DE2728720C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmesser nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim gattungsgemäßen Druckmesser (SE-Patentanmeldung 72 01 662-9) wird die an der Membran befestigte Metallplatte je nach dem Differenzdruck in den beiden Kammern relativ zum induktiven Sensor verstellt, der ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Bei einer großen Druckdifferenz kann die Membran so stark gedehnt werden, daß sie überdehnt wird oder gar reißt. Die nachfolgenden Messungen werden dadurch verfälscht.

Es sind ferner Druckmesser bekannt, bei denen eine Metallmembran zwischen zwei Spulen (GB-PS 8 23 323) angeordnet ist oder einer Spule gegenüberliegt (GB-PS 9 82 930). Bei entsprechend hohen Drücken können die Metallmembranen ebenfalls überdehnt werden, unter Umständen auch reißen.

Bei anderen bekannten Druckmessern (DD-PS 1 09 073, US-PS 33 90 579) ist die Membran im Querschnitt wellenförmig ausgebildet. Bei entsprechend hohen Drücken legt sich die Membran an eine genau gleich profilierte Gegenfläche an. Die Herstellung der Membran und der Gegenfläche und der paßgenaue Einbau ist infolge dieser Formgebung aufwendig und schwierig. Die profilierte Membran ist auch empfindlich gegen Vibrationen, die zu unerwünschten Schwingungen der Membran und damit zu Fehlsignalen führen können.

Es ist ein Druckmesser bekannt (US-PS 39 67 504), bei dem mehrere im Querschnitt profilierte Membranen mit Flüssigkeiten gefüllte Kammern voneinander trennen, die unter Druck gesetzt werden können. Die eine Membran trägt einen beweglichen Kern, der zwischen zwei stationären Kernen verschiebbar ist. In Abhängigkeit vom Differenzdruck ändert sich die Lage des beweglichen Kerns zwischen den stationären Kernen, die an ein Anzeigegerät angeschlossen sind, das entsprechend der Stellung des beweglichen Kerns den zugehörigen Differenzdruck anzeigt. Dieser Druckmesser hat einen aufwendigen Aufbau und ist infolge der profilierten Membranen ebenfalls empfindlich gegen Vibrationen.

Es ist schließlich ein Druckmesser bekannt (US-PS 36 38 497), bei dem eine Metallmembran eine Metallplatte trägt, die einen Näherungs-Meßwertumformer gegenüberliegt. Die Metallmembran kann bei übermäßigen Drücken in unerwünschter Weise plastisch verformt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Druckmesser so auszubilden, daß bei konstruktiv einfacher Ausbildung Fehlsignale beim Meßvorgang verhindert werden.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Druckmesser erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Druckmesser ist die Membran vorgespannt, wie an sich aus der DE-OS 16 48 593 und der DE-OS 21 48 292 bekannt ist, so daß sich Vibrationen beim Meßvorgang nicht nachteilig bemerkbar machen. Infolge der Vorspannung wird die Membran beim Auftreten von Vibrationen nicht ausgelenkt, so daß auch keine Fehlsignale auftreten, die das Meßergebnis verfälschen könnten. Die Membran selbst kann konstruktiv einfach als glatte Membran ausgebildet sein, so daß die Herstellung und die Montage des erfindungsgemäßen Druckmessers einfach sind. Die Metallplatte des erfindungsgemäßen Druckmessers wird außer zur Messung der Membranbewegung gleichzeitig dazu benutzt, bei einseitigem Druckanstieg den einen Verbindungskanal zu verschließen, so daß die Membran im Bereich der Mündung dieses Verbindungskanales sicher von der Metallplatte abgestützt ist und im übrigen Bereich auf dem eingeschlossenen Polster desjenigen Mediums ruht, das gerade in der Kammer eingeschlossen ist. Dadurch wird der Druck auf die Membran von der Einspannzone bis zur Metallplatte gleichmäßig verteilt, so daß eine Überdehnung oder ein Bruch der Membran ausgeschlossen ist. Im Bereich der Mündung des Verbindungskanales, in dem die Gefahr einer partiellen Überdehnung aufgrund des mangelnden Gegendruckes besteht, ist die Membran vollständig durch die Metallplatte abgestützt. Auf diese Weise werden unzulässig hohe Belastungen der Membran und damit zusammenhängende Fehlsignale zuverlässig und einfach verhindert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessers,

Fig. 2 eine Ansicht auf die Unterseite des Druckmessers nach Fig. 1.

Der Druckmesser hat ein Membrangehäuse mit zwei Gehäuseteilen 3 und 4, deren einander gegenüberliegende Seiten so ausgebildet sind, daß sie einen mittigen zylindrischen Hohlraum bilden. Die Unterseite des oberen Gehäuseteiles 3 ist mit einer verhältnismäßig flachen Vertiefung 5 versehen, die eine untere Membrankammer bildet, während die Oberseite des unteren Gehäuseteiles 4 einen nach oben vorstehenden ringförmigen Flansch 6 aufweist. Sein freies Ende ist radial nach außen gebogen und umschließt einen Innenraum, der eine untere Membrankammer 7 bildet. Ihr Durchmesser ist gleich dem Durchmesser der Vertiefung bzw. der oberen Membrankammer 5. Eine kreisförmige, dünne und elastische Membran 8, beispielsweise aus Gummi, ist mit einer etwas dickeren Randzone 9 versehen, die eine stabile, U-förmige Umgreifung des Flansches 6 bildet und die Membran in ihrer Lage festhält. Die Abmessungen sind so gewählt, daß die Membran 8 in ihrer Einbaulage leicht gedehnt ist, um eine Dauervorspannung zu erzielen. An einer Seite der Membran 8 ist beispielsweise mit Klebstoff oder durch Vulkanisation eine kreisförmige Metallplatte 10 befestigt, die vorzugsweise vor der Montage der Membran an ihr befestigt wird. Im Ausführungsbeispiel ist die Metallplatte 10 auf der Oberseite der Membran befestigt. Bei der Montage der Membran 8 werden die beiden Gehäuseteile 3 und 4 mit Hilfe von Gewindebolzen 11 miteinander verbunden, die in Gewindebohrungen an den vier Ecken der Gehäuseteile 3, 4 geschraubt werden. Mittels des abgebogenen Flansches 6 und der U-förmigen Umgreifung durch die Randzone 9 läßt sich die Membran sehr einfach im Druckmesser montieren. Die Membran 8 sitzt fest auf dem Flansch 6 und wird beim Zusammenschrauben der Gehäuseteile 3, 4 im Bereich der Einspannzone außerdem fest eingeklemmt, so daß die Membran nicht unbeabsichtigt verrutschen kann.

Der untere Gehäuseteil 4 hat eine Bohrung, deren Achse durch den Mittelpunkt der Metallplatte 10 verläuft und zum Einsetzen eines zylindrischen, induktiven Sensors 12 dient. Er besteht im wesentlichen aus einem Transistor-Oszillator, der bei Verbindung mit einer Stromquelle ein hochfrequentes elektromagnetisches Streufeld erzeugt. Wenn die Metallplatte 10 in dieses Magnetfeld gebracht wird, fließen Wirbelströme in der Metallplatte und verursachen eine Änderung des inneren elektrischen Widerstandes des Sensors 12. Wenn die Metallplatte 10 bis auf eine bestimmte Entfernung vom Sensor 12 verschoben wird, wird der Strom in einem äußeren Signalkreis schlagartig verringert, wobei diese plötzliche Änderung als Ausgangssignal benutzt wird. Im Bereich ihres äußeren Endes ist die Bohrung durch eine ringförmige Eindrehung zur Aufnahme eines Dichtringes 13 und eines Druckringes 14 erweitert. Der Sensor 12 ist so justiert, daß sein inneres Ende einen gewünschten Abstand zur Membran 8 und zur Metallplatte 10 einnimmt. In dieser Lage ist er durch eine mit einer Spannschraube 15 versehene Klemmschelle gesichert, die an der Unterseite des Gehäuseteiles 4 mit Schrauben 17 befestigt ist. Der Druckring 14 ragt zunächst über die Unterseite des Gehäuseteiles 4 und wird beim Befestigen der Klemmschelle 16 mit den Schrauben 17 nach innen gegen den Dichtring 13 in die in Fig. 1 dargestellte Lage gedrückt. Er wird auf diese Weise leicht komprimiert, so daß er einwandfrei dichtend an der zylindrischen Oberfläche des Sensors 12 anliegt.

Der obere Gehäuseteil 3 hat einen ihn durchsetzenden und in die Membrankammer 5 führenden Verbindungskanal 18, dessen Längsachse durch die Mitte der Metallplatte 10 verläuft. Der Verbindungskanal 18 ist mit einem äußeren, größeren Durchmesser aufweisenden Gewindeabschnitt zum Anschluß eines Gewindeendes einer Rohrleitung 19 versehen. Ein Kanal 20, der seitlich von der unteren Membrankammer 7 über einen senkrecht dazu abgewinkelten Teil verläuft, hat in ähnlicher Weise einen äußeren, mit einem größeren Durchmesser versehenen Gewindeabschnitt zum Anschluß einer Rohrleitung 21. Die beiden Rohrleitungen 19, 21 stehen üblicherweise mit zwei Strömungsmittelquellen in Verbindung, zwischen denen die Druckdifferenz aufzubauen ist. Es ist selbstverständlich auch möglich, zwischen den beiden Strömungsmittelquellen eine negative (Unter)-Druckdifferenz aufzubauen oder als weitere Alternative nur einen der Kanäle 18, 20 mit der Druck- oder Vakuumquelle zu verbinden, während der andere Kanal mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen kann.

Der induktive Sensor 12 ist über zwei elektrische Leitungen 22, 23 mit einer elektrischen Versorgungsquelle verbunden. Eine weitere elektrische Leitung 24 führt ein Ausgangssignal eines in dem Sensor 12 vorhandenen Verstärkers. Die Ausgangssignalleitung 24 kann mit einem (nicht dargestellten) Relais verbunden sein, um eine Anzeigeeinrichtung, wie beispielsweise eine Lampe oder einen Summer, bei Empfang eines Stromimpulses zu betätigen.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Abstand zwischen dem Sensor 12 und der Metallplatte 10 so eingestellt, daß nur eine geringe Entfernungsvergrößerungerforderlich ist, um ein definiertes Ausgangssignal zu erzeugen. Die untere Membrankammer 7 sollte daher im dargestellten Beispielsfalle über die Rohrleitung 21 mit einem höheren Druck beaufschlagt werden, um die Membran 8 nach oben auszulenken. Bei einer großen Druckdifferenz zwischen den beiden Membrankammern 5, 7 wird die Membran 8 so weit ausgelenkt, daß sie in Berührung mit dem Boden der Kammer 5 gelangt. Dabei wird die Mündungsöffnung des Verbindungskanales 18 vollständig durch die Metallplatte 10 geschlossen, so daß die dünne Membran 8 im Bereich der Mündung von der Metallplatte 10 sicher abgestützt wird und im übrigen Bereich auch auf dem eingeschlossenen Polster des in der Membrankammer 5 eingeschlossenen Mediums ruht. Der Druck auf die Membran 8 wird somit im Bereich der Einspannzone bis zur Metallplatte 10 gleichmäßig verteilt, so daß die Membran nicht überdehnt werden kann oder reißt. Im Mündungsbereich des Verbindungskanales, in dem die Gefahr einer partiellen Überdehnung der Membran 8 aufgrund des mangelnden Gegendruckes besteht, ist die Membran durch die Metallplatte 10 abgestützt. Auf diese Weise wird die Gefahr eines Bruchs der Membran 8 im Falle einer großen Belastung vollständig vermieden. Da die Membran vorgespannt ist, ist der Druckmesser verhältnismäßig unempfindlich gegen Vibrationen. Sie führen infolge der Vorspannung nicht zu Schwingungen der Membran 8, so daß Fehlsignale zuverlässig verhindert werden.

Da die Membran 8 und die Metallplatte 10 teilkreisförmig und die beiden Kammern 5, 7 zylindrisch ausgebildet sind, wird die Membran bei der Druckmessung gleichmäßig belastet, so daß auch zuverlässige Meßergebnisse erhalten werden. Die Mittelpunkte der Membran 8, der Metallplatte 10 und der Mündung des Verbindungskanales 18 liegen auf der Zylinderachse der Kammer 5. Dadurch ist sichergestellt, daß die Metallplatte 10 bei entsprechendem Druck den Verbindungskanal 18 zuverlässig verschließt. Da außerdem der Sensor 12 fluchtend zur Metallplatte 10 angeordnet ist, führt die Bewegung der Metallplatte relativ zum Sensor 12 während der Druckmessung zu einwandfreien Meßergebnissen. Da der Druckmesser vibrationsunempfindlich ist, wird verhindert, daß sich seine Einstellung ändert und falsche Signale auftreten. Die Membran 8 hält große einseitige Drücke aus und fällt zuverlässig auf die Nullage zurück, wenn die Druckbeanspruchung aufhört. Besteht die Membran 8 beispielsweise aus Gummi, können Fremdstoffe im Druckmedium, insbesondere Kohlenwasserstoffe, zu einem Anschwellen des Gummimaterials der Membran führen. Dieses Anschwellen wird von der Vorspannung der Membran kompensiert, so daß die Signale auch in diesem Falle unverfälscht sind.

Bei einer praktischen Anwendung liegt der elektrische Strom des Ausgangssignalkreises üblicherweise bei etwa 1 mA bei einer Entfernung von etwa 2 mm zwischen dem Sensor 12 und der Metallplatte 10. Bei einer Vergrößerung des Abstandes um etwa 0,1 mm steigt die Stromstärke schlagartig um etwa das 10fache an.

Es ist auch möglich, den Abstand zwischen dem Sensor 12 und der Metallplatte 10 so einzustellen, daß das Ausgangssignal auf einem hohen Pegel liegt, solange die Drücke in den Kammern 5 und 7 im wesentlichen gleich sind, daß der Strom aber schlagartig verringert wird, sobald die obere Kammer 5 mit einem höheren Druck beaufschlagt wird. Üblicherweise ist jedoch von diesen beiden Alternativen die erstgenannte Alternative die weitaus praktischere.

Claims (4)

1. Druckmesser mit einem Membrangehäuse, das zwei durch eine nichtmetallische, elastische Membran vollständig voneinander getrennte Kammern aufweist, in die jeweils ein Verbindungskanal mündet, der jeweils mit einer von zwei Strömungsmittelquellen verbindbar ist, deren Druckdifferenz zu messen ist, und mit einem induktiven Sensor, der mit einer Metallplatte zusammenwirkt, die an der Membran befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) vorgespannt ist, und daß die Metallplatte (10) dem einen Verbindungskanal (18) gegenüberliegt und gegen ihn bei Überschreiten eines vorgegebenen Differenzdruckes durch die Membran (8) bewegbar ist sowie ihn dicht verschließt, wobei die Membran (8) im Bereich des Verbindungskanales (18) durch die Metallplatte (10) abgestützt ist, die an der die Mündung des Verbindungskanales (18) aufweisenden Kammerwand anliegt.

2. Druckmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) und die Metallplatte (10) kreisförmig ausgebildet sind, daß mindestens eine Kammer (5) zylindrisch ausgebildet ist und eine der Membran (8) gegenüberliegende Öffnung zum Verbindungskanal (18) aufweist, und daß der Mittel­ punkt der Membran (8) und der der Metallplatte (10), die Zylinderachse der Kammer (5) und der Mittelpunkt der Öffnung in einer Linie fluchten.

3. Druckmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) längs ihres Außenumfanges vorzugsweise form- und kraft­ schlüssig innerhalb des Membrangehäuses (3, 4) be­ festigt ist.

4. Druckmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Sensors (12) dichtend in eine Membrangehäusewand in fluchtender Ausrichtung mit der Metallplatte (10) eingesetzt ist und dabei einen Bodenabschnitt der anderen Kammer (7) bildet.