DE2631025A1 - DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER - Google Patents

DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER

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DE2631025A1 DE19762631025 DE2631025A DE2631025A1 DE 2631025 A1 DE2631025 A1 DE 2631025A1 DE 19762631025 DE19762631025 DE 19762631025 DE 2631025 A DE2631025 A DE 2631025A DE 2631025 A1 DE2631025 A1 DE 2631025A1
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Fuji Electric Co. Ltd. Unser Zeichen:Fuji Electric Co. Ltd. Our sign:

Kawasaki / Japan VPA 75 ρ g 5 4 gKawasaki / Japan VPA 75 ρ g 5 4 g

Differenzdruck-MeßumformerDifferential pressure transmitter

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruck-Meßumformer mit einer aus zwei Kammerhälften und einer dazwischen eingespannten Meßmembran bestehenden Meßkammer mit nach außen führenden Druckleitungen und einem, die differenzdruckabhängige Auslenkung der Meßmembran abbildenden elektrischen Abgriffsystem und mit Mitteln zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung.The invention relates to a differential pressure transducer with a consisting of two chamber halves and a measuring membrane clamped between them with pressure lines leading to the outside and one, the differential pressure-dependent deflection of the Electrical pick-up system depicting the measuring diaphragm and with means for securing the measuring diaphragm against overload.

Bei bekannten Differenzdruck-Meßumformern der eingangs genannten Art bestehen die Mittel zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung aus druckgesteuerten Ventilen, die bei Überschreiten des Differenzdruck-Grenzwerts, also im Überlastfall, die Druckleitungen der Meßkammer schließen, so daß kein Überdruck auf die Meßmembran einwirken kann.In known differential pressure transducers of the type mentioned at the beginning The means for securing the measuring membrane against overloading consist of pressure-controlled valves which, when the Differential pressure limit value, i.e. in the event of an overload, the pressure lines close the measuring chamber so that no overpressure can act on the measuring membrane.

Der Nachteil derartiger Einrichtungen ist in der möglichen Undichtigkeit der Ventile zu sehen, auch kleine Undichtigkeiten verursachen mit der Zeit ein Ansteigen des Druckes in der Meßkammer über den zulässigen Wert hinaus.The disadvantage of such devices is the possible leakage of the valves, even small leaks cause the pressure in the measuring chamber to rise over time beyond the permissible value.

Bei einer anderen Art von Überlastsicherung sind die beiden, derAnother type of overload protection is the two, the

Meßmembran gegenüberliegenden Wände der Meßkammer kugelkalotten- ;Measuring membrane opposite walls of the measuring chamber spherical cap;

förmig ausgebildet und ihr Abstand zu der Meßmembran ist so be- \ messen, daß sich die ausgelenkte Membran bei Überschreiten desshaped and its distance from the measuring diaphragm is sawn \ measure that the deflected membrane when exceeding the

Differenzdruck-Grenzwerts an der der Druckseite gegenüberliegen- ;Differential pressure limit value on the opposite side of the pressure side;

den Wand anlegt und abstützt. 'creates and supports the wall. '

PF 2769PF 2769

28.6.1976, Sp 23 SeiJune 28, 1976, Sp 23 Sci

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Nachteilig an dieser relativ einfach aufgebauten Anordnung zurA disadvantage of this relatively simple arrangement for

Überlastsicherung ist jedoch, daß insbesondere bei hohen statίο Overload protection is, however, that especially at high statίο

sehen Drücken, die sich bis in die Größenordnung von 10 Bar bewegen können, der in der Meßkammer wirkende Druck dieselbe ausdehnt, was zu nicht beherrschbaren Spannungen in der Meßmembran und damit zu Meßfehlern führen kann.see pressures that move up to the order of 10 bar can, the pressure acting in the measuring chamber expands the same, resulting in uncontrollable tensions in the measuring membrane and can thus lead to measurement errors.

Es besteht demgemäß die Aufgabe, einen Differenzdruck-Meßumformer mit einer eine Meßmembran mit elektrischem Abgriff enthaltenden Meßkammer zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile der bekannten Ausführungen nicht auftreten.Accordingly, there is the object of providing a differential pressure transducer with a measuring diaphragm with an electrical tap To create a measuring chamber in which the aforementioned disadvantages of the known designs do not occur.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird in einem Differenzdruck-Meßumformer der eingangs genannten Art gesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Meßkammer (zentrisch) in einer beweglichen Wand angeordnet ist, die in einem Gehäuse zwei innere Druckkammern voneinander trennt und daß zwei durch Trennmembranen gegen das Druckmedium abgeschlossene äußere Druckkammern mit zu den inneren Druckkammern führenden Bohrungen versehen sind und daß sämtliche Kammern mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt sind zur hydraulischen Übertragung der auf die Trennmembranen von außen wirkenden Drücke auf die Meßmembran und die Außenflächen der Meßkammer und daß die jeweils einer Trennmembran gegenüberliegende Wand jeder äußeren Druckkammer in an sich bekannter Weise als Überlastbett ausgebildet ist zur Anlage der dem hohen Druck ausgesetzten Trennmembran unter Verschiebung der Füllflüssigkeit aus der äußeren Druckkammer in die angeschlossene innere.One solution to this problem is in a differential pressure transmitter of the type mentioned at the outset, which is characterized in that the measuring chamber is (centrally) in a movable Wall is arranged, the two inner pressure chambers in a housing separates from each other and that two outer pressure chambers closed by separating membranes against the pressure medium with the inner pressure chambers leading bores are provided and that all chambers are filled with an incompressible liquid are for the hydraulic transmission of the pressures acting on the separating membrane from the outside onto the measuring membrane and the outer surfaces of the measuring chamber and that the respective separating membrane opposite Wall of each outer pressure chamber is designed in a known manner as an overload bed to support the high Pressure-exposed separating membrane with displacement of the filling liquid from the outer pressure chamber into the connected inner one.

Dadurch, daß hier auf die Meßkammer von innen und außen praktisch die gleichen Drücke wirken, wird eine Ausdehnung der Meßkammer und damit der Meßmembran wirksam verhindert. Bei dem Trennmembran-Überlastbett-System treten keine Undichtigkeit sprobleme auf.The fact that practically the same pressures act on the measuring chamber from inside and outside here results in an expansion of the measuring chamber and thus effectively prevented the measuring diaphragm. There are no leaks in the separating membrane overload bed system problems arise.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die bewegliche Wand eine zwischen zwei spiegelbildlich gleichen Gehäuseteilen mit ihrem Außenrand befestigte Ringmembran, an deren Innenrand ein Tragring befestigt ist, mit welchem die Meßkammer an ihrem Umfang verbunden ist.In a preferred embodiment, the movable wall is one between two mirror-inverted housing parts with its Annular membrane attached to the outer edge, on the inner edge of which a support ring is attached, with which the measuring chamber is attached to its circumference connected is.

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Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele dargestellt und im folgenden beschrieben.To explain the invention, FIGS. 1 and 2 show exemplary embodiments shown and described below.

Figur 1: Wie der Querschnitt zeigt, besteht die eigentliche Meßkammer 48 aus zwei Kammerhälften 59 und 60, zwischen denen die Meßmembran 67 nit ihrem Rand eingespannt und verschweißt ist. Von den beiderseits der Meßmembran 67 befindlichen Volumen führen die Druckleitungen 68 und 69 durch die Kammerhälften 59 und 60 nach außen. Das mit der Meßmembran 67 zusammenwirkende elektrische Abgriffsystem, welches die dem Differenzdruck P1 - P2 proportionale Auslenkung der Meßmembran 67 in ein elektrisches Signal umformt, ist hier ein induktives Abgriffsystern, das aus den Induktionsspulen 74 und 75 in den Kammerhälften 59 und 60 besteht. Die Induktionsspulen sind in eine Isoliermasse 61 bzw. 62 eingebettet, welche entsprechende Ausnehmungen in den Kammerhälften 59 und 60 ausfüllt. Die Meßmembran 67 aus einem Werkstoff niedriger Permeabilität wirkt nach dem Wirbelstromprinzip mit den Induktionsspulen 74 und 75 zusammen, indem sie je nach Auslenkung die eine oder andere mehr oder weniger bedämpft, was als Impedanzänderung der Spulen gemessen werden kann. 1 shows how the cross-section shows, the actual measuring chamber 48 from two chamber halves 59 and 60 between which the diaphragm 67 nit its edge clamped and welded. From the volume located on both sides of the measuring membrane 67, the pressure lines 68 and 69 lead through the chamber halves 59 and 60 to the outside. The electrical pick-up system cooperating with the measuring membrane 67, which converts the deflection of the measuring membrane 67 proportional to the differential pressure P1 - P2 into an electrical signal, is here an inductive pick-up system consisting of the induction coils 74 and 75 in the chamber halves 59 and 60. The induction coils are embedded in an insulating compound 61 or 62, which fills corresponding recesses in the chamber halves 59 and 60. The measuring membrane 67 made of a material of low permeability works according to the eddy current principle with the induction coils 74 and 75 by attenuating one or the other more or less depending on the deflection, which can be measured as a change in the impedance of the coils.

Die Meßkammer 48 ist in einen Tragring 70 eingesetzt und dort befestigt. An der in der Ebene der Trennmembran 67 befindlichen Kante des Tragrings 70 ist der innere Rand einer Ringmembran 71 befestigt, die als bewegliche Wand zwischen zwei gleichen und spiegelbildlich angeordneten Gehäuseteilen 49 und 50 eingespannt ist und in dem so gebildeten Gehäuse 40 zwei innere Druckkammern 55 und 56 voneinander trennt. An den außenliegenden Stirnseiten der das Gehäuse 40 bildenden Gehäuseteile 49 und 50 sind Vertiefungen angebracht, an deren Rand Trennmembranen 51 und 52 befestigt sind, so daß zwischen den Stirnflächen und den Trennmembranen die äußeren Druckkammern 53 und 54 entstehen, die jeweils über zentrische Bohrungen 571 58 mit den entsprechenden inneren Druckkammern 55» 56 verbunden sind.The measuring chamber 48 is inserted into a support ring 70 and fastened there. Located in the plane of the separating membrane 67 Edge of the support ring 70 is attached to the inner edge of an annular diaphragm 71, which acts as a movable wall between two identical and mirror-inverted housing parts 49 and 50 is clamped and in the housing 40 formed in this way, two inner pressure chambers 55 and 56 separate from each other. On the outer end faces of the housing parts 49 and 50 forming the housing 40 are depressions attached, at the edge of which separating membranes 51 and 52 are attached, so that between the end faces and the separating membranes the outer pressure chambers 53 and 54 arise, each via central bores 571 58 with the corresponding inner Pressure chambers 55 »56 are connected.

Sämtliche Kammern sind mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt zur hydraulischen Übertragung der auf die Trennmembranen 51 und 52 von außen wirkenden Drücke P1 und P2 auf die Meßmembran 67. Die unter den Drücken P1 bzw. P2 stehenden Medien stehen über die öffnungen 45 und 46 in den beiderseitig auf das Gehäuse 40 aufgesetzten Abdeckkappen 41, 42 mit den entsprechenden All chambers are filled with an incompressible liquid for the hydraulic transfer of the external pressures P1 and P2 acting on the separating diaphragms 51 and 52 to the measuring diaphragm 67. The media under the pressures P1 and P2 are available through the openings 45 and 46 in the two sides on the housing 40 placed cover caps 41, 42 with the corresponding

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Räumen 43 und 44 in Verbindung, deren eine Begrenzung jeweils von der Trennmembran 51 bzw. 52 gebildet wird. Die Drücke P1 und P2 können relativ hoch sein und beispielsweise 100 bzw. 99 Bar betragen, der von der Meßmembran 67 zu verarbeitende Differenzdruck liegt im Meßbereich von 0-1 Bar. Wird infolge eines Absinkens des einen Druckes dieser Bereich überschritten, so legt sich jeweils die dem höheren Druck, hier z. B. dem Druck P1, ausgesetzte Trennmembran 51 an die in bekannter Weise als Überlastbett ausgebildete Stirnwand der Gehäusehälfte 59 an und verdrängt dabei die in der äußeren Druckkammer 53 befindliche Flüssigkeit durch die Bohrung 58 in die innere Druckkammer 55, deren Volumen sich durch das Ausweichen der beweglichen Wand, hier der Ringmembran 71 mit der darin befestigten Meßkammer 48 so weit vergrößert, daß der auf die Meßmembran 67 in der Meßkammer 48 ausgeübte Druck innerhalb der vorgegebenen Grenzen bleibt.Spaces 43 and 44 in connection, one boundary of which is formed by the separating membrane 51 and 52, respectively. The pressures P1 and P2 can be relatively high, for example 100 or 99 bar, the differential pressure to be processed by the measuring membrane 67 lies in the measuring range of 0-1 bar. If this range is exceeded as a result of a drop in one pressure, then the higher pressure, here z. B. the pressure P1, exposed separating membrane 51 to the in a known manner as an overload bed formed end wall of the housing half 59 and thereby displaces the liquid located in the outer pressure chamber 53 through the bore 58 into the inner pressure chamber 55, the volume of which is increased by the evasion of the movable wall, here the The annular diaphragm 71 with the measuring chamber 48 fastened therein is enlarged to such an extent that the pressure on the measuring diaphragm 67 in the measuring chamber 48 applied pressure remains within the specified limits.

In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform des Differenzdruck-Meßumformers dargestellt, bei welche aus fertigungs- und betriebstechnischen Gründen besonderer Viert auf absolut symmetrische Ausführung aller Teile gelegt wurde.In Figure 2 , another embodiment of the differential pressure transducer is shown, in which, for manufacturing and operational reasons, a special fourth was placed on absolutely symmetrical design of all parts.

Identische Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie die in Figur 1.Identical parts have the same reference numerals as those in FIG. 1.

Die Meßkammer 48 besteht hier aus zwei Kammerhälften 59 und 60 aus keramischem und elektrisch isolierendem Werkstoff, sie sind zylindrisch geformt und in metallischen Fassungsringen 80 bzw. 81 gefaßt. Zwischen diesen Fassungsringen ist die Meßmembran eingespannt und verschweißt. Auf den kugelkalottenförmig ausgebildeten Innenwänden der Meßkammerhälften 59 und 60 sind metallische Beläge 63 und 64 aufgebracht, die zusammen mit der Meßmembran 67 ein an sich bekanntes kapazitives Abgriffsystem bilden. Aus dem Inneren der Meßkammer 48 führen die Druckleitungen 68 und 69 nach außen. Die Tragringe 82 und 83 sind hier gleiche Gebilde, die spiegelbildlich zusammengesetzt mit der als bewegliche Wand wirkenden Ringmembran 71 an deren inneren Rand verbunden sind. Der äußere Rand der Ringmembran 71 ist wie in dem vorhergehenden Beispiel zwischen den Gehäusehälften 49 und 50 des Gehäuses 40 eingespannt. Mit dem Tragring 82 ist der Fassungsring 80, mit dem Tragring 83 der Fassungsring 81 der Meßkammer 48 verbunden. Die Tragringe 82 und 83 weisen Hinterdrehungen auf, derart, daß zwischen den äußeren Mantelflächen derThe measuring chamber 48 here consists of two chamber halves 59 and 60 made of ceramic and electrically insulating material, they are cylindrical in shape and held in metal mounting rings 80 and 81, respectively. The measuring membrane is clamped and welded between these mounting rings. On the spherical cap-shaped inner walls of the measuring chamber halves 59 and 60, metallic coatings 63 and 64 are applied, which together with the measuring membrane 67 form a capacitive pick-up system known per se. From the interior of the measuring chamber 48, the pressure lines 68 and 69 lead to the outside. The support rings 82 and 83 are the same structures here, which, assembled in mirror image, are connected to the annular diaphragm 71 acting as a movable wall at its inner edge. As in the previous example, the outer edge of the annular diaphragm 71 is clamped between the housing halves 49 and 50 of the housing 40. The mounting ring 80 is connected to the support ring 82, and the mounting ring 81 of the measuring chamber 48 is connected to the support ring 83. The support rings 82 and 83 have back turns, such that between the outer circumferential surfaces of the

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Fasslingsringe 80 und 81 und den inneren Mantelflächen der Trag ringe 82 und 83 ein ringspaltförmiger Raum Qh entstellt, der über eine Bohrung 85 mit einer der inneren Druckräunie, hier r/dt dem Druckraum 55, in Verbindung steht. Die Funktion der Überlastsicherung entspricht der im vorhergehenden Beispiel beschriebenen. Auch hier sind die auf die Innenwände und auf die Außenwände der Meßkammer 48 wirkenden Drücke im wesentlichen gleich, so daß auch bei hohen statischen Drücken eine Ausdehnung der Meßkammer und damit eine Verspannung der Meßmembran 67 nicht auftritt.Fasslingsringe 80 and 81 and the inner circumferential surfaces of the support rings 82 and 83 disfigured an annular gap-shaped space Qh , which is connected via a bore 85 with one of the inner Druckräunie, here r / dt the pressure chamber 55 . The function of the overload protection corresponds to that described in the previous example. Here, too, the pressures acting on the inner walls and on the outer walls of the measuring chamber 48 are essentially the same, so that even at high static pressures, the measuring chamber does not expand and thus the measuring membrane 67 is not strained.

4 Patentansprüche
2 Figuren4 claims
2 figures

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Claims (3)

Patentansprüche -.Claims -. iDifferenzdruck-Keßumformer mit einer aus zwei KammerhälftenDifferential pressure transducer with one of two chamber halves nd einer dazwischen eingespannten Meßmembran bestehenden Meßkammer mit nach außen führenden Druckleitungen und einem die differenzdruckabhängige Auslenkung der Keßmembran abbildenden elektrischen Abgriffsystem und mit Mitteln zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung, dadurcli gekennzeichnet, daß die Meßkammer (48) zentrisch in einer beweglichen Wand angeordnet ist, die in einem Gehäuse (40) zwei innere Druckkammern (55, 56) voneinander trennt und daß zwei durch Trennmembranen (51, 52) gegen das Druckmedium abgeschlossene äußere Druckkammern (53, 54) mit zu den inneren Druckkammern (55, 56) führenden Bohrungen (57, 58) versehen sind und daß sämtliche Kammern mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt sind zur hydraulischen Übertragirng der auf die Trennmembranen (51, 52) von außen wirkenden Drücke (P1, P2) auf die Meßmembran (67) und die Außenflächen der Meßkammer (48) und daß die jeweils einer Trennmembran (51, 52) gegenüberliegende Wand jeder äußeren Druckkammer (53, 54) in an sich bekannter Weise als Überlastbett ausgebildet ist zur Anlage der dem hohen Druck ausgesetzten Trennmembran unter Verschiebung der Füllflüssigkeit aus der äußeren Druckkammer (53 oder 54) in die angeschlossene innere (55 oder 56).nd a measuring membrane clamped between them with pressure lines leading to the outside and an electrical pick-up system that depicts the differential pressure-dependent deflection of the Keß membrane and with means for securing the measuring membrane against overload, characterized by the fact that the measuring chamber (48) is arranged centrally in a movable wall which separates in a housing (40) has two inner pressure chambers (55, 56) from each other, and that two by separating membranes (51, 52) sealed against the pressure medium outer pressure chambers (53, 54) with the inner pressure chambers (55, 56) leading bores ( 57, 58) and that all chambers are filled with an incompressible liquid for the hydraulic transmission of the external pressures (P1, P2) acting on the separating membranes (51, 52) to the measuring membrane (67) and the outer surfaces of the measuring chamber (48 ) and that the wall of each outer pressure chamber (53, 54) opposite a separating membrane (51, 52) in at As is known, it is designed as an overload bed for contacting the separating membrane exposed to the high pressure while displacing the filling liquid from the outer pressure chamber (53 or 54) into the connected inner one (55 or 56). 2. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand eine zwischen zwei Gehäuseteilen (49, 50) mit ihrem Außenrand befestigte Ringmembran (71) ist, an deren inneren Rand ein Tragring (70) befestigt ist, mit welchem die Meßkammer (48) verbunden ist.2. Differential pressure transducer according to claim 1, characterized in that that the movable wall has an annular membrane fastened with its outer edge between two housing parts (49, 50) (71), on the inner edge of which a support ring (70) is attached, with which the measuring chamber (48) is connected. 3. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerhälften (59, 60) der Keßkam— mer (48) spiegelbildlich gleich aus einem elektrisch isolierenden, vorzugsweise keramischen Werkstoff hergestellt sind und in je einem metallischen Fassungsring (80, 81) gefaßt sind, der auch zur Befestigung des Außenrands der Meßmembran (67) dient.3. Differential pressure transmitter according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the chamber halves (59, 60) of the Keßkam- mer (48) are mirror images of an electrically insulating, are preferably made of ceramic material and each held in a metallic mounting ring (80, 81) are, which is also used to attach the outer edge of the measuring membrane (67). 609886/0316609886/0316 Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei spiegelbildlich gleiche Tragringe (82, 83) vorgesehen sind, zwischen denen der innere Rand der Ringmem-.' "bran (71) befestigt ist und daß mit den Innenrändern der Tragringe (82, 83) die Fassungsringe (80, 81) der Meßkammerhälften (59,.6O) verbunden sind und daß die Tragringe (82, 83) und/oder die Fassungsringe (80, 81) derart hinterdreht sind, daß zwischen den zusammengesetzten Tragringen (82, 83) und der Mantelfläche der Meßkammer (48) ein ringspaltförmiger Raum (84) gebildet ist, der über eine Bohrung (85) mit einem der inneren Druckräume (55, 56) in Verbindung steht.Differential pressure transducer according to Claim 3, characterized in that that two symmetrically identical support rings (82, 83) are provided, between which the inner edge of the ring mem-. ' "bran (71) is attached and that with the inner edges of the support rings (82, 83) the mounting rings (80, 81) of the measuring chamber halves (59, .6O) are connected and that the support rings (82, 83) and / or the mounting rings (80, 81) are turned back in such a way that that between the assembled support rings (82, 83) and the outer surface of the measuring chamber (48) an annular gap-shaped Space (84) is formed, which is connected to one of the inner pressure chambers (55, 56) via a bore (85). 809886/0316809886/0316
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