DE2156959B2 - DehnmeBstreifen-Meßwandler, insbesondere Druckmeßwandler - Google Patents

Description

roeßstreifen-Meßwandler der eingangs genannten Art geschaffen werden, welcher die.Nachteile der bekannten Konstruktion vermeidet und der auch für den Betrieb bei höchsten Temperaturtwlastungen, wie sie beispielsweise beim Indizieren von Motorbrennräumea Düsentriebwerken, Raketen usw. auftreten, uneingeschränkt geeignet ist Diese Aufgabe: wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßkörper als auf axialen Zug belastete Dehnhülse ausgebildet ist, und daß das äußere, zur Wandlerfühlfiäche offene Ende der _t0 Dehnhülse am äußeren Ende der gehäusefesten Hülse abdichtend befestigt ist und das innere Ende der Dehnhülse einen Bodenteil aufweist, an dem sich ein von der Wandlerfühlfiäche zentral in den vom Kühlmedium durchströmten Innenraura der Dehnhülse hineinragender Druckstempel abstützt, und daß in an sich bekannter Weise ein flüssiges Kühlmedium vorgesehen ist

Ein solcher Meßwandler verfügt somit über ein äußerst wirksames Flüssigkeits-Kühlsystem, welches dem Luftkühlsystem des Meßwandlers nach der genannten US-PS bei weitem überlegen ist und das den Einsatz des Gerätes auch bei sehr hohen Temperaturen an der Meßstelle uneingeschränkt zuläßt Diese Überlegenheit resultiert aus der Lage der hitzeempfindlichen Dehnmeßstreifen zwischen zwei von der Kühlflüssigkeit unmittelbar bespülten und somit intensiv gekühlten Hülsen. Ein Wärmeaustausch zwischen dem Wandlergehäuse und dem Dehnkörper könnte nur über ;.lie gehäusefeste Hülse stattfinden, da diese aber mit ihrer gesamten Außenfläche direkt im Kühlwasserstrom liegt, wird diese Art der Wärmeübertragung auf den Dehnkörper weitgehend unterbunden. Andererseits findet aber auch ein Wärmeaustausch zwischen der Meßstelle und der Dehnhülse über den von der Wandlerfühlfiäche bis zum Bodenteil der Dehnhülse sich erstreckenden Druckstempel statt Da dieser aber den Kühlflüssigkeitsraum durchsetzt, erfährt auch er eine intensive Kühlung, weiche eine Überhitzung der Dehnmeßstreifen auch auf diesem Weg ausschließt

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wandlerbauart ergibt sich gegenüber dem Meßwandler nach der genannten US-PS aus der günstigeren Beanspruchungsweise der auf axialen Zug belasteten Dehnhülse. In dieser Hinsicht ist der Meßwandler nach der Erfindung auch anderen bekannten Wandlerkonstruktionen überlegen, bei denen der Meßkörper von den Meßkräften auf Druck oder Biegung beansprucht wird.

Besonders günstige Kühlverhältnisse ergeben sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wenn der Druckstempel nahe seiner Anschlußstelle am Bodenteil der Dehnhülse zumindest eine quer verlaufende Überströmbohrung aufweist Es kommt daher innerhalb der Dehnhülse zu einer ausgeprägten Kühlwasserströmung, welche nicht nur den Wärmeaustausch zwischen der Dehnhülse und der Kühlflüssigkeit begünstigt, sondem auch zu einer verstärkten Kühlung des in Querrichtung vom Kühlwasser durchströmten Druckstempels führt.

Um weiter zu gewährleisten, daß das Kühlwasser mi» relativ großer Geschwindigkeit das ganze System durchströmt, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Innenraum der Dehnhülse vom radialen Nuten am offenen Ende der Dehnhülse gebildet Durch die Dimensionierung dieser Nuten können die Strömungsverhältnisse den jeweiligen Erfordernissen optimal angepaßt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der die gehäusefeste Hülse umgebende Riagraum durch zwei einander diametral gegenüberliegende·, längsverlaufende, an der gehäusefesten Hülse oder der Gehäuseinnenwaiid angebrachte Leisten in einen mit der Kühlflüssigkeitszuleitung und einen mit der Kühlflüssigkeitsrückleitung des Wandlers verbundenen Raum unterteilt Man vermeidet dadurch einen eventuellen Kurzschluß des Kühlwasserstromes im Ringraum zwischen der gehäusefesten Hülse und dsm Gehäuse und erhält eine in ihrer Richtung definierte Kühlwasserströmung.

Bei der letztgenannten Meßwandlerausführung empfiehlt es sich, die den Ringraum unterteilenden Leisten gegenüber den radialen Nuten der Dehnhülse um 90° versetzt anzuordnen. Es ergeben sich dadurch symmetrische Strömungsverhältnisse innerhalb des gesamten Kühlflüssigkeitsraumes des Wandlers.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Dehnhülse in an sich bekannter Weise als dünnwandiges, kreiszylindrisches Rohr ausgebildet sein, das zwei einander gegenüberliegende, zylindrisch gewölbte Dehnmeßstreifen trägt und kann der Druckstempel zumindest in dem innerhalb der Dehni.ülse verlaufenden Abschnitt ein flaches Profil aufweisen, dessen parallele Seitenflächen den Dehnmeßstreifen zugekehrt sind. Zwischen den Flachseiten des Druckstempels und der Innenwand der rohrförmigen Dehnhülse entstehen daher vom Kühlwasser in Längsrichtung durchströmte Kanäle, in deren unmittelbarem Wandbereich sich die Dehnmeßstreifen befinden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann aber auch die Dehnhülse in an sich bekannter Weise als profiliertes Rohr mit ovalem Innenquerschnitt und parallel zur längeren Profilachse verlaufenden, je einen Dehnmeßstreifen tragenden ebenen Außenflächen ausgebildet sein, und kann bzw. können sich die Überströmbohrung bzw. -bohrungen des mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgeführten Druckstempels in Richtung der längeren Profilachse erstrekken.

Der besondere Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, daß die Dehnmeßstreifen auf ebenen Flächen, welche außen an der Dehnhülse angearbeitet sind, befestigt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F: g. 1 einen teilweisen Axialschnitt eines Dehnmeßstreifen-Meßwandlers,

F i g. 2 einen Schnitt des Wandlers gemäß der Linie U-II in Fig. 1,

F i g. 3 den teilweisen Axialschnitt einer abgewandelten Bauform eines Meßwandlers und

F i g. 4 einen Schnitt des letztgenannten Wandlers gemäß der Linie IV-IV in F i g. 3.

Der in F i g. 1 und 2 ersichtliche Dehnmeßstreifen-Druckwandler weist ein abgesetzt hohlzylindrisches Gehäuse 1 auf, das an der der Meßstelle zugekehrten Stirnseite durch eine Ringmembrane 2 mit gewölbtem flexiblem Mittelteil abgeschlossen ist. In die mittige öffnung der Ringmembrane 2 ist ein ins Wandlerinnere vorragender Druckstempel 3 hermetisch dicht eingesetzt.

Im Wandlergehäuse 1 befindet sich eine abgesetzt zylindrische Hülse 4, welche in nicht dargestellter Weise mit dem Gehäuse starr verbunden ist Die gehäusefeste Hülse 4 ragt mit einem Abschnitt kleineren Außendurchmessers bis nahe an die Membrane 2 heran

und bildet mit der Gehäuseinnenwand 5 einen Ringraum 6.

In der gehäusefesten Hülse 4 ist eine mit ihrem offenen Ende der Membrane 2 zugewendete dünnwandige, rohrförmige Hülse 7 eingesetzt, die an ihrer Mantelfläche zwei einander diametral gegenüberliegende, zylindrisch gewölbte Dehnmeßstreifen 8 trägt. Diese Dehnmeßstreifen 8 sind über Anschlußleitungen 9 in nicht dargestellter Weise mit dem Anschlußstecker des Meßwandlers verbunden. Die den Dehnkörper des Druckwandlers bildende Hülse 7 stützt sich mit einem Endflansch 10 an der stirnseitigen Endfläche der gehäusefesten Hülse 4 ab und ist mit dieser durch eine umfangsseitige Ringschweißnaht ti hermetisch dicht verbunden. Die Schweißnaht 11 kann vorteilhafterweise durch Plasmaschweißen hergestellt werden.

Die Dehnhülse 7 ist an ihrem inneren Ende durch einen Bodenteil 12 abgeschlossen, der eine axiale Bohrung aufweist, in die das innere Ende des Druckstempels 3 eingesetzt ist Der Druckstempel 3 stützt sich mit einem Kragen 13 am Bodenteii 12 ab und ist mit diesem durch eine, vorzugsweise gleichfalls in Plasmaschweißtechnik ausgeführte stirnseitige Ringschweißnaht 14 hermetisch dicht verbunden.

Der zwischen der Gehäuseinnenwand 5 und der gehäusefesten Hülse 4 gebildete Ringraum 5 und der zwischen der Dehnhülse 7 und dem Druckstempel 3 freibleibende Raum 15 stehen über an der Stirnseite des Endflansches 10 der Dehnhülse 7 angebrachte radiale Nuten 16 miteinander in Verbindung und bilden zusammen einen Kühtflüssigkeitsraum, welcher über einen Einlaßkanal 17 und einen Auslaßkanal 18 in nicht dargestellter Weise an ein Kühlwassersystem angeschlossen ist Die Strömungsrichtung des Kühlwassers ist durch die in F i g. 1 eingezeichneten Pfeile veranschaulicht

Um eine definierte Kühlwasserströmung durch den Raum 15 zu gewährleisten, weist der innerhalb der Dehnhülse 7 mit flachem Profil ausgeführte Druckstempel 3 nahe seiner Anschlußstelle am Bodenteil 12 der Dehnhülse 7 zwei querverlaufende Überströmbohrungen 19 auf, über die das Kühlwasser von der einen auf die andere Seite des Kühlwasserraumes 15 übertritt. Um einen Kurzschluß der Kühlwasserströmung innerhalb des Ringraumes 6 zu vermeiden, sind an der Mantelfläche der gehäusefesten Hülse 4 zwei einander diametral gegenüberliegende längsverlaufende Leisten 20 angebracht, welche den Ringraum 6 in einen mit dem Einlaßkanal 17 und einen mit dem Auslaßkanal 18

ίο verbundenen Raum unterteilen.

Da sich die Dehnmeßstreifen 8 zwischen den beiden unmittelbar vom Kühlwasser bespülten Hülsen 4 und 7 befinden, ist eine intensive Kühlung dieser wäi meempfindlichen Meßelemente gewährleistet, so daß es auch

•5 bei hohen Wärmebelastungen des Meßwandlers weder zu einer Nullpunktdrift noch zu einer Empfindlichkeitsänderung kommt Ein Dehnmeßstreifen-Meßwandler dieser Bauart ist daher für alle Arten Meßaufgaben geeignet, bei denen an der Meßstelle hohe Temperaturen auftreten. Dies ist beispielsweise beim Indizieren von Brennkraftmaschinen, bei der Überwachung von Düsentriebwerken und Raketen der FaIL

Der Druckmeßwandler nach Fig.3 und 4 unterscheidet sich vom vorgenannten Ausfuhrungsbeispiel

²S im wesentlichen nur durch die Formgebung von Druckstempel und Dehnhülse. Der Druckstempel 3' besitzt bei dieser Konstruktion kreiszylindrischen Querschnitt wogegen die Dehnhülse T als profiliertes Rohr mit ovalem Innenquerschnitt und parallel zur längeren Pro-

filachse verlaufenden, ebenen Außenflächen 2t ausgebildet ist die je einen flachen Dehnmeßstreifen 9' tragen. Der Vorteil dieser Bauart liegt in der einfacheren Befestigungs- und Anschlußweise der Dehnmeßstreifen 8' an den ebenen Außenflächen 21 der Dehnhülse T.

An Stelle von Lötstützpunkten ist eine Befestigung bzw. Zugentlastung der Anschlußdrähte 9' durch eine Abbindung und Verklebung in der Eindrehung 22 am inneren Ende der Dehnhülse T möglich. Alle übrigen Einzelheiten des Druckwandlers stimmen mit der Ausführung nach F i g. 1 und 2 überein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   K Dehnmeßstreifen-Meßwandler, insbesondere Druckmeßwandler, in dessen Gehäuse ein von der Meßkraft belasteter, an seiner Mantelfläche Dehnmeßstreifen tragender rohrförmiger Meßkörper und eine diesen umgebende, zur Wandlerfühlfläche hin offene gehäusefeste Hülse angeordnet ist, die mit der Gehäuseinnenwand einen von einem Kühlmedium durchströmten Ringraum bildet, der mit dem Inner.raum des Meßkörpers in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper als auf axialen Zug belastete Dehnhülse (7; T) ausgebildet ist, und daß das äußere, zur Wandlerfühifläche offene Ende (10) der Dehnhülse am äußeren Ende der gehäusefesten Hülse (4) abdichtend befestigt ist und das innere Ende der Dehnhülse (7; T) einen Bodenteil (12) aufweist an dem sich ein von der Wandlerfühlfläche zentral in den vom Kühlmedium durchströmten Innenraum der Dehnhülse hineinragender Druckstempel (3; 3') abstützt, und daß in an sich bekannter Weise ein flüssiges Kühlmedium vorgesehen ist.
2. 2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstempel (3; 3') nahe seiner Anschlußstelle am Bodenteil (12) der Dehnhülse (7; T) zumindest eine querverlaufende Oberströmbohrung (19) aufweist
3. 3. Meßwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Ringraum (6) und dem Innenraum (15) der Dehnhülse (7; 7') von radialen Nuten (16) am offenen Ende (10) der Dehnhülse gebildet ist.
4. 4. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die gehäusefeste Hülse (4) umgebende Ringraum (6) durch zwei einander diametral gegenüberliegende, längsverlaufende, an der gehäusefesten Hülse (4) oder der Gehäuseinnenwand (5) angebrachte Leisten (20) in einen mit der Kühlflüssigkeitszuleitung (17) und einen mit der Kühlflüssigkeitsrückleitung (18) des Wandlers verbundenen Raum unterteilt ist.
5. 5. Meßwandler nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ringraum (6) unterteilenden Leisten (20) gegenüber den radialen Nuten (16) der Dehnhülse (7; 7') um 90° versetzt angeordnet sind.
6. 6. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnhülse (7) in an sich bekannter Weise als dünnwandiges kreiszylindrisches Rohr ausgebildet ist, das zwei einander gegenüberliegende zylindrisch gewölbte Dehnmeßstreifen (8) trägt und daß der Druckstempel (3) zumindest in dem innerhalo der Dehnhülse (7) verlaufenden Abschnitt ein flaches Profil aufweist, dessen parallele Seitenflächen den Dehnmeßstreifen (8) zugekehrt sind.
7. 7. Meßwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnhülse (7') in an sich bekannter Weise als profiliertes Rohr mit ovalem Innenquerschnitt und parallel zur längeren Profilachse verlaufenden, je einen Dehnmeßstreifen (8') tragenden ebenen Außenflächen (2t) ausgebildet ist, und daß sich die Überströmbohrung bzw. -bohrungen (19) des mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgeführten Druckstempels (3') in Richtung der längeren Profilachse erstreckt bzw. erstrecken.

   Die Erfindung bez|eht sich auf einen Dehnmeßstreifeit-Meßwandler, insbesondere Druckrrießwandler, in dessen Gehäuse ein von der Meßkraft belasteter, an seiner Mantelfläche Dehnmeßstreifen tragender rohr* förmiger Meßkörper und eine diesen umgebende, zur Wandlerfühlfläche hin offene gehäusefeste Hülse angeordnet ist, die mit der Gehäuseinnenwand einen von einem Kühlmedium durchströmten Ringraum bildet der mit dem Innenraum des Meßkörpers in Verbindung

   no steht

   Aus der US-PS 26 27 749 ist ein Meßwandler dieser Bauart bekannt dessen rohrförmiger Meßkörper als Stauchzylinder ausgebildet ist der über eine mit einer ringförmigen Sicke versehene Membrane mit der MeB-kraft beaufschlagt ist Die Kühlung des Gerätes kann nur mittels eines Gases, insbesondere Kühlluft erfolgen, da das Kühlmittel nach Durchströmen des Gerätes über radiale Bohrungen unmittelbar ins Freie austritt Die Zuführung des gasförmigen Kühlmittels erfolgt direkt im elektrischen Anschlußstecker des Wandlers. Die von Drahtschleifen am Außenmantel des Stauchzylinders gebildete Dehnmeßbrücke kommt dabei direkt mit dem Kühlmittel in Berührung. Mittels eines zentrisch im Stauchzylinder verlaufenden Rohres wird ein Teil des Kühlluftstromes auf den Mittelteil der Membrane geblasen.

   Auf Grund dieser Bauweise ergeben sich verschiedene Nachteile des bekannten Meßwandlers. So ist die ausschließlich einem gasförmigen Medium vorbehaltene Kühlung des Gerätes weitaus weniger wirksam als eine Kühlung mittels eines flüssigen Mediums. Weiter kann der direkte Kontakt der Dehnmeßbrücke mit dem Kühlmittel, insbesondere bei Luftkühlung, zur Verunreinigung und damit Isolationsverschlechterung der Meßbrücke bzw. ihrer Anschlüsse führen. Eine Anordnung, bei der die Dehnmeßbrücke vom Kühlmittel direkt beaufschlagt wird, schließt unter allen Umständen die Anwendung von Flüssigkeitskühlung aus. Weiter ist bei dem bekannten Meßwandler die Beanspruchung des Meßkörpers auf Druck wesentlich ungünstiger als die eines auf Zug belasteten Meßkörpers. Schließlich steht im bekannten Fall der Meßkörper mit seinem äußeren Ende direkt mit der Membrane in Berührung, so daß der Wärmeaustausch nur zwischen der Dehnmeßbrücke und dem die Membrane außen beaufschlagenden Medium auf sehr kurzem Weg erfolgt.

   Weiter ist aus der GB-PS 9 63 934 ein Druckmeßwandler bekannt, bei dem an der an seiner Mantelfläche Dehnmeßstreifen tragende Dehnkörper aus zwei konzentrischen rohrförmigen Teilen besteht, die am inneren Ende miteinander verschweißt sind, wobei der an der Membrane anliegende Bodenteil des inneren Rohrkörpers den die Meßkraft übertragenden Druckstempel bildet. Zwischen den beiden rohrförmigen Teilen des Dehnkörpers befindet sich ein gegen die Meßstelle hin abgedichteter Hohlraum, der ein hochviskoses Dämpfungsmaterial zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Gerätes enthält. Dieses Dämpfungsmaterial soll das Auftreten von Schwingungen der Dehnkörper verhindern und eventuell vorhandene Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Teilen des Dehnkörpers ausgleichen. Die Meßwandler dieser bekannten Bauart, die über kein Kühlsystem verfugen, sind in ihrer Anwendung beschränkt, da Dehnmeßstreifen bei hohen Temperaturbelastungen sowohl in bezug auf ihre NullwerteinsteHung als auch bezüglich Empfindlichkeitsänderung eine relativ große Drift aufweisen.
   Durch die vorliegende Erfindung soll nun ein Dehn-