DE2429124A1

DE2429124A1 - Geraet zur messung von druckdifferenzen fluessiger oder gasfoermiger medien

Info

Publication number: DE2429124A1
Application number: DE2429124A
Authority: DE
Inventors: Albert Yakowlewitsch Jurowsky
Original assignee: GNII TEPLOENERGETITSCHESKOWO P
Current assignee: GNII TEPLOENERGETITSCHESKOWO P
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1974-06-18
Publication date: 1975-01-09
Also published as: GB1423480A; US3894436A; FI61959C; DE2429124B2; FI184474A; CS168387B1; FR2233618A1; FR2233618B1; FI61959B; DD111739A1; SU506223A1; HU176668B; DE2429124C3

Description

530-22.788P 18. 6. 1974

Gosudarstvenny Nauchno-Issledovatelsky Institut Teploenergeticheskoqo Pr iborostroenia, Moskau (UdSSR)

Gerät zur Messung von Druckdifferenzen flüssiger oder gasförmiger Medien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung von Druckdifferenzen von Fluiden.

Bekannt ist ein derartiges Gerät zur Messung einer Druckdifferenz, das einen als Grundplatte ausgebildeten Tragkörper und zwei an ihrem Außenumfang an den entgegengesetzten Grundplattenseiten befestigte Membranen umfaßt, die beide mit dem Tragkörper einer luftdichten, mit Flüssigkeit gefüllten Innenraum einschließen. Jede Membrane befindet sich in gewissem Abstand vom Tragkörper. Ihre Zen-

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tren sind miteinander durch eine Bohrung in der Grundplatte starr verbunden. Es ist auch eine Vorrichtung zur Übertragung der Bewegungen der Membranen unter Einwirkung einer Druckdifferenz vorgesehen, die mit ihrem Eingang an die Zentren der Membranen angeschlossen ist. Eine weitere Vorrichtung zur Umwandlung dieser Membranbewegungen in Ausgangssignale ist mit seinem Eingang am Ausgang der Übertragungsvorrichtung angeschlossen (US-PS 3 563 133).

Die mit diesem bekannten Gerät zur Messung einer Druckdifferenz erhaltenen Meßwerte werden von Temperaturschwankungen und Veränderungen des an beiden Seiten der Membrangruppe des Meßgeräts angreifenden, statischen Druckes fehlerhaft beeinflußt. Diese Faktoren bewirken eine Änderung des ursprünglichen Volumens der den luftdichten Innenraum ausfüllenden Flüssigkeit, was zu einer Verformung der elastischen Membranschalen führt und demzufolge eine unerwünschte Verstellung der Membranmittelteile verursacht, durch welche die Fehler im Ausgangssignal entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Gerät zur Messung einer Druckdifferenz zu vervollkommnen und den durch äußere Bedingungen verursachten Einfluß von Volumenänderungen der Flüssigkeit im luftdichten Innenraum auf die Bewegung der Membranen weitestgehend zu beseitigen, um eine hohe Meßgenauigkeit des Gerätes sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einem Gerät zur Messung einer Druckdifferenz mit einer Grundplatte, zwei an ihrem Außenumfang an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte befestigten Membranen, deren Zentren über eine Bohrung in der Grundplatte starr miteinander ver-

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bunden sind und die mit dieser Grundplatte einen luftdichten, flüssigkeitsgefüllten Innenraum bilden, mit einer Vorrichtung zur Übertragung der unter der Druckdifferenz entstehenden Membranbewegungen, die mit den Membranzentren verbunden ist, und mit einem Wandler für diese Membranbewegungen in Ausgangs signale, der mit der Übertragungsvorrichtung in Wechselwirkung steht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Membran mit der Grundplatte an einem zum Außenumfang konzentrischen Ringabschnitt zusätzlich starr gekoppelt ist, und die dabei entstehenden von dem luftdichten Innenraum abgetrennten Umfangsringräume mit diesem über Kanäle kommunizieren.

Es ist zweckmäßig, jede Membran mit einem Ventil zur Abdekkung der Bohrung in der Grundplatte bei einseitigem Angriff des Überlastdruckes in die Grundplatte mit Ringvorsprüngen zur Verbindung mit den Ringabschnitten der Membranen zu versehen, und Kanäle in diesen Ringvorsprüngen auszusparen.

Das gemäß der Erfindung ausgeführte Gerät zur Messung einer Druckdifferenz besitzt folgende Vorteile:

Es weist eine hohe Genauigkeit bei Messung einer Druckdifferenz auf, weil jede Membran mit der Grundplatte am Ringabschnitt verbunden ist, so daß ein mit dem flüssigkeitsgefüllten gemeinsamen Innenraum des Gerätes kommunizierender Umfangsringraum abgetrennt wird. Der den Ringraum bildende Umfangsteil der Membran übernimmt die Funktion eines Kompensators bei den Volumenänderungen der Flüssigkeit im Innenraum unter Einwirkung äußerer Faktoren wie der Temperatur und des Druckes.

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Der Vorteil des Meßgerätes wirkt sich insbesondere bei der

Messung einer größeren Druckdifferenz (von 0,4 kp/cm und darüber) aus, bei welcher eine kleinere wirksame Membranfläche ausgenutzt wird, die durch den Ringabschnitt von geringem Durchmesser begrenzt ist, wobei der Umfangsmembranteil in diesem Fall eine größere Fläche besitzt und eine hohe Elastizität aufweist.

Ein anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Meßgeräts besteht in der konstruktiv einfachen Weise, in der die Meßgenauigkeit gesteigert, der Temperaturfehler herabgesetzt und der Fehler durch Kompressibilität der Flüssigkeit bei Angriff des statischen Druckes vermindert werden.

Die durch die Umfangsringabschnitte der Membranen gebildeten Kompensatoren werden hierbei ohne Verletzung oder Beschädigung der Membranen hergestellt, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des Meßgeräts im Vergleich zu Geräten mit anderen Kompensatoren erhöht wird, da zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kompensatoren keine zusätzlichen Schweißverbindungen und Zusatzteile, welche mit dem Arbeitsmedium in Berührung treten, notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil des Meßgeräts besteht, in dem sehr einfachen Schutz der Membranen mit den Ringkompensatoren gegen einseitige Drucküberlastung. Der Schutz der Membranen mit den Ringkompensatoren vor Zerstörung durch einen Überlastdruck kann leicht mit Hilfe einer nach der Membran profilierten Grundplatte oder eines Ventils erreicht werden, das die Zentralbohrung in dieser Grundplatte abdeckt und den Flüssigkeitsüberstrom verhindert.

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Durch zwei Kompensatoren an jeder Membran entstehen bei der einseitigen Drucküberlastung einer Membran keine Überbeanspruchungen in der anderen Membranschale, da dabei die unter der Membran mit dem Umfangsringkompensator verdrängten Flüssigkeitsmengen von den entsprechenden Schalenabschnitten der anderen Membran aufgenommen werden. Außerdem nehmen zwei Kompensatoren besser die Volumenvergrößerung der Flüssigkeit auf, was eine verbesserte Meßgenauigkeit bedingt und den Einfluß der Temperatur sowie des statischen Druckes herabsetzt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Gerät zur Messung der Druckdifferenz im Längsschnitt,

Fig. 2 eine andere Auführung der Membranengruppe des erfindüngsgemäßen Meßgerätes nach Fig. 1 im Schnitt,

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält das Gerät zur Messung einer Druckdifferenz eine scheibenförmige Grundplatte 1 und zwei an ihrem Außehumfang an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte 1 befestigte Membranen 2 und 3. Jede dieser Membranen 2, 3 weist einen Ring-, abschnitt 4 und 5 auf, der mit der Grundplatte 1 ggf. durch Schweißen fest verbunden ist.

Jede Membran 2, 3 ist somit durch ihren Ringabschnitt 4, 5 in eine Umfangs- 6, 7 bzw. eine Mittelzone 8, 9 aufgeteilt. Die Umfangszonen 6 und 7 der Membranen 2, 3, welche außerhalb der Ring-

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abschnitte 4, 5 liegen, befinden sich von den Oberflächen 11 und der Grundplatte 1 in einem gewissen Abstand. Die Mittelzonen 8 und 9, die innerhalb der Ringabschnitte 4, 5 liegen, befinden sich ebenfalls in einem Abstand von den Flächen 12 und 13 der Grundplatte 1, wobei die Zentralteile 14 und 15 der Membranen 2, 3 miteinander durch einen Bolzen 16 starr verbunden sind, der durch eine in der Grundplatte 1 vorgesehene Zentralbohrung 17 hindurchgeht.

Die mittleren Radien r der Ringabschnitte 4, 5 der Membranen 2, 3 sind so groß, daß die Umfangszonen 6, 7 eine größere wirksame Fläche als die Mittelzonen 8, 9 der Membranen 2, 3 haben, wobei die Elastizität der- Umfangszonen 6,7 die der Membranschale in den Mittelzonen 8, 9 übersteigt. Die beiden Ringsabschnitte 4 und 5 sind mit gleichen mittleren Radien ausgeführt, um gleichgroße wirksame Flächen der Mittelzonen 8 und 9 zu erhalten.

Die Flächen 10, 11 und 12, 13 der Grundplatte 1 haben eine Wellenform, die mit derjenigen der Membranen 2 und 3 an den Membranabschnitten 6, 7 bzw. 8, 9 übereinstimmt, damit die Membranen 2 und 3 an die Grundplatte 1 bei einseitigem Angriff des Überlastungsdrucks ohne Beschädigungen herangedrückt werden.

Jede Membrane 2, 3 ist mit dem Bolzen 16 ohne Verletzung ihrer Dichtheit und Ganzheit, z. B. durch eine Schweißung, verbunden.

Das Meßgerät weist eine Vorrichtung zur Übertragung der Membranbewegungen unter der Einwirkung einer Druckdifferenz auf, das einen Hebel 18 enthält, der durch eine Membrane 19 von kleinerem Durchmesser abgedichtet am Vorsprung 20 der Grundplatte 1 befestigt

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ist. Das Endstück 21 des eine Bohrung 22 in der Grundplatte 1 mit Spiel durchragenden Hebels 18 tritt mit dem Bolzen 16 mittels eines -im Bolzen 16 befestigten Stiftes 23 in Wechselwirkung. Das andere Ende 24 des Hebels 18 ragt aus der Grundplatte 1 auf der anderen Seite der luftdicht befestigten Membrane 19 heraus und wirkt auf eine Vorrichtung 25 zur Umwandlung- der Membranbewegung in ein Ausgangssignal ein. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 25 ein elektrischer Wandler.

Die Membranen 2 und 3 sind an der Grundplatte 1 so befestigt, daß sie mit ihr einen luftdichten Innenraum 26 bilden, der über einen Kanal 27 in der Grundplatte 1 mit Flüssigkeit gefüllt ist, wobei dieser Kanal 27 durch eine Kugel 28 und Schraube 29 abgedichtet wird. Die Ringabschnitte 4 und 5, an welchen die Membranen 2 und 3 mit der Grundplatte 1 zusätzlich starr befestigt sind, trennen von dem luftdichten Innenraum 26 Umfangsringräume 30 bzw. 31 ab, die mit dem Innenraum 26 durch in der Grundplatte 1 ausgesparte Kanäle 32 und 33 kommunizieren.

Am Bolzen 16 sind Stützflächen 34 und 35 vorgesehen, die in einen bestimmten Abstand von Stützflächen 36 und 37 in der Grundplatte 1 liegen und die Bewegung der Membranen 2, 3 bei einseitiger Einwirkung des Überlastdruckes begrenzen.

An die Grundplatte 1 sind Deckel 38 und 39 angeschlossen, die Innenräume 40 und 41 zur Zuführung eines druckgeregelten Mediums zu den Membranen 2 und 3 durch Bohrungen 42 bzw* 43 einschließen. Dichtungsringe 44 und 45 aus Künststoff dichten die Innenf äume 40 und 41 am Außehumfähg der Membranen 2 und 3 ab und schützen die Grund-

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platte 1 vor dem Beaufschlagen mit Arbeitsmedium. Die Deckel 38, 39 und Membranen 2, 3 können aus verschiedenartigen korrosionsbeständigen Werkstoffen, wie beispielsweise Hastelloy, Titan, Nickel, Tantal u. a» hergestellt werden.

Der Hebel 18 zur Übertragung der Membranbewegungen liegt innerhalb des luftdichten Innenraumes 26 der Membrangruppe, der / mit einer neutralen siliziumorganischen Flüssigkeit gefüllt ist. Daher unterliegen der Hebel 18 und die Membran 19 keiner Einwirkung des Arbeitsmediums, wodurch sich eine bessere Korrosionsbeständigkeit des ganzen Meßgeräts ergibt-

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung der Membrangruppe des Meßgeräts besitzt einen anders ausgelegten Schutz der Membranen 2, 3 gegen Zerstörung bei einseitigem Angreifen eines Überlastdruckes.

Am Bolzen 16 sind Ventile 46 und 47 montiert, die an den Zentralabschnitten 14, 15 der Membranen 2, 3 anliegen und als Dichtungsringe aus Gummi gefertigt sind. Diese Dichtungsringe liegen in einem bestimmten Abstand von den Stützflächen 36 und 37 der Grundplatte 1 und können die Bohrung 17 der Grundplatte 1 an der Seite der Einwirkung des Überlastdruckes luftdicht abdecken.

Die Grundplatte 1 ist in dieser Ausführung mit Ring ans ätzen 48 und 49 versehen, deren Stirnflächen mit den Ring abschnitten 4, 5 der Membranen 2 bzw. 3 verschweißt sind. Die Umfang sr ing räume 30 und 31 kommunizieren dadurch mit dem luftdichten Innenraum 26 über Kanäle 50 und 51 in diesen Ring vor Sprüngen 48 und 49.

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Die Flächen 10', 11', 12' und 13' der Grundplatte 1 können in diesem Fall eben ausgeführt sein, weil die Membranen 2 und 3 sie bei Überlast nicht berühren.

Das erfindungsgemäße Gerät zur Messung einer Druckdifferenz arbeitet wie folgt:

Der größere von zwei kontrollierten Drücken wirkt auf die Membran 2 (Fig. l) über die Bohrung 42 im Flansch 38 und der kleinere Druck über die Bohrung 43 im Flansch 39 auf die Membran 3 ein. Beide Kontrolldrücke werden an den wirksamen Flächen der Zentralzonen 8 und 9 der Membranen 2 bzw. 3 in diesen proportionale Kräfte umgewandelt, die längs der gemeinsamen Achse der Membranen 2, 3 und des Bolzens gegensinnig gerichtet sind. Die resultierende-Kraft, die sich aus der Differenz der Wirkkräfte ergibt, wird durch den Stift 23 auf das Ende 21 des Hebels 18 übertragen, der dann in bezug auf die Achse der Membran 19 um einen Winkel verschwenkt wird, wodurch das Ende 24 des Hebels 18 mit dem Wandler 25 in Wechselwirkung tritt, der diese Verschwenkung des Hebels 18 in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt.

Das vorgeschlagene Gerät zur Messung einer Druckdifferenz weist einen nur sehr geringen Tempefaturfehler und einen minimalen durch die Kompressibilität der Flüssigkeit bei großen statischen Drükken verursachten Fehler auf. Bei Temperatursehwankungen und Veränderungen des statischen Druckes, der an beiden Seiten der Membranen 2 und 3 angreift, tritt eine Volumenänderung der den Innenraum (der luftdichte Innenraum) der Membrangruppe des Meßgeräts ausfüllenden Flüssigkeit auf. Diese Volumenänderung der Flüssigkeit wird

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größtenteils durch die elastische Fläche der Umfangszone 6 oder 7 jeder Membran 2,-3 aufgenommen, wodurch die Membranenschale der Zentralzone 8 oder 9 jeder Membran 2, 3 sich nur geringfügig verformt und die Mittelteile 14 und 15 der Membranen 2, 3 zusammen mit dem Bolzen 16 in ihrer anfänglichen Stellung praktisch nicht beeinflußt werden und daher Meßfehler des Geräts nicht verursachen.

Das erfindungsgemäße Meßgerät ist besonders vorteilhaft zur Erfassung großer Druckdifferenzen, beispielsweise im Bereich von 0,4

bis 10 kp/cm , einzusetzen. Bei diesen Verhältnissen kommen gewöhnlich Membranen mit einer geringen wirksamen Membranfläche zur Anwendung; daher kann das Sollverhältnis dieser wirksamen Fläche der Umfang s- und Zentralzonen der Membranen leicht verwirklicht werden, ohne daß wesentliche Vergrößerungen der Maße des ganzen Geräts erforderlich sind-

Beim einseitigen Angriff eines Überlastdruckes an der Membran 2 (Fig. 1) werden ihre Umfangszone 6 und die Membranschale der Zentralzone 8 an die Flächen 10 und 12 der Grundplatte 1 herangedrückt, die ihrer Form nach mit der der Membranwellen übereinstimmen und die Membran 2 vor Zerstörung schützen. Der Mittelteil 14 der Membran 2 verstellt sich zusammen mit dem Bolzen 16, bis die Stützfläche 34 des Bolzens 16 an der Stützfläche 36 der Grundplatte 1 anliegt, wobei der Mittelteil 15 und die Membranschale der Zentralzone 9 der Membran 3 von den Flächen 37 und 13 der Grundplatte 1 weggehen. Bei diesem Weggang nimmt die Membran 3 die ganze Flüssigkeitsmenge auf, die von der Membran 2 aufgrund des Überlastdruckes verdrängt wird. Die Flüssigkeit strömt aus dem Innenraum 30 über die Kanäle 32 und 33 in den Raum 31, wobei sich

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die Um fang s zone 7 der Membran 3 durchbiegt und so den Abstand von der Fläche 11 der Grundplatte 1 vergrößert.

Beim einseitigen Angriff des Überlastdrucks an der Membran 3 erfolgt deren Schutz vor Zerstörung in gleicher Weise.

Das Meßgerät mit der Membrangruppe nach Fig. 2 arbeitet beim einseitigen Angriff des Überlastdruckes auf der Membran 2 wie folgt:

Unter der Einwirkung des Überlastdruckes verstellt sich der Mittelteil 14 der Membran 2 zusammen mit dem Bolzen, bis die Fläche 34 des Bolzens 16 die Stützfläche 36 der Grundplatte 1 berührt, wobei das Ventil 46 die Bohrung 17 der Grundplatte 1 luftdicht abdeckt und die Verdrängung der Flüssigkeit aus den Innenräumen unter der Membran 2 (aus dem Umfangsringrauni 30 und dem mit diesem mittels Kanäle 50 kommunizierenden luftdichten Innenraum teil 26, der unmittelbar unter dem Zentralteil 8 der Membran 2 abgeschlossen ist) verhindert. Die in diesen Innenräumen abgeschlossene Flüssigkeit stört bei der Durchbiegung der Umfangszone 6 und der Membranschale der Zentralzone 8 der Membran 2 und schützt somit diese Membran 2 gegen Zerstörung.

Beim einseitigen Angriff des Überlastdruckes an der Membran 3 erfolgt deren Schutz gegen Zerstörung in gleicher Weise, wobei die Bohrung 17 der Grundplatte 1 durch das Ventil 47 luftdicht abgedeckt wird.

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Claims

Patentansprüche

1Λ Gerät zur Messung einer Druckdifferenz mit einer Grundplatte, zwei an ihrem Außenumfang an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte befestigten Membranen, deren Zentren über eine Bohrung in der Grundplatte starr miteinander verbunden sind und die mit dieser Grundplatte einen luftdichten, flüssigkeitsgefüllten Innenraum einschließen, mit einer Vorrichtung zur Übertragung der Membranbewegungen unter der Einwirkung der Druckdifferenz, die mit den Zentren der Membranen verbunden ist, und mit einem Wandler für die Membranbewegungen in Ausgangssignale, der mit der Übertragungsvorrichtung in Wechselwirkung tritt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Membran (2, 3) an einem Ringabschnitt (4, 5) mit der Grundplatte (l) zusätzlich fest verbunden ist, welcher zum Außenumfang der Membran (2, 3) konzentrisch verläuft, und einer vom luftdichten Innenraum (26) abgetrennten Umfangsraum (30, 31) begrenzt, der mit über Kanäle (32, 33) mit dem Innenraum (26) kommuniziert.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Membran (2, 3) mit -einem Ventil (46, 47) zur Abdeckung der Bohrung (17) in der Grundplatte (l) bei einseitigem Angriff des Überlastdruckes versehen ist, und die Grundplatte (l) Ringvorsprünge (48, 49) besitzt, in denen Kanäle (50, 51) ausgespart sind-
3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den radial äußeren Membranteilen (6,7) und den Grundplattenflächen (10, 11) begrenzten Umfang sräume (30, 31) größere Sauminhalte haben als die von den radial inneren Membranteilen (8, 9) und den Grundplattenflächen (10, 11) gebildeten Flüssigkeitsräume.

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