DE2749907A1

DE2749907A1 - Druckanzeigegeraet

Info

Publication number: DE2749907A1
Application number: DE19772749907
Authority: DE
Inventors: Peter Steele Paterson
Original assignee: MILTON HEATH ENGINEERING Ltd
Current assignee: MILTON HEATH ENGINEERING Ltd
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1978-05-18
Also published as: FR2370271A1; JPS5386288A

Description

Milton Heath Engineering Limited Milton Heath, Dorking, Surrey

Druckanzeigegerät

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Erzeugung eines Drucksignale, das der Differenz zweier Eingangsdrucke proportional ist.

Bei Flüssigkeitsdruckgeräten ist es vielfach erforderlich, den Druck an zwei oder mehr Stellen eines Flüssigkeitssystems zu erfassen und die Differenz zwischen diesen Drücken zu messen. Diese Druckdifferenz kann an Instrumenten als Information angezeigt oder automatisch aufgezeichnet oder direkt zur Funktionssteuerung verwendet werden.

Es ist bekannt, jeden Druck mit einem Druckmesser oder einer anderen Einrichtung einzeln zu messen und die Drücke voneinander abzuziehen. Diese Methode weist den Nachteil auf, daß sie umständlich ist und zusätzliche Fehlermöglichkeiten mit sich bringt. Da sie eine Indirekte Method· darstellt, ist sie nicht für Aufzelchnungs- und für Steuerungszwecke geeignet.

Es ist weiter bekannt, einen Differenzdruckmesser zu verwenden, der eine Druckdifferenz anzeigt. Derartige Differenzdruckmesser sind im allgemeinen nur für relativ kleine Differenzdrucke und kleine Druckniveaus zu gebrauchen. Darüber hinaus sind sie leicht zu beschädigen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckanzeige- oder Drucksignalgerät zu schaffen, das die vorstehenden Nachtelle nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in einen Gehäuse ein beweglicher Kolben angeordnet ist, dessen einander gegenüberliegende Flächen so ausgestaltet sind, daß sie unter Einwirkung der betreffenden Eingangsdrucke eine Kraft erzeugen, der der resultierende Ausgangsdruck auf einer anderen Kolbenfläche in Form einer Kraft entgegenwirkt, wobei die Bewegung des Kolbens in entgegengesetzt liegende Richtungen so erfolgt, daß der Ausgangsdruck mit einer Einspeisung ftlr einen höheren Druck und mit einer Einspeisung für einen niedrigeren Druck verbunden ist, so daß der Ausgangsdruck in einem bekannten Verhältnis zur Differenz aus den Eingangsdrucken steht.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der niedrigere Druck den Wert "Null" auf, d.h. es besteht eine Verbindung zum Ablauf des Drucksignalgerätes. Als Einspeisung für den höheren Druck wird vorzugsweise der höhere der Eingangsdrücke verwendet, obwohl es gleichermaßen auch der niedrigere der Eingangsdrucke sein könnte. Im letzteren Falle muß die Druckdifferenz gleich oder kleiner als der niedrigere der beiden durch das Flächenverhältnis veränderten Eingangsdrücke sein. Die Flächen des Kolbens sind vorzugsweise so bemessen, daß der Ausgangsdruck die Differenz der Eingangsdrucke darstellt.

Es ist auch als vorteilhaft anzusehen, wenn der Kolben aus drei konzentrischen koaxialen Abschnitten besteht, wobei der mittlere Abschnitt einen größeren Durchmesser besitzt und sich in einer Bohrung mit einem entsprechend größeren Durchmesser bewegt als die End-

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teile und die einander gegenüberliegenden Seiten des mittleren Abschnitts den betreffenden Eingangsdrucken ausgesetzt sind. Bei dieser Anordnung kann die Stirnseite eines Endabschnitts die andere Fläche bilden, die dem sich ergebenden Ausgangsdruck ausgesetzt ist.

Mit Vorteil weist der Kolben einen Durchlaß auf, der so bemessen ist, daß er bei Bewegung in einer Richtung einen Eingangsdruck mit einem geschlossenen Raum verbindet, der mit der erwähnten Kolbenstirnseite in Verbindung steht. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Durchlaß unmittelbar bis zu der Stirnfläche.

Der Durchlaß ist vorzugsweise so ausgelegt, daß er bei Bewegung des Kolbens in die andere Richtung den abgeschlossenen Raum mit der Einspeisung fUr den niedrigeren Druck verbindet. Vorteilhafterweise ist der Durchlaß mit einer Nut im anderen Kolbenende verbunden.

Die beiden Eingangsdrücke können die Strömungsdrücke vor und nach einer veränderlichen Drosselstelle darstellen, die derart gestaltet ist, daß der Ausgangsdruck ein bekanntes Verhältnis zum Durchfluß durch die Drosselstelle aufweist. Durch geeignete Dimensionierung der Komponenten der Drosselstelle kann dieses Verhältnis linear gemacht werden.

Die vorliegende Erfindung stellt demgemäß eine vorteilhafte Anordnung dar, mit der die Differenz zweier Eingangsdrucke entweder angezeigt, aufgezeichnet oder für Steuerzwecke verwendet werden kann. Sie läßt sich zusammen mit konventionellen Mitteln zur Druckmessung verwenden, wobei diese Mittel entweder mechanischer oder elektrischer Natur sein können, da es lediglich notwendig ist, den Ausgangsdruck zu messen.

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Die Erfindung kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Anhand der zugehörigen Zeichnung wird ein besondere vorteilhaftes AusfUhrungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Drucksignalgerät gemäß der Erfindung;

Figur 2 einen Detailschnitt durch den in Figur dargestellten Kolben des erfindungagemäßen Drucksignalgerätes und

Figur 3 eine Konstruktion, die die Anordnung nach Figur 1 und 2 mit einschließt.

Wie die Figur 1 zeigt, besteht das Druckanzeige- oder -signalgerät aus einem mit 1 bezeichneten Gehäuse mit einem darin beweglich montierten Kolben 2. Der Kolben wird von einem Adapter 3 und einer Büchse k aufgenommen und durch Dichtungen 5 und 6 abgedichtet.

Das Gehäuse besitzt folgende vier Anschlüsse: Der Anschluß 7 ist mit der Einspeisung (Quelle) eines ersten Eingangsdruckes verbunden. Der Anschluß 8 ist mit der Einspeisung (Quelle) eines zweiten Eingangsdruckes verbunden, der jedoch niedriger ist als der des, Anschlusses 7. Der Anschluß 10 stellt den Ausgang dar, der, wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, einen Druck liefert, der gleich ist der Differenz zwischen den Drücken in den Anschlüssen 7 und 8. Der Anschluß 11 stellt den Rücklauf oder Leckageanschluß dar.

Der in Figur 2 im Detail gezeigte Kolben 2 besitzt drei konzentrische koaxiale Teile, nämlich die Teile 12 und 13, die den gleichen Durchmesser haben und einen weiteren Teil 14, der beispielsweise einen Durchmesser mit einer Querschnittsfläche aufweist, die doppelt so groß ist wie die der Teile 12 und 13.

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Der Kolben 2 ist am linken Ende seines Umfanges mit einer Nut 16 versehen, die über Bohrungen 17 mit einer axialen Bohrung 18 verbunden ist, die ihrerseits bis zum rechten Ende des Kolbens 2 hindurchgefUhrt ist.

Der Anschluß 7 ist mit einem Raum 20 durch einen Kanal 21 verbunden. Der Anschluß 8 steht mit einem Raum 22 über einem Kanal 23 in Verbindung, während der Anschluß 10 mit einem geschlossenen Raum 25 und der Anschluß 11 mit einem Raum 24 verbunden ist. Somit sind die Drücke, deren Differenz zu erfassen und zu messen ist, auf die einander gegenüberliegenden Seiten des größeren Teils des Kolbens 2 gegeben. Die Differenz zwischen den Drücken, die auf die sich aus der Differenz zwischen dem größeren und dem kleineren Durchmesser des Kolbens ergebenden Fläche wirkt, erzeugt eine Kraft, die den Kolben in Richtung des Anschlusses 10 verschiebt.

Wenn die Fläche der kleinen Kolbendurchmesser, d.h. der Teile 12 und 13 "A"-Einheiten beträgt und der Durchmesser des Teils 14 zu "2A"-Einheiten festgelegt wird und damit die Flächendifferenz ⁿA"-Einheiten (das entspricht der Fläche des kleinen Durchmessers) beträgt, ergibt sich folgender Zustand:

Die Kraft, die sich aus den Drücken der Anschlüsse 7 und 8 - mit P₁ und P₂ bezeichnet - ergibt und die den Kolben 2 verschiebt, ist:

P₁A -P₂A-A (P₁ - P₂)

F (Kraft) - A χ Druckdifferenz.

Der Kolben 2 öffnet, nachdem er sich in Richtung des Anschlusses 10 bewegt hat, die Nut 16 zum Raum 20 und stellt damit eine Verbindung des Raumes 25 über die

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Axialbohrung 18 und die anschließenden Kanäle im Kolben 2 mit dem Anschluß 7 her. Demzufolge wird der Druck im Anschluß 10 ansteigen.

Der Druck im Anschluß 10 sei mit P₅ bezeichnet. Dieser Druck P₃, der auf die kleine Fläche "A" des Kolbens 2 wirkt, erzeugt eine Kraft P,A, die der aus der Druckdifferenz (P₁ - P₂) gebildeten Kraft entgegenwirkt und somit versucht, den Kolben 2 in Richtung des Anschlusses 11 zu verschieben.

Die auf den Kolben 2 wirkenden Kräfte wirken sich wie folgt aus:

P₁A versucht den Kolben in Richtung des Anschlusses 10 zu verschieben; P₂A versucht den Kolben in Richtung des Anschlusses 11 zu verschieben; P₃A versucht den Kolben in Richtung des Anschlusses 11 zu verschieben. Im Gleichgewicht ist dann: (P₁ - P₂) A - P₃A.

Wenn P₅A größer ist als A (P₁ - P₂) wird sich der Kolben 2 in Richtung des Anschlusses 11 bewegen und damit die Nut 16 zum Raum 24 öffnen» der mit dem Ablaufanschluß 11 verbunden ist. Somit kann Flüssigkeit vom Raum 25 abfließen und so den Druck P₃ verringern. Damit verkleinert sich die Kraft P₃A auf das Niveau von A (P₁ - P₂) hin.

Wenn P₃A kleiner ist als A (P₁ - P₂) wird sich der Kolben 2, wie vorher erwähnt, in Richtung des Anschlusses 10 bewegen. Dabei öffnet sich die Nut 16 zum Raum 20 und stellt eine Verbindung des Anschlusses 10 mit dem Druck P₁ her, der bei der hier beschriebenen Konstruktion der höchste der Drücke P₁, P₂ und P₃ sein muß. Damit erhöht sich der Druck Pv und vergrößert die Kraft P₃A in Richtung der $fä$fa<f₀f2%>) «in.

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Somit wird sich der Druck P, am Anschluß 10 (aufgrund von Leckage) um die Mittellage stabilisieren. Daraus ergibt sich P,A - A (P₁ - P₂) und deshalb stellt P^-P₁- P₂ die zu messende Druckdifferenz dar.

Im Betrieb kann der Anschluß 10 entweder mit einem Druckmeßinstrument, das die Druckdifferenz anzeigt oder mit einer beliebigen Druckmeß- oder Druckaufzeichnungsvorrichtung verbunden werden oder er kann eine Steuer- oder Regelgröße für ein anderes Gerät oder System abgeben.

Konstruktive Veränderungen des Erfindungsgedankens liegen im Rahmen der Erfindung, wobei der Kolben 2 weiter im Gehäuse 1 gehalten wird.

Insbesondere kann das Verhältnis der Kolbendurchmesser von dem vorher beschriebenen a:b:c * 1:1:2 so verändert werden, daß ein Druck am Anschluß 10 entsteht, der eine andere Funktion von P₁ - P₂ als die Px-P₁- P₂ aufweist.

Zusätzlich kann der Anschluß 8, abweichend von der gezeigten Konstruktion mit einem Kanal im Kolben 2, mit dem Anschluß 10 verbunden sein. Allerdings muß in diesem Falle die Druckdifferenz gleich oder kleiner als der kleinere der beiden durch das Flächenverhältnis veränderten Eingangsdrucke sein.

Weiterhin kann das Gerät zusammen mit oder als Einbauteil anderer Geräte verwendet werden, um Funktionen auszuüben, zu denen auch die Messung oder Erfassung eines Druckes gehört.

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Beispielsweise kann das Gerät zusammen mit einer veränderlichen Drosselstelle verwendet werden, um ein Druck-Ausgangssignal zu erzeugen, das eine bekannte Beziehung zum Durchfluß durch die Drosselstelle hat. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in Figur 3 gezeigt.

In dieser Figur wird das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Drucksignal- oder -anzeigegerät mit einer veränderlichen Drosselstelle zum Aufbau eines Durchflußmeßwertgebers verwendet. Bei dieser Anordnung ist das Gerät in einen Block 26 eingebaut. Ein Kanal 21a ist mit einer Kammer 27, die in StrOmungsrichtung vor der Drosselstelle liegt, verbunden. Ein Kanal 23a ist mit einer hinter der Drosselstelle liegenden Kammer 28 verbunden. Die Drosselstelle enthält eine öffnung 29 am Ende einer beweglichen Buchse 30, die durch eine Feder 31 vorgespannt ist. Die veränderliehe Drosselstelle ergibt sich aus dem Raum zwischen der Öffnung 29 und einem kegelstumpfartigen, konischen Teil 32, das in einer Halterung 33 in StrOmungsrichtung vor der Drosselstelle befestigt ist. Die Flüssigkeit fließt durch öffnungen 34 dieser Halterung.

Im Betrieb öffnet die Flüssigkeit die Drosselstelle gegen die Vorspannung der Feder 31, wodurch sich unterschiedliche Drücke in den Kammern 27 und 28 einstellen. Über die Kanäle 21a und 23a ergeben sich daraus die Eingangsdrucke P₁ und P₂, die auf den Kolben 2 in der vorher beschriebenen Weise wirken und den Ausgangsdruck P« erzeugen.

Im vorstehenden Beispiel ist eine veränderliche Drosselstelle angegeben worden, da diese bei geeigneter Dimensionierung einen Druckabfall* erzeugt, der einen zum Durchfluß durch die variable Drosselstelle linear ab-

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hängigen Ausgangsdruck P, ergibt. Dieser Druck kann beispielsweise auf einen linear geeichten konventionellen Druckmesser oder auf irgendein anderes
geeignetes Druckmeßgerät, beispielsweise eine Digitalanzeige, oder auf ein anderes der vorher erwähnten Geräte gegeben werden.

Wahlweise kann eine nicht veränderliche Drosselstelle verwendet werden. In diesem Falle ist jedoch der Druckabfall nichtlinear und die Skala eines beliebigen Meßgerätes muß entsprechend geeicht werden.

ORIGINAL INSPECTED

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Claims

1.j Gerät zur Erzeugung eines Drucksignals, das der Differenz zweier Eingangsdrucke proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1) ein beweglicher Kolben (2) angeordnet ist, dessen einander gegenüberliegende Flächen so ausgebildet sind, daß sie unter Einwirkung der betreffenden Eingangsdrucke eine Kraft erzeugen, der der resultierende Ausgangsdruck auf einer anderen Kolbenfläche in Form einer Kraft entgegenwirkt, wobei die Bewegung des Kolbens (2) in entgegengesetzt liegende Richtungen so erfolgt, daß der Ausgangsdruck mit einer Einspeisung für einen höheren Druck und mit einer Einspeisung für einen niedrigeren Druck verbunden ist, so daß der Ausgangsdruck in einem bekannten Verhältnis zur Differenz aus den Eingangsdrucken steht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der niedrigere Druck den Wert "Null" besitzt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn*· zeichnet, daß die Einspeisung für den höheren Druck den höheren der Eingangsdrucke darstellt.

*». Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn» zeichnet, daß die Einspeisung für den höheren Druck den niedrigeren der beiden Eingangsdrucke darstellt, wobei die Druckdifferenz gleich oder kleiner ist als der niedrigere der beiden durch das Flächenverhältnis veränderten Eingangsdrucke.

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5. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenflächen so ausgestaltet sind, daß der Ausgangsdruck die Differenz der beiden Eingangsdrucke darstellt.

6. Gerfit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) drei konzentrische, koaxiale Teile (12, 13, 14) aufweist, wobei der mittlere Teil (14), der sich in einer Bohrung mit einem entsprechend größeren Durchmesser bewegt, einen größeren Durchmesser als die Endteile (12, 13) besitzt und daß auf die entgegengesetzt liegenden Seiten des Mittelteils (14) die betreffenden Eingangsdrücke einwirken.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des einen Endteiles (13) die Fläche darstellt, auf die der resultierende Druck einwirkt.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) einen Durchlaß (18) aufweist, der so ausgelegt ist, daß er bei Bewegung in einer Richtung einen Eingangsdruck mit einem geschlossenen Raum (25) verbindet, der mit der erwähnten Stirnfläche zusammenwirkt.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (18) bis zur Stirnfläche des Kolbens (2) hindurchgeführt ist.

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10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (18) so ausgelegt ist/ daß er bei Bewegung des Kolbens (2) in die andere Richtung den geschlossenen Raum (25) mit der Einspeisung für den niedrigeren Druck verbindet.

11. Gerttt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (18) mit einer Nut (16) am Itafang des anderen Kolbenendes in Verbindung steht.

12. Gerat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eingangsdrücke aus den Drücken vor und nach einer veränderlichen Drosselstelle (29, 30, 32) gebildet sind, die so angeordnet ist, daß der Ausgangsdruck ein lineares Verhältnis zu der Differenz der beiden Eingangsdrucke besitzt.

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