t Meéinsatz 3 und der Durchfahrung mit magnetischer Kupplung 29, wobei der mit einer flexiblen Membran 5 abgedichtete Kolben 4 das Gehäuseinnere in zwei Druckkammern 6 und 7 unterteilt, die über die Anschlüsse 8 und 9 mit den hier nicht dargestellten Durchzuführungsleitungen und Armaturen in Verbindung stehen.According to FIG. 1, the measuring device consists of the ratation synetris Upper housing part 1, lower housing part 2t Meéinsatz 3 and the passage with magnetic Coupling 29, the piston 4 sealed with a flexible membrane 5, the interior of the housing divided into two pressure chambers 6 and 7, which via the connections 8 and 9 with the Feed-through lines and fittings, not shown here, are connected.

Der Kolben 4 mit der Membran 5 ist durch die beiden auf Zug beanspruchten Meßfedern 16 und 17, die sich in ihren Federkonstanten wie 1 : 4 verhalten, ohne Jegliche zusätzliche Führung aufgehängt, Die Aufhängung der Meßfeder 17 mit der grdßeren Federkonstante ist in Figur 2 näher dargestellt.The piston 4 with the membrane 5 is stressed by the two on train Measuring springs 16 and 17, which behave in their spring constants as 1: 4, without Any additional guide suspended, the suspension of the range spring 17 with the The larger spring constant is shown in more detail in FIG.

Die Federenden 18 und 19 der Meßfeder 17 sind zentrisch nach innen gebogen und in ihren Anlagepunkten verrundet.The spring ends 18 and 19 of the measuring spring 17 are centered inwards curved and rounded in their contact points.

Das obere Federende 18 ist in das Ansatzstück 11 eingehängt, das Uber die Ventilplatte i2 und der Xolbenstange lo zentrisch mit dem Kolben 4 verbunden ist. Das untere Federende19 hängt in der abnehmbaren Brücke 20. die auf zwei fest mit der Platte 39 des Meßeinsatzes 3 verbundenen Säulen 21 sitzt.The upper end of the spring 18 is hooked into the extension piece 11, the Uber the valve plate i2 and the piston rod lo are centrally connected to the piston 4 is. The lower end of the spring 19 hangs in the removable bridge 20 with the plate 39 of the measuring insert 3 connected columns 21 is seated.

Die Meßfeder 16 besitzt, wie au Figur 1 hervorgeht, zentrisch nach außen gebogene Federenden, an denen die Gewlndestücke 30 und 31 angeschweißt sind. Das Gewindestück 30, welches in die Oberseite des Kolbens 4 eingeschraubt ist, läßt sich so einstellen, daß der Stift 33 in Führungsteil 32, in welches das Gewindestück 31 fest eingeschraubt ist,in eine Nut der Hülse 34 eingeführt werden kann, ohne die Meß ender 16 auf Drehung zu beanspruchen. Ii das Führungsteil 32 ist außerdem das Durchführungsteil 35 eingeschraubt, welches durch die Dichtung 36 und die beiden Muttern 37 eine gegen den Druckraum 6 abgedichtete, drehoare Durchführung bildet, Durch Drehen am Vierkant 38 läßt sich folglich das Führungsteil 32 in seiner Höhenlage verstellen und damit über die Änderung der Federspannung der Nullpunkt der Meßeinrichtung.As can be seen from FIG. 1, the measuring spring 16 is centered externally bent spring ends to which the threaded pieces 30 and 31 are welded. The threaded piece 30, which is screwed into the top of the piston 4, can adjust so that the pin 33 in guide part 32, in which the threaded piece 31 is screwed tightly, can be inserted into a groove of the sleeve 34 without the end of the 16th claim on rotation. Ii the guide part 32, the lead-through part 35 is also screwed, which through the seal 36 and the two nuts 37 a rotatable bushing sealed against the pressure chamber 6 forms, By turning the square 38, the guide part 32 can consequently in his Adjust the height and thus the zero point by changing the spring tension the measuring device.

In der als Ventilplatte 40 ausgebildeten Unterseite des Solbens 4 sowie in der Ventilplatte 12 ist je ein Dichtring 15 bzw. 13 eingesetzt, der sich bei geringer Unterschreitung bzw, Überschreitung des Meßhubes an der Platte 39 des Meßeinsatzes 3 abstützt und dadurch den Meßhub begrenzt. Ist die Druckkammer 6 bis zur Membran 5 mit einer Flüssigkeit gefüllt, so entsteht nach dem Aufsitzen des Dichtringes 15 oder 13 ein abgeschlossener Zwischenraum 14, der ebenfalls mit dieser Flüssigkeit gefüllt ist und die Membran auf bekannte Art vor Überbelastung in beiden Druckrichtungen schützt.In the underside of the solenoid 4 designed as a valve plate 40 as well as in the valve plate 12 a sealing ring 15 or 13 is used, which is if the measuring stroke is slightly below or exceeded on the plate 39 of the Measuring insert 3 is supported and thereby limits the measuring stroke. Is the pressure chamber 6 to to the membrane 5 filled with a liquid, so arises after sitting on the Sealing ring 15 or 13 a closed space 14, which is also with this Liquid is filled and the membrane in a known way from overloading in both Print directions protects.

An dem Ansatzstück 11 ist zur Übertragung des Meßhubes die abgebogene Zahnstange 22 beweglich gelagert die mit den auf der Magnetwelle 25 sitzenden Ritzel 23 in Verbindung steht.On the extension piece 11 is the bent to transmit the measuring stroke Toothed rack 22 is movably mounted with the pinion seated on magnet shaft 25 23 communicates.

Gleichzeitig ist in die Lagerhülse 24 ein Führungsteil 28 befestigt, an dem die Zahnstange 22 so geftihrt wird, daß immer eine formschlüssige Verbindung mit dem flite1 23 bestehta; Die Welle 25 ist in der Lagerhülse 24 und # in der die Druckkammer 7 nach außen abschließenden Magnetkappe 26 gelagert und bilden zusammen eine Baueinheit, Als Montagehilfe beim Aufsetzen der kompletten Baugruppe Meßeinsatz3 auf das Gehäuseunterteil 2 und den Einbringen der Zahnstange 22 in die Lagerhülse 24 ist an der Brücke 20 noch ein Führungsblech 29 angeordnete # Diesen begrenzt den Ausschlag der Zahnstange 22 und ermöglicht das Ineingriffbringen von Zahnstange 22 und Ritzel 23.At the same time, a guide part 28 is attached to the bearing sleeve 24, on which the rack 22 is guided so that there is always a form-fitting connection with the flite1 23 consistsa; The shaft 25 is in the bearing sleeve 24 and # in the Pressure chamber 7 mounted to the outside sealing magnet cap 26 and form together an assembly, as an assembly aid when putting on the complete assembly of the measuring insert 3 on the lower housing part 2 and the introduction of the rack 22 into the bearing sleeve 24 a guide plate 29 arranged on the bridge 20 delimits this the Deflection of the rack 22 and enables engagement of rack 22 and pinion 23.

Die weitere Übertragung der Drehbewegung bis zur Anzeige bzw. Registrierung der Meßwerte erfolgt durch Mittel, die für die vorliegende Erfindung nicht von Interesse sind.The further transmission of the rotary movement up to the display or registration the measured values are made by means not of interest to the present invention are.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Gerätes ist nun folgende; liegt in den beiden Druckkammern der gleiche Druck vor( so steht der Kolben in der in Figur 1 gezeichneten Stellung, im folgender Nullstellung genannt, wobei die Auslenkung der Meßfeder 16 Be % beträgt und die der Heßf eder 17 20 % entsprechend dem Verhältnis der Federkonstanten von 1 t 4.The operation of the device described above is now as follows; if the pressure is the same in both pressure chambers (the piston is in the in Figure 1 drawn position, hereinafter referred to as the zero position, the deflection the measuring spring is 16 Be% and that of the Heßf eder 17 is 20% according to the ratio the spring constant of 1 t 4.

Steigt nun der Druck in der Druckkammer 7 gegenüber dem der Druckk-ier 6 an, so wird der Kolben nach oben angehoben bis die Federkräfte der Druckkraft das Gleichgewicht halten.If the pressure in the pressure chamber 7 increases compared to that of the pressure chamber 6, the piston is lifted upwards until the spring forces of the pressure force keep your balance.

Am Ende des Meßhubes beträgt die Auslenkung der Meßfeder 17 80 % und die der Meßfeder 16 nur 20 %.At the end of the measuring stroke, the deflection of the measuring spring 17 is 80% and that of the measuring spring 16 is only 20%.

Der Hub zwischen Nullstellung und Endstellung wird über die Zahnstange und das Ritzel in eine Drehbewegung umgewandelt und letzlich zur Anzeige bzw. Registrierung gebracht. Durch verschieden froße Federkonstanten der Meßfedern wird erreicht, daß der Meßhub für die vorgesehenen Meßbereiche konstant ist.The stroke between the zero position and the end position is controlled by the rack and the pinion converted into a rotary movement and ultimately for display or registration brought. By different froße spring constants of the measuring springs it is achieved that the measuring stroke is constant for the intended measuring ranges.

Claims

P a t e n t an 5 p r U c h e 1. Measuring device for differential pressure after the knockout process, consisting of a measuring insert, which is a membrane-sealed Has piston and the by a stressed to train measuring spring assembly with a Carrying out the zero point adjustment is held and one with the piston stuck connected overpressure protection as well as a movable rack is provided, a pinion on a magnetic shaft of an existing as a structural unit implementation drives with a magnetic coupling, characterized in that a measuring insert (3) forms an independent, pre-testable assembly and consists of one with a flexible one Diaphragm (5) sealed piston (4) consists of at least two ton stressed on train Measuring springs (16; 17), the spring constants of which are preferably 1: 4, is held freely hanging and without lateral guidance, the measuring spring (17) with the larger spring constant, whose inwardly bent ends (18: 1)) have a centric Application of force and a small angular movement possible on all sides in one extension piece (11) a piston rod (10) and a removable one resting on two columns (21) Bridge (20) is suspended, while the measuring spring (16), its centrally led out Ends with threaded pieces (30; 31) are fitted, once in the upper side of the Piston (4) is screwed and on the other hand in two-part counterpart, its upper part (35) as a pressure-tight, rotatable passage and its lower part (32) serves as a guide in a sleeve (34) mounted in the upper part of the housing (1), and that the piston (4) on the underside as a valve plate (40) educated is and with the piston a rod (la) is rigidly serbunden, the one more valve plate (12) for the overpressure protection carries as well as one movable with the extension piece (11) connected bent rack (22), which by their gravity a moment in Direction driving pinion (23) causes and thereby a backlash-free transmission allows the stroke movement on the pinion (23) of the magnet shaft (25).

2. Measuring device for differential pressure according to claim 1, characterized in that that a per se known implementation with magnetic coupling (29), as an independent, There is a pre-testable construction group in which one can be inserted into the lower housing part (2) Bearing sleeve (24) with screwed-on magnetic cap (26) a magnetic shaft (25) with pinion (23) receives, and the bearing sleeve (24) contains a guide part (28) on which the Rack (22) is guided so that there is always a positive connection with the Pinion (23) takes place,