DE19705799A1

DE19705799A1 - Vorrichtung zur Druckprüfung oder -messung von Drucksensoren

Info

Publication number: DE19705799A1
Application number: DE1997105799
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr Ing Sorber; Peter Dipl Ing Droegmoeller; Gerald Prof Dr Ing Gerlach; Arne Dipl Ing Nakladal
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1997-02-15
Filing date: 1997-02-15
Publication date: 1998-08-20

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckprüfung oder -messung einer Mehrzahl von Drucksensoren gemäß dem Obergriff des Anspruchs 1.

Für die verschiedenen Arten von Drucksensoren (Absolutdrucksensoren und Relativdrucksensoren) stehen unterschiedliche Methoden zu deren Prüfung zur Verfügung. Während bei Absolutdrucksensoren die Beaufschlagung mit nur einem notwendigen Prüfdruck am günstigsten in einem Gesamtvolumen erfolgt ist zur Prüfung der Relativdrucksensoren ein zusätzlicher Referenzdruck erforderlich. Bei der simultanen Prüfung einer größeren Anzahl von Relativdrucksensoren erweist sich bei herkömmlichen Lösungen die Einzelkontaktierung mindestens eines der Anschlüsse als grundlegendes Problem. Es müssen vor allem die axialen Toleranzen der Drucksensoren und der Prüfvorrichtung ausgeglichen werden, um eine sichere Beaufschlagung mit dem Prüfdruck zu gewährleisten. Im geringeren Umfang tritt auch ein lateraler und angularer Versatz zwischen den matrizenförmig angeordneten Prüflingen auf. Aus diesem Grund werden in üblichen Vorrichtungen flexible elastische Druckschläuche von einem Druckverteiler aus zu den Druckanschlüssen der Drucksensoren geführt. Durch den kleineren Innendurchmesser der elastisch geweiteten Schlauchenden gegenüber dem Druckanschlußstutzen der Drucksensoren, auf denen die Schlauchenden befestigt sind, wird die Abdichtung des Wirkraums des einen Prüfdrucks p₁ gegenüber dem zweiten Prüfdruck p₂ erreicht. Die Prüfung einer großen Anzahl von Drucksensoren läßt sich daher nur aufwendig automatisieren, so daß die Vorbereitung eines simultanen Prüfvorgangs vieler Sensoren eine sehr große Zeit erfordert.

Die Nutzung von Faltenbälgen zur Lösung dieses Problems ist bisher nicht bekannt geworden. Faltenbälge werden als elastisches Element, zur Wellenabdichtung, zur Hubübertragung, als Kreuzbalg-Regler und als Federbalgkupplung verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Druckprüfung oder -messung einer Mehrzahl von Drucksensoren zu schaffen, bei der die Druckbeaufschlagung mit einem oder zwei Prüfdrücken auf einfache Weise erfolgt und eine sichere Abdichtung der Prüfdrücke gegenüber dem umgebenden Volumen erreicht ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Drucksensoren werden in einem druckdichten Gehäuse flächenhaft angeordnet und ein Prüfdruck p₁ aus einem ersten Volumen innerhalb des druckdichten Gehäuses über Faltenbälge jeweils auf die Druckanschlüsse der Drucksensoren geleitet. Wenn die Innendurchmesser der Enden der Faltenbälge kleiner als die jeweils wirksamen Durchmesser der Faltenbälge sind, wird eine Selbstabdichtung der Druckabschlüsse gegenüber dem umgebenden Volumen der Drucksensoren, das vom ersten Volumen abgetrennt ist, erreicht. Damit ist bei erforderlichem zweiten Prüfdruck p₂ für den zweiten Druckanschluß der Drucksensoren in diesem Volumen dieser Druck p₂ zuzuführen. Mit einer solchen Anordnung lassen sich demnach zwei Prüfdrücke getrennt voneinander auf die getrennten Druckanschlüsse von Drucksensoren zuführen, wobei die Druckzuführung jeweils eine zentrale Druckzuführung zuläßt. Die Abdichtung der für jeden einzelnen Sensor erforderlichen Druckzuführung erfolgt durch Anpreßkräfte, die sich zuerst durch die elastischen Andruckkräfte der Faltenbälge infolge von deren Zusammendrückung und danach in erforderlichem Maße durch den Prüfdruck selbst aufbauen. Dabei können Lagetoleranzen der Sensoren in der Vorrichtung ausgeglichen werden, die bis zu einem gewissen Grad axial sowie in geringem Umfang auch lateral und angular sein können. Die im ersten Schritt der Abdichtung genutzte elastische Andruckkraft der Faltenbälge ist dadurch erreicht, daß das Gehäuse der Vorrichtung in zwei Teile geteilt ist, wobei einer der Teile die Drucksensoren und der zweite Teil in entsprechender Anordnung die Faltenbälge enthält, und beim Zusammenfügen der beiden Teile zur Gesamtvorrichtung infolge der größeren geometrischen Abmessung der Faltenbälge deren elastische Deformation eintritt.

Um die Abdichtung der Drucksensoren gegenüber dem Prüfdruck p₁ zu erreichen, sind die Faltenbälge zur Druckbeaufschlagung gegenüber diesem Prüfdruck folgendermaßen bemessen:

a) Die Federkraft F_F des Faltenbalges ist im drucklosen Zustand bei geschlossenem Deckel nur so groß, daß bei jedem Sensor eine sichere planparallele Anlage zwischen dem Dichtelement und dem Sensorgehäuse als Primärdichtung gegeben ist. Diese Primärdichtung ist erforderlich, um später den Druck p₁ aufzubauen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß bei der Sensoranzahl n zum Schließen des Deckels und damit zum Aufbau der Federkraft F_F nur eine Gesamtkraft von F_G = n . F_F erforderlich ist, wobei die Federkraft F_F viel kleiner als die Dichtkraft F_D ist, wenn man F_D als notwendige Dichtkraft für vollen Prüfdruck p₁ (z. B. 35 bar) ansieht.
b) Über das Verhältnis der wirksamen Flächen A₁ und A₂ läßt sich die Differenzkraft F_Δ erzeugen, die zusätzlich zur Federkraft F_F erforderlich ist, um die von p₁ abhängige notwendige Dichtkraft F_D = F_F + F_Δ zu sichern. Ein wachsender Prüfdruck p₁ bewirkt ein Anwachsen der Andruckkraft des Faltenbalgendes auf den Sensor. Wenn die Fläche A₁ größer als die Fläche A₂ ist, führt eine Erhöhung von p₁ zur Erhöhung der Andruckkraft (Fig. 2). Dabei entspricht die Fläche A₁ dem wirksamen Balgquerschnitt und berechnet sich zu A₁ = π . d_w ²/4. Auf der Fläche A₂ wirkt der Druck p₂ auf den Sensor. Sie berechnet sich zu A₂ = π . da²/4.

Der benannte wirksame Balgquerschnitt gemäß DIN 3068 ist dabei eine gebräuchliche Kenngröße für Faltenbälge und läßt sich den Datenblättern entnehmen.

Das Ende des Faltenbalges und damit dessen Innendurchmesser ist durch Adapter änderbar. Lange Faltenbälge lassen sich vorteilhaft in einem Rohr führen. Die Dichtwirkung zwischen Ende des Faltenbalgs und Sensoroberfläche kann mit elastischen Dichtungselementen, z. B. mit O-Ringen unterstützt werden. Vorteilhafterweise befinden sich die Drucksensoren in der Prüfvorrichtung in Aufnahmen innerhalb einer Anordnungsvorrichtung, um die geometrische Zuordnung der Position der Sensoren zur Anordnung der Faltenbälge zu unterstützen.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung im Schnittbild,

Fig. 2 das Ende eines Faltenbalges.

Nach Bestücken der Aufnahmeplätze 15 im Gehäuseteil 9 mit den zu prüfenden Sensoren 1 kann das als Deckel dienende Gehäuseteil 8 aufgesetzt werden. Bei geschlossenem Deckel sind die Faltenbälge 4 zunächst nur soweit zusammengedrückt, daß die dadurch erzeugte Federkraft F_F ausreicht, das Ende des Faltenbalgs 5 mit dem Dichtelement 6 planparallel an das jeweilige Sensorgehäuse 3 anzulegen und somit eine Primärdichtung gegeben ist.

Über den Anschluß 10 des druckdichten Gehäuses 7 läßt sich nun der Prüfdruck p₁ über das Volumen 11 und die entsprechenden Faltenbälge dem Druckanschluß 2 zuführen. Bei entsprechender Dimensionierung der Durchmesser d_w und d_a (Fig. 2) führt steigender Druck zu einem Anwachsen der Andruckkraft des Faltenbalgendes 5 mit dem Dichtelement 6 auf das Sensorgehäuse 3. Dabei muß d_w < d_a gelten. Das Verhältnis der beiden Durchmesser bestimmt den auf wachsenden Prüfdruck p₁ bezogenen Gradienten der Andruckkraft.

Die zu berücksichtigenden Durchmesser zeigt Fig. 2.

Ist ein zweiter Prüfdruck p₂ erforderlich, so läßt sich dieser über einen Anschluß am Gehäuseteil 9 und das zweite Volumen 13 dem zweiten Druckanschluß 16 zuführen.

Eine Abdichtung zwischen Sensor 1, Aufnahmeplätzen 15 und Anordnungsvorrichtung 14 ist nicht erforderlich.

Bezugszeichenliste

1

Drucksensor

2

Druckanschluß

3

Sensorgehäuse

4

Faltenbalg

5

Ende des Faltenbalgs

6

Dichtelement

7

druckdichtes Gehäuse

8

Gehäuseteil

9

Gehäuseteil

10

Anschluß

11

Volumen

12

Öffnung

13

zweites Volumen

14

Anordnungsvorrichtung

15

Aufnahmeplatz

16

zweiter Druckanschluß
p₁

erster Prüfdruck
p₂

zweiter Prüfdruck

Claims

1. Vorrichtung zur Druckprüfung oder -messung einer Mehrzahl von Drucksensoren (1), die an der Oberfläche ihres Gehäuses wenigstens einen Druckanschluß (2) zum Einbringen des Prüfdrucks (p₁) aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drucksensoren flächenhaft in einem druckdichten Gehäuse (7) mit einem Druckanschluß (10) für den ersten Prüfdruck (p₁) angeordnet werden, daß der Prüfdruck (p₁) aus einem Volumen (11) innerhalb des druckdichten Gehäuses (7) jeweils über einen Faltenbalg (4) auf die Druckanschlüsse (2) der Drucksensoren (1) zur Verfügung gestellt wird und
daß die Enden (5) der Faltenbälge (4) die entsprechenden Druckanschlüsse (2) umschließen, wobei die Innendurchmesser der Enden (5) der Faltenbälge (4) kleiner als die jeweils entsprechenden wirksamen Durchmesser der Faltenbälge sind und die Faltenbälge (4) ohne Prüfdruck (p₁) eine Federkraft auf die jeweiligen Gehäuse (3) der Drucksensoren (1) ausüben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das druckdichte Gehäuse (7) um die Drucksensoren (1) und außerhalb von den Faltenbälgen (4) ein zweites Volumen (13) beinhaltet, das vom ersten Volumen (11) druckdicht getrennt ist, und durch das auf die Drucksensoren (1) ein zweiter Prüfdruck (p₂) aufgeprägt wird.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (5) der Faltenbälge (4) als Adapter ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (5) der Faltenbälge (4), welches den Druckanschluß (2) des Drucksensors (1) abschließt, ein elastisches Dichtelement (6) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (6) ein O-Ring ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das druckdichte Gehäuse (7) in zwei Gehäuseteile unterteilt ist, wobei ein Gehäuseteil (8) den Anschluß (10) und das Volumen (11) zur Zuführung des Prüfdruckes (Pi) sowie die Faltenbälge (4) und das zweite Gehäuseteil (9) eine Anordnungsvorrichtung (14) zur Aufnahme der Drucksensoren (1) enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungsvorrichtung (14) Aufnahmeplätze (15) für die Drucksensoren enthält.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung und die Kontaktierung der Drucksensoren (1) durch Stecken erfolgt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltenbälge (4) in Rohren geführt sind.