DE2712846A1

DE2712846A1 - Messumformer zum messen von druckunterschieden

Info

Publication number: DE2712846A1
Application number: DE19772712846
Authority: DE
Inventors: Mario Di Giovanni
Original assignee: ICT INSTRUMENTS Inc
Current assignee: ICT INSTRUMENTS Inc
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1977-11-24
Also published as: US4135408A; JPS5322483A

Description

Licht Schmidt Hansmann fi Herrmann

Licht. Schmidt. Hammann, Harrmann · Potriach 701205 ■ 8000 München 70 Dipl.-Ing. Martin Licht Or. Reinhold Schmidt Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Albert-Roßhaupter-Str. 8000 München 70

Telefon: (089)760 3091 Telex: 5 212 284 pats d Telegramme: Lipatli München

23. März 1977 ML/lIö

ICT Instruments, Inc. 5335 McConnell Avenue Los Angeles, Kalifornien 90066 V. St. A.

Meßumformer zum Messen von Druckunterschieden

709847/0672

Deutsche Bank München. Kto.-Nr. 8L',«.!iO5O (BLZ 70070010)

Postscheck München Nr. 163397-802

271284G

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßumformer zum Messen von Druckunterschieden, insbesondere solchen Druckunterschieden, die sich zwischen verschiedenen Drücken in Hochdruckleitungen ergeben.

Solche Meßumformer sind bekannt. Sie weisen im allgemeinen ein Gehäuse mit zwei Membranen auf, die je die beiden Druckbereiche begrenzen, in denen die zu vermessenden Drücke herrschen. Zwischen diesen Membranen befindet sich das Meßumformeraggregat, das auf die Unterschiede der Drücke anspricht. Der Meßumformer, durch den die Membrane verbunden sind, liefert ein elektrisches Signal, wenn ein Unterschied zwischen den beiden zu überwachenden Drücken auftritt. Ein Nachteil des bekannten Gerätes dieser Art besteht darin, daß kein Ausgleich für Schwankungen der Leitungsdrücke stattfindet und daß das Gerät ohne Nullstellung nicht gegen die Folgen eines Überschreitens der zulässigen Drücke geschützt ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Meßumformer zu schaffen, bei dem diese Mängel behoben sind. Der Meßumformer nach der Erfindung soll also gegen die Folgen des Überschreitens der zulässigen Drücke geschützt sein und außerdem die Umformerplättchen so abschirmen, daß durch den Leitungsdruck keine Fehlanzeigen hervorgerufen werden können.

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Wie diese Aufgabe gelöst ist, ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Das Druckmeßgerät in Gestalt eines Umformer— plättchens ist also auf der das Gehäuse in zwei benachbarte Kammern unterteilenden biegsamen Wand angeordnet. An jedem Ende dieses Gehäuses befindet sich eine als Membran ausgestaltete Hülle, die auf der einen Seite dem zu messenden Druck ausgesetzt ist. Die beiden Hüllen schließen beiderseits der Wand Kammern von ungefähr gleichem Inhalt ein. Das Umformerplättchen kommuniziert mit der einen Kammer durch einen Kanal, der in dem das Plättchen tragenden und es an der biegsamen Wand befestigenden Schaft vorgesehen ist und auch ein Stützplättchen trägt, während die andere Seite des Umformerplättchens in der die zweite Kammer ausfüllenden Flüssigkeit eingetaucht ist. Das Umformerplättchen hat in seiner Mitte eine großflächige Verdickung, die als Anschlag wirkend die Drücke begrenzt, auf die der Meßumformer anspricht. Diese Verdickung verhindert daher eine Beschädigung des Umformerplättchens· Die beiden Membrane bilden auch Ventile, die beim Auftreten unzulässig hoher Drücke das Umformeraggregat gegen Beschädigung schützen.

Der Meßumformer nach der Erfindung ist gegen Schwankungen des Leitungsdruckes unempfindlich. Sein Umformerplättchen ist so abgeschirmt, daß im Gehäuse autretende Spannungen keinen Meßfehler herbeiführen. Auch ist dieses Plättchen mit einem Anschlag versehen, der den Druckmeßbereich begrenzt. Beim Auftreten eines Überdruckes wird der Einlaß der Druckflüssigkeit zum Umformerplättchen versperrt. Das Volumen der einen Kammer kann in seinem Verhältnis zum Volumen der benachbarten Kammer eingestellt werden. Durch diese Ein-

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stellung läßt sich verhindern, daß sich die Nullanzeige des Geräts bei Schwankungen der Leitungsdrücke verschiebt,, Solche Verschiebungen wären wegen der Zusammendrückbarkeit der Flüssigkeit in den Kammern möglich, wenn diese nicht das richtige Volumen aufweisen, und könnte zu Meßfehlern führen.

Nunmehr seien Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In diesen zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch die Achse des Meßumformers,

Fig. 2 eine Einzelheit der Fig_e 1 in größerem Maßstabe,

Fig. 3 den Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig«, k eine Ansicht des Umf ormerplättchens,

Fig. 5 den Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. k zur Veranschaulichung der Anschlußelektroden des Umformerplättchens,

Fig. 6 einen der Fig. 5 entsprechenden Schnitt einer anderen Ausführungsform des Umformerplättchens und seines Stützplättchens und

Fig. 7 den Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6.

Das ungefähr zylindrisch gestaltete Gehäuse 11 ist stirnseitig mit Deckeln 13 und 15 versehen, die axiale Bohrungen zum Anschluß an Räume iO und 12 haben, in denen die Drücke herrschen, deren Unterschied zu messen und durch ein elektrisches Signal anzugeben ist. Der im Raum 10 herrschende Druck wird über eine Membran Ik auf den Inhalt einer Kammer 16 übertragen, die mit einer Flüssigkeit ausgefüllt ist und über eine axiale Bohrung h2 mit einer Kammer 34 und einer axialen Bohrung 18 kommuniziert, die zu dem eigentlichen Meßumformer

führt. 709847/0672

-B-

Auf der anderen Seite des Gehäuses wirkt

der im Raum 12 herrschende Druck auf eine zweite Membran 30, die innerhalb des Gehäuses eine mit Flüssigkeit gefüllte Kammer 25 abtrennt, die über eine axiale Bohrung des Gehäuses 11 mit einer Kammer 23 kommuniziert, in der sich abgeschirmt gegen die äußere Umgebung der Meßumformer 20 befindet. Die beiden Kammern 34 und 23 sind durch eine biegsame Wand in Gestalt einer gewellten Membran 34 voneinander getrennt. Ein aus Silizium bestehendes Plättchen 24 ist nun an einer mittleren Nabe 33 der biegsamen Wand 34 derart befestigt, daß sie auf ihrer einen Seite mit dem im Raum 10 herrschenden Druck und auf ihrer anderen Seite mit dem im Raum herrschenden Druck belastet ist und sich daher bei Druckunterschieden elastisch verformt und dabei eine elektrische Spannung erzeugt, die das das Meßergebnis anzeigende Signal liefert. Dieses Plättchen 24 aus Silizium ist ungefähr symmetrisch zur Achse des Gehäuses 11 mit der Nabe 33 durch einen Halter 82, Fig. 2,verbunden, der mit der axialen Bohrung 18 versehen ist und daher den in der Kammer ±6 herrschenden Druck auf die linke Seite des Plättchens 24 wirken läßt. Auf dessen rechte Seite wirkt der im Inneren einer Kapsel wirkende Druck, die den eigentlichen Meßumformer 24 mit Abstand umschließt, an dem Halter 82 befestigt ist und in ihrer rechten Wand eine axiale Bohrung hat, die mit den Räumen 23 und 25 kommuniziert.

Die beiden Membranen 14 und 30 bilden biegsame Hüllen, die beiderseits der biegsamen Trennwand 32 gleiche Volumina einschließen. Der gesamte Inhalt der Kammer l6, der Bohrungen 42 und 18 und der Kammer ist also ebensogroß wie der gesamte Inhalt der Kammer 25, der Kammer 23, der diese beiden verbindenden axialen Bohrung und des freien Räumens in der Kapsel 22„

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Die Membranen 14 und 30 sind nun mit Ventilen verbunden, die das Innere der Kapsel 22 oder die Kammer 23 absperren, wenn der Druckunterschied eine zuKssige obere Grenze überschreitet. Zu diesem Zweck trägt die Membran 14 ein Ventilverschlußstiick in Gestalt einer Scheibe 44. In eine Ringnut der zwischen den Kammern 16 und 3^ befindlichen Gehäusewand ist gegenüber der Scheibe 44 ein Schnurring 40 eingelassen, der den Ventilsitz bildet, an den sich das Verschlußstück in Gestalt der Scheibe 44 anlegen kann. In entsprechender Weise trägt die Membran 30 in ihrer Mitte eine Scheibe 45, die sich an einen Schnurring 50 anlegen kann, der in eine Ringnut der zwischen den Kammern 23 und 25 befindlichen Gehäusewand eingelassen ist. Überschreitet der zu messende Druckunterschied eine zulässige Grenze, etwa infolge eines Druckabfalls im Raum 10 oder im Raum 12, dann schließt sich das eine oder das andere Ventil, je nach der Richtung der Druckdifferenz.

Die Klemmen 27 des Umformerplättchens 24 sind durch elektrische Leitungen an eine Schalttafel 37 angeschlossen, die in eine Öffnung des Gehäuses 11 eingesetzt und durch einen Schnurring 39 abgedichtet ist.

Die beiderseits der biegsamen Trennwand 34 vorgesehenen Räume sind vollständig mit einer Flüssigkeit angefüllt«, Zu diesem Zweck werden sie zunächst völlig leergepumpt und dann durch Mündungen 52 und 54 mit der Flüssigkeit gefüllt. Diese Mündungen werden dann durch Kugelventile 6o und 62 verschlossen, die durch Madenschrauben 56 und 58 auf ihren Sitz gepreßt werden. Damit die beiderseits der biegsamen Trennwand 32 durch die Membranen 14 und 30 begrenzten Räume dasselbe Volumen erhalten, ist der Raum rechts der Trennwand 32 einstellbar Zu diesem Zweck schließt sich an die durch die Ventilkugel

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62 verschließbare Mündung eine verhältnismässig lange Bohrung 6k des Gehäuses ii an, und in diese Dohrung ist ein Dorn 66 eingesetzt, den man je nach der erforderlichen Volumenberichtigung größer oder kleiner bemessen kann.

Wie der eigentliche Meßumformer 20 in dem beschriebenen Gerät untergebracht und ausgestaltet ist, ersieht man am besten aus Fig. 2. Das aus Silizium bestehende Plättchen 2k ist durch Ätzen oder durch eine spanabhebende Bearbeitung so gestaltet, daß es einen dünnen ringförmigen Bereich 68 im Abstand von seinem äußeren Rand aufweist. Dieser ringförmige Bereich umschließt eine mittlere Verdickung 70. Außerhalb dieses ringförmigen Bereiches bildet das Plättchen einen Tragflansch 72. Auf diesem Umformerplättchen 2k befindet sich nun ein Stützplättchen 74, das längs des Umfanges 76 mit dem Tragflansch 12 des Umformerplättchens 24 verschweißt ist« Zwischen den beiden Plättchen bildet daher der ringförmige Bereich 68 einen Hohlraum 80, der durch die Verschweißung bei 76 von dem mit der Kammer 23 kommunizierenden Innenraum 22 der Kapsel getrennt ist und mit der Bohrung 18 durch ein Loch 8k des Plättchens 7k kommuniziert« Durch dieses Loch 8k hindurch kann die Flüssigkeit zwischen der Kammer l6 und dem Hohlraum 80 hin- und herfließen, der sich zwischen den beiden Plättchen 2k und 7k befindet.

Die die beiden Plättchen 2k und 7k umgebende Kapsel besteht aus einem Boden 86 und einem an diesem befestigten Deckel 88. Der Boden 86 ist am Halter 82 starr befestigt, der einen sechseckigen Flansch 90 hat und sich mit dessen Hilfe in die Nabe 33 der biegsamen Wand 32 fest einschrauben läßt.

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Die beiden Plättchen Ik und 2k bestehen am besten aus demselben Werkstoff, nämlich Silizium. Dadurch wird verhindert, daß sich beim Ausdehnen und Zusammenziehen Spannungen ergeben, die zu Fehlanzeigen führen. Auch wird dadurch verhindert, daß sich beim Verschweißen der beiden Plättchen Spannungen bilden. Die mittlere Verdickung 70 des Umformerplättchens 2k bildet einen Anschlag, der sich an das Stützplättchen Ik anlegt und dadurch den Meßbereich begrenzt, wenn der zu messende Druckunterschied eine zulässige Grenze überschreitet„ Zu diesem Zweck beträgt der Abstand zwischen der Verdickung 70 des Umformerplättchens 2k von dem Stützplättchen 7k wenige hundertstel Millimeter. Ändert sich der zu vermessende Druckunterschied, dann verbiegt sich das Umformerplättchen 2k im ringförmigen Bereich 68. Bei entsprechender Richtung des Druckunterschiedes und bei dessen Anwachsen über eine bestimmte Grenze hinaus legt sich daher die Verdickung 70 an das Plättchen Ik an.

Wenn das geschieht, darf aber die Verdickung 70 die Strömung zwischen der Kammer ±6 und dem Hohlraum 80 nicht verhindern. Aus diesem Grunde sind Kanäle 92, etwa in Gestalt eines Kreuzes, vorgesehen. Diese Kanäle können in dem Stützplättchen 2k oder in der Verdickung 70 selbst ausgespart sein. Sie verhindern jedenfalls, daß das Umformerplättchen 2k das Loch 84 vom Hohlraum 80 trennt, wenn die Verdickung 70 an das Stützplättchen Ik durch einen übermässig hohen Druckunterschied angedrückt wird.

Das Meßumformerplättchen 2k ist in den Fig. k und 5 im einzelnen dargestellt. Seine mittlere Verdickung 70, die von dem Befestigungsflansch 72 durch den dünnen

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ringförmigen Bereich 68 getrennt ist, ist vorzugsweise dreimal so dick wie dieser ringförmige Bereich und hat in der Grundstellung einen Abstand von wenigen hundertstel Millimetern vom Stützplättchen Ik. Wenn sich der dünne ringförmige Bereich 68 unter dem Einfluß eines Druckunterschiedes durchbiegt, wobei er als biegsame Membran wirkt, dann dient die Verdickung 70 als ein Anschlag, der durch Anlage am Stützplättchen 7k den Meßbereich begrenzt.

Um ein auf Spannungen empfindlich ansprechendes Meßplättchen zu erhalten, sind in die Oberfläche bei 9k, 96, 98 und 100 Brückenglieder und Leitungen eingeschmolzen. In den Zeichnungen ist lediglich ein Muster veranschaulicht. In Wirklichkeit können mehrere Muster vorgesehen werden, um zusätzliche Brückenverbindungen zu schaffen, die beim Ausfall anderer Brückenverbindungen als Ersatz dienen. Die Zweige der Brücke werden von den piezoelektrischen Elementen gebildet, die in das Halbleitermaterial durch ein bekanntes Verfahren eingeschmolzen sind, vorzugsweise an der Innenkante und an der Außenkante des ringförmigen Bereiches 68. Diese Brückenglieder werden dann an die Klemmen 27 angeschlossen und bilden dann die offene Brücke. Das bedeutet, daß einer der Brückenzweige offen bleibt, so daß ein Widerstand zum Ausgleich der Brücke hinzugeschaltet werden kann. Ein Paar der Brückenzweige an der Innenkante des ringförmigen Bereiches 68 und ein zweites Paar an dessen Außenkante bilden dann die Schaltbrücke.

Der im Bereich 10 herrschende Druck wirkt auf die Membran Ik₉ und der im Bereich 12 herrschende Druck wirkt auf die Membran 30. Die Flüssigkeit in der Kammer l6 wird daher unter den auf die Membran Ik wirkenden Druck gesetzt und die Flüssigkeit in der Kammer 22 unter den auf die Membran 30 wirkenden Druck. Der die Kammer

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enthaltende Raum ist durch die biegsame Wand 32 und durch das Umformerplattchen 2k von dem die Kammer 22 enthaltenden Raum getrennt. Auf die eine Seite des Plättchens 2k wirkt daher der in der Kammer 16 herrschende Druck, der durch die Bohrung 18 übertragen wird, während der in der Kammer 22 herrschende Druck auf die andere Seite des Plättchens wirkt.

Die biegsame Trennwand 32 nimmt die Verschiebungen auf, die beim Durchbiegen der beiden Membranen Ik und 30 unter dem Einfluß des zu messenden Druckunterschiedes auftreten. Die biegsame Wand 32 trennt also die beiden verschiedenen Drücke, die auf der einen Seite der Trennwand 32 in der Kammer 3k und auf der anderen Seite in der Kammer 36 herrschen. Die biegsame Wand kann sich frei vorwärts oder rückwärts durchbiegen, wenn sich die Membranen Ik und 30 durchbiegen. Eine weitere Aufgabe der biegsamen Trennwand 32 besteht darin, das Meßelement vor Stössen und Spannungen abzuschirmen, die durch Spannungen im Gehäuse oder anderen Bauteilen erzeugt werden könnten.

Mithin hat die Trennwand 32 eine dreifache Wirkung:

Erstens erzeugt sie durch ihre Steifheit den Druckunterschied, durch den das halbleitende Umformerplättchen 2k verformt wird. Zweitens gestattet diese Trennwand 32 dank ihrer Biegsamkeit, daß sich die beiden Hüllmembranen Ik und 30 genügend weit bewegen, um das Sicherheitsventil auf jeder Seite des Meßgeräts zu schließen, wenn die Druckdifferenz eine zulässige Grenze überschreitet. Drittens dient die Trennwand dazu, das von ihr getragene Meßwerk gegenüber Spannungen im Gehäuse abzuschirmen, wie im Nachfolgenden näher erläutert werden wird.

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- tat -

Hätte die Trennwand 32 nicht eine bestimmte Steifigkeit, dann würde das Meßumformerplättchen 2h keinen Meßwert liefern, weil jeder etwaige Druckunterschied durch Nachgeben der Trennwand 32 selbsttätig ausgeglichen würde. Ist die Trennwand 32 jedoch hinreichend steif, dann ermöglicht sie es, daß ein bestimmter Druckunterschied aufrechterhalten wird, der zur Einwirkung auf das Umformerplättchen 2h gebracht werden kann. Andererseits darf aber die Trennwand 32 nicht zu steif sein, weil sie dann verhindern würde, daß sich die Hüllmembranen lh und 30 durchbiegen. Diese Hüllmembranen müssen aber sehr nachgiebig sein, weil sie nur die Aufgabe haben, die Flüssigkeit im Inneren des Gehäuses von den Räumen 10 und 12 zu trennen und die Absperrventile beim Auftreten von Überdruck zu betätigen. Dank des Absperrens dieser Ventile durch die Membranen 14 und 30 beim Auftreten von Überdruck wird das Meßumformerplättchen 2h gegen Überlastung geschützt. Dieser Schutz ermöglicht es, sehr niedrige Druckunterschiede auch dann zu messen, wenn die Leitungsdrücke sehr hoch sind, beispielsweise der Größenordnung nach 350 Atm betragen. Sinkt beispielsweise der im Bereich 10 herrschende Leitungsdruck auf Null, dann wird die Scheibe h5 an den Schnurring 50 gepreßt, wodurch der das Meßgerät enthaltende Raum verschlossen wird, so daß die 350 Atm nicht auf das Meßumformerplättchen 2h wirken können. Erfolgt aber ein großer Abfall des Leitungsdruckes im Bereich 12, dann wird die Scheibe hh auf den Schnurring hO gepreßt, wodurch diese Seite gegenüber dem zu hohen Druck abgesperrt wird. Die Steifheit der Membran 32 und der Membranen lh und 30 und der Abstand zwischen den Scheiben hh und h5 von den Schnurringen hO und 50 bestimmen die Größe des Druckes, der gemessen werden kann, bevor das Absperren des Innenraumes des Geräts erfolgt. Da die drei Membranen Ih₁ und 32 im wesentlichen gleich groß bemessen sind, ergibt

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sich eine sehr einfache Bauart des Geräts und eine gleichmässige Übertragung des Druckes, was praktisch von großer Bedeutung ist. Der einzige Unterschied zwischen den verschiedenen Membranen liegt in der größeren Steifheit der Membran 32 und der außerordentlichen Biegsamkeit der Membranen 14 und 30, die so dünn wie irgend möglich gemacht werden, z.B. 0,05 mm.

Aus verschiedenen Gründen ist es erwünscht, daß die Volumina, welche die beiden hoch biegsamen Membranen 14 und 30 beiderseits der mittleren Membran begrenzen, gleich groß sind. Ein Grund besteht in der Zusammendrückbarkeit der Flüssigkeit, etwa Öl. Wären die Volumina beiderseits der mittleren Zwischenwand 34 verschieden groß, würde sich die das größere Volumen begrenzende Membran stärker durchbiegen als die andere Membran, weil Öl zusammendrückbar ist. Das hätte aber zur Folge, daß sich die Nullanzeige des Meßgeräts verschiebt, wenn sich der Leitungsdruck ändert. Auch würde eine Ungleichheit der beiden Volumen dazu führen, daß jede Volumenänderung nicht nur infolge von Änderung des Druckes sondern auch infolge von Schwankungen der Temperatur in den Bereichen 10 und 12 auf das Meßumformerplättchen 24 zurückwirken würde und zu einer unerwünschten und fehlerhaften Signalgabe führen könnte .

Um nun etwaige Volumenunterschiede ausgleichen zu können, sind die Bohrung 64 und der darin befindliche Dorn 66 vorgesehen. Die Mündung dieser Bohrung ermöglicht nicht nur das Füllen des zwischen den Membranen 32 und 30 befindlichen Raumes, sondern auch den Ausgleich etwaiger Volumenunterschiede durch Einfügen eines mehr oder weniger groß bemessenen Dornes 66. Solche Volumenunterschiede können leicht durch Bearbeitungsfehler verursacht werden. Nach Einsetzen des Dornes 66 sind dann die beiden Volumen ausgeglichen. Die Mündung wird dann

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durch die Ventilkugel 62 verschlossen, die durch die Madenschraube 58 oder dgl, auf ihren Sitz gepreßt wird.

Wenn im Betrieb zwischen den Bereichen 10 und 12 ein Druckunterschied auftritt, dann erzeugt dieser eine elektrische Signalspannung im Umformerplättchen 24« Diese Spannung wird über die Schalttafel 37 einem Anzeigegerät übermittelt. Druckstö'sse oder Druckwellen, die anderenfalls das Umformerplättchen 2k beschädigen würden, werden dadurch abgefangen, daß sich die biegsame Trennwand 32 unter der Einwirkung eines Druckunterschiedes durchzubiegen beginnt. Außerordentlich große Druckunterschiede werden durch die Absperrventile abgefangen, die aus den Scheiben kk und 45 auf den Membranen Ik und und aus den Schnurringen bestehen. Auch die Verdickung 70 des Meßumformerplättchens 2k wirkt als Anschlag, der den Meßbereich begrenzt. Denn das ganze Meßumformeraggregat soll nur solche Druckunterschiede messen, die innerhalb eines begrenzten Bereiches liegen. So kann z.B. dieses Aggregat so ausgestaltet sein, daß es Druckunterschiede überwacht, die nur etwa l/lO oder 1 Atmosphäre betragen und zwischen Drücken entstehen, die sich auf Hunderte von Atmosphären belaufen. Die Verdickung 70 wirkt als Anschlag nur in der einen Richtung, Doch kann das Meßgerät leicht mit einer zusätzlichen Verdickung versehen und dadurch in die Lage versetzt werden, den Meßbereich in beiden Richtungen zu begrenzen.

In den Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausführungsform des Meßumformerplättchens 2k und des StUtzplättchens 7k gezeigt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich die mittlere Verdickung 70' an dem Stützplättchen lk^x , während das Umformerplättchen 2k* keine solche Verdickung aufweist. Die Kanäle 92 teilen die Verdickung 70· in

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vier sektorenförmige Bereiche 75'· Diese schützen den ringförmigen Bereich 68' des Umformerplättchens vor einer zu starken Durchbiegung, indem sie als Anschläge wirken. Freilich könnten die Kanäle wie beim erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel auch im Umformerplättchen ausgespart sein. Das bedeutet, daß die Ver— dickung 70· ohne die Kanäle 62 ausgeführt und nur mit dem Loch 8k versehen sein würde. Man kann auch auf der anderen Seite des Umformerplättchens 2k^x zusätzlich ein zweites Stützplättchen 7^" mit einer mittleren Erhöhung 70" anordnen, wie es in Fig. 6 strichpunktiert angedeutet ist.

Das beschriebene Meßaggregat weist nicht mehr die Mängel auf, die den bekannten Geräten eigen waren. Die Fehlerquellen sind daher auf ein Mindestmaß verringert. Weil der Halter 82 das Stützplättchen Ik so dicht an der Achse des Geräts wie möglich trägt, wird allen Einwirkungen dieses Halters auf das Meßumformerplättchen 2k vorgebeugt. Auch dadurch, daß das Stützplättchen 2k längs des Umfanges 76 des Flansches 72 am Meßumformerplättchen 2k angeschweißt ist, werden Spannungen verringert, die bei bekannten Geräten infolge der Anordnung des Meßumformerplättchens auftraten. Aus diesem Grunde besteht das Stützplättchen vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff wie das Umformerplättchen 2k, Jedoch besteht durchaus die Möglichkeit, das Umformerplättchen 2k aus irgendeinem piezoresistiven Werkstoff außer Silizium herzustellen, z.B. aus Saphir oder Germanium,

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich in mannigfacher Hinsicht abwandeln.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

<7i.y Meßumformer zum Messen von Druckunterschieden mit einer ein Gehäuse in zwei Kammern unterteilenden Wand und mit einem Druckmessgerät, das ein dem Druckunterschied in den beiden Kammern entsprechendes elektrisches Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Druckmeßgerät (20) auf der biegsam ausgestalteten Wand (32) angeordnet ist und daß zum Schutz des Geräts (2O) gegen Drucküberlastung beiderseits der biegsamen Wand (32) Hüllen (i*t,30) vorgesehen sind, die beiderseits der Wand (32) ungefähr gleiche Volumina einschließen und Ventilverschlußstücke (44,^5) tragen, die bei Überdruck den Flüssigkeitsstrom in Richtung auf die biegsame Wand (32) sperren.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllen (i4, 30) Membranen sind und/oder die biegsame Wand (32) ebenfalls eine gewellte Membran ist und in ihrer Mitte einen Halter (33, 82) für das Meßgerät (20) trägt.

3. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der biegsamen Wand (32) getragene Gerät (20) mit Einrichtungen (70, 70^f, 70") zum Begrenzen des Meßbereiches auf einen bestimmten Betrag versehen ist.

k_a Meßumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (20) auf der Nabe (33) der die beiden Kammern (34; 36, 23) trennenden Wand (32) derart gehaltert ist, daß das Meßgerät (20) gegenüber solchen Schwankungen des Leitungsdruckes abgeschirmt ist, die anderenfalls Spannungen in der Halterung des Meßgeräts erzeugen würden,

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ORIGINAL INSPECTED

5. Meßumformer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (66) zum Einstellen des Volumens einer der beiden Kammern (3k; 36,23) auf einen Wert, bei welchem die von den beiden Hüllenmembranen (i²*, 30) beiderseits der trennenden Wand (32)abgeschlossenen Volumina gleich groß sind.

6. Meßumformer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einstellen des Volumens aus einem Dorn (66) besteht, der in eine Bohrung (6k) der die eine Kammer begrenzenden Gehäusewandung eingesetzt ist.

7. Meßumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (20) für den Druckunterschied aus einem Umformerplättchen [2k), aus einem darauf durch Anschweißen am Umfang befestigten Stiitzplättchen (7²O aus dem gleichen Werkstoff und aus dem Halter (82,90) besteht, durch den das Stützplättchen (7²O an der biegsamen Wand (32) befestigt ist.

8. Meßumformer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (82,90) am Stützplättchen (7²O möglichst dicht an dessen Mitte angreift und eine Bohrung (18) hat, die mit einer Seitenfläche des Umformerplättchens (2k) kommuniziert.

9. Meßumformer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformerplättchen (2k) aus Silizium besteht und eine große mittlere Verdickung (70) aufweist, die im Zusammenwirken mit dem Stützplättchen (7²O der Anschlag wirkt, der den Meßbereich begrenzt und dadurch den Meßumformer gegen Überlast schützt.

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10. Meßumformer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verdickung (70) des Umformerplättchens (24) und dem Stützplättchen (74)
Kanäle (92) vorgesehen sind, die die zähe Flüssigkeit in den Raum (80) zwischen den beiden Plättchen (24, 74) fließen lassen, wenn die Verdickung (70) am Stützplättchen (7¹*) anliegt, wodurch das Ansprechen des Meßumformers auf Druckstösse verbessert wird.

11. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (20) durch seinen Halter (33) ungefähr symmetrisch zur Achse

des Gehäuses (ll) an der biegsamen Wand (32) befestigt ist.

12. Meßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Seite des Umformerplättchens (24) ein zweites Stützplättchen (74") mit einer Verdickung angeordnet ist, welche die Schwingung des Umformerplättchens (24¹) in der entgegengesetzten Richtung begrenzt.

13. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die als Anschlag zum Begrenzen des Meßbereiches dienende Verdickung (70*) an dem Stützplättchen (7^¹) oder an beiden Stützplättchen (74', 74»') statt an dem Umf ormerplättchen (24¹) befindet.

14. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hüllen bildenden Membrane (14, 30) etwa ebenso groß wie die biegsame Wand (32) aber wesentlich weicher sind.

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15. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilverschlußstück (44, 45) an der Hülle (14, 30) aus einer Platte besteht.

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