DE2415433C3

DE2415433C3 - Manometer for measuring absolute pressures

Info

Publication number: DE2415433C3
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: 1976-11-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein der Messung von Absolutdrücken dienendes Manometer mil 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 sieht, 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 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 mechanism, which sees 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-Manomcter 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 Anzeigewer!·, 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 dor Austrittsstelle ist dieser Hebe' mit einer Dichtungsmcmbran an der Gehäuscwand befestigt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß bei Verwendung einer kleinen Dichtungsniembran 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 Dichtungsmembran sehr dünn sein muß, ist ein solches Instrument außerdem sehr empfindlich gegen Überlastungen.In a known absolute pressure manometer the whole measuring and display unit housed in an evacuated part of a housing. This construction is not a good solution because the housing, so that the pressure can be read at all, is must have a glass window. which requires a vacuum-tight connection of glass and metal parts. Furthermore the entire display mechanism must be made of materials that have a low rate of outgassing have excluded most plastics, dyes and adhesives from use are. Finally, in most cases it is impossible to replace defective elements. Furthermore an absolute pressure transmitter is known in which the measured value transmitter corresponding to the display value! is arranged outside the housing. With this instrument the movement of the measuring membrane is with an angled lever transmitted through the side wall of the housing through to the outside. In the area The exit point is this lift with a sealing membrane attached to the housing wall. This arrangement has the disadvantage that when using a small The sealing membrane only transmits small deflections can be, whereby depending on the construction either the measuring range or the measuring accuracy is limited will. On the other hand, if a large sealing membrane were used, it would be relatively large Deflections possible, but the measurement results would depend on the air pressure. As the sealing membrane must be very thin, such an instrument is also very sensitive to overloads.

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 üruek-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 of a pressure housing in two pressure chambers dividing membrane system, whose by different üruek-

beaufschlagung 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.loading in the pressure chambers triggered movements partially or completely by mechanical Transmission elements are transmitted to a switching mechanism located outside the pressure housing. A distinctive feature here was a bilateral pivot mounted in a fixed support point Transmission lever with the load arm acting on the switching mechanism and on the membrane or on one the same coupled transmission link attacking force arm, which through the closed, free The end of a corrugated pipe or this equivalent organ is tightly and firmly guided. its other, open one End is tightly fastened in an opening of the pressure housing. This subject will be discussed in more detail later received.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absolutdruck-Manometer zur Verfügung zu stellen, bei dem das Anzeigewerk außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und das, obwohl große Auslcnkungen 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 axiulsymmeirisch 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.It is proposed according to the invention, proceeding from the pressure gauge mentioned at the outset, to do so ensure that the housing is essentially axially symmetrical and that the bellows is parallel but eccentric runs to the axis of symmetry of the housing, leads into the evacuated sub-space and the transmission element keeps moveable. This solves the task at hand.

Zwischen dem oben erwähnten Differenzdruckschalter und dem erfindungsgemäß ausgebildeten Absoluidruckmanometer 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 Federbalg bildet also gewissermaßen ein Schwenklager für das Übertragungsglied. Dieses fiktive Schwenklager unterscheidet sich jedoch von einem Gelenkbob.en 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 Federbalgcs. Da die Membran dabei fest bleibt, führt das Übertragungsglied eine Bewegung aus, die annäherungsweise einer Verschwenkung um eine ortsfeste Achse entspricht. DiesBetween the above-mentioned differential pressure switch and the absolute pressure manometer designed according to the invention there are significant differences. The transmission lever is on the differential pressure switch pivotally mounted by means of a pin, while the transmission member according to the invention is on is not hinged to any point on the fixed housing. namely, it is held movably by the bellows. Just at its two ends, this transmission member still engages on the one hand on the membrane and on the other hand a push rod running in the housing axis. If the diaphragm center moves along the Housing axis, the bellows is bent a little, whereby the transmission element executes a movement, which corresponds approximately to a pivoting movement about a fictitious pivot axis located inside the bellows. The bellows thus to a certain extent forms a pivot bearing for the transmission element. This fictional However, the swivel bearing differs from an articulated bob in that its pivot point is somewhat displaceable with respect to the housing. This is particular therefore essential, because with changes in the external pressure, of course, the pressure difference between the evacuated subspace and the outside space changes. Thus effect in the manometer according to the invention Changes in external pressure cause a certain axial expansion or compression of the bellows. Since the If the membrane remains fixed, the transmission element executes a movement that is approximately a pivoting movement corresponds to a fixed axis. this

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

Darüberhinaus besteht ein weiterer Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Manometer und dem Differenzdruckschalter darin, daß der Federball 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 shuttlecock is right-angled in the latter, but parallel in the case of the invention runs to the membrane axis.

Besonders zweckmäßig ist es. das Übertragungsglied als C-förmigen Hebel auszubilden. Darüberhinaus empfiehlt 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. Also recommends it is important to attach the bellows to the housing part opposite the membrane.

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

F i g. 1 eine schematised Frontansicht, teilweise im Schnitt des Gehäuses, seiner Befestigungselemente und der Vorrichtung zur Nullpunkteinstelliing.F i g. 1 is a schematic front view, partly in FIG Section of the housing, its fastening elements and the device for setting the zero point.

F i g. 2 einen schematischen Schnitt längs der l.^:nie 11-11 der F ig. 1.F i g. 2 shows a schematic section along the l. ^: never 11-11 of fig. 1.

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

F.in Gehäuse 1 weist einen zylindrischen Abschnitt I₁; 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.F.in housing 1 has a cylindrical section I ₁ ; 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 eint:, Flansches 23 der Meßleitung. Der zylindrische Gehüuseabschnitt ist durch eine abgestufte, durch einen Seger-Ring 6 fixierte Scheibe 5 abgeschlossen, wobei O-Ringc 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, 96,9c aufweisendes Übertragungsglied 9 in den evakuierten Teilraum 2.7 eingeführt. Die Bohrung 5a ist durch einen Federbalg 10 abgeschlossen, dessen Achse zur Gehäuseachse parallel verläuft. Seine Fnden sind mit der Scheibe 5, beziehungsweise mit dem als Bolzen gestalteten Mittelstück 9b des Übertragungsglieds 9 verbunden. Der durch clektrolytische Auftragung hergestellte Federbalg 10 weist eine sehr dünne Wandstärke und hohe Biegbarkeit auf. Das Teilstück 9.) des Übertragungsgliedcs 9 ist an einem Knde starr mit dem Teilstück 9b verbunden und am anderen mit einem Längsschliiz 9d versehen. Dieser wird von einem Stift 21 durchdrungen, der an einem im Membranmittelpunkt aufgelöteten Zapfen 8a befestigt ist. Der Stift 21 hat im Schlitz ein wenig Spiel, so daß das Teilstück 9a längs des Schlitzes 9d verschoben und um den Stift geschwenkt werden kann. Diese Gelenkverbindung mit zwei Freiheitsgraden gewährleistet, daß die Auf- und Abbcwegung 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 entgegengestellteIts 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 hole is formed through an eccentric hole 5a in the disk 5. three parts 9a, 96,9c having transmission member 9 introduced into the evacuated subspace 2.7. 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 clektrolytic application has a very thin wall thickness and high flexibility. The section 9) of the transmission member 9 is rigidly connected to the section 9b at one end and is provided with a longitudinal slot 9d at the other. This is penetrated by a pin 21 which is attached to a pin 8a soldered in the center of the membrane. The pin 21 has a little play in the slot, so that the section 9a can be displaced along the slot 9d and pivoted about the pin. 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. This has the advantage that it opposes the movement of the transmission member from the bellows

ίο 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 Kinlluß auf die Messungen haben. Zudem ist der Biegewiderstand des Balges 10 schon ohnehin nahezu unabhängig von Luftdruckschwankungen.ίο resistance is small compared to the one who caused by the return spring of the indicator mechanism. This has the consequence that by temperature and Changes in the bending resistance caused by air pressure fluctuations of the bellows 10 have practically no influence on the measurements. In addition, the resistance to bending is of the bellows 10 already almost independent of air pressure fluctuations.

Diese Ausgestaltung des Übertragungsgliedes 9 hat den weiteren Vorteil, daß verhältnismüßig grol'e Mem· bran-Auslenkungen übertragen w ,.-rden konncii. Zudem ist sie unempfindlich gegen Überlastungen. Hn Manometer mit einem Meßbereich von 0 bis 50 iiibar kann beispielsweise ohne Beschädigung mn einem Druck bis etwa 3 bar überlastet werden.This embodiment of the transmission member 9 has the further advantage that relatively large mem bran deflections transferred w, .- rden konncii. In addition it is insensitive to overloads. Hn manometer with a measuring range of 0 to 50 iiibar For example, they can be overloaded with a pressure of up to about 3 bar without damage.

Durch das Teilstück 9c wird die Belegung de-, I 'heriragungsgliedes 9 auf das nicht dargestellte Anzeigewerk übertragen. Die Skala des Anzeige«.erkes ist parallel zur Zeichenebene der F i g. 1 a: geordnet. Die Zeigerachse steht also normal zu derjenigen des Ge-Through the section 9c, the assignment of the 'I' is heriragungs member 9 transferred to the display unit, not shown. The scale of the “.erkes” display is parallel to the drawing plane of FIG. 1 a: ordered. The pointer axis is therefore normal to that of the

\q häuses 1 und des Anschlußflansches 4. Die beweglichen 1 eile des Anzeigewerkes sind aiii einer nicht dargestellten Montageplatte gelagert, die durch Bolzen 12 • .lid 13 und einen weiteren, nicht gezeichneten Holzen starr mit einer Grundplatte 11 verbunden ist und die so die Tragelement bilden. Der Flansch 4 weist \ier konzentrisch zur Achse angeordnete, in der Schnitt-Darstellung von F i g. I nicht sichtbare Gewindebohrungcn und einen zylindrischen Ansatz 4b auf. Diese durchdringt eine Bohrung 22a eines Apparategehäuses 22. \ q housing 1 and the connecting flange 4. The movable 1 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 • .lid 13 and a further, not shown piece of wood and thus the support element form. The flange 4 has, in the sectional view of FIG. 1, arranged concentrically to the axis. I threaded holes, not visible, and a cylindrical shoulder 4b. This penetrates a bore 22a of an apparatus housing 22.

Diese ist zudem mit vier mit den Gewindebohrimgen des Flansches 5 fluchtenden Bohrungen \ ersehen. und auch der Flansch 23 der MelJleit ing weist entsprechende Bohrungen auf. so daß die beulen Mansche durch die Wund 22 hindurch verschraubt weitlen können. Das Gehäuse 1 ist also über den Federbalg 3 und den Flansch 4 sowohl mit der Wand 22 des -\pparategehäuses als auch mit der Meßleitung elastisch \erbunden. This is also with four with the tapping the flange 5 aligned holes \ see. and also the flange 23 of the MelJleiting has corresponding holes. so that the bulging cuffs are screwed wide through the wound 22 be able. The housing 1 is thus on the bellows 3 and the flange 4 both with the wall 22 of the - \ pparategehäuses as well as elastically tied to the measuring line.

Am Gehäuse 1 ist ein Tragarm 14 festgeschraubt, derA support arm 14 is screwed to the housing 1, which

so ein als Lager ausgebildetes Auge 14a aulweisi und um den Bolzen 13 schwenkbar ist. Das Auge 14a wird durch eine Feder 20 gegen einen Segerring 19 gedrückt. Ferner wird das Gehäuse 1 durch zwei ledern 15 nach oben gezogen, so daß es am Bolzen 16 ansteht.thus an eye 14a designed as a bearing on the outside 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 up by two leather 15 so that it is against the bolt 16.

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 ties Apparategohäuses gelagertes Zwischenelement mitwhich is guided in a socket 17 and by an adjusting screw 18 can be shifted downwards against the force of the springs 15. The adjusting screw 18 is designed so that it has a tie on the front Apparatus housing with mounted intermediate element

(Ίο einem Schraubenzieher gedieht werden kann. Mit dieser Vorrichtung kann das Gehäuse 1 bezüglich der Montageelcmcnie des Anzeigewerkes sowie der Meßleitung verschoben und damit der Nullpunkt justiert werden. Dies ermöglicht insbesondere auch, die bei län-(Ίο a screwdriver can be used. With this Device can be the housing 1 with respect to the Montageelcmcnie of the display unit and the measuring line shifted and thus the zero point can be adjusted. In particular, this also enables the

<>5 gcrem Gebrauch des Manometers zu erwartende Verschlechterung des Vakuums im evakuierten Teilnuim 2a auszugleichen.<> 5 gcrem use of the pressure gauge expected deterioration equalize the vacuum in the evacuated part 2a.

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 the transmission element (9) can be moved hall.

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