DE2450080A1

DE2450080A1 - Verfahren und einrichtung zur druckmessung

Info

Publication number: DE2450080A1
Application number: DE19742450080
Authority: DE
Inventors: Helmut Opper
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-10-22
Filing date: 1974-10-22
Publication date: 1976-04-29

Description

Verfahren und Einrichtung zur Druckmessung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur statischen und dynamischen Messung des Druckes von gasförmigen oder flüssigen Stoffen, die sich vorzugsweise auf hohem elektrischen Potential befinden, mit einer auf dem Potential des zu messenden Stoffes liegenden Druckmeßdose, einem vorzugsweise auf Erdpotential liegenden Anzeigegerät und einer zwischen Druckmeßdose und Anzeigegerät liegenden isolierenden Verbindungsleitung.
Es sind bereits verschiedene Methoden zur Druckmessung von gasförmigen oder flüssigen Stoffen bekannt. So unterscheidet man kapazitive-, induktive-, Dehnungsmeßstreifen- und Piezo-Druckmeßdosen. Die Verbindungsleitung zwischen Druckmeßdose und dem Anzeigegerät kann z.B. durch eine elektrische Leitung gebildet werden, wenn auf Erdpotential gemessen wird.
Es kann aber auch eine Übertragungsmethode verwendet werden, die ohne mechanische Verbindung zwischen Druckmeßdose und Anzeigegerät auskommt. So ist bekannt, einen UKW-Sender mit Hilfe einer kapazitiven Druckmeßdose zu modulieren. Das Anzeigegerät enthält dann einen UKW-Empfänger, welcher den Meßwert demoduliert und aufzeichnet. Diese Methode wird vorzugsweise dann angewendet, wenn eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Druckmeßdose und Anzeigegerät nicht erwünscht ist. Dies ist z.B. der Fall bei der Druckmessung in Schaltkammern von Hochspannungs-Schaltgeräten, die auf hohem elektrischen Potential liegen, während sich das Anzeigegerät auf Erdpotential befindet.
Die Methode, den gemessenen Druckwert mittels eines UKW-Senders drahtlos auf Erdpotential zu übertragen, ist jedoch relativ aufwendig. Dies gilt vor allem für die Bereitstellung einer geeigneten Versorgungsspannung für den auf Hochspannungspotential liegenden Sender. Weiterhin ist auch die Störsicherheit der Übertragung nicht befriedigend.
Die Erfindung hat die Aufgabe, für die Druckmessung in vorzugsweise auf hohem elektrischen Potential liegenden Messpunkten eine Lösung anzugeben, die sowohl kostenmäßig als auch in Bezug auf die Störsicherheit den bekannten Verfahren überlegen ist.
Erfindungsgemäß wird eine verspiegelte, druckbelastete Membran in der Druckmeßdose von einem amplitudenstabilisierten Lichtstrahl angestrahlt. Der von der Membran reflektierte druckabhängige Teil des Lichtstrahls wird von einem lichtempfindlichen Element aufgefangen und im Anzeigegerät gemessen. Die Intensität des reflektierten Lichtstrahls ist abhängig von der Durchbiegung der Membran und somit von dem zu messenden Druck. Zweckmäßig wird der stabilisierte Lichtstrahl über elektrisch isolierende Lichtleiter zwischen Druckmeßdose und Anzeigegerät geführt.
Durch dieses Verfahren zur Druckmessung läßt sich eine Reihe von Vorteilen erzielen. So sind alle bekannten Druckgeber empfindlich gegenüber elektromagnetischen- und elektrostatischen Störfeldern. Diese treten z.B. bei der Schaltleistungsprüfung von Hochspannungs-Leistungsschaltern auf.
Dagegen ist die Meßeinrichtung gemäß der Erfindung wegen der Verwendung von Licht völlig unempfindlich gegen elektrische Störungen. Durch die Fortleitung des zur Druckmessung verwendeten Lichts über Lichtleiter kann das empfangende Anzeigegerät aus dem Störungsbereich der Meßstrecke entfernt angeordnet werden. Außerdem sind Lichtleiter ausgezeichnete Isolatoren, so daß auch Messungen auf Hochspannungspotential problemlos möglich sind. Der Frequenzbereich ist, da berührungslos gemessen wird, außerordentlich große Die Druckmeßeinrichtung ist eichfähig und besitzt eine in etwa lineare Anzeige.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckmeßeinrichtung.
Fig. 1 zeigt schematisch die Druckmeßeinrichtung, bei der die Meßdose an dem auf Hochspannungspotential liegenden Schaltkopf eines Hochspannungs-Leistungsschalters befestigt ist.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Druckmeßdose im Querschnitt.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem der Druck über dem Ausgangssignal des Anzeigegerätes aufgetragen ist.
In Fig. 1 ist mit 1 die Druckmeßdose bezeichnet, die hier in den Schaltkopf eines Hochspannungs-Leistungsschalters eingeschraubt ist. Von der Druckmeßdose 1 führen Lichtleiter 5,6 zum Anzeigegerät 7, das sich auf Erdpotential befindet. Im Anzeigegerät befindet sich ein amplitudenstabilisierter Lichtsender 11, z.B. eine Leuchtdiode, oder eine Glühlampe, deren Licht durch den Lichtleiter 5 zur Druckmeßdose 1 geleitet wird. Außerdem enthält das Anzeigegerät einen Lichtempfänger 12, der das durch den Lichtleiter 6 zurückkommende Licht verstärkt und auswertet. Als Lichtempfänger können lichtempfindliche Elemente wie Fototransistor, Fotodiode, Fotozelle, Fotoelement oder Fotowiderstand verwendet werden. Die Ausgangsspannung des lichtempfindlichen Elements wird von einem stabilisierten Gleichstromverstärker verstärkt und von einem Oszillographen 13 aufgezeichnet.
Die Wirkungsweise der Druckmeßeinrichtung soll mittels der Fig. 2 erklärt werden, welche einen Schnitt durch die Meßdose 1 darstellt. Die Meßdose 1 weist ein Gewinde 9 auf, mit der sie z.B. in die Wand eines Druckbehälters eingeschraubt wird. Der zu messende Druck wirkt in Richtung des Pfeiles P auf die eingespannte Membran 2. Stärke, Durchmesser und Material der Membran 2 können je nach der jeweiligen Meßaufgabe variiert werden. So wird man zur Messung niedriger Drücke dünne, großflächige Membranen aus weichem Material, z.B. einer Kunststoffolie verwenden, während zur Messung hoher Drücke stärkere Membranen aus hartem Material, wie z.B. Stahl oder Bronze, geeignet sind. Die druckabgewandte Seite 8 der Membran 2 ist verspiegelt und kann durch eine Bohrung 10 druckentlastet werden. Anstelle einer Verspiegelung der gesamten Membran kann es bei schlecht reflektierendem Material auch günstiger sein, die Membran mit einem Glasspiegel (nicht gezeichnet) zu versehen, der in der Mitte der Fläche 8 aufgeklebt wird. Durch den Lichtleiter 5 fällt der vom Anzeigegerät 7 kommende stabilisierte Lichtstrahl 3 auf die verspiegelte Seite der Membran 2 und wird je nach Ausbiegung der Membran 2 mehr oder weniger stark in den Lichtleiter 6 reflektiert. Die Lichtleiter 5,6 können wie gezeichnet schräg zur Membran 2 ausgerichtet sein, oder bei beengten Platzverhältnissen auch zueinander parallel im rechten Winkel zur Membran liegen. Das so druckabhängig reflektierte Licht 4 wird durch den Lichtleiter 6 zum Anzeigegerät 7 zurückgeleitet. Hier wird das reflektierte Licht verstärkt und zu einer Druckanzeige ausgewertet. Der gemessene Druck kann mittels eines Oszillographen 13 aufgezeichnet werden.
Fig. 3 zeigt eine Eichkurve des Druckmeßgerätes, wobei der am Meßpunkt herrschende Druck P über dem Ausgangssignal I des Anzeigegerätes aufgetragen ist. Sie wurde an einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung ermittelt, bei der als Membran eine hochglanzverchromte Scheibe aus Federstahl von O,45mm Stärke und lO mm Durchmesser verwendet wurde, die über einen Lichtleiter von einer mit stabilisierter Spannung betriebenen Glühlampe angestrahlt wird. Als Lichtempfänger wird ein Fototransistor benutzt, dessen Ausgangssignal von einem integrierten Verstärker verstärkt und einem Oszillographen zugeführt wird. Wie man sieht, ist die Kennlinie im Druckbereich von 20 bis 200 atü linear.
5 Seiten Beschreibung lOPatentansprüche 2 B1. Zeichnung (3Fig.)

Claims

Patentansprüche Verfahren zur statischen und dynamischen Messung des Druckes von gasförmigen oder flüssigen Stoffen, die sich vorzugsweise auf hohem elektrischen Potential befinden, mit einer auf dem Potential des zu messenden Stoffes liegenden Druckmeßdose, einem vorzugsweise auf Erdpotential liegenden Anzeigegerät und einer zwischen Druckmeßdose und Anzeigegerät liegenden isolierenden Verbindungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß eine verspiegelte, druckbelastete Membran (2) in der Druckmeßdose (1) von einem amplitudenstabilisierten Lichtstrahl (3) angestrahlt wird und daß der von der Membran (2) reflektierte, druckabhängige Teil (4) des Lichtstrahls (3) von einem lichtempfindlichen Element aufgefangen und im Anzeigegerät (7) gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stabilisierte Lichtstrahl über elektrisch isolierende Lichtleiter (5,6) zwischen Druckmeßdose (1) und Anzeigegerät (7) geführt wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigegerät (7) mit einer stabilisierten Lichtquelle (11) vorgesehen ist, die über einen ersten Lichtleiter (5) mit einer Druckmeßdose (1) verbunden ist, daß der erste Lichtleiter (5) auf eine in der Druckmeßdose (1) eingespannte, eine verspiegelte Fläche (8) aufweisende Membran (2) gerichtet ist, und daß vor der verspiegelten Membran (2) ein zweiter Lichtleiter (6) angeordnet ist, der mit einem lichtempfindlichen Element (12) im Anzeigegerät (7) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (11) eine Leuchtdiode im sichtbaren oder Infrarotbereich und als lichtempfindliches Element (12) ein Fototransistor vorgesehen sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 3-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät (7) einen von dem lichtempfindlichen Element (12) angesteuerten stabilisierten Gleichstromverstärker und einen von dessen Ausgangssignal angesteuerten Oszillographen (13) enthält.
6. Einrichtung nach Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Druckmeßdose (1) eingespannte Membran (2) aus einem federnden Material, vorzugsweise Stahl, Bronze oder Kunststoff besteht.
7. Einrichtung nach Anspruch 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Druckmeßdose (1) eingespannte Membran (2) mit einem auf der Fläche (8) aufgeklebten Glasspiegel versehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (5,6) schräg zur Membran (2) ausgerichtet sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (5,6) zueinander parallel liegen und rechtwinklig zur Membran (2) ausgerichtet sind.
10. Anwendung des Verfahrens und der Einrichtung nach den vorangegangenen Ansprüchen zur Druckmessung in Hochspannungsgeräten, insbesondere bei Schaltkammern in Hochspannungsschaltern.

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