DE2415433B2

DE2415433B2 - MANOMETER FOR MEASURING ABSOLUTE PRESSURE

Info

Publication number: DE2415433B2
Application number: DE19742415433
Authority: DE
Inventors: Peter Liestal Huber (Schweiz)
Original assignee: Revue Thommen AG, Waidenburg (Schweiz)
Priority date: 1973-06-07
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1976-04-01
Also published as: DE2415433A1; CH567259A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein der Messung von Absolutdrücken dienendes Manometer mit einem einen Hohlraum umschließenden Gehäuse, einer Membran, die den Hohlraum in zwei Teilräume unterteilt, von denen einer mit der Meßleitung verbunden und der andere evakuiert ist, mit einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Anzeigewerk, das über ein Übertragungsglied mit der Membran in Wirkverbindung steht, wobei das Übertragungsglied über einen vakuumdichten, biegsamen Federbalg in den Hohlraum geführt ist.The invention relates to a manometer which is used to measure absolute pressures and has a one Housing enclosing the cavity, a membrane that divides the cavity into two sub-spaces, one of which one connected to the measuring line and the other evacuated, with one arranged outside the housing Indicator that is in operative connection with the membrane via a transmission member, wherein the transmission member is guided into the cavity via a vacuum-tight, flexible bellows.

Bei einem bekannten Absolutdruck-Manometer ist das ganze Meß- und Anzeigewerk in einem evakuierten Teil eines Gehäuses untergebracht Diese Konstruktion stellt keine gute Lösung dar, weil das Gehäuse, damit der Druck überhaupt abgelesen werden kann, ein Glasfenster aufweisen muß, was eine vakuumdichte Verbindung von Glas- und Metallteilen erfordert. Darüberhinaus muß das ganze Anzeigewerk aus Materialien hergestellt werden, die eine geringe Ausgasungsrate haben, wodurch insbesondere die meisten Kunst-, Färb- und Klebstoffe von der Verwendung ausgeschlossen sind. Schließlich ist es in den meisten Fällen unmöglich, defekte Elemente auszuwechseln. Darüberhinaus ist ein Absolutdruck-Transmitter bekannt, bei dem der dem Anzeigewerk entsprechende Meßwertgeber außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Bei diesem Instrument wird die Bewegung der Meßmembran mit einem abgewinkelten Hebel durch die Seitenwand des Gehäuses hindurch nach außen übertragen. Im Bereich der Austrittsstelle ist dieser Hebel mit einer Dichtungsmembran an der Gehäusewand befestigt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß bei Verwendung einer kleinen Dichtungsmembran nur kleine Auslenkungen übertragen werden können, wodurch je nach Konstruktion entweder der Meßbereich oder die Meßgenauigkeit begrenzt wird. Würde hingegen eine große Dichtungsmembran verwendet, dann wären zwar relativ große Auslenkungen möglich, die Meßresultate wären jedoch vom Luftdruck abhängig. Da die Dichturigsmembran sehr dünn sein muß, ist ein solches instrument außerdem sehr empfindlich gegen Überlastungen.In a known absolute pressure manometer, the entire measuring and display unit is housed in an evacuated part of a housing Requires glass and metal parts. In addition, the entire display mechanism must be made of materials that have a low outgassing rate, which means that most plastics, dyes and adhesives in particular are excluded from use. Finally , in most cases it is impossible to replace defective elements. In addition, an absolute pressure transmitter is known in which the transducer corresponding to the display unit is arranged outside the housing. In this instrument, the movement of the measuring membrane is transmitted to the outside through the side wall of the housing with an angled lever. In the area of the exit point, this lever is attached to the housing wall with a sealing membrane. This arrangement has the disadvantage that when a small sealing membrane is used, only small deflections can be transmitted, whereby either the measuring range or the measuring accuracy is limited depending on the construction. If, on the other hand, a large sealing membrane were used, relatively large deflections would be possible, but the measurement results would depend on the air pressure. Since the Dichturig membrane must be very thin, such an instrument is also very sensitive to overload.

Zu erwähnen ist schließlich noch, da es an sich gleichgültig ist, ob ein Übertragungsglied auf ein Anzeige- oder ein Schaltwerk einwirkt, ein Differenzdruckschalter (DT-Gbm 17 64 278) mit einem das Innere eines Druckgehäuses in zwei Druckkammern teilenden Membransystem, dessen durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung in den Druckkammern ausgelöste Bewegungen teilweise oder ganz durch mechanische Übertragungsglieder zu einem außerhalb des Druckgehäuses gelegenen Schaltwerk übertragen werden. Kennzeichnend war hier ein zweiseitiger, in einem festen Unterstützungspunkt schwenkbar gelagerter Übertragungshebel mit an dem Schaltwerk angreifendem Lastarm und an der Membran oder an einem an dieselbe angekoppelten Übertragungsglied angreifendem Kraftarm, welcher durch das geschlossene, freie Ende eines Wellrohres oder diesem äquivalenten Organs dicht und fest geführt ist, dessen anderes, offenes Ende in einer öffnung des Druckgehäuses dicht befestigt ist. Auf diesen Gegenstand wird später noch näher eingegangen.Finally, it should be mentioned that it does not really matter whether a transfer element is connected to a display or a switching mechanism acts, a differential pressure switch (DT-Gbm 17 64 278) with one the inside a pressure housing in two pressure chambers dividing membrane system, which by different pressurization Movements triggered in the pressure chambers partly or wholly by mechanical transmission elements to an outside of the pressure housing located rear derailleur. A distinctive feature here was a bilateral, in a solid one Support point pivotably mounted transmission lever with engaging on the rear derailleur Load arm and acting on the membrane or on a transmission link coupled to the same Low-force, which through the closed, free end of a corrugated pipe or this equivalent organ is guided tightly and firmly, the other, open end of which is tightly fastened in an opening of the pressure housing is. This subject will be discussed in more detail later.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absolutdruck-Manometer zur Verfugung zu stellen, bei dem das Anzeigewerk außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und das, obwohl große Auslenkungen der Meßmembran möglich sind, in vernünftigen Grenzen überlastbar ist.The invention is based on the object of an absolute pressure manometer to make available, in which the display mechanism is arranged outside the housing is and that, although large deflections of the measuring membrane are possible, overloadable within reasonable limits is.

Es wird, ausgehend von dem eingangs genannten Manometer, erfindungsgemäß vorgeschlagen, dafür zu sorgen, daß das Gehäuse im wesentlichen axialsymmetrisch ist und daß der Federbalg parallel, aber exzentrisch zur Symmetrieachse des Gehäuses verläuft, in den evakuierten Teilraum führt und das Übertragungsglied bewegbar hält Dadurch wird die gestellte Aufgabe gelöst.
Zwischen dem oben erwähnten Differenzdruckschalter und dem erfindungsgernäß ausgebildeten Absolutdruckmanometer bestehen bedeutungsvolle Unterschiede. Beim Differenzdruckschalter ist der Übertragungshebel mittels eines Zapfens schwenkbar gelagert, während das erfindungsgemäße Übertragungsglied an keiner Stelle am festen Gehäuse angelenkt ist, es wird nämlich durch den Federbalg bewegbar gehalten. Nur an seinen beiden Enden greift dieses Übertragungsglied einerseits noch an der Membran und andererseits an einer in der Gehäuseachse verlaufenden Schubstange an. Bewegt sich der Membranmittelpunkt entlang der Gehäuseachse, so wird der Federbalg etwas verbogen, wobei das Übertragungsglied eine Bewegung ausführt, die etwa einer Schwenkbewegung um eine im Inneren des Federbalges liegende, fiktive Schwenkachse entspricht. Der Federball bildet also gewissermaßen ein Schwenklager für das Übertragungsglied. Dieses fiktive Schwenklager unterscheidet sich jedoch von einem Gelenkbolzen dadurch, daß sein Drehpunkt bezüglich des Gehäuses etwas verschiebbar ist. Dies ist insbesondere deshalb wesentlich, weil sich bei Änderungen des Außendruckes natürlich auch die Druckdifferenz zwischen dem evakuierten Teilraum und dem Außenraum ändert. Somit bewirken beim erfindungsgemäßen Manometer Außendruckänderungen eine gewisse axiale Dehnung oder Kompression des Federbalges. Da die Membran dabei fest bleibt, führt das Übertragungsglied eine Bewegung aus, die annäherungsweise einer Verschwenkung um eine ortsfeste Achse entspricht. DiesBased on the manometer mentioned at the beginning, it is proposed according to the invention to ensure that the housing is essentially axially symmetrical and that the bellows runs parallel but eccentrically to the axis of symmetry of the housing, leads into the evacuated subspace and keeps the transmission member movable solved the given task.
There are significant differences between the above-mentioned differential pressure switch and the absolute pressure manometer designed according to the invention. In the differential pressure switch, the transmission lever is pivotably mounted by means of a pin, while the transmission element according to the invention is not articulated at any point on the fixed housing, namely it is held movably by the bellows. Only at its two ends does this transmission member still engage on the one hand on the membrane and on the other hand on a push rod extending in the housing axis. If the membrane center point moves along the housing axis, the bellows is bent somewhat, the transmission member executing a movement which corresponds approximately to a pivoting movement about a fictitious pivot axis located inside the bellows. The shuttlecock thus, to a certain extent, forms a pivot bearing for the transmission link. However, this fictitious pivot bearing differs from a hinge pin in that its pivot point is somewhat displaceable with respect to the housing. This is particularly important because when the external pressure changes, the pressure difference between the evacuated sub-space and the external space naturally also changes. In the manometer according to the invention, changes in external pressure thus cause a certain axial expansion or compression of the bellows. Since the membrane remains fixed, the transmission member executes a movement which approximately corresponds to a pivoting about a fixed axis. this

bleibt praktisch ohne Auswirkung auf die Anzeige. Würde man das Übertragungsglied z. B. oberhalb des Federbalges mittels eines Schwenkzapfens lagern, dann ergibt sich, wie Versuche gezeigt haben, daß die angezeigten Meßwerte stark von den Schwankungen des Außendruckes abhängig werden. Wahrscheinlich liegt dies daran, daß sich die Lagerreiiung des Gelenkzapfens bei Axialverschiebungen des Federbalges aus seiner Nullage stark ändert, insbesondere ansteigt. Da der Übertragungshebel des erwähnten Differeiizdruckschalters durch einen Zapfen gelagert ist, ist es nicht möglich, im Bereich von 0 bis 50 Millibar exakte Druckmessungen vorzunehmen.has practically no effect on the display. If you were to use the transmission link z. B. above the Store bellows by means of a pivot pin, then it turns out, as tests have shown, that the displayed Measured values become heavily dependent on the fluctuations in the external pressure. Probably lies This is due to the fact that the bearing arrangement of the pivot pin in the event of axial displacements of the bellows out of its The zero position changes significantly, in particular increases. Because the transmission lever of the aforementioned differential pressure switch is supported by a pin, it is not possible to take exact pressure measurements in the range from 0 to 50 millibars to undertake.

Darüberhinaus besteht ein weiterer Unterschied zwischen dem eründungsgemäßen Manometer und dem Differenzdruckschalter darin, daß der Federbalg bei letzterem rechtwinklig, bei der Erfindung dagegen parallel zur Membranachse verläuft.In addition, there is another difference between the manometer according to the invention and the Differential pressure switch in that the bellows in the latter is right-angled, in contrast, in the case of the invention, parallel runs to the membrane axis.

Besonders zweckmäßig ist es, das Übertragungsglied als C-förmigen Hebel auszubilden. Dar Jberhinaus empfiehft es sich, den Federbalg an dem der Membran gegenüberstehenden Gehäuseteil zu befestigen.It is particularly useful to design the transmission member as a C-shaped lever. I also recommend it it is important to attach the bellows to the housing part opposite the membrane.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Manometers ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of a manometer according to the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows

F i g. 1 eine schematische Frontansicht, teilweise im Schnitt des Gehäuses, seiner Befestigungselemente und der Vorrichtung zur Nullpunkteinstellung,F i g. 1 is a schematic front view, partially in section, of the housing, its fastening elements and the device for zero point adjustment,

F i g. 2 einen schematischen Schnitt längs der Linie H-Ilder Fig. 1.F i g. FIG. 2 shows a schematic section along the line II of FIG. 1.

Um eine übersichtliche Darstellung zu erhalten, wurden in beiden Figuren einige Elemente weggelassen.In order to get a clear presentation, some elements are omitted in both figures.

Ein Gehäuse 1 weist einen zylindrischen Abschnitt la und einen sich konisch verjüngenden Abschnitt \b auf, die einen Hohlraum 2 umschließen. Am konischen Ende ist ein dichter Federbalg 3 befestigt, der das Gehäuse 1 elastisch mit einem Flansch 4 verbindet.A housing 1 has a cylindrical section 1 a and a conically tapering section \ b , which enclose a cavity 2. A tight bellows 3 is attached to the conical end, which elastically connects the housing 1 to a flange 4.

Dessen zylindrischer Ansatz 46 weist eine Nut mit einem O-Ring 4a auf und dient zum Anschließen eines Flansches 23 der Meßleitung. Der zylindrische Gehäuseabschnitt ist durch eine abgestufte, durch einen Seger-Ring 6 fixierte Scheibe 5 abgeschlossen, wobei O-Ringe 7 die nötige Dichtigkeit gewährleisten. An der Innenseite der Scheibe 5 ist eine gewellte Membran 8 vakuumdicht befestigt, die den Hohlraum 2 in zwei Teilräume 2a und 2b unterteilt, von denen der mit 2b bezeichnete mit der Meßleitung verbunden und der andere evakuiert ist. Die Membran 8 besteht aus einem Material mit einem weitgehend temperaturunabhängigen Elastizitätsmodul. Ihre Befestigung an der Scheibe 5 erfolgt durch Elektronenstrahlschweißen im Hochvakuum, so daß der dabei entstehende Teilraum 2a gerade evakuiert ist. Durch eine außermittige Bohrung 5a der Scheibe 5 hindurch wird ein C-förmiges, drei Teile 9a, 9b, 9c aufweisendes Übertragungsglied 9 in den evakuierten Teilraum 2a eingeführt. Die Bohrung 5a ist durch einen Federbalg 10 abgeschlossen, dessen Achse zur Gehäuseachse parallel verläuft. Seine Enden sind mit der Scheibe 5, beziehungsweise mit dem als Bolzen gestalteten Mittelstück 9b des Übertragungsgliedes 9 verbunden. Der durch elektrolytische Auftragung hergestellte Federbalg 10 weist eine sehr dünne Wandstärke und hohe Biegbarkeit auf. Das Teilstück 9;i des Übertragungsgliedes 9 ist an einem linde starr mit dem Teilstück 9b verbunden und am anderen mit einem <>> Längsschlitz 9d versehen. Dieser wird von einem -Stift 25 durchdrungen, der an einem im Membrnnmiuei punkt aufgelöteten Zapfen 8<·( befestigt ist. Der Stift 21 hat im Schlitz ein wenig Spiel, so daß das Teilstuck 9a längs des Schlitzes 9d verschoben und um den Mitt ge schwenkt werden kann. Diese Gelenkverbindung m.i zwei Freiheitsgraden gewährleistet, daß die Auf- up.o Abbewegung der Membran in eine Schwenkbewegung des Übertragungsgliedes 9 umgewandelt werden kann, bei der der Federbalg 10 nur auf Biegung beansprucht wird. Dies hat den Vorteil, daß der der Bewegung des Übertragungsgliedes vom Federbalg entgegengestellte Widerstand klein ist im Vergleich zu demjenigen, der von der Rückstellfeder des Anzeigewerkes verursacht wird. Das hat zur Folge, daß durch Temperatur- und Luftdruckschwankungen bedingte Änderungen des Biegewiderstandes des Balges 10 praktisch keinen EinfluU auf die Messungen haben. Zudem ist der Biegewiderstand des Balges 10 schon ohnehin nahezu unabhängig von Luftdruckschwankungen.Its cylindrical extension 46 has a groove with an O-ring 4a and is used to connect a flange 23 of the measuring line. The cylindrical housing section is closed off by a stepped disk 5 fixed by a Seger ring 6, with O-rings 7 ensuring the necessary tightness. On the inside of the disk 5, a corrugated membrane 8 is attached in a vacuum-tight manner, which divides the cavity 2 into two sub-spaces 2a and 2b , of which the one labeled 2b is connected to the measuring line and the other is evacuated. The membrane 8 consists of a material with a largely temperature-independent modulus of elasticity. They are attached to the pane 5 by electron beam welding in a high vacuum, so that the subspace 2a that is created is just evacuated. A C-shaped transmission member 9 having three parts 9a, 9b, 9c is introduced into the evacuated subspace 2a through an eccentric bore 5a in the disk 5. The bore 5a is closed by a bellows 10, the axis of which runs parallel to the housing axis. Its ends are connected to the disk 5 or to the center piece 9b of the transmission link 9, which is designed as a bolt. The bellows 10 produced by electrolytic application has a very thin wall thickness and high flexibility. The part 9; i of the transmission link 9 is rigidly connected to the part 9b on one linden tree and is provided on the other with a <>> longitudinal slot 9d . This is penetrated by a pin 25, which is attached to a pin 8 <· (soldered on in the membrane point. The pin 21 has a little play in the slot, so that the part 9a moved along the slot 9d and pivoted around the middle This articulated connection with two degrees of freedom ensures that the up and down movement of the membrane can be converted into a pivoting movement of the transmission member 9 in which the bellows 10 is only subjected to bending The resistance opposed to the transmission element by the bellows is small compared to that caused by the return spring of the indicator mechanism the bending resistance of the bellows 10 is already almost independent of air pressure fluctuations.

Diese Ausgestaltung des Übertragungsgliedes 9 hat den weiteren Vorteil, daß verhältnismäßig große Membran-Auslenkungen übertragen werden können. Zudem ist sie unempfindlich gegen Überlastungen. Ein Manometer mit einem Meßbereich von 0 bis 50 mbar kann beispielsweise ohne Beschädigung mit einem Druck bis etwa 3 bar überlastet werden.This embodiment of the transmission member 9 has the further advantage that relatively large membrane deflections can be transferred. In addition, it is insensitive to overload. A manometer with a measuring range of 0 to 50 mbar can, for example, without damage with a pressure of up to about 3 bar are overloaded.

Durch das Teilstück 9c wird die Bewegung des Ubertragupgsgliedes 9 auf das nicht dargestellte Anzeigewerk übertragen. Die Skala des Anzeigewerkes ist parallel zur Zeichenebene der F i g. 1 angeordnet. Die Zeigerachse steht also normal zu derjenigen des Gehäuses 1 und des Anschlußflansches 4. Die beweglichen Teile des Anzeigewerkes sind auf einer nicht dargestellten Montageplatte gelagert, die durch Bolzen 12 und 13 und einen weiteren, nicht gezeichneten Bolzen starr mit einer Grundplatte 11 verbunden ist und die so die Tragelement bilden. Der Flansch 4 weist vier konzentrisch zur Achse angeordnete, in der Schnitt-Darstellung von F i g. 1 nicht sichtbare Gewindebohrungen und einen zylindrischen Ansatz 4b auf. Dieser durchdringt eine Bohrung 22a eines Apparategehäuses 22. Diese ist zudem mit vier mit den Gewindebohrungen des Flansches 5 fluchtenden Bohrungen versehen, und auch der Flansch 23 der Meßleitung weist entsprechende Bohrungen auf, so daß die beiden Flansche durch die Wand 22 hindurch verschraubt werden können. Das Gehäuse 1 ist also über den Federbalg 3 und den Flansch 4 sowohl mit der Wand 22 des Apparategehäuses als auch mit der Meßleitung elastisch verbunden. The movement of the transfer element 9 is transmitted to the display unit, not shown, through the section 9c. The scale of the display unit is parallel to the plane of the drawing in FIG. 1 arranged. The pointer axis is thus normal to that of the housing 1 and the connecting flange 4. The moving parts of the display unit are mounted on a mounting plate, not shown, which is rigidly connected to a base plate 11 by bolts 12 and 13 and another bolt, not shown, and which so form the support element. The flange 4 has four arranged concentrically to the axis, in the sectional view of FIG. 1 not visible threaded holes and a cylindrical extension 4b . This penetrates a bore 22a of an apparatus housing 22. This is also provided with four bores aligned with the threaded bores of the flange 5, and the flange 23 of the measuring line also has corresponding bores so that the two flanges can be screwed through the wall 22. The housing 1 is thus elastically connected via the bellows 3 and the flange 4 both to the wall 22 of the apparatus housing and to the measuring line.

Am Gehäuse 1 ist ein Tragarm 14 festgeschraubt, der ein als Lager ausgebildetes Auge 14a aufweist und um den Bolzen 13 schwenkbar ist. Das Auge 14a wird durch eine Feder 20 gegen einen Segerring 19 gedruckt. Ferner wird das Gehäuse 1 durch zwei Federn 15 nach oben gezogen, so daß es am Bolzen 16 ansteht, der in einer Buchse 17 geführt ist und durch eine Stellschraube 18 entgegen der Kraft der Federn 15 nach unten verschoben werden kann. Die Stellschraube 18 ist so gestaltet, daß sie über ein auf der Frontseite des Apparategehäuses gelagertes Zwischenelement mit einem Schraubenzieher gedreht werden kann. Mit dieser Vorrichtung kann das Gehäuse 1 bezüglich der Montageelemenle des Atizeigewerkes sowie der Meßleiiung verschoben und damit der Nullpunkt justiert werden. Dies ermöglicht insbesondere auch, die bei längerem Gebrauch des Manometers zu erwartende Verschlechterung des Vakuums im evakuierten Teilraum 2;i auszugleichen.A support arm 14, which has an eye 14a designed as a bearing, is screwed to the housing 1 and around the bolt 13 is pivotable. The eye 14a is pressed against a Seger ring 19 by a spring 20. Furthermore, the housing 1 is pulled upwards by two springs 15 so that it rests against the bolt 16, which is guided in a socket 17 and by an adjusting screw 18 against the force of the springs 15 after can be moved below. The adjusting screw 18 is designed so that it has a on the front of the Apparatus housing mounted intermediate element can be rotated with a screwdriver. With this Device can be the housing 1 with respect to the assembly elements of the Atizeigewerkes as well as the measuring line shifted and thus the zero point can be adjusted. This also makes it possible, in particular, for longer periods of time Use of the manometer expected deterioration of the vacuum in the evacuated subspace 2; i balance.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. The measurement of absolute pressures serving manometer with a cavity enclosing Housing, a membrane that divides the cavity into two sub-spaces, one of which connected to the test lead and the other evacuated, and with one outside the housing arranged display mechanism, which is in operative connection with the membrane via a transmission element stands, wherein the transmission member via a vacuum-tight, flexible bellows in the cavity is guided, characterized in that the housing (1) is essentially axially symmetrical and that the bellows (10) is parallel but eccentric to the axis of symmetry of the housing (1) runs, leads into the evacuated sub-space and keeps the transmission member (9) movable.

2. Manometer according to claim 1, characterized in that the transmission member (9) is a C-shaped Lever is.

3. Manometer according to claim 1 or 2, characterized in that the bellows (10) on which the Membrane (8) opposite housing part (5) is attached.