DE1948191B1

DE1948191B1 - Pressure transmitter for measuring media of high temperature

Info

Publication number: DE1948191B1
Application number: DE19691948191D
Authority: DE
Inventors: Hamann Dipl-Ing Volker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-24
Filing date: 1969-09-24
Publication date: 1971-01-14
Also published as: JPS4922674B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmeßumformer für Meßmedien hoher Temperatur. Um moderne, mit Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen ausgerüstete Druckmeßumformer auch bei Meßmedien mit hoher Temperatur von einigen 1000 C einsetzen zu können, ist es erstens erforderlich, den Druckmeßumformer selbst nicht am Meßort anzubringen und zweitens die damit notwendig gewordene Trennvorlage mit einer Druckübertragungsflüssigkeit zur hydraulischen Druckübertragung zu versehen, die den hohen Temperaturen am Meßort standhält und einen geringen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, um den thermischen Nullpunktfehler kleinzuhalten. Mit den bisher üblichen und für Meßzwecke bekannten Druckübertragungsflüssigkeiten sind diese Forderungen nicht zu erfüllen. Es sind jedoch Metallegierungen bekannt, z. B. eine eutektische Legierung von Natrium und Kalium, die den gestellten Bedingungen entsprechen. Infolge ihrer-Aggressivität sind diese Legierungen nicht oder nur in sehr begrenztem Umfang mit den im Transmitterbau üblichen Materialien kombinierbar. The invention relates to a pressure transducer for measuring media high Temperature. Modern pressure transducers equipped with semiconductor strain gauges can also be used with measuring media with a high temperature of some 1000 C, Firstly, it is necessary not to attach the pressure transmitter itself at the measuring location and secondly, the separator with a pressure transfer fluid that has become necessary to be provided for hydraulic pressure transmission, which can cope with the high temperatures at the measuring location withstands and has a low coefficient of expansion to the thermal To keep zero point errors small. With the previously usual and known for measuring purposes Pressure transmission fluids cannot meet these requirements. There are however metal alloys known, e.g. B. a eutectic alloy of sodium and Potassium that meet the conditions set. As a result of their-aggressiveness are these alloys not or only to a very limited extent with those used in transmitter construction common materials can be combined.

Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Druckmeßumformer mit Trennvorlage zu schaffen, der bei hohen Temperaturen einsetzbar ist, mit hydraulischer Druckübertragung arbeitet und einen möglichst geringen thermischen Nullpunktfehler aufweist. There is therefore the task of creating a pressure transducer with a separator to create that can be used at high temperatures, with hydraulic pressure transmission works and has the lowest possible thermal zero point error.

Es sind Druckmeßeinrichtungen für aggressive Medien bekannt, die zum Schutze der Meßeinrichtung zwei hintereinandergeschaltete Trennvorlagen aufweisen, die mit einer hydraulischen Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt sind. Bei bekannten Meßeinrichtungen, bei denen das eigentliche Meßgerät vom Meßort entfernt aufgestellt ist, besteht das zwischen Trennmembran und Meßmembran befindliche Volumen aus zwei Räumen, die mittels einer Kapillarleitung miteinander verbunden sind. There are pressure measuring devices for aggressive media known that have two separators connected in series to protect the measuring device, which are filled with a hydraulic pressure transmission fluid. At acquaintances Measuring devices in which the actual measuring device is set up away from the measuring location is, the volume between the separating diaphragm and the measuring diaphragm consists of two Spaces that are connected to one another by means of a capillary line.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, wird zur Lösung der oben gestellten Aufgabe ein Druckmeßumformer für Meßmedien hoher Temperatur vorgeschlagen mit zwei über eine Kapillarleitung hintereinandergeschalteten Trennvorlagen mit hydrat lischer Druckübertragung, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Trennmembran und einem dazwischenliegenden ersten Volumen und einem zwischen zweiter Trennmembran und der Meßmembran des Druckmeßumformers liegenden zweiten Volumen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Druckübertragungsflüssigkeit im -ersten Volumen eine hohe Siedetemperatur und einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und daß das zweite Volumen sehr klein ist gegenüber dem ersten Volumen und mit einer zweiten, an sich üblichen Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt ist. In einer bevorzugten Ausführung beträgt das Verhältnis von erstem Volumen zu zweitem Volumen etwa 1000: 1. Mit Hilfe dieser doppelten Trennvorlage mit unterschiedlichen Druckübertragungsflüssigkeiten kann der empfindliche Transmitter weit genug vom Meßort aufgestellt werden, die Meßmembran sowie die übrigen Teile des Druckmeßumformers sind vor zu hohen Temperaturen, Strahleneinwirkungen oder Einwirkung aggressiver Medien, wie sie beispielsweise in vielen Fällen die erste Druckübertragungsflüssigkeit auf Grund ihrer Eigenschaften darstellt, geschützt. Der bei zwei hintereinandergeschalteten Trennvorlagen sich addierende thermische Nullpunktfehler wird durch die Verwendung einer ersten Druckübertragungsflüssigkeit mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten und dem sehr kleinen Volumen der zweiten Trennvorlage kleingehalten. Proceeding from this prior art, the solution above is made A pressure transducer for measuring media of high temperature is proposed with two separators connected in series via a capillary line hydratical pressure transmission, consisting of a first and a second separating membrane and an intermediate first volume and an intermediate second separating membrane and the measuring diaphragm of the pressure transducer lying second volume, characterized in that that a first pressure transmission fluid in the first volume has a high boiling temperature and has a small coefficient of expansion and that the second volume is very is small compared to the first volume and with a second, per se usual pressure transmission fluid is filled. In a preferred embodiment, the ratio of the first volume is to the second volume about 1000: 1. With the help of this double separator with different The sensitive transmitter can carry pressure transmission fluids far enough away from the The measuring diaphragm and the other parts of the pressure transducer are to be set up are more aggressive against excessive temperatures, radiation or exposure Media such as, for example, the first pressure transmission fluid in many cases because of their properties, protected. The one when two are connected in series Separation templates adding up thermal zero point errors is avoided by using a first pressure transmission fluid with a small expansion coefficient and the very small volume of the second separator kept small.

Die Trennvorlage in der angegebenen Ausführung eignet sich demnach besonders dazu, um ein Drucksignal aus Räumen hoher Temperatur, hoher radioaktiver Strahlung oder aus anderen Gründen nicht zugänglichen Räumen herauszuleiten. The separation template in the specified version is therefore suitable especially to get a pressure signal from rooms of high temperature, high radioactive Radiation or for other reasons inaccessible spaces.

Zur Erläuterung der Erfindung ist ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Druckmeßumformers bzw. Teile davon in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben. Es zeigt Fig. 1: Die Trennvorlage 1 und die Druckmeßdose 2 bilden den wesentlichen Teil des Druckmeßumformers. Der Raum 3, dessen eine Wand von einer weichen Trennmembran 4 gebildet wird, ist mit dem heißen Meßmedium, beispielsweise einem flüssigen Alkalimetall, gefüllt Der Druck des Meßmediums wirkt auf die Trennmembran 4, die, da sie als schlaffe Membran ausgeführt ist, den Druck nahezu unverfälscht auf die in einem Raum 5 hinter der Trennmembran 4 befindliche erste Druckübertragungsflüssigkeit, in diesem Falle Natrium-Kalium-Legierung überträgt. Der Raum 5 hinter der Trennmembraun 4 steht mit einem Raum 6 vor einer zweiten Trennmembran 4' über eine Kapillarleitung 7 in Verbindung und bilden zusammen das Volumen V 1 der Trennvorlage. Die Kapillarleitung 7 kann dabei eine relativ große Länge aufweisen, beispielsweise bis zu 20 m. Alle mit dem Meßmedium, wie auch mit der NaK-Legierung in Berührung kommenden Teile sind aus im Reaktorbau üblichen Werkstoffen, besonders geeigneten Edelstählen hergestellt. Diese Edelstähle weisen jedoch nicht die Eigenschaften auf, die vom Material gefordert werden, das zur Herstellung von federnden Meßmembranen geeignet ist. Die Meßmembran 8 der Druckmeßdose 2 ist demzufolge und im Gegensatz zur Trennmembran 4' aus dem im Druckmeßumformerbau üblichen Federstahl hergestellt und wirkt auf einen Druckstempel 97 der in üblicher Weise mit Halbleiterdehnungsmeßstreifen 10 versehen ist. Die Weiterverarbeitung des in ein elektrisches Signal umgeformten Drucksignals wird als bekannt vorausgesetzt und ist hier nicht dargestellt. Um die Meßmembran 8 vor schädlichen Einflüssen zu schützen, ist eine zweite Trennvorlage 11 mit dem Volumen V2 vorgesehen, die von dem Raum zwischen der zweiten Trennmembran 4' und der Meßmembran 8 gebildet wird. Da dieses Volumen V 2 gegenüber dem Volumen V 1 der ersten Trennvorlage sehr kleingehalten ist, kann sein thermischer Nullpunktfehler praktisch vernachlässigt werden. To explain the invention, an exemplary embodiment is such Pressure transducer or parts thereof in Figs. 1 and 2 shown schematically and described below. FIG. 1 shows the separator 1 and the pressure cell 2 form the essential part of the pressure transducer. The room 3, one wall of which is formed by a soft separating membrane 4, is with the hot measuring medium, for example a liquid alkali metal, filled The pressure of the measuring medium acts on the separating membrane 4, which, since it is designed as a slack membrane, the pressure almost unadulterated on the first pressure transmission fluid located in a space 5 behind the separating membrane 4, in this case sodium-potassium alloy transfers. The space 5 behind the separating membrane 4 stands with a space 6 in front of a second separating membrane 4 'via a capillary line 7 in connection and together form the volume V 1 of the separating template. The capillary 7 can have a relatively great length, for example up to 20 m with the measuring medium as well as with the NaK alloy come into contact with parts Made from materials commonly used in reactor construction, particularly suitable stainless steels. However, these stainless steels do not have the properties required of the material which is suitable for the production of resilient measuring diaphragms. The measuring membrane 8 of the pressure cell 2 is consequently and in contrast to the separating membrane 4 'from the The spring steel commonly used in pressure transducers is produced and acts on a plunger 97 which is provided with semiconductor strain gauges 10 in the usual way. the Further processing of the pressure signal converted into an electrical signal is carried out assumed to be known and is not shown here. To the measuring membrane 8 in front To protect harmful influences, a second separating template 11 with the volume V2 is provided by the space between the second separating membrane 4 'and the measuring membrane 8 is formed. Since this volume V 2 compared to the volume V 1 of the first separating template is kept very small, its thermal zero point error can practically be neglected will.

Weiterhin erlaubt dieses Konzept eine große Füllsteifigkeit der Trennmembran 4' und damit eine erhebliche Verkleinerung ihres Durchmessers. Dies trägt auch dem Bestreben nach möglichst kompakter Bauweise neuzeitlicher Geräte Rechnung.Furthermore, this concept allows the separating membrane to be extremely rigid 4 'and thus a considerable reduction in its diameter. This also contributes to that Striving for the most compact possible construction of modern devices.

Eine besondere Schwierigkeit wird darin gesehen, ein derartig kleines Volumen V 2 in Verbindung mit den übrigen Teilen der Trennvorlage und des Meßumformers rationell herzustellen. In F i g. 2 ist deshalb die zweite Trennvorlage, die mit Meßmembran und Anschlußstück eine Einheit bildet, nochmals vergrößert dargestellt. Dabei sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. In dem Anschlußstück 12 mündet die Kapillarleitung 7. Das zylindrische Anschlußstück 12 weist eine Ausdrehung auf, die von der zweiten Trennmembran 4' abgeschlossen ist und den Raum 6 bildet. Auf die Trennmembran 4' folgt ein Zwischenringl3 von etwa 0,1 mm Dicke und darauf ist die Meßmembran 8 aufgesetzt. Der von der Trennmembran 4', der Meßmembran 8 und dem Zwischenring 13 gebildete Raum 11 stellt das Volumen V 2 der zweiten Trennvorlage dar. Bei der Herstellung werden die einzelnen Teile in der angegebenen Reihenfolge aufeinandergestapelt und die Ölfüllung aus Siliconöl in den Raum 11 eingebracht. A particular difficulty is seen in such a small one Volume V 2 in connection with the remaining parts of the separator and the transmitter to be produced efficiently. In Fig. 2 is therefore the second separator that comes with Measuring diaphragm and connector form a unit, shown again enlarged. The same reference numerals are used for the same parts. In the connector 12 opens into the capillary line 7. The cylindrical connecting piece 12 has a recess on, which is completed by the second separating membrane 4 ' is and the Room 6 forms. The separating membrane 4 'is followed by an intermediate ring 3 of about 0.1 mm Thickness and the measuring membrane 8 is placed thereon. The of the separating membrane 4 ', the Measuring membrane 8 and the intermediate ring 13 formed space 11 represents the volume V 2 of the second separator. During production, the individual parts are in the stacked on top of each other and the silicone oil filling in introduced the room 11.

Darauf werden sämtliche Teile in axialer Richtung stark zusammengepreßt und an ihren Rändern in einem Arbeitsgang zusammen verschweißt. Die Schweißung 14 wird vorzugsweise in einem Plasma-oder Elektronenstrahlschweißverfahren hergestellt, da bei großer Energiedichte der Schweißflamme eine ausreichend hohe Schweißgeschwindigkeit erzielt wird und dabei der Absolutbetrag der für die gesamte Schweißung notwendigen Wärme gering bleibt.All parts are then strongly pressed together in the axial direction and welded together at their edges in one operation. The weld 14 is preferably produced in a plasma or electron beam welding process, because with a high energy density of the welding flame a sufficiently high welding speed is achieved and thereby the absolute amount necessary for the entire weld Heat remains low.

Patentansprüche: 1. Druckmeßumformer für Meßmedien hoher Temperatur mit zwei über eine Kapillarleitung hintereinandergeschalteten Trennvorlagen mit hydraulischer Druckübertragung, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Trennmembran, einem dazwischenliegenden ersten Volumen und einem zwischen zweiter Trennmembran und der Meßmembran des Druckmeßumformers liegenden zweiten Volumen, dadurch gekennz e i c h n e t, daß eine erste Druckübertragungsflüssigkeit im ersten Volumen (V 1) eine hohe Siedetemperatur und einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und daß das zweite Volumen (V 2) sehr klein ist gegenüber dem ersten Volumen (V1) und mit einer zweiten an sich üblichen Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt ist. Claims: 1. Pressure transducer for measuring media of high temperature with two separators connected in series via a capillary line hydraulic pressure transmission, consisting of a first and a second separating membrane, an intermediate first volume and one between the second separating membrane and the measuring diaphragm of the pressure transducer lying second volume, marked thereby e i c h n e t that a first pressure transmission fluid in the first volume (V 1) has a high boiling point and a small expansion coefficient and that the second volume (V 2) is very small compared to the first volume (V1) and is filled with a second conventional pressure transmission fluid.

2. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Volumen (V2) im Verhältnis von mindestens 1000: 1 kleiner ist als das erste Volumen (V 1). 2. Pressure transmitter according to claim 1, characterized in that the second volume (V2) is smaller than that in a ratio of at least 1000: 1 first volume (V 1).

3. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckübertragungsflüssigkeit eine eutektische Legierung von NaK, die zweite Druckübertragungsflüssigkeit Siliconöl ist. 3. Pressure transmitter according to claim 1, characterized in that the first pressure transmission fluid a eutectic alloy of NaK, the second Pressure transmission fluid is silicone oil.

4. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmembran (4') und Meßmembran (8) als Doppelmembran-Einheit ausgeführt ist, bestehend aus einem Anschlußstück (12), der zweiten Trennmembran (4'), einem Zwischenring (13) und der Meßmembran (8), wobei sämtliche Teile in einem Arbeitsgang an ihren Rändern miteinander verschweißt sind. 4. Pressure transmitter according to claim 1, characterized in that the separating membrane (4 ') and measuring membrane (8) are designed as a double membrane unit, consisting of a connection piece (12), the second separating membrane (4 '), an intermediate ring (13) and the measuring membrane (8), with all parts in one operation at their Edges are welded together.

Claims

5. Pressure transmitter according to claim 4, characterized in that the thickness of the intermediate ring (13) is of the order of 0.1 mm.