DE2444937A1 - Fluessigkeitsdruck-messanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAIT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I.BR.

Flüssigkeitsdruck-Messanordnung

Die Priorität der Anmeldung Nr. 402 36Γ vom. 1.10.1973 in den USA wird beansprucht.

Es ist bekannt und üblich, die zwei Kammern einer als Differentialdruck-Messeinheit' bekannten Anordnung mit einer Rohrleitung auf den entgegengesetzten Seiten einer darin angebrachten öffnung zu verbinden. Hierbei ist die Differentialdruck-Messeinhfiit Teil einer üblicherweise als Geber bezeichneten Anordnung. Das Ausgangssignal des Gebers wird einem Gleichstrommilliamperemeter, einem Prozessregler oder ähnlichem zugeführt.· Bei Bedarf kann das Milliamperemeter direkt in Druck- oder Differenzdruckeinheitten geeicht werden. Andererseits kann es auch in Volumendurohflusseinheiten, beispielsweise in Liter pro Minute geeicht werden.

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Die bisher gängigste und bekannteste Differentialdruck-Messeinheit ist vom Doppel-Druckdosen-Typ, vgl. beispielsweise die USrPSen 2 590 324, 2 917 O81, 2 975 510 und 3 343 420. Auch Differentialdruck-Messeinheiten mic Metallmembranen sind nicht unbekannt, vgl. die US-PSen 3 492 und 3 620 135. Metallmembranen sind auch in nichtanalogen Anwendungen bekannt, vgl. die US-PSen 1 921 312, 2 913 008 und 3 071 953. Metallmembranen werden wegen ihrer ausgezeichneten Reinigungseigenschaften bevorzugt.

Die bekannten Geber arbeiten

1. mit hoher maximaler Nichtlinearität,

2. mit kleinen Betriebsbereichen oder

3. mit Membranen, die einen hohen Minimalarbeitsbereich mit aufwendigem oder überhaupt nicht vorhandenem Überdruckschutz aufweisen.

Die Membranen und Druckdosen dieser Differentialdruck-Messeinheiten haben ausserdem geringe spezifische Druckspannungen. Beispielsweise benutzt eine typische bekannte Differentialdruck-Messeinheit zwei komplizierte tiberdruckrohre zum Überdruckschutz.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Flüssigkeitsdruckanordnung anzugeben, die die Nachteile der bekannten Anordnungen nicht aufweist, und insbesondere eine grosse Linearität über einen weiten Betriebsbereich bei kleinem Durchfluss mit einer hohen spezifischen Widerstandsfähigkeit gegen Überdrücke aufweist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

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Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nun zusammen mit der Erfindung und deren Vorteilen anhand-der Figuren der Zeichnung näher erläutert ,

Fig. 1 zeigt schematisch eine analoge Durchflussmesserquelle,

Fig. 2 zeigt den Grundriss einer Differentialdruck-Messeinheit vom Membrantyp,

Fig. 3 zeigt den linken Seitenriss der Differentialdruck-Messeinheit von Fig. 2,

Fig. 4 zeigt den Aufriss einer Abdeckplatte, von der zwei bei einer Differentialdruck-Messeinheit der Fig. 2 und 3 verwendet werden,

Fig. 5 zeigt den Grundriss der in Fig. 4 dargestellten Abdeckplatte,

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Fig. 6 zeigt den Längsschnitt der Abdeckplatte entlang der Linie 6-6 von Fig. 5,

Fig. 7 zeigt den Vertikalschnitt der Differentialdruck-Messeinheit bezüglich der Linie 7-7 von Fig. 2,

Fig. 8 zeigt den Grundriss einer in der Differentialdruck-Mese einheit nach den Fig. 2 und 3 verwendeten Dehnungsmessanordnung,

Fig. 9 zeigt den Vertikalschnitt der Dehnungsmessanordnung von Fig. 8 bezüglich Linie 9-9,

Fig. IO zeigt eine perspektivische Ansicht eines in den Fig. 8 und 9 dargestellten metallischen Stanzteile:,

Fig. 11 '.:eigt den Vertihalschnitt der Differential-

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druck-Messeinheit von Fig. 2 bezüglich Linie 11-11,

Fig. 12 zeigt den Seitenriss der Fig. 11, Fig. 13 zeigt den Grundriss einer Membran,

Fig. 14 zeigt stark vergrössert den Radialschnitt der Membran von Fig. 13 entlang der Linie 14-14,

Fig. 15 zeigt den Vertikalschnitt der in Fig. gezeigten Membran entlang der Linie 15-15,

Fig. 16 zeigt in graphischer Darstellung die Linearitäts-bzw. Nichtlinearitätskennlxnie einer Membran nach Fig. 13 im Vergleich mit der einer herkömmlich gerippten Membran,

Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Rohrleitung weist die dicht darin befestigte Scheibe 41 mit der öffnung auf. Die Differentialdruck-Messeinheit 45 ist über die beiderseits der öffnung 42 angeordneten Leitungen 43 und mit der Rohrleitung verbunden. Das Weiterverwertungsmittel ist über die übertragungsschaltung 46 mit dem Ausgang der Differentialdruck-Messeinheit verbunden.·

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Die Differentialdruck-Messeinheit''bilclet zusammen mit der übertragungsschaltung 46 eine üblicherweise als Geber bekannte Einheit. Das Vieiterverwertungsmittel 47 kann ein in Druckdifferenz oder in Durchflussgeschwindigkeit geeichtes MiIi!amperemeter, ein Prozessregler o.a. sein.

Dxe Fig.2bis 15 veranschaulichen die Differentialdruck-Messeinheit 45. · .

Die Übertragungsschaltung 46 kann herkömmlicher Art sein. Sie kann aber auch mit der in der US-PS 3 518 886 beschriebenen identisch sein, wobei jedoch die beiden in dieser US-Patentschrift beschriebenen Dehnungsmesser durch die beiden Dehnungsmesser der folgenden Beschreibung ersetzt werden. Einige der Anordnungen der US-PS 3 518 sind in den Fig. 8 und 9 wiedergegeben. Somit können dort/ wo solche Anordnungen wiedergegeben sind, diese Anordnungen von dem Teil der Anordnungen der US-PS ?. 518 886 . weggelassen werden, falls die nicht entfallenden Anordnungen mit der übertragungsschaltung vereinigt sind.

Es dürfte hilfreich sein anzumerken, dass einige der verschiedenen Risse der Fig. 2 bis 15 in dem einen Maßstab und andere in einem anderen davon verschiedenen Maßstab gezeichnet sind. Im Interesse der Klarheit sind einige Risse vergrössert oder stark vergrössert. Bei den Membranen nach den Fig. 11, 13 und 15 sind im Interesse der Klarheit ausserdem einige Hintergrundslinien fortgelassen worden.

Die Differentialdruck-Messeinheit 45 der Fig. 2 weist zwai Abschlussplatten auf, von denen die eine das Be^ugszeichen 48 trägt. Die· andere Abschlussplatte ist aus der Fig. 2 nicht ersichtlich, da sie dieselben Abmessungen wie die Abdeckplatte 48 aufweist und zu ihr fluchtend angeordnet ist. Die andere Abdeckplatte hat in Fig. 3 das Bezugszeichen 49. Die Abdeckplatte 49 wird nicht im einzelnen beschrieben, da sie mit der Abdeckplatte 48 identisch ist.

Die Abdeckplatte 48 nach Fig. 2 weist einen nach oben

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ausladenden Vorsprung 50 auf. Beide Abdeckplatten 48 und werden am Körper 51 der Fig. 3 durch die Schrauben 52, und 54 nach Fig« 2 festgespannt. Die Differentialdruck-Messeinheit nach Fig. 2 weist ein zylinderförmiges Rohr auf, welches mit dem Körper 51 verbunden ist. Das Rohr 55' stellt ein Gehäuse für elektrische Zuleitungen dar, die mit der Differentialdruck-Messeinheit 45 verbunden werden können. Die Fig. 8 und 9 zeigen das Rohr 55 in einem grösseren Maßstab.

Zu Fig. 3 ist zu bemerken, dass der Kopf 56 der Schraube am Ansatz 57 dar Abdeckplatte 48 anliegt. Die Schraube hat einen Schaft 58 mit dem Gewinde 59. Auf den Schaft ist die Mutter 60 geschraubt, die die Abdeckplatte 48 und 49 zusammenzieht, so dass der Körper 51 fest verschlossen in einer bestimmten' Lage relativ zu den Abdeckplatten 48 und 49 eingeklemmt ist«

Die Abdeckplatte weist den Ansatz 61 auf, zwischen dem und der Mutter 60 auf dem Schaft 58 der Federring 62 angeordnet ist. Die Ansätze 57 und 61 der Abdeckplatten ' haben Löcher, durch die der Schaft 58 hindurchführt.

Sämtliche Schrauben 52, 53 und 54, die mehr oder weniger symmetrisch zueinander angeordnet und von gleicher Bauart sind, sind mit Muttern und Federringen versehen. Sie dienen in gleicher Weise wie die Schraube 53 nach Fig. dazu, die Abdeckplatten 48 und 49 in Druckverbindung mit dem Körper 51 zu halten.

Die Abdeckplatten 48 und 49 nach Fig. 3 haben die Stirnflächen 63, 64. Die Abdeckplatte 48 bildet mit dem Körper eine erste noch zu erläuternde abgeschlossene Kammer. In ähnlicher Weise, jedoch unterschiedlich zu dieser abgeschlossenen Kammer, bildet die Abdeckplatte 49 mit dem Körper 51 eine zweite abgeschlossene Kammer. So hAt die Abdeckplatte 48 nach Fig. 4 und 5 den in die erwähnte erste abgeschlossene Kammer führenden Durchlass Die Stirnfläche 63 der Abdeckplatte 48 hat nach Fig. und 4 die Einsenkung 66 und ausserdem die Gcwindelöcher

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67 und G8. Die Anordnung mit dem Durchlass 65, der Einsenkung 66 und den Gewindelöchern 67 und 68 ist haviptsächlich für eine Flüssigkeitsankopplung mit beispielsweise irgendeinem herkömmlichen am Ende einer Rohrleitung angebrachten Rohrverbindungsstück vorgesehen/ wie es zusammen mit den Leitungen 43 und 44 verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform kann die Stirnfläche der Leitung selbst mit einer Nut versehen werden, die einen Dichtring enthält, um eine dichte Verbindung zwischen der ringförmigen Stirnfläche 66' der Einsenkung und dem Durchlass 65 zu erhalten, vgl. Fig. 4. Zur Befestigung des Rohrverbindungsstückes sind Kopfschrauben verwendbar, die in die Gewindelöcher 67 und 68 eingeschraubt werden. Die Fig. 4 zeigt eine um 90° aus der Lage der Fig. 3 gedrehte Ansicht eier Abdeckplatte 48.

Die Fig. 5 zeigt einen weiteren Grundriss der Abdeckplatte '48 zur Veranschaulichung der durch ihre Ansätze 72, 57 bzw. gehenden Schraubenlöcher 69, 70 und 71.. Nach Fig. 5 ist die Abdeckplatte 48 becherförmig geformt und weist eine becherförmige Kammer oder Vertiefung 74 auf, mit der der Durchlass 65 in Verbindung steht, vgl. Fig. 6.

Die Fig. 7 veranschaulicht einen Teil einer Dehnungsmessanordnung 75, die mittels vier Sechskantschrauben 76 mit dem Körper 51 verbunden ist, die in entsprechenden Bohrungen des Flansches 77 verschiebbar angeordnet sind und mit Unterlegscheiben 78 versehen sind. Der Flansch ist sowohl in Fig. 8 und 9 dargestellt, jedoch sind die Gewindclöc.ner im Körper 51, in die die Schrauben eingedreht werden, und die Löcher im Flansch 77, in denen die Sechskantschrauben 76 verschiebbar gelagert sind, nicht dargestel3t. Der Flansch 77 ist mit einem ringförmigen Ansatz 79 versehen, wie die Fig. 7, 8 und 9 zeigen. Das Rohr 55 (in Fig. 7 ebenfalls gezeigt) ist durch Hartlöten oder anderweitig im ringförmigen Ansatz 79 bei 80 befestigt, wie Fig. 9 zeigt.

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Vom Inneren des Körpers 51 führen vier elektrische Zuleitungen nach aussen, von denen jedoch lediglich zwei, die Zuleitungen 81 und 82, in Fig. 9 gezeigt sind. Die vier Zuleitungen sind durch die Glasscheibe 83 geführt und dort eingeschmolzen, die wiederum in den Metallring

84 eingeschmolzen ist. Der seinerseits ist in der Bohrung

85 eines Vierkantrohres 86 befestigt, das mit dem Flansch fest verbunden ist.

Der Flansch 77 weist eine Ringnut 87 auz, in der der Dichtring 88 angeordnet ist. Somit ergibt sich eine flüssigkeitsdichte Verbindung um die öffnung 89 durch die Wand des Körpers 51, wenn die Sechskantschrauben 76 den Flansch fest an den Körper 51 pressen. Dies ist erforderlich, da die Differentialdruck-Messeinheit 45, wie auch manche herkömmlichen Differentialöruck-Messeinheiten, mit einer Flüssigkeit gefüllt wird. Im vorliegenden Fall füllt die Flüssigkeit den gesamten Innenraum des Körpers 51 aus.· Da dadurch und durch umgebende Bauteile mit mindestens zwei Membranen der Innenraum begrenzt ist, sollen diese nun beschrieben werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 9 ist das Block- oder Vier-•kantsegment 90 in der gezeigten Lage beweglich angeordnet. In den Block 90 erstreckt sich die Bohrung 91 hinein. Das Vierkantrohr 86 weist ebenfalls eine Bohrung 92 auf, welche mit der Bohrung 91 fluchtet. Zur Festlegung befindet sich in beiden Bohrungen 91 und 92 der Stift 93, der mit Press-Sitz im Vierkantrohr.86 oder im Block 90 befestigt sein kann.

Der Blattfederhebelarm 94 wad die Klemmplatte'95 veisen Bohrungen auf_r die mit dem.'Schraubenloch 96 pnd der Bohrung 92 im Vierkantrohr 86 grob fluchten und, in die in Fig. 8 und 9 gezeigte Lage gebracht, mit der Schraube im Block 90 an der Klemmplatte 95 festgeschraubt werden.

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Der Blattfoderhebelarm 94 und andere in Fig. 8 und 9 rechts von der Linie 98 von Fig. 8 gezeigten Teile können herkömmlicher Art sein. So ist es beispielsweise üblich,einen Dehnungsmesser an gleicher Stelle auf entgegengesetzten Seiten des Blattfedcrhebelarms anzuordnen. Zwei dieser Dehnungsmesser werden verwendet. In Fig. 8 ist jedoch nur ein Dehnungsmesser 99 gezeigt.

Bekanntlich weist jeder Dehnungsmesser zwei Anschlüsse auf. Comit wird ein Anschluss jedes-Dehnungsmessers mit einer entsprechenden Zuleitung verbunden. Die anderen Anschlüsse der Dehnungsmesser werden dann mit den entsprechenden Zuleitungen 81 und 82 verbunden. Der Anschluss 100 liegt am einen Ende des Dehnungsmessers 99 von Fig. 8, während der andere Anschluss 101 mit dem anderen Ende verbunden ist. Der Übersichtlichkeit halber ist -die Verbindung der Anschlüsse 100, 101 und die der zwei Anschlüsse des anderen Dehnungsmessers mit den Zuleitungen 81, 82 weggelassen. Das in Fig. 8 gezeigte Metallstanzstück 102 weist die Nase 103 auf, die durch Hartlöten oder anderweitig über ihre gesamte Fläche mit dem Endteil 104 des.Blattfederhebelarms 94 verbunden ist, vgl. auch Fig. 9 und 10.

"Der Blattfederhebelarm 94 der Fig. 9 hat die Abschnitte 105, 106. Der Abschnitt 106 ist der festgehaltene Endteil, während der Endteil 104 frei beweglich ist. Der Abschnitt 105 verläuft nach Fig. 8 konisch, wird als Abschnitt konstanter mechanischer Spannung bezeichnet und ist ebenso wie der Abschnitt 106 in herkömmlicher Weise ausgebildet, dagegen ist der Endteil 104 in nicht üblicher Weise gestaltet. Die Abschnitte 104 und 105 gehen ebenso . v.ie die Abschnitte 105 und 106 ineinander über. Der Grund-· riss des Abschnitts 106 ist identisch mit dem Grundriss der Klemmplatte 95, ähnlich wie in Fig. 8 gezeigt.

Wie die'Fig. 10 veranschaulicht, wird das Metallstanzstück 1O2 durch Ausstanzen der etwa U-förmigen öffnung λΟ7 unter Aussparung der Nase 1Ο3 hergestellt, die in eine Ebene etwa senkrecht zur Ebene des übrigen Metallstanz-'stückes 102 gedrückt wir&o

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Die Fig. 11 zeigt eine vergrösserte Schnittansicht der Differentialdruck-Messeinheit 45 entlang der Schnittlinie 11-11 von'Fig. 2„ Derin Fig. 11 dargestellte Körper 51 enthält den Block 108 mi-t an seinen ringförmig ausgebildeten Stirnflächer. 117, 118 ,fest angebrachten Platten 109, 110/ wobei der Block 108 eine zylinderförmig ausgebildete äussere Oberfläche 111 aufweise, die gelegentlich durch andere Teile unterbrochen werden kann. Die Platten 109 und 110 sind im allgemeinen zylindrisch ausgebildet, besitzen jedoch Stirnflansche 112, 113.

Die Platte 109, die einen den Stirnflansch 112 übergreifenden Flansch 115 besitzt, wird dicht gegen den Block 108 mittels des Ringes 114 gepresst» Vorzugsweise werden vier Schrauben durch den Ring 114 gesteckt und im Block 108 verschraubt, so dass die Platte 109 dicht am Block 108 befestigt ist. Das Gewindeloch 68 (Fig.5) fehlt in Fig.

In Fig. 11 sind wieder die Abdeckplatten '48 und 49 gezeigt. Der Ring 114 v/eist die kreisförmige Ringnut 119 auf, in der der Dichtring 121 angeordnet ist, der eine flüssigkeit sdichte Verbindung zwischen der Abdeckplatte 48 und der Platte 109 gewährleistet.

Alle in Fig. 11 oberhalb der Stirnfläche 117 gezeigten Teile des Blockes können insgesamt mit allen unterhalb der Stirnfläche 118 des Blockes gezeigten Teilern identisch sein. Aus diesem Grunde werden im folgenden lediglich die Teile unterhalb der Stirnfläche 118 des Blockes im einzelnen beschrieben. - ·. ·

Die Fig. 11 zeigt eine insgesamt kreisförmig ausgebildete Metallmembran 123 mit einem Ringteil 124, der durch Nahtschweissung mit der Platte 109 auf deren Ringflächc 125 befestigt ist. Die Nahtschweissung ergibt eine flüssig-Keitsdichte Verbindung an gesamten umfang der Platte 109 und JbestiHüiüt aasssrcleia <äi@ 3Lage des Ringteils 124 der Membran 3.23 r&ÜL&ti'j"· a^r Platt©

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Die Membran 123 der Fig. 11 weist einen kreisförmigen Mittelteil 126 auf, der vollkommen mit der Scheibe 127 verbunden ist. Der Gewindebolzen 128 bildet mit der Scheibe 127 einen· einheitlichen Körper oder ist anderweitig daran befestigt und in das am einen Ende des Mittelbolzens 130 befindliche Gewinde 129 eingeschraubt.

In gleicher Weise hat die Platte 110 die daran befestigte Metallmembran 131. Beide Membranen 123, 131 sind am Mittelbolzen 130 befestigt. Der Mittelbolzen 130 ist vorzugsv.'sise in besonderem Bohrungen des Blockes 108 verschiebbar gelagert. Vorzugsweise sind die Abmessungen der Bohrungen so gross, dass überall ein Zwischenraum verbleibt.

Es sei hervorgehoben, dass in Fig. 11, wie bereits erwähnt, zwischen der Abdeckplatte 48 und der Membran 123 ein Abstand und eine dazwischenliegende, dadurch gebildete Kammer vorhanden ist. In gleicher Weise bilden die Abdeckplatten und die Membran 131 die Kammer 133. Die Kammern 132, 133 sind flüssigkeitsdicht. Beispielsweise ist die Kammer sowohl aufgrund der Verwendung des Dichtungsringes 121 als auch aufgrund der Nahtschweissung flüssigkeitsdicht, die eine dichte Verbind.ung zwischen dem Ringteil 124 der Membran 123 und der Ringflache der Platte 109 gewährleistet. Natürlich sind die Kammern 132, 133 bis auf den Durchlass der in Fig. 6 gezeigten Abdeckplatte 48 und einen mit diesem identischen Durchlass in der Abdeckplatte 49 flüssigkeitsdicht. ^:

Die Stirnfläche 117 des Blockes 108 weist die kreisförmige Nut 134 auf, in der der DJ.chtring 135 angeordnet ist, der eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Block und der Platte 109 gewährleistet. In gleicher Weise ist in der Stirnfläche 118 die kreisringförmige Nut 135 vorgeselien,. in der sich der Dichtring 137 befindet, der eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Block 108 und der Platte 110 gewährleistet.

Um die erforderliche Flüs.sigkeitsfüllmenge sämtlicher in

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Verbindung stehender Kammern zwischen den Membranen . · '-,-·. -123/ 131 auf einen Minimalwert zu bringen, sind die · ringförmigen Füllstücke 138 und 139 vorgesehen. Es ist bekannt, beispielsweise eine Differentialdruck-Messeinheit vom Balgentyp mit einem Silikonöl oder einer anderen Flüssigkeit als teilweisen Schutz gegen überdruck zu füllen.

Ferner ist die Schraubenfeder 140 vorgesehen, der^n eines Ende 14Γ am Block 108 und deren anderes Ende 142 am Steg 143 befestigt ist, der entweder em Mittelbolzeri 130 befestigt ist oder mit dier.-em vereinigt ist.

In manchen Fällen kann die Schraubenfeder 140 wegfallen, ,wodurch die Differentialdruck-Messeinheit symmetrisch wird, d.h. dass der Druck in Kammer 132 grosser als der in . Kammer 133 oder der Druck in Kammer 133 gr.össer als der in Kammer 132 sein kann. Bei der veranschaulichten Anordnung ist Kammer 133 die Hochdruckkammer, da die von der Schraubenfeder 140 auf den Steg 14.3 ausgeübte Kraft entgegen der von der Membran 131 aufgrund eines Druckanstiegs in Kammer 133 ausgeübten Durchbiegung gerichtet .ist.

In Fig. 1.1 ist das Metallstanzstück 102 mittels der Klemmplatte 144, die das Metallstanzstück 102 fest gegen den Steg 143 drückt und ü-förnig ist (vgl. Fig. 11. und 12), am Steg 143 in fester Lage bezüglich des Mittelbolzens festgeklemmt, während die Klemmplatte 144 am Metallstanzstück 102 durch die Sechskantschrauben 145, 146 befestigt ist, die in den Steg 143 eingeschraubt sind und somit die Klemmplatte 144 fest gegen das Metallstanzstück 102 drücken. Die Teile 123', 131' der Membranen 123, 131 liegen bei entsprechendem überdruck an den Platten 109, 110 an. Dabei sitzen die Teile 123', 131' der Membranen auf Kegelstumpfflächen 109* ,.110' der Platten 109 bzw. 110 auf.

Der Steg 143 weist nach Fig". 12 die Abstufung 14 7 und die durchgehendeflAusgleichsbohrungen 148, 149 auf, die das DurchfHessen der auf gegenüberliegenden Seiten des Steges 143 befindlichen Flüssigkeit erleichtern und dadurch

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die Ansprechgeschwindigkeit der' Differentialdruck- . Messeinheit 45 im Bedarfsfall erhöhen. Alternativ oder auch zusätzlich können die Ausgleichsbohrungen 148, 149 aber auch mit mehr oder weniger starken Einengungen des Durchflusses versehen werden, die eine Bedämpfung des Ausgangs der Differentialdruck-Messeinheit 45 bewirken.

Die Membran 131 kann, wie bereit!· erwähnt, im Bedarfsfalle mit der Membran i2H identisch sein. Daher wird ' lediglich die Membran 123 in weiteren Einzelheiten beschrieben.

Die Fig. 13 zeigt den Grundriss der Membran 123, die über ihre gesamte Fläche eine im wesentlichen gleichr mässige Dicke aufweisen und vorzugsvreise aus einem runden, dünne_{n t} ebenen Blech gleichmässiger Dicke von etwa 0,l?7 mm aus 17-7 oder 17-4 seigerungshärtbarem, rostfreiem Stahl hergestellt, sein kann. Es sind jedoch auch andere Materialien verwendbar - sogar Kunststoff. Jedoch wird im Hinblick auf die Bruchfestigkeit dieser seigerungshärtbare rostfreie Stahl vorgezogen. Andere verwendbare Materialien sind martensitischer 'rostfreier Stahl, der in den USA unter der Bezeichnung "400 stainless steel" bekannte rostfreie Stahl, Kobaltlegierungen wie die unter dem Handelsnamen "Elgilloy" bekannte Kobaltlegierung der Fa. Hamilton Watch Compnany. Auch kann der in den USA. unter der Bezeichnung ^Ir316 stainless steel" bekannte rostfreie Stahl verwendet werden. Die Membran 123 kann aus jedem formbaren Material mit einer Verformbarkeit (Duktilität) von mindestens 25 Prozent hsrgestellt werden. '

Im Bedarfsfall können die Membranen 123 und -131 auf dieselbe Weise gefertigt werden.

Die Membran 123 kann somit in einer Presse zwischen Formteilen entsprechend den in den Fig. 13, 14 und 15 gezeigten 'Abmessungen und Formen, jedoch nicht ,unbedingt maßstabsgerecht, hergestellt werden.
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Die Fig. 13 zeigt die Membran 123 mit dem Ringteil 124. Bis auf die Zylinderfläche 150 kann der Ringteil 124 im wesentlichen parallel zueinanderverlaufende Oberflächen in entsprechenden parallel zueinanderverlaufenden Ebenen . aufweisen. Die Membran 123 hat die Membranteile "151, 152, die

• man allgemein als Halbtorusse definieren kann, die in einer Ebene senkrecht zu ihrer Achse geschnitten sind und die Radien Γ! und r besitzen, wodurch die verschiedene Lage der Torusse der Mombranteile 151, 152 definiert ist.

Die Achse des Toms, der die eina Oberfläche des Membranteils 152 begrenzt, ist im allgemeinen mit der Achse des Torus, der die eine Oberfläche des Membranteils begrenzt, identisch. Diese Achse verläuft senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 13 durch den Mittelpunkt 153. Die Membranteile 151, 152 sind durch Speichen 155 verbunden, mit denen sie ein geprägtes Rad 154 bilden. Jedes Paar von benachbarten Speichen 155 ist über kreisbogensegmentförmige Stege 156 miteinander verbunden. Jeder Steg verbindet

• ausserdem die Membranteile 151 und 152.

Ist die Membran 123 unbelastet, liegt die obere Ober-,flächenseite des Steges 156 im allgemeinen in der gleichen Ebene wie die oberen Oberflächenseiten des Ringteils und die des Mittelteils 126. In gleicher Weise liegen die unteren Oberflächenseiten des Steges 156, des Ringteils 124 und des Mittelteils 126 in einer Ebene.

Die Speichen 155 zeigen im allgemeinen die Form eines • Halbzylinders. Die in Fig. 15 veranschaulichten können beispielsweise einen Durchmesser F von 3,3 mm aufweisen. Falls erwünscht, kann die in Fig. 13 ersichtliche Abmessung E ebenfalls 3,3 mm betragen. Das Gleiche gilt für die Abmessung D. Falls gewünscht, kann die Abmessung G . der Fig. 13 zu 2,9 mm gewählt werden.

Die Rückansicht der Membran 123 ist im wesentlichen mit der Fig. 13 identisch. Dabei sind jedoch die Halbtorusse Vertiefungen. Dazu wäre zu bemerken,*dass die Speichen und die Membranteile 151, 152 auf der einen Oberflächen-,

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seite, d.h. auf der in der Fig. 13 gezeigten, HaIbtorusse sind und auf der Rückseite. Vertiefungen, weil die Membran 123 eine im wesentlichen gleichmässige Dicke besitzt. Tn diesem Fall entspricht jede Vertiefung einer entsprechenden Speiche 155, die dann in Verbindung mit Vertiefungen innerhalb entsprechender Membranteile liegt,' wie durch Pfeile 157 in Fig. 13 angedeutet ist.

Falls gewünscht, kinn der RadiusR zu 63 mm und der Radius r zu 11,25 mm gewählt worden.

Vorzugsweise ist die Kurvenform des Membranteils 151, wie in Fig. 14 gezeigt, nahezu ein Halbkreis, soweit möglich. Sie kann jedoch eine etwa S kompliziertere Bogenlinie sein. Das gleiche gilt für den radial sich erstreckenden Schnitt durch den Membranteil 152 lind den Querschnitt senkrecht durch eine Speiche 155.

Wie bereits erwähnt, sind im Interesse der Klarheit die Hintergrundlinien bei den Membranen 123 und 131 in einigen Teilen der Fig. 11, 13 und 15 weggelassen. Beispielsweise fehlen die Hintergrundlinien iii Fig. 15 an den vier Stellen 158.

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Wird eine Flüssigkeit unter einen; Dr ick in die Kammer geleitet, der grosser als der Flüssigkeitsdruck in Kammer 3,32 ist, so werden sich die Membranen 123, 131 von Fig; Il nach oben biegen, wobei sich der Mittelbolzen 130 in die gleiche Richtung bewegt. Das am Mittelbolzen befestigte Metallstanzstück 102 verbiegt daher den in Fig. 8 gezeigten

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Blattfederhebelarm entsprechend der in Fig. 9 gewählten /mordn'ung noch unten. Die am Blattfederhebelarm 94 befestigten beiden Dehnungsmesser v/erden dadurch deformiert und die mit ihnen verbundene Übertragungsschaltung 46 kann somit daa Woiterverarber'.tungsmittel 47 veranlassen,

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beispielsweise die Durchflussmenge anzuzeigen. Wie bereits erwähnt, kann das Weiterverarbeitungsmittel 47 in diesem Fall ein Milliamperemeter sein, welches in Volumeneinheiten pro Zeiteinheit geeicht ist ο Das Ausgangssignal der übertragungsschaltung 46 von Fig. 1 kann dann ein Gleichstrom sein, der unmittelbar proportional zu den Druckdifferenzen der Flüssigkeiten in den Kammern 133 und 132 ist.

Der Hauptvorteil der Bifzerentialdruck-Messeinheit 45 ist ihre Linearität, die bei 159 in FIg₀ 16 als Funktion der Durchbiegung dargestellt ist. Die Linearität einer gerippten runden Membran ist bei 160 in Fig. 16 nach Werten veranschaulicht, die vom U.So National Bureau of Standards veröffentlicht wurden. Hinsichtlich "Fig. 16" wird hervorgehoben, dass die Kurve 159 einen in einem Durchbiegungsbereich liegenden Teil 161 aufweist", der eine wesentlich bessere Linearität zeigt als "die Kurve '160. Im allgemeinen werden jedoch die Membranen 123/ 131 gerade in diesem Bereich der Kurve 159 betrieben.

Im vorliegenden Fall ist es üblich? die Kurven 1553,. 3,60 als "Linearitäts"-Kurven zu bezeichnen» Tatsächlich ist die dargestellte Funktion eher nichtlinear als linear. Ein mit X markierter Punkt 162 ist den Betriebsdaten entnommen. Zunächst wird eine Druek-Durchbiegungs-Kurve aufgenommen. Die Nichtlinearität, beispielsweise am Punkt 162, wird dann dadurch bestimmt„ dass eine gerade Linie vom Koordinaten-Nullpunkt (0,0) zn einem Punkt auf der Druck™ Durchbiegungs-Kurve gesogen wird. Es ;\'irä der maximale Fehler zwischen Null and beispielsweise Punkt" 162. gemessen. Dann wird die prozentuale Linearität (tatsächlich Nichtlinearität) - für Punkt 162 berechnet, indem, eier maximale Fehler durch die Ordinate des Punktes 162 dividiert und mit 100 multipliziert wird»

Durch die Anwendung des geprägten Rades 154 ist es möglich, eine gute Linearität über einer grossen Durchbiegung und eine grosse Durchbiegung über einem kleinen Druckbereich <!U erzielen.

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Unter dem Begriff "Mittel zum Zuführen von Flüssigkeit unter Druck" sollen in der Beschreibung und den Ansprüchen mindestens eines der folgenden Mittel mit oder ohne weitere Tei]e gemeint sein: eine unter Druck stehende Flüssigkeitsquelle, eine Zuleitung, ein Einlass oder eine ähnliche Zuführungsöffnung.

Das hier und in den Ansprüchen verwendete Wort "Ausgangssignal" soll oin mechanisches, elektrisches oder anderes Ausgangssignal bedeuten.

Die in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Bezeichnung "gemeinsamer Körper" soll eine angebolzte, verschraubte, gebondete, verschmolzene oder anderweitig erfolgte Verbindungsart von Teilen ausschließen, jedoch einen erschmolzenen oder einzigen einheitlichen Materialkörper umfassen, der solcherart im natürlichen Zustand gefunden, mittels einer "chemischen Reaktion erzeugt, erschmolzen oderauf ähnliche Weise gefertigt wurde,' dass er über die Verbindungsstelle der Teile im wesentlichen isotrop ist. '

Die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Bezeichnung "Weiterverarbeitungsmittel" soll, jedoch. nicht ausschliesslich, ein in Durchflussmenge,' -geschwindig-' keit oder in Differenzdruck geeichtes Ampere- oder Milliamperemetor oder auch einen Prozessregler umfassen.

Die Kurve 160 in Fig. 16 weist die Punkte 164, 165, 166 auf. Die Werte sämtlicher Punkte 161 bis einschliesslich. 166 bedeuten folgendes. Die Membranen entsprechend den Kurven 159, 160 in Fig. 16 weisen jede einen Radius R von 22,2 mm auf. Die Durchbiegungen für die Punkte 164) 165 und 166 entsprechen 1/2 %, 1 % und 2 % von 2R. Den Punkten 164, 165 und 166 sind Nichtlinearitäteri von 0,8 %, 0,7 % bzw. 0,4% zugeordnet. Die Punkte 163, 162.. und 161 haben für die gleichen Durchbiegungen (1/2 %, 1-%, 2 % von 2R) Nichtlinearitäten von 0,1 %, 0,6 % bzw. 2,6 %.

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Nachdem die Membran 123 nach Fig. 15,14 una 15 geformt worden ist, wird diese seigorungsgehärtet. Dies kann in herköitunlicher Weise geschehen. Beispielsweise kann die Membran 123 in einer Vakuumkammer auf eine Temperatur von 840 C erhitzt werden und bei dieser Temperatur 90 min verbleiben. Dann wird die Membran 123 auf Raumtemperatur durch Abschalten der Wärmequelle der Vakuumkammer und durch Einleiten von Stickstoff oder einem anderen Gas oder einer eine neutrale Atmosphäre ergcbendsn Gasmischung in die Vakuumkammer bei etwa 1 at Druck abgekühlt. Vorzugsweise wird die Membran 3.23 auf Räumtempeiatur innerhalb 1 h unmittelbar an die erwähnten 90 min abgekühlt. Dann wird die Membran während 30 min bei - 18° C gekühlt. Danach wird die Membran 123 in der Vakuumkammer wieder auf 565° C erhitzt und bei dieser Temperatur 90 _min lang gehalten. Die Membran wird anschliessend in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben abgekühlt.

Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung können die Membranen , insbesondere im Hinblick auf Korrosionsfestigkeit mit einer O₈,05 bis 0,075 mm starken Kunststoffschicht beschichtet werden.

Es ist bekannt, im Inneren von Differentia.ld.ruck-Messeinheitcn gelegentlich zwei Öffnungen vorzusehen» Diese Öffnungen werden dazu verwendet, durch eine von ihnen die Luft abzusaugen und durch die andere zum Füllen des Inneren der Differentialdruck-Messeinheit Flüssigkeit einzuleiten. Solche Öffnungen werden hier nicht beschrieben, es können aber irgendwelche Durchlässe herkömmlicher Art für diesen -Zweck; vorgesehen werden. .; r. · ~ - .'"■-. " '

Die Krümmung der in Fig. 13 gezeigten Membranteile 151 und 152 sowie die Krümmung der Speichen 155 wird insbesondere im Hinblick auf die Stabilität der Membran 123 gewählt. Sie wird daher auch übermässig hohen Belastungen widerstehen.

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Teilweise kann das in Fig. 8 gezeigte übertragungssystem durch irgendein herkömmliches übertragungssystem ersetzt werden. Die Dehnungsmesser nach Fig. 8 können auch am Blattfederhebelarm 94 unter Verwendung von Glas, einem Epoxidharz oder anderweitig befestigt werden. Anstelle des Übertragungssystems nach Fig. 8 können ein Drehmomentgeber (torque tube output) , ein elektromechanischen- Geber oder auch andere Bauelemente verwendet werden.

Die Membranen 123, 131 können ferner auch aus dem in den USA unter dor Bezeichnung "316 stainless steel" bekannten rostfreien Stahl hergestellt werden.

Unabhängig vom eben Erläuterten ist zu bemerken, dass die Verwendung von zwei Membranen nicht immer erforderlich ist. Die Erfindung kann auch bei Verwendung einer Membran zur Anwendung kommen, vgl. hinsichtlich von Ein-Balgen-Differcntialdruck-Messeinheiten die US-PS 2 752 949.

Die grossen Verbindungsflächen und die Biegsamkeit der Nase des Metallvtanzstückes 102 und seine Verbindung über die gesamte Fläche des Endteils 104 des Blattfederhebelarms 94 ergibt, wie bereits erwähnt, eine ungewöhnlich gute Genauigkeit. . ·

Unter "Durchbiegungs-Vollausschlag" soll allein ein Ausschlag in eine Richtung, entweder weg von odor gegen eine Lage ohne Belastung verstanden werden.

In Fig.-16 hat die zur Kurve 160 gehörende Membran gleichmässig eine schlechte Linearität, wenn sie in'*Gegenrichtung durch-. gebogen wird jund eine abrupte Änderung der Steigung in der neutralen Lage, d.h. bei Durchbiegung null. Die zur Kurve gehörende Membran hat dagegen eine gleichmässig gute Linearität, wenn sie in Gegenrichtung (die Hälfte der in Fig. 16 gezeigten Nichtlinearität) durchgebogen wird und keine unerwünschte abrupte Änderung der Steigung in neutraler Lage. In beiden Fällen bedeutet "Steigung" Steigung der Kurven 159 und 160 beiderseits der neutralen Lage bei kleinen positiven und negativen Durchbiegungen beispielsweise bei Durchbiegungen von höchstens + 0,23 mm.

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Claims (9)

Patentansprüche

1.J Flüssigkeitsdruck-Messanordnung zur Lieferung eines — Ausgangssignals als Funktion des FlussigJceitsdrucks, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eine kreisförmige Membran (123, J31) mit einem Zentralteil und einem Ringteil (124), der an einer Platte (109) zwischen einem inneren und einem äusseren von zwei konzentrischen Kreisen befestigt ist, und Mittel (65) zum Einströmenlassen der unter Druck stellenden Flüssigkeit auf die eine Seite der Membran vorgesehen sind und dass der Zentralteil mit einem mechanisch-elektrischen Wandler verbunden ist, der ein Ausgangssignal als Funktion des Flüssigkeitsdrucks abgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran seigerungsgehärtet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2₇ dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbiegung der mechanisch nicht vorgespannten Membran kleiner als 2 % des Durchmessers des inneren der beiden konzentrischen Kreise bei. einem Flüssigkeitsdruck von ungefähr 100 mm WS beträgt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3_# dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1Θ9) kreisförmig ist und zwischen den beiden konzentrischen Kreisen eben ausgebildet ist, dass die Membran (123, 131) im wesentlichen eben ausgebildet und über ihre gesamte Ausdehnung eine gleichförmige Dicke aufweist, die wesentlich kleiner als der Durchmesser einer der beiden konzentrischen Kreise ist, dass die Membran einen durch einseitige Prägung entstandenen radförmigen Zwischenteil mit Naben- „ Rand- und Speichenteilen aufweist, wobei der Nabenteil (152) von einem ersten Halbtorus und der Randteil (151) von einem zweiten Halbtorus gebildet wird, deren Schnittebenen senkrecht zu den mit der Membranachse identischen Torus-Achsen verlaufen, und dass

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die Speichenteile (155) die beiden Halbtorusse untereinander verbinden, den Halbtorussen entsprechende Halbzylinder darstellen, auf die Membran gleichförmig verteilt sind und sich in Verlängerung von Rauen der Membran erstrecken.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Metall besteht und acht speichenförmige Halbtorusse vorgesehen sind, so dass zwei benachbarte Speichen einen Winkel vco 45 bilden, und dass der Randteil der Membran vollständig mit dem Umfang der Platte (109) durch Nahtschweissung verbunden ist.

6.-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (.109) am Ort der Membran (123, 131) eine im wesentlichen der Form der Membranfläche entsprechende Anlagefläche (109', 110') aufweist, gegen die die Membran (123, 131) bei einem vorgegebenen Druckwert stösst, so dass ein Reissen der Membran bei grösseren Druckwerten als der vorgegebene verhindert ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche, (109¹ , HO¹) der Platte (109) kegelstumpf förmig ausgebildet ist«

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Membranen (123, 131) vorgesehen sind, die zentral auf zwei mit den Stirnflächen eines Mittelbolzens (130) vernchraubten Scheiben (127) derart befestigt"sind, dass sie symmetrisch einander gegenüberliegen, und dass der Mittelbolzen im Durchgangsloch eines Blockes (51) freibeweglich angeordnet" ist.

9. Anordnung nach eineui der Ansprüche 1 bis 8, dadurch • gekennzeichnet, dass mit dem Mittelbolzen (130) ein Metallstanzstück (102) fest verbunden ist, dessen ausgestanzte Nase (103) auf einen Blattfederhebelarm (94)

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einwirkt _f und dass auf den beiden entgegengesetzten Oberflächenseiten des Blattfederhebelarms jeweils ein Dehnungsmesser (99) angebracht ist, deren elektrische Ausgangssignale über Leitungen nach aussen geführt sind»