DE2531821A1

DE2531821A1 - Differenzdruck-messumformer

Info

Publication number: DE2531821A1
Application number: DE19752531821
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Nuernberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-16
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1977-02-03
Also published as: JPS5212872A; DE2531821B2

Description

Differenzdruck-Meßumforrner Die Erfindung bezieht sich auf einen Differenzdruck-Neßumformer, im wesentlichen bestehend aus einer Meßzelle mit einer von zwei gegeneinander wirkenden Eingangsdrücken beaufschlagten beweglichen Wand, deren differenzdruckproportionale Verschiebung auf eine mit Dehnungsmeßstreifen bestückte Meßfeder übertragen und in ein elektrisches Signal umgeformt wird.
Bei bekannten Meßzellen von Differenzdruck-Meßumformern ist die bewegliche Wand als Membran oder als Balgboden eines Federbalgs ausgebildet, die mit einer im Innern der Meßzelle angeordneten Biegefeder gekoppelt ist. Die elektrischen Anschlüsse der auf der Biegefeder angebrachten Dehnungsmeßstreifen sind aus dem Meßzelle lengehäuse herausgeführt. Zum Schutz der Meßeinrichtung vor dem in vielen Anwendungsfällen aggressiven Meßstoff ist es bei Neßzellen vom sogenannten Zweikammertyp ueblich. die Druckräume nach außen durch Vorlagemembrane abzuschließen und sie mit einer nicht kompressiblen Flüssigkeit, beispielsweise Silikonöl, zu füllen.
Die Übertragung der auf die Vorlagemembrane wirkenden Eingangsdrücke auf die bewegliche Wand im Innern der Meßzelle erfolgt hydraulisch über die Füllflüssigkeit. Bei einer anderen Art von Meßzellen vom sogenannten Einkammertyp sind zwei einander gegenüberliegende Wände der Meßzelle beweglich ausgeführt und mechanisch miteinander gekoppelt. Auch bei diesem Typ ist in der Regel eine Füllung mit einer inkompressiblen Flüssigkeit vorgesehen, um die Stabilität der Meßanordnung auch bei hohen Eingangsdrücken zu gewährleisten.
Die Durchführungen der elektrischen Anschlüsse der im Innern der Meßzelle befindlichen Dehnungsmeßstreifen bereiten jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich einer ausreichenden Abdichtung bei hohem statischem Innendruck. Für besondere Anwendungszwecke sind auch leitende Füllflüssigkeiten vorzusehen, z. B. Wasser, oder flüssige Metallegierungen, wie NaK. In diesen Fällen bedarf es noch eines besondersaisgebildeten Schutzes der Dehnungsmeßstreifen und der Anschlüsse bei in der Meßzelle angeordneten Biegefedern.
Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, sind andere Meßzellen von Differenzdruck-Meßumformern bekannt, bei denen der Weg der beweglichen Wand auf einen zweiarmigen Waagebalken übertragen wird, dessen Drehpunkt in einer in der Gehäusewand der Meßzelle angeordneten Membran liegt, die also gleichzeitig zur Abdichtung und Lagerung dient. Ein hoher statischer Innendruck verursacht jedoch hier eine Wölbung der Membran nach außen, was einer Verschiebung des Drehpunkts des Waagebalkens in bezug auf den außen liegenden induktiven, kapazitiven oder pneumatischen Abgriff mit sich bringt.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, einen Differenzdruck-Meßumformer zu schaffen, bei dem die Schwierigkeiten, die den bekannten Ausführungen anhaften, nicht auftreten.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einem Differenzdruck-Meßumformer der eingangs genannten Art gesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Meßfeder als eine in einer Öffnung der Meßzellen wand etwa parallel zur Verschiebungsrichtung der beweglichen Wand angeordnete Biegeplatte ausgebildet ist, an deren innen liegender Fläche und senkrecht zu dieser ein mit der beweglichen Wand gekoppelter einarmiger Hebel starr befestigt ist und auf deren außen liegender Fläche die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.
Diese Ausführung vereinigt die Vorteile der bekannten abgriffe, ohne deren Nachteile aufzuweisen. Durch die Möglichkeit, die Biegeplatte bei flüssigkeitsgefüllten Meßzellen in der Wandöffnung druckdicht einzuspannen, ist eine völlige Abdichtung der Zelle auch bei hohem statischem Innendruck möglich, da die Dehnungsmeßstreifen leicht anschließbar auf der Außenfläche der Biegeplatte angeordnet sind und irgendwelche Durchführungen deshalb nicht benötigt werden. Auch die freie Wahl der Füllflüssigkeit ist gegeben.
Es ist weiterhin möglich, die Dehnungsmeßstreifen auf der Biegeplatte derart anzuordnen und zu schalten, daß bei einer aufgrund des statischen Innendrucks der Meßzelle erfolgten Wölbung der Biegeplatte nach außen kein elektrisches Meßsignal auftritt, da die Beanspruchung der Dehnungsmeßstreifen in gleichem Sinne erfolgt und somit keine Verstimmung einer üblichen Meßbrückenschaltung, deren Bestandteile die Dehnungsmeßstreifen sind, verursacht.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel in einer nicht maßstäblichen Prinzipskizze dargestellt und im folgenden beschrieben.
Die Meßzelle 1 eines Differenzdruck-Meßumformer-s besteht im wesentlichen aus dem zylindrischen Gehäuse 2, dessen beide Stirnseiten mit gleichartigen Meßmembranen 3 und 3' abgeschlossen sind.
Diese Meßmembranen, auf welche von außen die Eingangsdrücke Pl und P2 wirken, sind über die Koppelstange 4 mechanisch miteinander verbunden, so daß sie als bewegliche and anzusehen sind, deren dem Differenzdruck Pl - P2 proportionale Auslenkung in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln ist.
Zu diesem Zweck ist in einer Öffnung 7 der Gehäusewand 2 der Meßzelle 1 parallel zur Verschiebungsrichtung der beweglichen Wand oder hier der Koppelstange 4 als Meßfeder eine vorzugsweise kreisförmige Biegeplatte 6 druckdicht eingespannt. An ihrer innen liegenden Fläche und senkrecht dazu ist im Mittelpunkt ein einarmiger Hebel 5 starr befestigt, dessen anderes Ende in der Mitte der Koppelstange 4 angelenkt ist. Auf der außen liegenden Fläche der Biegeplatte 6 sind Dehnungsmeßstreifen 8 angeordnet, die in üblicher und hier nicht gezeichneter Weise zu einer Meßbrücke zusammengeschaltet sind.
Ist z. B. P2 > Pl, so erfolgt e in e eine differenzdruckproportionale Auslenkung des an die Meßmembranen 3 und 3' angekoppelten Hebels 5 aus der gezeichneten Nullage nach links und führt zu einer Verbiegung der Biegeplatte 6 in die gestrichelt eingezeichnete Form.
Die resultierende, gegensinnige Beanspruchung der Dehnungsmeßstreifen 8 auf der Außenfläche der Biegeplatte 6 führt zu einer in bekannter Weise als elektrische Größe meßbaren Anderung des Dehnungsmeßstreifen-Meßbrückenabgleichs.
Ist die Meßzelle 1 mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt, wobei, wie aus der Skizze zu ersehen ist, zur Vermeidung von Meßfehlern aus dem Temperaturgang der Füllflüssigkeit das FUllvolumen möglichst klein gehalten ist, so tritt bei hohen absoluten Werten der Eingangsdrücke p1 und p2 ein hoher statischer Innendruck in der Meßzelle 1 auf, welcher die mechanisch als eingespannte Membran anzusehende Biegeplatte 6 mehr oder weniger nach außen wölbt. Durch geeignete Anordnung und Schaltung der Dehnungsmeßstreifen 8 auf der Außenfläche der Biegeplatte 6 wird erreicht, daß bei der gleichsinnigen Belastung der Dehnungsmeßstreifen der DMS-Brückenabgleich sich nicht ändert, also kein g, s innendruckabhängige Störgröße anzusehendes elektrisches Meßsignal auftritt.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Differenzdruck-Meßumformer, im wesentlichen bestehend aus einer Meßzelle it einer von zwei gegeneinaner wirkenden B*ngangsdrücken beaufschlagten beweglichen Wand, deren differenzdruckproportionale Verschiebung auf eine mlt Dehnungsmeßstreifen bestükte Meßfeder übertragen und in ein elektrisches Signal umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfeder als eine in einer (finung (7) der Gehäusewand (2) der Meßzelle le (1) etwa parallel zur Verschiebungsrichtung der beweglichen Wand (3, 3') angeonete Biegeplatte (6) ausgebildet ist, an deren innen liegender Fläche und senkrecht zu dieser ein mit der beweglich en Wand gekoppelter einarmiger Hebel (5) starr befestigt 1 und Ga.) auf deren außen liegender Fläche die Dehnungsmeßstreifen (6) angeordnet sind.
2. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei flüssigkeitsgefüllter Meßzelle (1) die Biegeplatte (6) in der Öffnung (7) eingespannt ist und diese druckdicht verschlie3t.
3. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (8) auf der Biegeplatte (6) derart angeordne und geschaltet sind, daß bei einer aufgrund des statischen Innendrucks in der Meßzelle (1) erfolgten Wölbung der Biegeplatte (6) kein elektrIsches Meßsignal auftritt.

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