DE2106126B2

DE2106126B2 - Druckübertrager

Info

Publication number: DE2106126B2
Application number: DE2106126A
Authority: DE
Inventors: George Holbrook Mass. Bosworth; Gerard Danvers Eggleston
Original assignee: BBF Group Inc
Current assignee: BBF Group Inc
Priority date: 1970-07-28
Filing date: 1971-02-10
Publication date: 1975-07-10
Also published as: FR2099625A1; US3678753A; FR2099625B1; GB1305343A; DE2106126A1; NL7102560A

Description

JS

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckübertrager mit einem langgestreckten Gehäuse, mit einem längs verlaufenden Durchgang, durch welchen sich ein Kapillarrohr erstreckt, mit einem Kuppelteil an einem Ende des Gehäuses, das mit demselben eine mit dem Kapillarrohr verbundene Kammer bildet, mit einem aus einer dünnen Meßfühlerkammer und an einer verformbaren Wand derselben befestigten Dehnungsmeßwindungen bestehenden Meßfühler am anderen Ende des Gehäuses und mit einer Flüssigkeit, welche das Kapillarrohr, die Kammer und die Meßfühlerkammer zum Übertragen des gegen das Kuppelteil auf den Meßfühler ausgeübten Druckes füllt.

Druckübertrager dieser Art sind bekannt (US-PS 33 49 623). Sie werden zur Verwendung in solchen Sy-Sternen entworfen, in welchen es erwünscht ist, daß das Medium, dessen Druck gemessen werden soll, in das Instrument eindringt. In diesen Fällen ist das Instrument selber mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche über eine Membrane oder eine andere Einrichtung mit dem Medium, dessen Druck gemessen werden soll, in Verbindung steht, und die Flüssigkeit, welche das Instrument ausfüllt, überträgt den Druck des Mediums direkt auf die Meßfühleranordnung. Die Flüssigkeitsfüllung muß notwendigerweise einen Siedepunkt haben, wel- *° eher höher als die Temperatur des Mediums liegt, in welchem das Instrument angeordnet wird, weil das Hinzukommen von Dampfdruck zur Messung störende Ablesungen der Meßfühleranordnung hervorbringen würde, welche für den zu messenden Druck nicht repräsentativ sind. Ähnlich sollte der Gefrierpunkt der Flüssigkeit niedriger als erstreckt, minimale BetriebstemDeratur sein.

Eines der Hauptziele des Gegenstandes der US-PS 33 49 623 war, einen mit Flüssigkeit gefüllten Druck Übertrager zu schaffen, welcher eine volle Skalenablenkung der Meßfühleranordnui-g mit einem Minimum voiumetrischer Verschiebung erzielt. Die minimale volumetrische Verschiebung der das Instrument füllenden Flüssigkeit verringerte die Wirkung auf das flüssige Medium, dessen Druck abgetastet wurde, auf ein Minimum. Die minimale volumetrische Verschiebung ergab eine minimale Übertragungsablenkung, und wenn das Kuppelteil eine Membrane war, hielt die minimale Ablenkung die Ablenkung der Membrane im linearen Bereich. Die Ablenkung der Membrane überschritt keine 3% des Membrandurchmessers, um die Linearität zu erhalten.

Dieser bekannte Druckübertrager hat jedoch einige Nachteile. Zum Beispiel ist er relativ voluminös und kann nur in jeweüs relativ engen Druckbereichen eingesetzt werden. Auch ist er relativ teuer in der Herstellung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckübertrager der in Frage stehenden Art so zu gestalten, daß er kompakt und einfach aufgebaut ist und sich in einfacher Weise an verschiedene Druckbereiche anpassen läßt, so daß er nicht nur preiswert herzustellen it. sondern auch eine höhere Überlastbarkeit als bekannte Druckübertrager aufweist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Druckübertrager erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßfühler eine austauschbare Kappe aufweist, die mit dem anderen Ende des Gehäuses in Eingriff steht und mit dem Gehäuse die mit dem Kapillarrohr verbundene Meßfühlerkammer bildet, und daß die Meßfühlerkammer scheibenförmig ausgebildet ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Durch die Anordnung der Meßfühlerkammer in der Kappe am Ende des Gehäuses, die Austauschbarkeit der Kappe und die flache scheibenförmige Ausbildung der Meßiuhlerkammer werden gute Anpassungsfähigkeit an verschiedene Druckbereiche und ein kompakter und preiswerter Aufbau des Gehäuses erreicht.

Der Meßfühler hat über seinen gesamten Betriebsbereich eine sehr geringe Verformung.

Durch Verwendung einer Dehnungsmeßbrücke mit vier aktiven Zweigen, deren Dehnungsmeßstreifen an der verformbaren Wand der Meßfühlerkammer angebracht sind, kann eine erhöhte Empfindlichkeit erreicht oder bei Verwendung einer anderen Kappe eine höhere Überlastbarkeit erzielt werden. Bei erhöhter Empfindlichkeit kann ein Temperaturausgleichssystem in die Brückenschaltung eingeschaltet werden, um die Wirkung der Ausdehnung der Flüssigkeit im Instrument auf den Meßfühler auszugleichen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt eines Ausführungsbeispieles eines flüssigkeitsgefüllten Druckübertragers,

F i g. 2 eine Draufsicht des Meßfühlers der Fig. 1, welche die Dehnungsmeßanordnung darstellt und

F i g. 3 ein schematisches Diagramm, welches den in dem Druckübertrager der F i g. 1 verwendeten Dehnungsmeßkreis darstellt.

Das in der F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse 10, einen Meßfühler 12 am oberen Ende des Gehäuses, ein Kapillarrohr 14, welches sich durch das Gehäuse erstreckt und eine Membrane als KuDDel-

teil 16 auf, welches am unteren Ende des Gehäuses befestigt ist und dasselbe verschließt

Das Gehäuse 10 weist einen oberen allgemeinen zylindrischen Teil 22, einen mittleren Teil >4, einen sechseckigen Teil 60 und einen Schaftteil 60 auf. Wenn der Druckübertrager zusammengebaut ist, sind diese verschiedenen Teile zweckmäßig aneinander befestigt, wie z. B. durch Schweißen, um eine feste, dichte Vorrichtung zu bilden.

Der obrre Teil 22 weist ein zylindrisches oberes Ende 23 mit kleinerem Durchmesser auf, welches bei 24 mit einem Gewinde versehen ist Dieses paßt mit dem Gewinde 54 der Kappe 50 zusammen. Die obere Fläche

55 des zylindrischen Endes 23 ist wie die Fläche 51 der Aussparung 52 in der Kappe 50 bearbeitet, um eine flache Meßfühlerkammer 25 zu bilden, welche mit einer Flüssigkeit 40, z. B. Quecksilber, gefüllt sein kann. Der obere Teil 22 hat auch eine zylindrisch'; Kammer 27, welche teilweise mit einem Epoxyharz 32 gefüllt ist, um das Kapillarrohr 14 und das Füllrohr 15 am Platz zu halten. Das Füllrohr 15 ist in seinem unteren Teil gebo gen und ragt durch eine Öffnung 28 in der Seite des Teiles 22.

Die obere Seite des Kapillarrohres 14 und des Füllrohres 15 ragen durch Öffnungen 29 bzw. 31 im Teil 22 und enden an der oberen Fläche des zylindrischen Endes 23. Das andere Ende des Kapillarrohres 14 endet angrenzend an das Kuppelteil 16, während das entgegengesetzte Ende des Füllrohres 15 gerade außerhalb der Öffnung 28 endet und mit einem Stopfen 30 versehen sein kann. Die Flüssigkeit, mit welcher der Druckübertrager gefüllt werden soll, kann unter Druck durch das Füllrohr 15 eingepreßt werden und der Stopfen 30. welcher vorzugsweise in das Rohr 15 geschraubt ist. hält die Flüssigkeit in der Vorrichtung.

Eine ringförmige Schweißnut 56 ist am unteren Ende des Teiles 22 uiid eine ähnliche Nut 57 am oberen Ende des Teiles 34 vorgesehen. Eine ringförmige Schweißnaht kann zwischen diesen ringförmigen Nuten zur Befestigung der Teile 22 und 34 des Gehäuses aneinander hergestellt werden. Ähnlich sind andere ringförmige Nuten in F i g. 1 zur Verbindung der anderen Teile der orrichtung miteinander dargestellt.

Teil 34 weist einen Durchgang 42 zur Anpassung an das Kapillarrohr 14 und auch einen Ring Mansch 34 mit einer sich ringsum erstreckenden Nut 38 auf. Die Nut 38 ist vorgesehen, damit ein nicht dargestelltes Gehäuseteil an dem Gehäuse befestigt werden, die Abtasteinrichtung bedecken und den oberen Teil des Druckübertragers schützen kann. Das untere Ende des dazwischenliegenden Teiles 34 weist einen sich nach unten erstreckenden Ansatz 46 auf, der mit dem sechseckigen, unterhalb des Teiles 34 angeordneten Teil zusammenpaßt. Die Teile 34 und 60 sind wie üblich bei den Nuten

56 und 57 zusammengeschweißt, welche nahe ihren benachbarten Enden angeordnet sind.

Der sechseckige Teil 60 ist vorgesehen, um die Verwendung eines Schraubenschlüssels beim Anbringen des Druckübertragers an seinem Platz zu erleichtern. Es wird festgestellt, daß das Befestigungsgewinde 70 nahe dem unteren Ende des Schaftteiles 66 dargestellt ist. Das Befestigungsgewinde wird in einen Sockel in der Maschine, an welcher der Druckübertrager verwendet wird, hineingeschraubt. Das Kapillarrohr 14 geht durch den Durchgang 62 im sechseckigen Teil 60 und erstreckt sich weiter durch einen Durchgang 68 im Schaftteil 66.

Das als Membrane ausgebildete Kuppelteil 16 ist am unteren Ende des Schaftteiles 66 angeordnet. Es ist relativ flexibel und hat eine niedrige Federkonstante. Es ist außerordentlich geringen Beanspruchungen unterworfen, weil es vollständig en der Innenseite von der Flüssigkeit getragen wird, welche die Kammer 72 hinter ihm füllt Ungleich Membranen, welche mit Schubstangen, Spannrohren oder ähnlichen Vorrichtungen in ungefüllten Instrumenten verbunden sind und gegen dieselben arbeiten, wobei diese Membranen mit hoher

ίο Beanspruchung arbeiten und einem Membranbruch unterworfen sind, arbeitet die vorliegende Membrane unter sehr geringen Beanspruchungen, weil sie auf der Rückseite von im wesentlichen demselben Druck getragen wird, wie er gegen die Außenseite oder die nach

IS süßen gewandte Fläche ausgeübt wird, und sie ist so nur ganz geringen Verformungen unterworfen. Die Flüssigkeit 40, welche die Kammer 72 füllt, füllt ebenfalls das Kapillarrohr 14 und die Meßfühlerkammer 25, welche einen Teil des Meßfühlers bildet.

ίο Wenn der Druckübertrager in einem maximalen Temperaturbereich von ungefähr 417° C benutzt wird, so ist Quecksilber die ideale Flüssigkeit zur Füllung der Vorrichtung, Quecksilber hat eine niedrige Kompressibilität und einen Siedepunkt, der über +371⁰C hinausgeht, so daß innerhalb dieses Betriebsbereiches keine Dampfdrücke erzeugt werden, um eine zweite Ausdehnung der Meßfühlerkammer 25 zu bewirken und so die Wand 53 der Kappe 50 zu verformen.

Beispielsweise hat das Kapillarrohr 14 einen Innendurchmesser von ungefähr 0,25 mm und die flache dünne Abtasterkammer 25, welche von der Kappe 50 und dem zylindrischen Ende 23 gebildet wird, ist 0,125 mm hoch. Die Kammer 72 ist ungefähr 0,25 mm tief, gemessen von der Innenfläche des Kuppelteiles 16, und die Dicke der Wand 53 liegt zwischen 0,4 und 0,8 mm.

Der Meßfühler umfaßt die Kappe 50 mit der die Wand 53 bildenden Aussparung 52. In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 kann die Meßfühlerkammer 25 sehr genau unter Anwendung herkömmlicher Her-Stellungstechniken geformt sein. Durch genaues Bearbeiten der Aussparung 52 auf die genaue Tiefe und auch ebensolches Bearbeiten der Oberfläche des zylindrischen oberen Endes 23 des Teiles 22 wird eine sehr flache Meßfühlerkammer 25 erzielt und die verformbare Wand 53 innerhalb enger Toleranzen gebildet (in F i g. 1 ist die Wand 53 übertrieben in ihrer Größe, ebenso wie die Meßfühlerkammer 25). Dieser Grad an Genauigkeit bei Anwendung relativ einfacher Herslellungstechniken war bei bisherigen Vorrichtungen nicht leicht zu erzielen.

In F i g. 1 ist zu sehen, daß auch eine Temperaturausgleichseinrichtung vorgesehen ist. Diese Besonderheit ist besonders wünschenswert, wenn der Druckübertrager zum Betrieb in einem großen Temperaturbereich

5S entworfen ist und das Kuppelteil nicht vollständig die Wirkungen der Flüssigkeitsausdehnung in der Vorrichtung aufbrauchen kann. Diese Einrichtung weist einen Draht 74 mit Drahtsträngen 90 und 92 auf, welche vertikal entlang dem Kapillarrohr 14 vom unteren Ende des Schaftteiles 66 zur vertikalen Kammer 27 im obertn Teil 22 verlaufen. Ein kleines Loch 33 ist im oberen Teil 22 vorgesehen, um den Draht 74 aus der Vorrichtung herauszuführen und mit der Dehnungsmeßanordnung 80 zu verbinden, welche mehr im einzelnen im folgenden unter Bezugnahme auf die F i g. 2 beschrieben werden wird. Am Ende des Kupptlteils ist der Draht 74 bei 76 zur Bildung einer Schleife aufgewickelt. Die Spule 76 ergibt eine wesentliche Länge des Drah-

tes an diesem Punkt. Die Spule 76 grenzt an die Kammer 72, in welcher der Rauminhalt des Quecksilbers, welches die Vorrichtung füllt, groß und den höchsten Temperaturen unterworfen ist. So bewirkt das Aufbringen von Wärme auf das Membranende des Schaftteiles 66 den größten Widerstandsanstieg des Drahtes 74 und der Spule 76. Wenn der Draht 74 einschließlich der Spule 76 in der Brückenschaltung der F i g. 3 in Serie mit einem Zweig der Brücke liegt, dessen Widerstand mit dem Steigen des Druckes abfällt, so neigen das Steigen des Widerstandes in der Spule 76 und das Abfallen des Widerstandes des Brückenwiderstandes wegen der auftretenden Wärme, welche durch die Ausdehnung der Flüssigkeit erzeugt wird, dazu, einander im Gleichgewicht zu halten oder auszugleichen.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel einer Temperaturausgleichseinrichtung ist die Spule 76 durch einen kurzen Draht mit höherem Widerstand ersetzt, welcher durch einen größeren Widerstandswechsel bei einem gegebenen Temperaturwechsel gekennzeichnet ist, als der verbleibende Teil des Drahtes 74. Dieser kurze Draht mit höherem Widerstand kann direkt zwischen die Drahtstränge 90 und 92 gelötet sein und schafft dieselbe Art von Temperaturausgleich wie die Wendel 76.

Betrachtet man nun F i g. 2, so ist dort eine an der oberen Fläche der Kappe 50 zum Messen der Verformung der verformbaren Wand 53 befestigte Dehnungsmeßanordnung 80 zu sehen. Diese Dehnungsmeßanordnung umfaßt Dehnungsmeßwindungen 82 und 86, deren Widerstand mit dem Ansteigen des Druckes abfällt und Dehnungsmeßwindungen 84 und 88, deren Widerstand mit dem Steigen des Druckes ansteigt. Lötklemmen 83, 85, 87, 89, 91 und 93 sind an der oberen Fläche der Kappe 50 vorgesehen, so daß die Dehnungsmeßwindungen 82, 84, 84 und 88 außerhalb (wie in F i g. 3 gezeigt) verbunden werden können. Zum Beispiel könnte der Draht 74 zum Temperaturausgleich zwischen den Lötklemmen 83 und 91 angebracht werden. Eine Erregerspannung würde über die Lötklemmen 85 und 89 angeschlossen, und eine Ausgangsspannung könnte über die Lötklemmen 91 und 93 abgetastet werden.

Die F i g. 3 zeigt klar die Verbindungen der Dehnungsmeßwindungen der in F i g. 2 dargestellten Dehnungsmeßanordnung. Die Widerstände 82Λ, 84A, 86Λ und SSA stellen schematisch die Dehnungsmeßwindungen 82. 84, 86 bzw. 88 dar. Die Widerstände 90A und 92Λ stellen schematisch den Widerstand der Drahtstränge 90 bzw. 92 des Drahtes 74 dar. Der Widerstand 76,4 ist der Temperaturausgleichswiderstand und stellt schematisch die in F i g. 1 gezeigte Spule 76 des Drahtes dar.

Ein Eingangssignal würde über die Enden 95,97 aufgegeben, und eine dem Druck entsprechende Spannung würde über die Enden 96, 98 gemessen. Wie zuvor erwähnt, ist der Temperaturausgleichszweig einschließlieh der Widerstände 90A 92A und 76>4 in Reihe mit dem Widerstand S2A geschaltet, dessen Widerstand mit ansteigendem Druck abfällt. Diese Anordnung neigt dazu, die Dehnungsmeßbrücke im Gleichgewicht und unabhängig von Temperaturwechseln zu halten. Der Temperaturausgleichszweig könnte auch in Reihe mit dem Widerstand 86/4 geschaltet sein, oder ein anderer besonderer Temperaturausgleichszweig könnte in Reihe mit den Widerständen 82/4 bzw. 86/4 geschaltet sein.

ao Die Kappe 50 ist beispielsweise an dem oberen Teil 22 angeschweißt. Eine Schweißverbindung ist zwischen den ringförmigen Nuten 56 und 57 in der Kappe 50 bzw. dem Teil 22 angebracht. Wenn man den Druckbereich zu wechseln wünscht, kann die Kappe 50 leicht durch maschinelle Bearbeitung oder Schneiden entfernt werden und stattdessen eine Kappe mit einer anderen Dicke der Wand 53 angebracht und wieder verschweißt werden.

Eine andere Besonderheit ist bei hohen Druckbereichen zu beachten. Schraubengewinde 26 sind an der Außenfläche des oberen Teiles 22 vorgesehen, so daß eine nicht dargestellte Klemmeinrichtung daraufgeschraubt werden kann. Diese Klemmeinrichtung würde etwas U-förmig ausgebildet sein und fest gegen den äußeren Teil der oberen Fläche der Kappe 50 gehalten werden. Diese Klemmeinrichtung würde außerdem dabei helfen, die Kappe 50 bei hohen Drücken an ihrem Platz zu halten.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte eine flexible Kupplung einen Teil des dazwischenliegenden Teiles 34 umfassen, vorzugsweise an seinem unteren Ende. Solch eine Kupplung ist bei 46 in F i g. 1 der obenerwähnten USA.-Patentschrift 3349 623 dargestellt. Offenbar müßte eine solche Kupplung oberhalb des Teiles 60 und nicht zwischen dem Teil 60 und dem Montagegewinde 70 des Schaftteiles 66 angeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckübertrager mit einem langgestreckten Gehäuse, mit einem längs verlaufenden Durchgang, durch welchen sich ein Kapillarrohr erstreckt, mit einem Kuppelteil an einem Ende des Gehäuses, das mit demselben eine mit dem Kapillarrohr verbundene Kammer bildet, mit einem aus einer dünnen Meßfühlerkammer und an einer verformbaren Wand derselben befestigten Dehnungsmeßwindungen bestehenden Meßfühler am anderen Ende des Gehäuses und mit einer Flüssigkeit, welche das Kapillarrohr, die Kammer und die Meßfühlerkammer zum Übertragen des gegen das Knppelteil auf den Meßfühler ausgeübten Druckes füllt, d a durch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (12) eine austauschbare Kappe (50) aufweist, die mit dem anderen Ende des Gehäuses (10) in Eingriff steht und mit dem Gehäuse die mit dem Kapillar- *> rohr (14) verbundene Meßfühlerkammer (25) bildet, und daß die Meßfühlerkammer (25) scheibenförmig ausgebildet ist.

2. Druckübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (50) die verformbare *5 Wand (53) umfaßt, welche eine Ausnehmung (52) und eine Seite der Meßfühlerkammer (25) begrenzt, und daß das Gehäuse (10) einen sich nach oben erstreckenden Teil (22) umfaßt, welcher eine flache Oberfläche (55) und eine andere Seite der Meßfühlerkammer (25) begrenzt.