DE2340800C3

DE2340800C3 - Differenzdruckmeßvorrichtung

Info

Publication number: DE2340800C3
Application number: DE19732340800
Authority: DE
Inventors: Ewald 7620 Wolfach Böhler
Original assignee: VEGA VERTRIEB und FERTIGUNG ELEKTRONISCHER GERAETE und APPARATE GRIESHABER KG 7620 WOLFACH DE; Vega Vertrieb und Fertigung Elektronischer Geraete und Apparate Grieshaber Kg 7620 Wolfach
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 1973-08-11
Filing date: 1973-08-11
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE2340800A1; DE2340800B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Differenzdruckmeßvorrichtung mit zwei in einem zylindrischen Hohlkörper im Abstand zueinander angeordneten Membranen, von denen eine als Meßmembran ausgebil- so det und zwischen denen eine Kopplung über eine zentrale, starre, zwischen den Membranen freigelagerte Führungsstange vorhanden ist, die in Abhängigkeit von der Meßmembran bewegbar ist, wobei die Führungsstange außerhalb des von den Membranen begrenzten Raumes des Hohlkörpers einen Teil einer elektrischen Wegmeßeinrichtung trägt.

Eine DifferenzdruckmeUvorrichtung der eingangs genannten Art ist der BE-PS 6 87 307 zu entnehmen. Dabei wird die Wegmeßeinrichtung von an einem eo Biegebalken angeordneten Dehnungsmeßstreifen gebildet Um den Druck bestimmen zu können, wird der Biegebalken von der Führungsstange durchgebogen, wodurch wiederum eine Beeinflussung der Dehnungsmeßstreifen erfolgt Die daraus resultierende Span- es nungsänderung ist dann ein Maß für den die Membranen beaufschlagenden Druck. Allerdings sind bei einer solchen Vorrichtung Meßungenauigkeiten nicht auszuschließen, da die Fübrungsstange ihre Kraft reibungsbehaftet auf den Biegebalken übertragen muß. Die mit dem Meßdruck beaufschlagte Membran ist des weiteren in einer Kammer des Hohlkörpers angeordnet, die eine im Vergleich zu der Membranfläche geringe Durchtrittsöffnung zu dem Meßraum aufweist Durch eine solche Ausgestaltung ist daher nur ein beschränkter Einsatz möglich. So ist zum Beispiel eine Verwendung in der Lebensmittelindustrie nicht möglich, da sich in der Kammer vor der Meßmembran Rückstände bilden können, die eine Verseuchung des zu überwachenden Gutes nach sich führen könnten. Aber auch eine Bestimmung von körnigem Gut ist problematisch, da sich in der Kammer Körner absetzen und zum Beispiel aushärten können, so daß die Membran nicht mehr den Druck bestimmen kann, der durch die Füllstandshöhe hervorgerufen wird.

Im »Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen« von Rohrbach, VDI-Verlag Düsseldorf 1967, Seite 152 bis 154, sind berührungslos arbeitende Wegmeßeinrichtungen beschrieben. Ein Hinweis, entsprechende Einrichtungen zum Beispiel in Differenzdruckmeßvorrichtungen der genannten Art einzusetzen, ist nicht gegeben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Differenzdruckmeßvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß aufgrund einer spiel- und reibungsarmen Lagerung die Herstellbarkeit einfach, die Messung jedoch genau und reproduzierbar wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Raum zwischen den Membranen mit dem Raum für die Wegmeßeinrichtung über mindestens eine öffnung in Verbindung steht und daß die Wegmeßeinrichtung berührungslos arbeitet

Durch die erfindungsgemäße Lehre können keine Meßungenauigkeiten durch auftretende Reibungen bei der Bewegung der Führungsstange erfolgen. Diese wird vielmehr ausschließlich von den Membranen gehaltert Durch die Verbindung zwischen dem Raum zwischen den Membranen mit dem Raum für &e Wegmeßeinrichtung, die aus einem aktiven und einem positiven Teil zusammengesetzt ist und berührungsarm arbeitet wird die Bewegung der Führungsstange beim Verschieben des passiven Teils zum aktiven Teil der Wegmeßeinrichtung nicht beeinflußt Dadurch wird gleichzeitig die Meßgenauigkeit der erhöht Des weiteren ist die Einsatzmöglichkeit der Differenzdruckmeßvorrichtung umfassend. Da der Raum zwischen den Membranen und der Raum mit der Wegmeßeinrichtung in Verbindung steht, stellt die die Meßmembran nicht darstellende Membran eine Führungsmembran dar, die beidseitig von dem gleichen Druck beaufschlagt wird. Demzufolge übt sie nur eine Art Trägerfunktion für die Führungsstange aus.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Wegmeßeinrichtung ein Tauchkondensator, dessen an der Führungsstange befestigte Kondensatorplatten als passives Teil mit im inneren des Hohlkörpers befestigten Kondensatorplatten als aktives Teil in Wechselwirkung treten, wobei ein außen am Hohlkörper angeordneter Faltenbalg den Raum zwischen den Membranen und den mit diesem über die öffnungen verbundenen Raum für den Tauchkondensator hermetisch gegen die atmosphärische Luft abschließt Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß eine Änderung der Luftfeuchtigkeit des in dem Hohlkörper enthaltenen Gases die Messung nicht beeinflussen kann. Die Kapazität des Tauchkondensators ist somit nicht von der Luftfeuchtigkeit der

Atmosphäre abhängig. Demzufolge wird die Meßgenauigkeit der Anordnung erhöht.

Wahlweise kann jedoch die Wegmeßeinrichtung auch als Differentialtransformator ausgebildet sein, dessen Eisenkern als passives Teil an der Führungsstange befestigt ist und dessen Windungen als aktives Teil über Stege mit der Innenwand des Hohlkörpers verbunden sind. Bei einer solchen Ausbildung der Wegmefleinrichtung können Änderungen der Luftfeuchtigkeit die Meßergebnisse auch dann nicht negativ beeinflussen, wenn der Hohlkörper von außen nicht von einem Faltenbalg umgeben ist.

Vorzugsweise sind die Führungsstange und der Hohlkörper aus einem gleichen Werkstoff hergestellt Führungsstange und Hohlkörper haben deshalb den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die__ Genauigkeit der Füllstandshöfienmessung wird bei Änderung der auf die Differenzdruckmeßvorrichtung einwirkenden Temperatur nicht beeinträchtigt

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. ί einen Längsschnitt eines ersten Au^führungsbeispiels einer Differenzdruckmeßvorrichtung und

Fig.2 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Differenzdruckmeßvorrichtung.

Die in F i g. 1 dargestellte Differenzdruckmeßvorrichtung weist als Gehäuse einen zylindrischen Hohlkörper 10 auf, der nahe an seiner einen Stirnseite 12 mit einer Membran 14 (Meßmembran) versehen ist, deren Ränder durch geeignete Befestigungsmittel 16 mit der Innenwand des Hohlkörpers 10 verbunden sind. Im Zentrum der Meßmembran 14 ist ein kegeliger Körper 18 befestigt, an den ein Ende einer Führungsstange 20 angeschlossen ist, die in das Innere des Hohlkörpers 10 ragt Innerhalb des Hohlkörpers 10 ist in einem bestimmten Abstand zur Meßmembran 14 eine Führungsmembran 46 angeordnet, die gleichfalls über Befestigungsmittel 16 mit der Innenwand des Hohlkörpers 10 in Verbindung steht Die Führungsmembran 46 « ist in ihrem Zentrum mit einem kegeligen Körper 48 versehen, der an die Führungsstange 20 angeschlossen ist Die Führungsstange 20 trägt an ihrem anderen Ende, das über die Führungsmembran 46 und den kegeligen Körper 48 hinausragt, ein passives Teil 26 einer Wegmeßeinrichtung 28. Das passive Teil 26 ist von einem aktiven Teil 30 der Wegineßeinrichtung 28 umgeben. Der aktive Teil 30 ist über Stege 32 mit der Innenwand des Hohlkörpers 10 verbunden. Als Wegmeßeinrichtung 28 kann zum Beispiel ein Differentialtransformator verwendet werden, bei dem das passive Teil 26 ein Eisenkern ist Als aktives Teil 30 ist eine Primär- und eine Sekundärwicklung vorhanden. Die Wicklungen sind in der F i g. 1 nicht im einzelnen dargestellt

Die Führungsstange 20 ist über die beiden Membranen 14,46 in ihrer Längsrichtung verschiebbar gelagert Bei einer Verschiebebewegung der Führungsstange 20 wird das passive Teil 26 innerhalb des aktiven Teils 30 in seiner Stellung verändert

Der von den Membranen 14 und 46 im Inneren des Hohlkörpers 10 eingeschlossene Raum steht über eine öffnung 50 mit der Atmosphäre in Verbindung.

Der Hohlkärper kann in einer Öffnung einer Bodenwand 34 eines nicht näher dargestellten Behälters es eingesetzt werden, in dem sich ein Füllgut befindet, dessen Niveau bestimmt werden soll.

Auf die mit dem nicht näher bezeichneten Füllgut in Berührung stehende Außenseite der Meßmembran 14 wirkt ein aus dem Füllgutdruck 36 und Luftdruck 38 zusammengesetzter Meßdruck. Aufgrund der öffnung 50 wird die Innenseite der Meßmembran 14 vom atmosphärischen Luftdruck 40 beaufschlagt Auf die Fttbrungsstange 20 wird daher nur eine der Differenz des Meßdrucks und des Luftdrucks 40 entsprechende Kraft übertragen, die eine Verschiebung der Führungsstange 20 bewirkt Die Verschiebung der Führungsstange 20 einschließlich des passiven Teils 26 der Wegmeßeinrichtung 28 ist somit — unabhängig von dem auf die Füllgutoberfläche wirkenden Luftdruck — der Höhe des Füllguts proportional. Änderungen des Luftdrucks können somit keine Meßfehler verursachen. Die Meßgenauigkeit ist daher überaus gut

Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer weiteren Differenzdruckmeßvorrichtung weist gleichfalls einen mit dem Bezugszeichen 52 versehenen zylindrischen Hohlkörper auf, der nahe an seiner einen Stirnseite 54 mit der Meßmembran 14 versehen ist, deren Ränder durch geeignete Befestigungsmittel 56 mit der Innenwand des Hohlkörpers 52 verbunden sind. Im Zentrum der Meßmembran 14 ist ein kegeliger Körper 58 befestigt, an den ein Ende einer in das Innere des Hohlkörpers 52 ragenden Führungsstange 60 angeordnet ist Das andere Ende der Führungsstange 60 steht mit einem nicht näher bezeichneten Zapfen in Verbindung, an den eine nicht näher bezeichnete Scheibe angeschlossen ist die konzentrisch zueinander angeordnete, zylindrische Platten 02 einer Hälfte eines Tauchkondensators 64 trägt Am Zapfen ist weiterhin die Führungsmembran 46 befestigt, deren Ränder über Befestigungsmittel 56 an die Innenwand des Hohlkörpers 52 angeschlossen ist Die andere Hälfte des Tauchkondensators 64 enthält gleichfalls zylindrische, konzentrisch zueinander angeordnete Platten 66, die an einer nicht näher bezeichneten Kreisscheibe befestigt sind, die in einen Zapfen 68 übergeht der durch eine öffnung 70 in der mit einer nicht näher bezeichneten Platte verschlossenen anderen Stirnseite des Hohlkörpers 52 ragt Am Zapfen 68 ist eine Aussparung 72 für df. D Anschluß eines nicht näher dargestellten elektrischen Steckverbinders vorgesehen. Die Kondensatorplatten 66 mit der daran befestigten Kreisscheibe sowie der Zapfen 68 sind mittels eines Zwischenstücks 74 aus elektrisch nicht leitendem Material gegen den Hohlkörper 52 isoliert

An der Außenfläche des Hohlkörpers 52 ist ein Faltenbalg 76 befestigt, der sich über einen Teil der Hohlkörperoberfläche erstreckt Der Faltenbalg 76 befindet sich an einem Abschnitt des Hohlkörpers 52, der von der Atmosphäre umgeben ist Der Hohlkörper 52 ist in eine öffnung einer Bodenwand 34 eines nicht näher dargestellten Behälters eingesetzt, in dem sich ein Füllgut befindet, dessen Niveau gemessen werden soll. Der in den Behälter ragende Abschnitt des Hohlkörpers M wird vom Druck dieses Füllguts beaufschlagt

Der vom Faltenbalg 76 und der Hohlkörperaußenwand eingeschlossene Raum steht über öffnungen 76, 80 in der HohlkJrperwandung einerseits mit dem von der Meßmembran 14 und der Führungsmembran 46 eingeschlossenen Raum und andererseits mit iem Teil des Innenraums des Hohlkörpers 52 in Verbindung, Ln dem der Tauchkondensator 64 angeordnet ist. Der Raum zw ischen der Membran 14,46, der Raum, in dem der Tauch kondensator 64 vorliegt, und der Raum, der vom Faltenbalg 76 außen am Hohlkörper 52 eingeschlossen wird, sind hermetisch von der Atmosphäre

abgeschlossen.

Auf die mit dem nicht näher bezeichneten Füllgut in Berührung stehende Außenseite der Meßmembran 14 wirkt ein aus dem Füllgutdruck 36 und dem atmosphärischen Luftdruck 38 zusammengesetzter Luftdruck ein. Der Faltenbalg 76 ist vom atmosphärischen Luftdruck 38 beaufschlagt, dessen Änderungen in gleicher Weise in dem von den Membranen 14,46 umgebenen Raum und dem für den Tauchkondensator 64 vorgesehenen Raum in Erscheinung treten. Atmosphärische Luftdruckjchwankungen wirken somit auf die beiden Seiten der Meßmembran 14 ein. Die Führungsstange 60 wird daher von der Differenz der vom Meßdruck und vom atmosphärischen Luftdruck erzeugten Kraft beaufschlagt. Aufgrund der Bildung der Differenz wird der Anteil des atmosphärischen Luftdrucks eliminiert. Die Verschiebung der Platten 62 gegen die Platten 66 des Tauchkondensators 64 ist deshalb dem Druck des nicht näher bezeichneten Füllguts proportional. Änderungen des Luftdrucks können keine Fehler verursachen. Änderungen der Luftfeuchtigkeit wirken sich im Inneren des Hohlkörpers 52 ebenfalls nicht aus. Die Dielektrizitätskonstante des Gases im Hohlkörper 52 wird bei Luftfeuchtigkeitsschwankungen nicht verändert. Die Kapazität des Tauchkondensators 64 ist somit unabhängig von der Feuchtigkeit der atmosphärischen Luft. Dadurch wird die Meßgenauigkeit der Differenzdruckmeßvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 erhöht.

Bei den in den F i g. I und 2 gezeigten Differenzdruck-

meßvorrichtungen sind die Führungsstangen 20,60 nur in Membranen 14,46 verschiebbar gelagert. Durch diese Art der Lagerung ist bei den Verschiebebewegungen der Führungsstangen 20,60 keine mechanische Reibung zu überwinden. Dadurch ergibt sich neben einer großen

ι ο Meßgenauigkeit auch eine sehr gute Reproduziergenauigkeit.

Überdies sind die passiven Teile 26 bzw. 62 der Wegmeßeinrichtungen 28 bzw. 64 durch ihre Verbindung mit den Führungsstangen 20 bzw. 60 spielfrei

ι--, gelagert. Dies bedeutet eine zusätzliche Verbesserung der Meßgenauigkeit.

Die Führungsstangen 20 bzw. 60 und der Hohlkörper 10 bzw. 52 sind jeweils aus dem gleichen Werkstoff hergestellt. Bei Erwärmung der Differenzdruckmeßvor ricntungen dehnen sich die Hohlkörper und die Führungsstangen aufgrund des übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten um die gleichen Strecken aus. Dadurch werden Meßfehler aufgrund von Temperatureinflüssen beseitigt. Die vorstehend er wähnte Maßnahme bringt eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit.

Hierzu 2 Blatt ZeichnuiK ^n

Claims

Patentansprüche:

1. Differenzdruckmeßvorrichtung mit zwei in einem zylindrischen Hohlkörper im Abstand zueinander angeordneten Membranen, von denen eine als Meßmembran ausgebildet und zwischen denen eine Kopplung über eine zentrale, starre, zwischen den Membranen freigelagerte Führungsstange vorhanden ist, die in Abhängigkeit von der Meßmembrah bewegbar ist, wobei die Führungsstange außerhalb des von den Membranen begrenzten Raumes des Hohlkörpers einen Teil einer elektrischen Wegmeßeinrichtung trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Membranen (14, 46) mit dem Raum für die Wegmeßeinrichtung (64, is 28) über mindestens eine öffnung (50; 78, 80) in Verbindung steht und daß die Wegmeßeinrichtung berührungslos arbeitet.

2. Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeß- einrichtung \54) ein Tauchkondensator ist, dessen an der Führungsstange(60) befestigte Kondensatorplatten (62) mit im Inneren des Hohlkörpers (52) befestigten Kondensatorplatten (60) in Wechselwirkung treten, und daß ein außen am Hohlkörper (52) angeordneter Faltenbalg (76) den Raum zwischen den Membranen (14,46) und den mit diesem über die öffnungen (78, 80) verbundenen Raum für den Tauchkondensator (64) hermetisch gegen die atmosphärische Luft abschließt

3. Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dad'rch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinrichtung (28) ein Differemialtransformator ist, dessen Eisenkern (26) als passives Teil an der Führungsstange (20) befestigt ist und dessen Windungen (30) als aktives Teil über Stege (32) mit der Innenwand des Hohlkörpers (10) verbunden sind.

4. Differenzdruckmeßvorrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstange (20,60) und der Hohlkörper (10,52) aus dem gleichen Werkstuff hergestellt sind.