DE2429124B2 - Differenzdruck-Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Diffcrenzdruck-Mcßgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch I.

Bei einem bekannten Meßgerät dieser Art (US-PS 20 108) sind in einem formsteifen Gehäuse an jeder Seite einer Grundplatte zwei Druckkammern ausgebildet, die den zu messenden Drücken ausgesetzt sind. In einer Qucrausnehmung der Grundplatte ist ein Bolzen verschiebbar aufgenommen, an dessen beiden Enden je eine Scheibe befestigt ist. Jede Scheibe ist mit ihrem Außenumfang durch eine gewellte Ringniembran gasdicht mit einem entsprechenden Ringansat/. an der Grundplatte verbunden und begrenzt zusammen mit dieser Ringmembran einseitig jeweils eine Druckkammer. Aufgrund der unterschiedlich hohen Druckwerte in den beiden Kammern erfolgt eine dem Differenzdruck entsprechende Querverschiebung des Verbindungsbolzen, die über ein Gestänge zu einem Signalwandler übertragen wird. Zur Kompensation von Volumcnändcrungcn der in dem gasdichten Innenraum der Tragplatte enthaltenen Flüssigkeit, die auf Temperaturschwankungen sowie Veränderungen der an beiden Seiten der Membranen wirkenden statischen Druckwerte zurückzuführen sind, weist jede Scheibe an ihrer der jeweiligen Druckkammer zugewandten Stirnseite eine zusätzliche Membran auf, die mit ihrem Rand gasdicht an der radialen Außenkante der jeweiligen Scheibe z. B. durch ^i*h»i/r»iH*in kofncliiTl iul ripr Püiim

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Kompensationsmembran und der Stirnfläche der zugeordneten Scheibe steht über Strömungskanäle mit dem Innenraum in der Grundpiatte in Verbindung und kann durch die Aufnahme von mehr oder weniger großen Flüssigkeitsmengen Volumenänderungen der im Meßraum, d. h. in den Innenräumen der Grundplatte, enthaltenen Flüssigkeit ausgleichen. Nachteilig bei diesem bekannten Gerät ist seine vergleichsweise hohe Störanfälligkeit, was auf die vergleichsweise große Länge der gasdichten Befestigungen der Ring- und der Kompensationsmembran an den Kanten der beiden Scheiben zurückzuführen ist. Neben der gasdichten Verbindung jeder Ringmembran an jedem der Scheibenglieder müssen auch die Kompensationsmembranen

is vollständig gasdicht und dauerhaft an den Stirnseiten der Scheibenglieder befestigt werden, wobei eine Undichtigkeit der einen oder anderen Verbindung sofort zur vollständigen Funktionsunfähigkeil des Meßgerätes führt. Darüber hinaus stellt die Verwendung jeweils zweier gesonderter Membranen in jeder Druckkammer einen unerwünscht hohen Hcrstellungs- und Montageaufwand dar.

Ein anderer bekannter Differenzdruckmesser (US-PS 35 63 133) umfaßt einen als Grundplatte ausgebildeten Tragkörper und zwei mit ihrem radialen Außenumfang an den entgegengesetzten Grundplattenseiten gasdicht befestigten Membranen, die beide mit dem Tragkörper einen gasdichten, mit Flüssigkeit gefüllten Meßraum einschließen. )ede Membran befindet sich in einem

JO hestimmten Abstand vom Tragkörper und ist mittig über eine Scheibe an einem Verbindungsbolzen befestigt, der in einer Querbohrung in der Grundplatte verschiebbar aufgenommen ist. Die vom Differenzdruck abhängigen Verschiebewegungen des Bolzens werden über ein Gestänge auf einen Signalwandler übertragen. Dieses Meßgerät weist keine Einrichtungen zur Kompensation von Volumenänderungen der Flüssigkeit im Meßraum auf, so daß z. B. bei Temperaturschwankungen und ggf. Änderungen der statischen Druckwerte Meßfehler eintreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßgerät der eingangs gc-nannten Art in der Weise weiterzubilden, daß auch bei hohen Differenzdrücken eine hohe Meßgenauigkeit sowie insbesondere eine wesentlich verbesserte Betriebszuverlässigkeit erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Ausbildung je eines Ringabschnittes an jeder

so Stirnseite der Grundplatte ermöglicht einerseits die Verwendung nur einer Membran an jeder Grundplattcnstirnseitc, deren Befestigung durch z. B. Schweißen an dem jeweiligen Ringansatz nicht gasdicht sein muß, da die radial äußeren Kompensationskammern in jedem Falle mit dem Meßraum in Strömungsverbindung stehen. Neben der durch die Einstückigkeit der Membranen erzielten einfacheren Herstellung zeichnet sich das erfindungsgemäße Differenzdruck-Meßgerät noch dadurch aus, daß es, dank der Anordnung der Kompensationskammern radial außerhalb de eigentlichen Mcßmcmbran, keinen baulichen Beschränkungen der Membran unterliegt und die Messung auch hoher Differenzdrücke ermöglicht. Demgegenüber dürfen bei dem Meßgerät der eingangs genannten Art die Abmessungen der Membranen nicht kleiner als die Abmessungen der mittleren Scheibe sein. Hohe Meßgenauigkeiten, insbesondere bei Differenzdrücken von mehr als 0.4 kn/cm². ergehen sich bei dem neuen

Gerät durch die kleinere wirksame Membranfläche radial innerhalb des schmalen Ringabschnittes, wobei der die Kompensationskammer begrenzende äußere Membranteil eine größere Fläche und damit eine höhere Elastizität aufweist. Die durch die Umfangsringabschnitte der Membranen gebildeten Kompensationskammern werden ohne Verletzung oder Beschädigung der Membranen hergestellt, wodurch die Korrosion.sbeständigkeiten des Meßgerätes gegenüber Geräten mit anderen Kondensatoren erhöht wird, da zur Herstellung keine zusätzlichen Schweißverbindungen oder andere, mit den Arbeitsmedien in Berührung tretende Bauteile notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil des Meßgerätes besteht in dem äußerst wirksamen Schutz der Membranen mit den Ringkompensatoren gegen einseitige Drucküberlastung. Hierzu ist die Membran entweder entsprechend dev profilierten Grundplatte geformt oder es wird ein als Ventil wirkender Dichtungsring verwendet, der die Zentralbohrung in derGrundplatte schließt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Differenzdruck-Meßgerät;

Fig. 2 eine andere Ausführung der Membrangruppe des Meßgerätes nach F i g. 1 im Längsschnitt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält das Differenzdruck-Meßgerät eine scheibenförmige Grundplatte 1 und zwei an ihrem Außenumfang an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte 1 befestigte Membran 2 und 3. Jede dieser Membranen 2,3 weist einen Ringabschnitt 4 und 5 auf, der mit der Grundplatte 1 ggf. durch Schweißen fest verbunden ist.

|ede 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 Ringabschnilte 4, 5 liegen, befinden sich von den Oberflächen 11 und 10 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 I, 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 (7 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 Ringabschnitte 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 herangedrückl werden. |edc Membran 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. Hie einen Hebel 18 enthält, der durch eine Membran 19 von kleinerem Durchmesser abgedichtet am Vorsprung 20 der Grundplatte 1 befestigt ist. Das Endstück 21 des eine Bohrung 22 in der Grundplatte ϊ 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 i9 heraus und wirkt auf eine Vorrichtung 25 zur

ίο 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 gasdichten Meßraum 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 Meßraum 26 Kompensationskammern 30 bzw. 31 ab, die mit dem Meßraum 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 I 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 Kunststoff dichten die Innenräume 40 und 41 am Außenumfang der Membranen 2 und 3 ab und schützen die Grundplatte 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 gasdichten Meßraumes 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 F i g. 2 dargestellte Ausführung der Membrangruppe des Meßgeräts besitzt einen anders ausgelegten Schutz der Membranen 2, 3 gegen Zerstörung bei einseitigen 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

Ringansätzen 48 und 49 versehen, deren Stirnflächen mit den Ringabschnitten 4, 5 der Membranen 2 bzw. 3 verschweißt sind. Die Kompensationskammern 30 und 31 kommunizieren dadurch mit dem gasdichten Meßraum 26 über Kanäle 50 und 51 in diesen Ringvorsprüngen 48 und 49.

Die Flächen 10', ii', 12' und 13' der Grundpiaitc 1 können in diesem Fall eben ausgeführt sein, weil die Membranen 2 und 3 sie bei Überlast nicht berühren. Das beschi iebene Meßcerät arbeitet wie folet:

Der größere von zwei Drücken wirkt auf die Membran 2 (F i g. 1) 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 Hebeis ie in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt.

Das Meßgerät weist einen nur sehr geringen Temperaturfchler und einen minimalen durch die Kompressibilität der Flüssigkeit bei großen statischen Drücken verursachten Fehler auf. Bei Temperaturschwankungen und Veränderungen des statischen Druckes, der an beiden Seiten der Membranen 2 und 3 angreift, tritt eine Volumenänderung der den Meßraum ausfüllenden Flüssigkeit auf. Diese Volumenänderung der Flüssigkeil wird 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 Meßgerät ist besonders vorteilhaft zur Erfassung großer Druckdifferenzen, beispielsweise im Bereich von 0,4 bis 10 kp/cm², einzusetzen. Bei diesen Verhältnissen kommen gewöhnlich Membranen mit einer geringen wirksamen Membranfläche zur Anwendung; daher kann das Sollverhältnis dieser wirksamen Fläche der Umfangs- 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 Zenlralzone 9 der Membran 3 von den Flächen 37 und 13 der ίο Grundplatte 1 weggehen. Bei diesem Weggang nimmt die Membran 3 die ganze Flüssigkeitsmenge auf, die von der Membran 2 aufgrund des Übcrlasi.druckes verdrängt wird. Die Flüssigkeit strömt aus dem Innenraum 30 über die Kanäle 32 und 33 in den Raum 31. wobei sich die Umfangszone 7 der Membran 3 durchbiegt und so den Abstand von der Fläche 11 der Grundplatte 1 vergrößert.

Beim einseiligen 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 Übcrlastdruckes 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 ω unter der Membran 2 (aus der Kompensationskammer 30 und dem mit diesem milttels Kanäle 50 kommunizierenden Meßraumleil 26, der unmittelbar unter dem Zentralteil 8 der Membran 2 abgeschlossen ist) verhindert. Die in diesen Innenräunien 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Differenzdruck-Meßgerät mit jeweils einseitig mit den unterschiedlichen Meßdrücken beaufschlagten Membranen, die einerseits mit ihrem Außenrand an den entgegengesetzten Stirnflächen einer Grundplatte und andererseits an formsteifen, durch einen Bolzen starr miteinander verbundenen Seheibenglicdern druckdicht befestigt sind und die einen mit Flüssigkeit gefüllten Meßraum in der Grundplatte begrenzen, mit durch Membranen druckdicht begrenzten Kompensationskammern, die mit dem Meßraum in Strömungsverbindung stehen, und mit einer Übertragungseinrichtung der Membranbewegungen zu einem Signalwandler, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Stirnseite der Grundplatte{l) nur eine Membran (2,3) mit je einem Ringabschnitt (4, 5) vorgesehen ist, in dem die Membran (2, 3) zusätzlich an Ringvorsprüngen (48, 49) der Grundplatte (I) befestigt ist, und daß die Ringvorsprünge (48,49) die radial äußere ringförmige Kompensationskammer (30; 31) von dem radial inneren Meßraum (26) trennen.

2. Differenzdruck-Meßgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundplatte (I) für jede Membran (2, 3) ein Ventil (46, 47) zur Abdeckung der Strömungsverbindung (17) bei einseitiger Überlast vorgesehen ist und daß die Ringvorsprünge (48,49) Kanäle(50,51) aufweisen.

3. Differenzdruck-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den radial äußeren Membranteilcn (6, 7) und den Grundplatienflächcn (10, II) begrenzten Kompensationskammern (30, 31) größere Rauminhalte haben als der von den radial inneren Membranleilcn (8,9) und den Grundplattcnflächcn (10,11) gebildete Meßraumteil.