DE2448629B2

DE2448629B2 - Differenzdruck-Meßzelle

Info

Publication number: DE2448629B2
Application number: DE19742448629
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Nuernberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE2448629C3; DE2448629A1; JPS5164978A

Description

Die Erfindung betrifft eine Differenzdruck-Meßzelle, mit einer aus zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Kammerhälften aus Metal' mit Glaseinsätzen und einer dazwischen aufgespannten Meßmembran gebildeten Meßkammer mit darin mündenden Druckzuleitungen und einem, die differenzdruckabhängige Auslenkung der Meßmembran abbildenden elektrischen Abgriffsystem, wobei zur Abstützung der Meßmembran bei Überlastung die ihr gegenüberliegenden Flächen der Glaseinsätze kugelkalottenförmig ausgebildet sind.

Eine derartige Differenzdruck-Meßzelle ist beispielsweise aus der DE-OS 20 52 515 bzw. der US-PS 36 18 390 bekannt. Sie weist ein kapazitives Abgriffsystem auf, wobei die Elektroden eines Differentialkondensators aus metallischen Belägen der kugelkalottenförmig ausgebildeten Flächen der Glaseinsätze und der metallischen, gegen diese isolierten Meßmembran bestehen. Neben dem Vorteil einer gegenüber anderen Ausführungen mit Ventilen einfachen Überlastsicherung, weist diese Meßzelle jedoch verschiedene Nachteile auf, so muß die die Meßmembran enthaltende Meßkammer mit einer inkompressiblen Flüssigkeit mit möglichst konstanten dielektrischen Eigenschaften gefüllt und nach außen durch Vorlagemembran abgeschlossen werden, wobei auf eine genaue Abstimmung der Größe der Voriagemembranen und der von ihnen zurückgelegten Wege in bezug auf das eigentliche Meßsystem zu achten ist.

Außerdem können meßwertverfälschende Streukapazitäten zwischen den Elektroden und dem Gehäuse, bzw. den Zuleitungen auftreten, was häufig eine Anordnung der elektrischen Auswerteschaltung in unmittelbarer Nähe der Meßzelle notwendig macht.

Bei einem anderen bekannten kapazitiven Druckwandler (DE-OS 22 21 062) besteht die Meßkammer aus zwei schalenähnlichen, an den Rändern miteinander verschmolzenen Teilen aus Isolierstoff, beispielsweise Glas oder Quarz, sie ist im Innern luftleer gepumpt und auf den sich gegenüberliegenden Innenwänden mit Metallbelägen versehen, die die Elektroden eines einfachen Kondensators bilden. Diese Ausführung weist jedoch keine gegensinnig von Drücken beaufschlagbare Meßmembran auf, weswegen sie für Differenzdruck-Meßungen, insbesondere mit hohen Absolutdrücken, völlig ungeeignet ist Um meßwertverfälschende Ein-

•o Streuungen zu vermeiden, müssen auch hier Schutzmaßnahmen, nämlich eine Außenmetallisierung der Meßkammer, vorgesehen werden.

Bei einer ebenfalls aus zwei schalenförmigen Hälften zusammengesetzten Membrandose für barometrische Messungen sind die Membranen ebenfalls aus Glas hergestellt (DE-OS 21 37 188), dies ergibt sich jedoch zwangsläufig aus dem dort verwendeten interferrometrischen Meßprinzip. Auch diese Membrandose ist für Differenzdruck-Messungen ungeeignet.

FQr den Einsatz in industriellen Betrieben weitaus geeigneter sind Differenzdruck-Meßzellen, deren Meßmembranen in bekannter Weise mit Dehnungsmeßstreifen-Anordnungen versehen sind, deren Widerstandsänderungen ein Maß für die wirkdruckproportionale Auslenkung der Meßmembran ist. Technologische Schwierigkeiten ergeben sich jedoch beim Verbinden der herkömmlichen Dehnungsmeßstreifen mit einer Metallmembran sowie bei dem häufig erforderlichen Schutz der empfindlichen Dehnungsmeßstreifen vor aggressiven Meßmedien. Dazu ist es bekannt, die Dehnungsmeßstreifen mit einer elastischen Schutzschicht aus Gummi oder dergleichen zu überziehen bzw. sie in einen elastomeren Werkstoff einzubetten. Derartige Maßnahmen sind jedoch in Verbindung mit Meßmembranen unzweckmäßig, da dadurch deren Federcharakteristik in nicht vorhersehbarer Weise beeinflußt wird.

Für Druckmeßzellen mit einer metallischen Meßmembran, insbesondere für solche, die unter hohen Absolutdrücken arbeiten sollen, gilt allgemein, daß die druckdichte und verspannungsfreie Verbindung der Meßmembran mit den Rändern der Meßkammer infolge der unterschiedlichen materialspezifischen Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe mit großen

Schwierigkeiten verbunden ist.

Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Differenzdruck-Meßzelle der eigangs genannten Bauart hinsichtlich des herstellungsmäßigen Aufwands beim Einspannen der Meßmembran sowie durch Wahl eines wenig störanfälligen, leicht herstellbaren und auf einfache Weise zu betreibenden Abgriffsystems zu verbessern.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird in einer Differenzdruck-Meßzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 gesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Meßmembran aus Glas besteht und mit den Rändern der Glaseinsätze in den Kammerhälften verlötet oder verschweißt ist und daß als Abgriffsystem Widerstandselemente in an sich bekannter Dehnungsmeßstreifen-Anordnung in ihre Oberfläche eingebracht sind.

Durch das relativ einfache Verlöten oder Verschweißen der aus dem gleichen Werkstoff bestehenden Glaseinsätze mit der Meßmembran ist eine druckdichte und verspannungsfreie Verbindung möglich. Bei entsprechender Auslegung des die Glaseinsätze umschlie- ßenden Gehäuses der Meßzelle bzw. der metallenen

Meßkammerhälften kann die Meßzelle noch bei Innendrücken von 500 Bar und mehr verwendet werden. Auf ein mit Vorlagemembranen oder -bälgen

abgeschlossenes System mit spezieller Flüssigkeitsfüllung kann in den meisten Fällen verzichtet werden, da die Widerstandselemente der DMS-Anordnung voll isoliert in der Meßmembran angebracht sind, so daß selbst aggressive und/oder elektrisch leitende Medien, deren Druck zu bestimmen ist, in direktem Kontakt mit der Meßmembran stehen können.

Die bei anderen Abgriffsystemen oder Membranmaterialien oft problematische druckdichte Heraubführung der Anschlüsse für das Abgriffsystem aus der to Meßzelle bereitet hier keine Schwierigkeiten, daß die Anschlußdrähte oder -leiterbahnen in der Meßmembran und durch deren Rand herausgeführt sind.

Die Widerstandseiemente können aus Widerstandsdraht gebildet und in die Oberfläche der Meßmembran eingeschmolzen sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Widerstandselemente aus auf die Oberfläche der Meßmembran aufgedampften Leiterbahnen gebildet, die zur Isolation mit einem dünnen Glasüberzug versehen werden.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.

Die von der Meßmembran 1 symmetrisch unterteilte Meßkammer 2 wird von zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Kammerhälften gebildet, die aus einer Metallschale 4 und darin angeordneten Glaseinsätzen 3 bestehen.

Die der Meßmembran 1 gegenüberliegenden Flächen 5 der Glaseinsätze 3 sind kugelkalottenförmig konkav ausgebildet und dienen als sogenanntes Membranbett, gegen welches sich die Meßmembran 1 im Überlastfall anlegen und abstützen kann. In die Meßkammer 2 münden beiderseits der sie unierteilenden Meßmembran 1 Druckzuleitungen 6, durch welche ein oder verschiedene Fluide, deren Druckdifferenz p\-pi gemessen werden soll, zuführbar sind.

Die Meßmembran t besteht wie die Einsätze 3 aus Glas, vorzugsweise aus Hartglas oder Quarzglas, ihre Randflächen sind mit denen der Glaseinsätze 3 mittels Glaslot 7 verbunden oder druckdicht verschweißt.

Das die von der Druckdifferenz abhängige Auslenkung der Meßmembran 1 in ein elektrisches Signal umwandelnde Abgriffsystem besteht aus Widerstandselementen 8, die hier in Form von Widerstandsdrähten in die Oberflächen der Meßmembran 1 in einer der aus der Dehnungsmeßstreifentechnik bekannten Anordnungen eingeschmolzen sind. Die ebenfalls eingeschmolzenen Zuleitungsdrähte 9 sind durch den Rand der Meßmembran 1 herausgeführt.

Je nach Wahl der Glassorte können so in die Meßkammer 2 auch aggressive oder elektrisch leitende Fluide eingebracht werden, was den Anwendungsbereich bei gleichbleibend einfachem Aufbau erheblich erweitert. Nötigenfalls kann auch ein geschlossenes System mit Vorlagemembranen vorgesehen werden, wobei jedoch die Freizügigkeit in der Wahl der Füllflüssigkeit 2 erhalten bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Differenzdruck-Meßzelle mit einer aus zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Kammerhälften aus Metall mit Glaseinsätzen und einer dazwischen aufgespannten Meßmenbran gebildeten Meßkammer mit darin mündenden Druckzuleitungen und einem die differenzdruckabhängige Auslenkung der Meßmembran abbildenden elektrischen Abgriffsystem, wobei zur Abstützung der Meßmembran bei Überlastung die ihr gegenüberliegenden Flächen der Glaseinsätze kugelkalottenförmig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmembran (1) aus Glas besteht und mit den Rändern der Glaseinsätze (3) verlötet oder verschweißt ist und daß als Abgriffsystem Widerstandselemente (8) in an sich bekannter Dehnungsmeßstreifen-Anordnung in ihre Oberfläche eingebracht sind.

2. Differenzdruck-Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (8) aus Draht gebildet und in die Oberfläche der Meßmembran (1) eingeschmolzen sind.

3. Differenzdruck-Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (8) aus auf die Oberfläche der Me.ßmembran (1) aufgedampften und mit einem Glasüberzug versehenen Leiterbahnen gebildet sind.