DE2429123A1 - Geraet zur messung von druckdifferenzen fluessiger oder gasfoermiger medien - Google Patents

Geraet zur messung von druckdifferenzen fluessiger oder gasfoermiger medien

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    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms

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Description

530-22.787P . 18. .6. 1974
Gosudarstvenny Nauchno-Issledovatelsky Institut
Teploenergeticheskogö Priborostroenia, Moskau (UdSSR)
Gerät zur Messung von Druckdifferenzen
flüssiger oder gasförmiger Medien
Die Erfindung betrifft ein Gerät, zur Messung von Druckunterschieden von Fluiden. .
Es ist ein Gerät zur Messung der Druckunterschiede bekannt, das eine Grundplatte und zwei Membranen enthält, welche auf der Umfangslinie an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte befestigt sind und steife Scheiben aufweisen, die miteinander durch eine in der Grundplatte vorgesehene Bohrung zu einem einheitlichen Ganzteil verbunden
sind. Die mit steifen Scheiben versehenen Membranen befinden sich in
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530-(P. 57-242/1 j-Sd-r (8)
einem bestimmten Abstand von der Grundplatte und bilden mit dieser einen gemeinsamen hermetisch abgedichteten Raum, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. Es sind eine mit den Scheiben verbundene Vorrichtung zur Übertragung der Bewegung der Membranen unter der Einwirkung der Druckunterschiede sowie ein Wandler vorgesehen, der diese Bewegung in ein Ausgangssignal umsetzt, das dem Druckunterschied proportional ist, wobei der Wandler an den Ausgang der Übertragungsvorrichtung angeschlossen ist (US-PS 3 563 138).
Bei diesem bekannten Gerät treten Meßfehler ein, die durch die Änderung der Temperatur und des statischen Druckes des Arbeitsmittels hervorgerufen werden. Diese Faktoren beeinflussen das Anfangsvolumen der Flüssigkeit im Innenraum, der durch die mit steifen Scheiben versehenen Membranen und die Grundplatte gebildet ist. Da die Membranen nicht identisch sind,, was durch unterschiedliche wirksame Flächen, geometrische Abmessungen und Steifigkeiten der Hüllen bewirkt wird, findet eine unerwünschte Bewegung der Membranen statt, die in das Ausgangssignal integriert wird. Die Größe dieses Signals bildet den zusätzlichen Fehler, der durch Änderung der Temperatur oder des statischen Druckes des Arbeitsmittels hervorgerufen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Gerät zur Messung von Druckunterschieden bei Fluiden zu vervollkommnen und den von äußeren Faktoren bedingten Einfluß der Änderungen des Flüssigkeitsvolumens im auf die Arbeitsbewegung der Membran zu vermindern, um dadurch die Genauigkeit beim Betrieb des Gerätes zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Gerät zur Messung von Druckunters chieden flüssiger oder gasförmiger Medien mit einer Grundplatte, zwei auf der Umfangslinie an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte befestigte Membranen, deren steife Scheiben über eine in der Grundplatte vorgesehenen Bohrung zu einem einheitlichen Ganzteil verbunden sind und die in einem bestimmten Abstand von der Grundplatte angeordnet sind und mit dieser einen hermetisch abgedichteten und mit Flüssigkeit gefüllten Baum bilden, mit einer Vorrichtung zur Übertragung der Bewegung der Membranen unter der Einwirkung des Druckunterschiedes, das mit den steifen Scheiben verbunden ist, und mit einem Wandler zur Umwandlung dieser Bewegung in ein Ausgangssignal der mit der Übertragungsvorrichtung zusammenwirkt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede steife Scheibe mit der Membran über einen ringförmigen Abschnitt befestigt ist, in dem zwischen der Membran und der Scheibe eine Kammer gebildet ist, die durch einen Kanal mit dem hermetischen Raum kommuniziert»
Die Oberfläche der Scheibe innerhalb der Kammer kann zweckmäßigerweise gewellt ausgeführt sein, so daß ihre Form der Form der "Wellen der Membran entspricht.
Es ist vorteilhaft, an der steifen Scheibe einen auf der Außenlinie angeordneten Ansatz auszubilden, dessen Stirnfläche der Form der Oberfläche des ringförmigen Abschnittes der Membran entspricht.
Man kann auch die steife Scheibe als runde Platte und den innerhalb des ringförmigen Abschnittes liegenden Abschnitt derart ausführen, daß er über den übrigen Teil der Membran hinausragt.
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Die steife Scheibe kann zweckmäßigerweise mit einem Ventil zur hermetischen Überdeckung der in der Grundplatte vorgesehenen Bohrung bei einer einseitigen Wirkung eines Überlastdruckes versehen werden.
Das Gerät zur Messung der Druckunterschiede gemäß der Erfindung weist folgende Vorteile auf:
Seine Meßgenauigkeit ist hoch, weil jede Membran mit steifer Scheibe an einem ringförmigen Abschnitt befestigt ist, während der Zentralteil der Membran, der innerhalb dieses ringförmigen Abschnittes liegt, mit der Scheibe eine Kammer bildet, die mit dem gemeinsamen flüssigkeitsgefüllten Raum des Gerätes kommuniziert. Dieser Zentralteil der Membran erfüllt die Rolle einer Ausgleichsvorrichtung bei Änderungen des Flüssigkeitsvolumens unter der Einwirkung von äußeren Faktoren wie der Temperatur und des Druckes.
Die Vorteile eines solchen Gerätes kommen insbesondere bei der Messung eines geringen Druckunterschiedes zum Ausdruck, wo man ihrem Durchmesser nach verhältnismäßig große Membranen und steife Scheiben, und folglich Zentralteile der Membranen verwendet, welche in diesem Fall eine hohe Elastizität aufweisen.
Einen anderen Vorteil des Gerätes bildet die konstruktiv einfache Erhöhung der Meßgenauigkeit, der Senkung des Temperaturfehlers und des Fehlers, der durch die Kompressibilität der Flüssigkeit unter der Einwirkung des statischen Druckes hervorgerufen wird.
Die vom Zentralteil einer jeden Membran gebildeten Ausgleichs-
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vorrichtungen sind ohne die Verletzung der Membran ausgeführt, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des Gerätes im Vergleich zu den Geräten erhöht wird, die Ausgleichsvorrichtungen von anderer Konstruktion aufweisen, weil für die Herstellung von Ausgleichs vorrichtungen erfindungsgemäß keine zusätzlichen Schweißverbindungen und keine zusätzlichen Teile erforderlich sind, welche mit dem Arbeitsmittel in Kontakt stehen.
Einen weiteren Vorteil des Gerätes bildet der einfache Schutz der Membran und ihres Zentralabschnittes, der Ausgleichsvorrichtung, vor einer einseitigen Drucküberlastung. Durch Vorsehen von zwei Ausgleichsvorrichtungen (an einer jeden Membran) findet bei einer einseitigen Drucküberlastung der einen Membran keine Überbeanspruchung der anderen Membran statt, weil die dabei aus dem Zentralteil und dem Umfangsteil der überlasteten Membran verdrängten Flüssigkeitsvolumina von den entsprechenden Abschnitten der anderen Membran aufgenommen werden. Außerdem werden durch das Vorhandensein von zwei Ausgleichsvorrichtuhgen die Meßgenauigkeit erhöht und der Einfluß der Temperatur und des statischen Druckes vermindert.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Gerät zur Messung der Druckunterschiede im Längsschnitt,
Fig. 2 eine andere Ausführung der Membraneinheit des erfin-. dungsgemäßen Gerätes im Schnitt,
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Fig. 3 eine Ausführung des Abschnittes A in Fig. 2 mit einer steifen Scheibe, bei wel eher die Stirnfläche des ringförmigen Ansatzes der Scheibe flach ausgeführt ist,
Fig. 4 eine andere Ausführung des Abschnittes A nach Fig. 2 mit steifer Scheibe, die als runde Platte ausgebildet ist.
Gemäß Fig. 1 enthält das Gerät zur.Messung von Druckunterschieden eine scheibenförmige Grundplatte 1 und zwei Membranen 2 und 3, welche auf der Umfang slinie an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte 1 befestigt sind. Jede Membran 2 und 3 weist jeweils einen ringförmigen Abschnitt 4 und 5 auf, an welchem die steifen Scheiben 6 und 7 befestigt sind. Die Scheiben 6 und 7 sind jeweils mit den ringförmigen Abschnitten 4 und 5 der Membranen 2 und 3 durch Schweißung ohne Verletzung der hermetischen Abdichtung und der Membranen 2 und 3 verbunden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des Gerätes erhöht wird.
Die zwischen der Außenlinie und dem ringförmigen Abschnitt 4 und 5 eingeschlossenen peripheren Abschnitte jeder Membran 2 und sind in einem bestimmten Abstand von den Oberflächen 8, 9 der Grundplatte angeordnet.
Die Zentralabschnitte 10, 11 der Membranen 2 und 3, welche von den ringförmigen Abschnitten 4, 5 umschlossen sind, befinden sich in einem bestimmten Abstand von den Oberflächen 12, 13 der steifen Scheiben 6, 7. Die den Membranen 2, 3 zugewandten Oberflächen 8, 9 der Grundplatte 1 und die Oberflächen 12, 13 der steifen Scheiben 6, 7 weisen eine der Form der Membranwellen entsprechende Form auf,
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um dadurch eine Zerstörung der Membranen 2, 3 bei einer einseitigen Wirkung des Überlastdruckes zu verhindern.
Die steifen Scheiben 6 und 7 sind miteinander zu einem einheitlichen Ganzen durch einen Stutzen 14 verbunden, der eine in der Platte 1 vorgesehene Bohrung 15 durchragt. Stützflächen 16, 17 der Scheiben 6 und 7 sind in einem bestimmten Abstand von den Stützflächen 18, 19 der Grundplatte 1 angeordnet, um die Bewegung der Membranen 2, 3 bei einer einseitigen Wirkung des Überlastdruckes zu begrenzen.
Durch die Zentralabschnitte 10, 11 der Membranen 2, 3 und die steifen Scheiben 6, 7 gebildete Kammern 20, 21 sind über Kanäle 22, 23 mit dem gemeinsamen, abgediphteten Raum 24 verbunden, der durch die Grundplatte 1 und die Membranen 2, 3 gebildet ist. Die Kammern 20, 21 und der Raum 24 sind über einen Kanal 25, welcher mittels einer Kugel 26 und Schraube 27 abgedichtet ist, mit einer Flüssigkeit gefüllt.
Eine Vorrichtung zur Übertragung der Bewegung der Membranen 2, 3 unter der Einwirkung der Druckunterschiede besitzt einen Hebel 28 mit einer abgedichteten elastischen Stütze, welche als Membran 29 von einem kleinen Durchmesser ausgeführt und an einem Ansatz 30 der Grundplatte 1 befestigt ist. Das eine Ende des Hebels 28, das in der Bohrung 31 der Grundplatte 1 mit einem bestimmten Spiel angeordnet ist, wirkt mit den steifen Scheiben 6, 7 über einen Ansatz 32 zusammen, welcher durch eine Bohrung 33 im Stutzen 14 geführt ist und mit dem Ende des Hebels 28 in Berührung kommt. Das andere Ende des Hebels 28 außerhalb der Grundplatte 1 an der anderen Seite der Membran 29 wirkt mit einem Wandler 34 zur Umwandlung der Be-
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wegung der Membranen in ein Ausgangssignal zusammen, der auf der Grundplatte 1 befestigt ist. Ein solcher Wandler kann ein elektrischer oder pneumatischer Umformer sein. Bei der vorliegenden Ausführung wird ein elektrischer Umformer mit Kraftausgleich verwendet. Der Wand ler 34 ist durch ein Gehäuse 35 geschützt.
Auf der Grundplatte 1 sind Deckel 36 und 37 befestigt, welche Räume 38, 39 zur Aufnahme der zu kontrollierenden Druckmedien über Bohrungen 40, 41 bilden. Dichtungsringe 42, 43 aus Kunststoff dichten die Räume 38, 39 auf der Außenlinie der Membranen .2, 3 ab. Die Flansche 36, 37 und die Membranen 2, 3 können aus verschiedenen korrosionsbeständigen Materialien, wie Chastell, Titan, Nickel, Tantal und andere ausgeführt sein.
Die steifen Scheiben 6, 7 weisen ringförmige Ansätze 44, 45 auf, mit deren Hilfe sie mit ringförmigen Abschnitten 4, 5 der Membranen 2, 3 befestigt werden, wobei die Stirnflächen der steifen Scheiben der Form der Membranwellen entsprechen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung sind zum Unterschied von der Ausführung nach Fig. 1 die Flächen 12' und 13' der steifen Scheiben 6 und 7 sowie auch die Flächen 81 und 91 der Grundplatte 1 eben ausgeführt.
In diesem Fall sind zum Schutz der Membranen 2, 3 vor Zerstörung bei einseitiger Überlast Ventil 46, 47 vorgesehen, die als Gummiringe ausgeführt sind, welche auf den Stutzen 14 an der Stelle, wo der Stutzen mit steifen Scheiben verbunden ist, aufgesetzt sind und zur Überdeckung der in der Grundplatte 1 vorgesehenen Bohrung 15 dienen.
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Das Verhältnis zwischen den Durchmessern der ringförmigen Abschnitte 4, 5 der Membranen 2, 3 (Fig. 1 und 2) und den Durchmessern ihrer Umfangslinie beträgt 0,4 bis 0,9 in Abhängigkeit von der erforderlichen Größe der effektiven Fläche der Membranen 2, 3 und dem Volumen an Flüssigkeit, die den hermetischen Innenraum 24 des Gerätes füllt.
Mit der Vergrößerung des Verhältnisses zwischen diesen Durchmessern nimmt die relative Elastizität des Zentralabschnittes 10 oder 11 einer jeden Membran 2, 3 zu, und die zusätzlichen Fehler, welche durch die Änderungen der Temperatur und/oder des statischen Druckes hervorgerufen werden, vermindern sich.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Abschnitt A der Fig. 2 ist ein ringförmiger Abschnitt 4* der Membranen 2 flach ausgeführt, und die Stirnfläche des ringförmigen Ansatzes 44 ist dementsprechend flach ausgebildet.
In Fig. 4, in welcher eine andere Ausführungsform des Abschnittes A in Fig. 2 dargestellt ist, ist die steife Scheibe 6' als runde Platte ausgeführt und der Zentralabschnitt 10' der Membran 2 derart ausgebildet, daß er über den übrigen Teil der Membran 2 hinausragt .
Die Wahl der Ausführung von ringförmigen Abschnitten 4, 5 der Membranen 2, 3 und die Formgebung der steifen Scheiben 6, 7 wird durch die Technologie der Herstellung des Gerätes, insbesondere durch das Verfahren zur Befestigung der Scheiben 6, 7 mit Membranen 2, 3 (verschiedene Schweißungsarten, Zusammenleimen, Löten) bestimmt.
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Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung ist ζ. B. bei der Befestigung der Membranen 2, 3 mit Scheiben 6, 7 durch Rollennahtschweißen vorzuziehen.
Das Gerät zur Messung der Druckunterschiede hat folgende Wirkungsweise :
Der größere der beiden zu kontrollierenden Drücke wird der Membran 2 (Fig. l) durch die im Deckel 36 vorgesehene Bohrung 40 und der kleinere der Membran 3 durch die im Deckel 37 vorgesehene Bohrung 37 zugeführt. Die beiden Drücke werden durch die Membranen 2 und 3 in proportionale Kräfte umgewandelt, welche gegensinnig zueinander gerichtet sind und entlang der gemeinsamen Achse der Membranen 2, 3 und den steifen Scheiben 6 und 7 wirken.
Die resultierende Kraft, welche dem Unterschied zwischen den wirkenden Kräften gleich ist, wird über den Anschlag 32 auf den Hebel 28 übertragen, der um einen bestimmten Winkel in bezug auf die Achse der Membran 29 verschwenkt wird. Dabei wirkt das außerhalb der Grundplatte 1 angeordnete Ende des Hebels 28 mit dem Wandler 34 zusammen, welcher die Bewegung der Membranen 2, 3 in elektrische Ausgangssignale umwandelt, die den Druckunterschieden proportional sind.
Die Zentralabschnitte 10 und 11 der Membranen 2, 3 dienen als elastische Ausgleichvorrichtungen zum Ausgleich von Volumenänderungen der Flüssigkeit, welche den Raum 24 des Geräts füllt. Diese Änderungen des Flüssigkeitsvolumens, welche durch die Änderung der Temperatur und (oder) des statischen Druckes hervorgerufen werden,
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wirken auf beide Seiten der Membranen 2 und 3 und werden zum größten Teil von den elastischen Hüllen der Zentralabschnitte 10, 11 der Membranen 2,3 aufgenommen, weil diese eine höhere Elastizität gegenüber der Elastizität der peripheren Abschnitte der Membranen 2, 3 aufweisen. Durch das Vorhandensein von zwei elastischen Ausgleichsvorrichtungen in Form von Zentralabschnitten 10, 11 der Membranen 2, 3 wird eine zusätzliche Verminderung des Fehlers erreicht* der durch die Änderung der Temperatur und des statischen Druckes hervorgerufen wird, weil die Zunahme des Flüssigkeitsvolumens praktisch keine Verschiebung der Membranen 2, 3 aus der Anfangsstellung hervorruft.
Das erfindungsgemäße Gerä$ zur Messung der Druckunterschiede kann zweckmäßigerweise zur Erfassung und Kontrolle von geringen Druckunterschieden verwendet werden, wenn die Membranen 2, 3 eine relativ große effektive Fläche aufweisen, welche durch die Durchmesser ihrer Außenlinie und die Durchmesser der steifen Scheiben 6, 7 bestimmt wird. Dabei vergrößert sich mit der Zunahme der Durchmesser der steifen Scheiben 6, 7 die effektive Fläche und die Elastizität der Zentralabschnitte 10, 11 der Membranen 2, 3, was zu einer Verminderung der zusätzlichen Fehler bei der Änderung der Temperatur und des statischen Druckes führt. Bei einer einseitigen Einwirkung des Überlastdruckes auf die Membran 2 (Fig. 1) werden der periphere und der Zentralabschnitt dieser Membran an die Profilflächen 8 und 12 angedrückt, deren Form mit der Form der Membranwellen übereinstimmt; dadurch wird die Membran 2 vor der Zerstörung geschützt.
Der Zentralabschnitt 10 der Membran 2 zusammen mit der
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steifen Scheibe 6 werden so weit bewegt, bis die Stützfläche 16 der Scheibe 6 die Stützfläche 18 der Grundplatte 1 berührt. Dabei gehen die Membran 3 zusammen mit der steifen Scheibe 7 von der Oberfläche 9 der Grundplatte 1 und auch der Zentralabschnitt 11 von der Oberfläche 13 der steifen Scheibe 7 ab, so daß sich das Volumen der Kammer 21 vergrößert, in welche die Flüssigkeit aus der Kammer 20 durch die Kanäle 22 und 23 verdrängt wird. Bei einer einseitigen Wirkung des Überlastungsdruckes auf die Membran 3 wird der Schutz der Membran vor der Zerstörung auf eine ähnliche Weise verwirklicht.
Das Gerät mit der Membraneinheit nach Fig. 2 hat zur Messung von Druckunterschieden mit dem oben beschriebenen Gerät eine ahn-" liehe Arbeitsweise.
Bei einer einseitigen Einwirkung des Überlastungsdruckes auf die Membran 2 wirkt dieses Gerät wie folgt:
Unter der Einwirkung des Überlastungsdruckes wird der Zentralabschnitt 10 der Membran 2 zusammen mit der steifen Scheibe 6 so lange bewegt, bis die Stützfläche 16 der Scheibe 6 die Stützfläche 18 der Grundplatte 1 berührt. Dabei schließt das Ventil 46 die in der Grundplatte 1 vorgesehene Bohrung 15 hermetisch und verhindert eine Verdrängung der Flüssigkeit aus dem unterhalb des peripheren und des Zentralabschnittes der Membran 2 liegenden Raum. Die zwischen der Membran 2 mit Scheibe 6, dem Ventil 46 und der Grundplatte eingeschlossene Flüssigkeit verhindert ein Durchbiegen des peripheren und des Zentralabschnittes der Membran 2, wodurch die Membran 2 vor der Zerstörung geschützt wird.
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Bei einer einseitigen Einwirkung des Überlastdruckes auf die Membran 3 wird der Schutz dieser Membran vor der Zerstörung auf eine ähnliche Weise verwirklicht. Dabei wird die in der Grundplatte i vorgesehene Bohrung 15 hermetisch durch das Ventil 47 geschlossen.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    (l ·) Gerät zur Messung von Druckunterschieden flüssiger oder gasförmiger Medien mit einer Grundplatte, zwei auf der Umfangslinie an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte befestigte Membranen, deren steife Scheiben über eine in der Grundplatte vorgesehenen Bohrung zu einem einheitlichen Ganzteil verbunden sind und die in einem bestimmten Abstand von der Grundplatte angeordnet sind und mit dieser einen hermetisch abgedichteten und mit Flüssigkeit gefüllten Raum bilden, mit einer Vorrichtung zur Übertragung der Bewegung der Membranen unter der Einwirkung des Druckunterschiedes, das mit den steifen Scheiben verbunden ist, und mit einem Wandler zur Umwandlung dieser Bewegung in ein Ausgangssignal, der mit der Übertragungsvorrichtung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß jede steife Scheibe (6, 7) mit der Membran (2, 3) über einen ringförmigen Abschnitt (4, 5) befestigt ist, in dem zwischen der Membran (2, 3) und der Scheibe (6, 7) eine Kammer (20, 21) gebildet ist, die durch einen Kanal (22, 23) mit dem hermetischen Raum (24) kommuniziert.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (12, 13) der Scheibe innerhalb der Kammer (20,21) gewellt ausgeführt ist und ihre Form den Wellen der Membran (2, 3) entspricht.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die steife Scheibe (6, 7) einen auf der Außenlinie angeordneten An-
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    satz (44, 45) aufweist, dessen Stirnfläche der Form der Oberfläche des ringförmigen Abschnittes (4, 5) der Membran (2, 3) entspricht.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steife Scheibe (6, 7) als runde Platte ausgeführt ist und der innerhalb des ringförmigen Abschnittes (41) der Membran (2) liegende Abschnitt (10') über den übrigen Teil der Membran (2) hinausragt.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede steife Scheibe (6 bzw. 7) ein Ventil (46 bzw. 47) zur hermetischen Überdeckung der in der Grundplatte (1) vorgesehenen Bohrung (15) aufweist.
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