DE2747949C2

DE2747949C2 - Einrichtung zur elektrischen Messung des Druckverlaufes in einem Rohr

Info

Publication number: DE2747949C2
Application number: DE19772747949
Authority: DE
Inventors: Heimo Dipl.-Ing. Feldbach Denk; Werner Dipl.-Ing. Graz Moser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-02
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1982-11-04
Also published as: AT354142B; ATA811876A; DE2747949A1

Description

65

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektrischen Messung des Druckverlaufes in einem elektrisch leitenden, ein flüssiges oder gasförmiges Medium enthaltenden Rohr, mit einem das Rohr umschließenden, aus zwei elektrisch leitenden Halbschalen gebildeten starren Hohlkörper, einer zwischen dem Hohlkörper und dem Rohr angeordneten, den Hohlkörper und das Rohr elektrisch voneinander isolierenden sowie die radialen Ausdehnungen des Rohres elastisch aufnehmenden Schicht und mit einer Geberanordnung zur Umwandlung der radialen Bewegungen des Rohres in elektrische Signale.

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. Zum Beispiel können bei Kenntnis des Druckverlaufes in Einspritzleitungen von Dieselmotoren, Rückschlüsse auf die Funktion der Einspritzpumpe und der Einspritzventile gezogen werden.

Aus der US-PS 39 37 087 ist eine Einrichtung der genannten Art bekannt, bei der ein auf ein Rohr aufzuklebender und daher nicht wieder verwendbarer Dehnmeßstreifen zur Erfassung von Durchmesseränderungen des Rohres herangezogen wird, wobei auch das zweiteilige, sehr schwer ausgebildete Metallgehäuse fest auf das Rohr aufgeklebt ist Die beiden Gehäusehälften sind über eine isolierende Schicht aus Epoxyharz miteinander verklebt wodurch eine Demontage des Meßwertaufnehmers nach durchgeführter Messung nicht möglich ist; vielmehr muß dieser Meßwertaufnehmer, auch wenn keine Messung stattfindet am Rohr verbleiben. Neben diesem wirtschaftlichen Nachteil können sich bei* einem Geber der bekannten Art auch noch technische Probleme ergeben, da die große Masse des Gehäuses des Meßwertaufnehmers großen Beschleunigungskräften, hervorgerufen z. B. durch an Dieseleinspritzleitungen nicht vermeidbare Schwingungen, unterworfen ist die zur Deformierung der Einspritzleitungen und zu Störungen des Einspritzsystems führen können.

Aus der GB-PS 7 08 765 ist ein Druckaufnehmer bekannt der mittels eines Adapters in das zu vermessende Rohr eingeschraubt wird. Als meßempfindliches Teil ist eine bewegliche Membrane vorgesehen, die vom zu messenden Druck beaufschlagt ist und mit anderen Teilen zusammen kapazitive bzw. induktive Meßanordnungen bildet Dieser Geber hat den entscheidenden Nachteil, daß zur Vorbereitung der Messung das Rohr geöffnet werden muß, was erhöhten Aufwand und die Gefahr einer Beeinflussung des zu messenden Druckverlaufes bringt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ein elektrisches Informationssignal über den Druckverlauf in einem ein flüssiges oder gasförmiges Medium enthaltenden 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 entweder der als Hohlzylinder ausgeführte Hohlkörper, die ein Dielektrikum verkörpernde, isolierende elastische Schicht und das Rohr eine kapazitive Geberanordnung bilden oder der als Hohlzylinder ausgeführte Hohlkörper, die isolierende elastische Schicht und das Rohr eine induktive Geberanordnung mit am Hohlzylinder befestigten induktiven Gebern

bilden. Dabei werden die durch die innerhalb des elektrisch leitenden Rohrstückes herrschenden Druckänderungen hervorgerufenen Veränderungen des Außendurchrnessers des Rohrstückes meßtechnisch ausgenützt Oszillographische Vergleichsn essungen an Einspritzleitungen von Dieselmotoren haben ergeben, daß der zeitliche Druckverlauf, gleichzeitig aufgenommen mit einem herkömmlichen Dehnmeßstreifendruckgeber einerseits und einer erfindungsgemäßen Einrichtung andererseits, praktisch gleich war. ι ο

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 '5 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 entsprechendes temperaturbeständiges Material gewählt wird, und darin, daß die Auswerteeinrichtung für das elektrische Informationssignal nicht direkt am Ort des Meßvorganges angeordnet werden muß.

Eine weitere Verbesserung im Sinne einer einfachen Montage bzw. Demontage des äußeren starren Hohlzylinders ergibt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß die die radialen Ausdehnungen des Rohres elastisch aufnehmende Schicht auf die den Hohlzylinder bildenden Haibschaien aufgebracht ist 3<> Die Schicht besteht nach der Erfindung bevorzugt aus Kunststoff, wie z. B. Polytetrafluorethylen.

Wenn der das Rohr umschließende starre elektrisch leitende Hohlzylinder mit induktiven Gebern zusammenwirkt, die am Hohlzylinder festgelegt sind, so können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung 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 Hohlzylinder in solcher Lage eingebettet sein, daß die Durchtrennungsstelle an der isolierenden Schicht zum Rohr liegt. Dabei werden die Ausdehnungen des von der Einrichtung umfaßten Rohrstückes ebenfalls von der elastischen Schicht aufgenommen, ohne daß der starre äußere Hohlzylinder und mit ihm der oder die darin eingebetteten) 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 als Gebersignal ausgewertet wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft jeder Halbschale ein Induktivgeber zugeordnet sein.

Zur Auswertung der Gebersignale kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung jeweils eine der beiden Geberanordnungen einen Brückenzweig einer elektrischen Vollmeßbrücke bilden, wobei die durch Änderungen der Gebersignale bewirkte Brückenverstimmung nach dem Trägerfrequenzprinzip ausgewertet wird. Damit ist es möglich, eine besondere hohe Meßgenauigkeit zu erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen kapazitiven Geber im Axialschnitt; F i g. 2 dazu einen Schnitt senkrecht zur Rohrachse; Fig. 3 eine Einrichtung mit induktiven Gebern im

55

b5

Axialschnitt; F i g. 4 eine Draufsicht auf diese Einrichtung;

Fi g. 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 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das elektrisch leitende Rohr, welches das flüssige oder gasförmige Medium enthält ist mit 1 bezeichnet Der kapazitive Geber wird aus einem das Rohr 1 umschließenden starren elektrisch leitenden Hohlzylinder 2 gebildet welcher aus zwei Halbschalen 3 und 4 besteht Zwischen dem leitenden Rohr 1 und dem starren Hohlzylinder 2 befindet sich eine als Dielektrikum dienende Schicht 5, die ebenfalls aus zwei Halbschalen gebildet ist die je auf die Halbschalen 3 und 4 des Hohlzylinders aufgebracht sind.

Die Funktion ist folgende: Infolge der Druckänderungen des Mediums im Rohr 1 treten an dem vom Geber umfaßten Rohrstück Durchmesseränderungen auf, welche von der Schicht 5 elastisch aufgenommen werden. Dabei wird der starre Hohlzylinder 2, welcher eine Kondensatorfläche bildet in keiner Weise verformt Die Verbindung der beiden Halbschalen 3 und 4 des Hohlzylinders 2 muß elektrisch leitend und mechanisch stabil ausgeführt sein. Durch diese Ausbildung wird eine dem Druck in dem Rohrstück proportionale Kapazitätsänderung des gebildeten Zylinderkondensators erreicht. Die als Dielektrikum wirkende Schicht 5 kann beispielsweise aus einem Kunststoff wie Tetrafluorethylen bestehen.

Bei der in F i g. 3 und 4 dargestellten Einrichtung ist das Rohr 1, welches ein gasförmiges oder flüssiges Druckmedium führt ebenfalls von einem starren Hohlzylinder 2 umschlossen, welcher aus Montagegründen aus zwei Halbschalen 3 und 4 gebildet ist. Die radial verlaufende Teilungsebene ist in F i g. 4 mit 6 bezeichnet Die elektrisch isolierende Schicht, welche ebenfalls in Halbschalen ausgeführt und auf die Halbschalen des starren Hohlzylinders 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 Hohlzylinder 2 mittels einer harten Vergußmasse 10 eingebettet Die beiden ringförmigen Kerne 9 besitzen an ihren dem Rohr 1 zugewendeten Seiten Abflachungen U und außerdem einen durchgehenden radialen Schlitz 12, so daß sich je ein magnetisches Streufeld ausbildet, in welches das elektrisch leitende Rohrstück 1 eingebracht ist. Ein Kern 9 ist in vergrößertem Maßstab 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, so daß sich der Abstand zwischen dem Rohr 1 und dem starren Hohlzylinder 2 bzw. den damit fest verbundenen Kernen 9 der Induktivgeber ändert Die Änderung des Abstandes der elektrisch leitenden Wandung des Rohres 1 vom starren Hohlzylinder 2 bzw. den damit fest verbundenen Induktivgebern ist proportional der Druckänderung im Rohr, woraus sich auch eine proportionale Induktivitätsänderung der Geber ergibt.

Die Auswertung der Meßsignale von den beiden

vorstehend beschriebenen Geberanordnungen kann in gleicher Weise dadurch erfolgen, daß die Geber jeweils in einem Brückenzweig einer elektrischen Vollmeßbrükke liegen. Dabei bewirken die Änderungen der Gebersignale jeweils eine Verstimmung der Brücke, die nach dem Trägerfrequenzprinzip ausgewertet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur elektrischen Messung des Druckverlaufes in einem elektrisch leitenden, ein flüssiges oder gasförmiges Medium enthaltenden Rohr, mit einem das Rohr umschließenden, aus zwei elektrisch leitenden Halbschalen gebildeten starren Hohlkörper, einer zwischen dem Hohlkörper und dem Rohr angeordneten, den Hohlkörper und das Rohr elektrisch voneinander isolierenden sowie die radialen Ausdehnungen des Rohres elastisch aufnehmenden Schicht und mit einer Geberanordnung zur Umwandlung der radialen Bewegungen des Rohres in elektrische Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der als Hohlzylinder (2) ausgeführte Hohlkörper, die ein Dielektrikum verkörpernde, isolierende elastische Schicht (5) und das Rohr (1) eine kapazitive Geberanordnung bilden.

2. Einrichtung zur elektrischen Messung des Druckverlaufes in einem elektrisch leitenden, ein flüssiges oder gasförmiges Medium enthaltenden Rohr, mit einem das Rohr umschließenden, aus zwei elektrisch leitenden Halbschalen gebildeten starren Hohlkörper, einer zwischen dem Hohlkörper und dem Rohr angeordneten, den Hohlkörper und das Rohr elektrisch voneinander isolierenden sowie die radialen Ausdehnungen des Rohres elastisch aufnehmenden Schicht und mit einer Geberanordnung zur Umwandlung der radialen Bewegungen des Rohres in elektrische Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der als Hohlzylinder (2) ausgeführte Hohlkörper, die isolierende elastische Schicht (7) und das Rohr (1) eine induktive Geberanordnung mit am Hohlzylinder befestigten induktiven Gebern bilden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die radialen Ausdehnungen des Rohres (1) elastisch aufnehmende Schicht (5, 7) auf die den Hohlzylinder bildenden Halbschalen (3,

4) aufgebracht ist

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, *o dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5, 7) aus Kunststoff, wie z. B. Polytetrafluoräthylcn besteht

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die induktive(n) Geber je aus einem mit einer Wicklung (8) versehenen einmal durchtrennten Kern (9), ζ. B. aus Ferritmaterial, bestehen und mittels einer harten Vergußmasse (10) im Hohlzylinder in solcher Lage eingebettet sind, daß die Durchtrennungsstelle an der isolierenden so Schicht (7) zum Rohr (1) liegt

6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbschale (3,4) ein Induktivgeber zugeordnet ist

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß jeweils eine der beiden Geberanordnungen einen Brückenzweig einer elektrischen Vollmeßbrücke bildet wobei die durch Änderungen der Gebersignale bewirkte Brücken-Verstimmung nach dem Trägerfrequenzprinzip ausgewertet wird.