DE2747949A1

DE2747949A1 - Einrichtung zur elektrischen messung des druckverlaufes in einem rohr

Info

Publication number: DE2747949A1
Application number: DE19772747949
Authority: DE
Inventors: Heimo Dipl Ing Denk; Werner Dipl Ing Moser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-02
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1978-05-03
Also published as: AT354142B; ATA811876A; DE2747949C2

Description

Einrichtung zur elektrischen Messung des Druck-
verlaufes in einem Rohr Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektrischen Messung des Druckverlaufes in einem Rohr, das ein flüssiges oder gasförmiges Medium enthält und elektrisch leitend ist, Der Druckverlauf in einem Rohr ist die Darstellung des Druckes im Inneren des Rohres als Funktion der Zeit, Durch die Kenntnis des Druckverlaufes ist es möglich, Maschinen, Motoren u.dgl. zu überprüfen, deren korrekte Funktion vom Druckverlauf in von Flüssigkeiten oder Gasen ausgefüllten Leitungen bestimmt wird. Z.B. können bei Kenntnis des Druckverlaufes in Einspritzleitungen von Dieselmotoren, Rückschlüsse auf die Funktion der Einspritzpumpe und der Einspritzventile gezogen werden. Zur Brmittlung von Druckverläufen dienen bisher Piezokristall- oder Dehnmeßstreifendruckaufnehmer, welche Jedoch mittels eines Adapters in das Rohr eingeschraubt oder über eine Rohrleitung mit dem unter Druck stehenden Rohr verbunden werden müssen. Dieser Einbau eines Adapters bzw. Anbau einer Rohrleitung kann &ur Schwächung des Rohres und auch zur Störung des Strömungsverlaufes führen. Da nicht an Jeder Stelle des Rohres ein Adapter oder eine Rohrleitung ein- bzw. angebaut werden kann, ist diese Art der Druckmessung nur an wenigen Stellen Des Rohres möglich, Ein weiterer Nachteil dieser Art der Druckmessung ist die Gefahr der Verunreinigung des Rohres durch Fremdkörper, weil die Druckleitung beim Anbringen des Adapters und des Drucklaufnehmers geöffnet werden muß, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, durch die ein elektrisches Informationseignal über den Druckverlauf in einem ein flüssiges oder gasförmiges Medium enthaltendes Rohr ohne Rückwirkung auf das Medium, ohne Beeinflussung der Strömungsverhältnisse und auch ohne Verminderung der Betriebssicherheit bereitgestellt wird, Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß die Einrichtung aus einem das Rohr umschließenden starren elektrisch leitenden Hohlzylinder und einer zwischen diesem Hohlzylinder und dem Rohr angeordneten, diese elektrisch voneinander isolierenden Schicht besteht, welche die radialen Ausdehnungen des Rohres elastisch aufnimmt, und diese Elemente entweder unmittelbar einen kapazitiven Geber bilden oder mit induktiven Gebern zusammenwirken, die am starren Hohlzylinder befestigt sind, Dabei werden die durch die innerhalb des elektrisch leitenden Rohrstückes herrschenden Druckänderungen hervorgerufenen Veränderungen des Außendurchmessers des Rohrstüokes meßtechnisch ausgenützt. Oszillographische Vergleichsmessungen an Einspritzleitungen von Dieselmotoren haben ergeben, daß der zeitliche Druckverlauf, gleichzeitig aufgenommen mit einem herkömmlichen Dehnmeßstreifendruckgeber einerseits und der erfindungsgemäßen Einrichtung andererseits, praktisch gleich war, Es ergibt sich auch der Vorteil, daß die Strömungsverhältnisse im Rohr nicht beeinflußt und die Betriebssicherheit nicht vermindert wird, weil für die Einrichtung das Rohr,in dem der Druckverlauf ermittelt werden soll, nicht angebohrt, mit Rohranschlüssen oder Adaptern versehen, oder irgendwie verändert werden muß, Weitere Vorteile liegen in der Robustheit der Meßeinrichtung, die auch bei relativ hohen Temperaturen eingesetzt werden kann, wenn für die elektrisch isolierende Schicht ein entsprechend temperaturbeständiges Material gewählt wird, und darin, daß die Auswerteeinrichtung für das elektrische Informationssignal nicht direkt am Ort des Meßvorganges angeordnet werden muß, In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der vorzugsweise ringartige Hohlzylinder aus zwei elektrisch leitenden Halbschalen bestehen und die elektrische Isolierschicht bzw.
das die Schicht bildende Dielektrikum ebenfalls als Halbschalen ausgebildet sein. Dadurch wird die sachgemäße Anbringung des äußeren starren Hohlzylinders der Einrichtung wesentlich erleichtert und an einer nur kurzen geraden Stelle des Leitungsrohres ermöglicht, wobei keinerlei Demontage- oder Montagearbeiten an der Rohrleitung selbst notwendig sind, Eine weitere Verbesserung im Sinne einer einfachen Montage bzw. Demontage des äußeren starren Hohlzylinders ergibt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß die elektrische Isolierschicht bzw. das die Schicht bildende Dielektrikum auf die den Hohlzylinder bildenden Halbschalen auf gebracht ist. Die Schicht besteht nach der Erfindung bevorzugt aus Kunststoff, wie z,B. Polytetrafluoräthylen (Teflon), Wenn der das Rohr umschließende starre elektrisch leitende Hohlzylinder mit induktiven Gebern zusammenwirkt, die am Hohlzylinder festgelegt sind, so können naoh einem Merkmal der Erfindung der oder die induktive(n) Geber je aus einem mit einer Wiclclung versehenen einmal durohtrennten Kern, z.B. aus Ferritmaterial, bestehen und mittels einer harten Vergußmasse im Hohlzylinder in solcher Lage eingebettet sein, daß die Durchtrennungsetelle an der Isolierschicht zum Rohr liegt. Dabei werden die Ausdehnungen des von der Einrichtung umfaßten Rohrstückes ebenfalls von der Isolierschicht aufgenommen, ohne daß der starre äußere Hohlzylinder und mit ihm der oder die darauf eingebettete(n) Geber ihre Lage zur Rohrachse verändern, Damit wird eine dem Druck in der Rohrleitung proportionale Annäherung der elektrisch leitenden Rohrwandung an die Geber und damit eine entsprechende Induktivitätsänderung der Geber erreicht, welche Gebersignale ausgewertet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft jeder Halbschale, d'.e den Hohl zylinder bilden, ein Induktivgeber zugeordnet sein.
Zur Auswertung der Gebersignale kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Jeweils einer der beiden Gebertypen einen Brüokenzweig einer elektrischen Vollmeßbrücke bilden, wobei die durch Änderungen der Gebersignale bewirkte 3rückenverstimmung nach dem Trägerfrequenzprinzip ausgewertet wird.
Damit ist es möglich, eine besonders hohe Meßgenauigkeit zu erzielen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen kapazitiven Geber im Axialschnitt, Fig. 2 dazu einen Schnitt senkrecht zur Rohrachse; Fig. 3 eine Einrichtung mit induktiven Gebern im Axialschnitt, Fig. 4 eine Draufsicht auf diese Einrichtung; Fig. 5 den Kern eines Induktivgebers in Draufsicht in vergrößertem Maßstab und Fig. 6 dazu einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig.5.
Gleiche Teile sind rnit denselben Bezugszeichen versehen.
Das elektrisch leitende Rohr, welches das flüssige oder gasförmige Medium enthalt, ist mit 1 bezeichnet, Der kapazitive Geber wird aus einem das Rohr 1 umschließenden starren elektrisch leitenden Rohr 2 gebildet, welches aus zwei Halbschalen 3 und 4 besteht. Zwischen dem leitenden Rohr 1 und dem starren Außenring 2 befindet sich die Dielektrikumsschicht 5, die ebenfalls aus zwei Halbschalen gebildet ist, die je auf die Halbschalen 3 und 4 des Außenringes aufgebracht sind, Die Funktion ist folgende: Infolge der Druckänderungen des Mediums im Rohr 1 treten in dem vom Geber umfaßten Rohrstück Durchmesseränderungen des Rohres auf, welche von der Dielektrikumaschicht 5 elastisch aufgenommen werden. Dabei wird der starre Außenring 2, welcher eine Kondensatorfläche bildet, in keiner Weise verformt. Die Verbindung der beiden Halbschalen 3 und 4 des Außenringes 2 muß elektrisch leitend und mechanisch stabil ausgefUhrt sein. Durch diese Ausbildung wird eine dem Druck in dem Rohrleitungsstück proportionale Kapazitätsänderung des beschriebenen Zylinderkondensators erreicht. Die Dielektrikumsschicht 5 kann beispielsweise aus einem Kunststoff wie Tetrafluoräthylen (Teflon) bestehen.
Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Einrichtung ist das Rohr 1, welches das gasförmige oder flüssige Druckmedium führt, ebenfalls von einem starren Ring 2 umschlossen, weloher aus Montagegründen aus zwei Halbschalen 3 und 4 gebildet ist, Die radial verlaufende Teilungsebene iet in Fig. 4 mit 6 bezeichnet, Die elektrisch isolierende Schicht, welche ebenfalls in Halbschalen ausgeführt und auf die Halbschalen des starren Außenringes 2 aufgebracht ist, ist mit 7 bezeichnet.
Zwei diametral gegenüberliegende und mit elektrischen Wicklungen 8 versehene Kerne 9, z.B, aus Ferritmaterial, sind am starren Außenring 2 mittels einer harten Vergußmasse 10 am Außenring eingebettet, Die beiden ringförmigen Kerne 9 besitzen an ihren dem Rohr 1 zugewendeten Seiten Abflachungen 11 und außerdem einen durchgehenden radialen Schlitz 12, sodaß sich Je ein magnetisches Streufeld ausbildet, in welches das elektrisch leitende Rohrstück 1 eingebracht ist. Ein Kern 9 ist in vergrößertem MaBstab in Fig, 5 und 6 dargestellt.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Das im Rohr 1 befindliche Druckmedium bewirkt bei Druckänderungen ein Atmen der Rohrleitung 1, also Änderungen des Außendurchmessers der Rohrleitung. Diese Änderungen werden von der elastischen elektrisch isolierenden Schicht 7 aufgenommen, sodaß sich der Abstand zwischen dem Rohr 1 und dem starren Außenring 2 bzw, den damit fest verbundenen Kernen 9 der Induktivgeber ändert.
Die Änderung des Abstandes der elektrisch leitenden Wandung des Rohres 1 vom starren Außenring 2 bzw. den damit rest verbundenen Induktivgebern ist proportional der Druokänderung im Rohr, woraus sich auch eine proportionale Induktivitätsänderung der Geber ergibt.
Die Auswertung der von den beiden vorstehend beechriebenen Gebertypen kann in gleioher Welse dadurch erfolgen, daß die Geber jeweils einem Brückenzweig einer elektrischen Vollmeßbrücke bilden. Dabei bewirken die Änderungen der Gebersignale Jeweils eine Verstimmung der Brdeke, die nach dem Trägerfrequenzprinzip ausgewertet wird.

Claims

Patentansprüche: ;9 Einrichtung zur elektrischen Messung des Druckverlaufes in einem Rohr, das ein flüssiges oder gasförmiges Medium enttiäit und elektrisch leitend ist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c } n e t , daß sie aus einem das Rohr umschließenden starren elektrisch leitenden Hohlzylinder und einer zwischen diesem Hohlzylinder und dem Rohr angeordneten, diese elektrisch voneinander isolierenden Schicht besteht, welche die radialen Ausdehnungen des Rohres elastisch aufnimmt, und diese Elemente entweder unrnittelbar einen kapazitiven Geber bilden oder mit induktiven Gebern zusammenwirken, die am starren Hohlzylinder befestigt sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise ringartige Hohl2ylinder aus zwei elektrisch leitenden Halbschalen besteht und die elektrische Isolierscilicht bzw. das die Schicht bildende Dieletrikum ebenfalls aus Halbschalen gebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierschicht bzw, das die Schicht bildende Dielektrikum auf die den Hohlzylinder bildenden Halbschalen aufgebracht ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Kunststoff, wie z.I3.

Polytetrafluoräthylen (Teflon) besteht.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit mindestens einem induktiven Geber, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die induktive(n) Geber je aus einem mit einer Wicklung versehenen einmal durchtrennten Kern, z,B, aus Ferritmaterial, bestehen und mittels einer harten Vergußmasse im ilohlzylinder in solcher Lage eingebettet sind, daß die Durchtrennungsstelle an der Isolierschicht zum Rohr liegt.

6, Einrichtung nach aspruch 2 oder 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbschale, die den Hohlzylinder bilden, ein Induktivgeber zugeordnet ist.

7, Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer der beiden Gebertypen einen Brückenzweig einer elektrischen Vollmeßbrücke bidet, wobei die durch Änderungen der Gebersignale bewirkte Brückenverstimmung nach dem Trägerfrequenzprinzip ausgewertet wird.