DE2801677C2 - Vorrichtung zur Druckmessung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Druckes in einem Fluidiksystem, welche in einem Meßgehäuse einen mechanisch-elektrischen Druck-Meßwandler mit seinem elektrischen Meßverstärker aufweist und zur Herstellung einer Druckverbindung mit dem Fluidiksystem mit einem Druckanschiuß versehen ist.

Der größer werdende Anteil von Hydraulikanlagen im Bereich des Maschinenbaus zwingt zu Maßnahmen, die eine einfache und zuverlässige Handhabung dieser Systeme ermöglichen. Hierfür ist es notwendig, Mittel vorzusehen, mit deren Hilfe die Funktionen von Hydraulikgeräten und Hydrauliksystemen erkannt, geprüft und überwacht werden können. Dadurch werden die durch Funktionsstörungen bedingten Ausfallzeiten vermieden oder zumindest wesentlich verringert. Hierzu ist es erforderlich, die Hydrauliksysteme von Anfang an mit Meßpunkten auszustatten, da eine nachträgliche Ausrüstung beispielsweise zum Zeitpunkt des akuten Bedarfs umständlicher, zeitraubender und damit teurer ist.

Zur Messung von Drücken in einem fluidischen System unterscheidet man zwei Verfahren. So ist einmal der Druckmeßgeber, oder kurz Druckgeber genannt, in der zu überwachenden Anlage fest installiert, so daß die Drücke und Druckänderungen fortlaufend gemessen und registriert werden können.

Sollen dagegen die Drücke eines fiuidischen Systems mit einem kurzfristig einschaltbaren Druckgeber gemessen werden, so läßt sich dies bisher lediglich dadurch erreichen, daß entweder vom fluidischen System zum Druckgeber ein aufwendiges Zwischenstück eingeschaltet wird, oder das das fluidische System zum Anschließen des Druckgebers drucklos gemacht wird, wobei nach dem Anschluß des Druckgebers der ursprüngliche und zu messende Druck wieder aufgebaut wird. Ein solches Verfahren ist jedoch aufwendig und es bo besteht auch die Gefahr, daß der eigentlich zu messende Druck nach dem Drucklosmachen der Anlage nicht mehr den ursprünglichen Wert erreicht.

Es sind andererseits bereits Meßanschlüsse für fluidische Systeme bekannt, bei denen die Meßkupplun- tv. gen unter Druck, d. h. ohne die Anlage stillzusetzen, über Meßschläuche kleinster Nennweite mit den entsprechenden Meßgeräten verbunden werden. Bei Anschluß fest installierter Geräte, wie z. B. Manometer, können die flexiblen Meßschläuche wie Elektrokabei verlegt werden, so daß eine aufwendige Rohrverlegung entfällL Bei derartigen bekannten Meßanschlüssen ist in der Regel das Kupplungsteil mit seinem Außengewinde fest an der Druckleitung des Hydraulik- oder Pneumatiksystems installiert. Für die Dauer der Prüf- oder Meßarbeiten wird auf dieses Kupplungsteil ein Schlauchzapfen mittels einer Überwurfmutter aufgeschraubt, der fest mit einem Schlauch verbunden ist, an dem ein Meß- oder Prüfgerät angeschlossen ist Zur Erhöhung der Lebensdauer und Funktion von Manometern und Druckschaltern werden diese mit flexiblen Meßschläuchen kleiner Nennweite mit dem Kupplungsteil verbunden, so daß eine Dämpfung mechanischer und hydraulischer Schwingungen erfolgt Dadurch jedoch können inibesondere dynamische Meßwerte ebenso wie bei aufwendiger, separater Rohrverlegung erheblich verfälscht werden.

Die ebenfalls nach dem derzeitigen Stand der Technik bekannten, unter Druck kuppel- und entkuppelbaren Direktanschlüsse für z. B. Manometer können aus Gründen des Bauraumes und wegen Ableseschwierigkeiten in den meisten Fällen nicht oder nur mit erheblichem, zusätzlichen Aufwand an optimal angeordnete Kupplungsteile mit Außengewinde engeschlossen werden.

Aus der Zeitschrift »Meßtechnik«, Jahrgang 82, Heft 6, 1974, Seite XlI ist ein Druckaufnehmer mit integriertem Sensorelement ersichtlich, der ein mit Gewinde versehenes Druckanschlußstück aufweist. Dieser Druckaufnehmer ermöglicht keine Herstellung einer Druckverbindung ohne Entlüftung des zu messenden Systems.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mechanisch-elektrischen Druck-Meßwandler vorzuschlagen, der in ein fluidisches System kurzfristig und ohne Entlüftung eingeschaltet und wieder entfernt werden kann, ohne daß der Druck des fluidischen Systems für das Einschalten des Druck-Meßwandlers verändert wird, wobei ferner die Anordnung des Druck-Meßwandlers so gewählt ist, daß die zu messenden Drücke unverfälscht aufgenommen und unmittelbar in proportionale elektrische Werte umgewandelt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Druckanschluß aus einem Adapter, kombiniert mit einer Meßkupplung, besteht, welche ihrerseits einen Adapter aufweist, der am Eingang seines Kupplungszapfens mit einer Drosselstelle versehen ist, und daß in der Flüssigkeitsführung zwischen der Meßzelle und dem Adapter ein viskoses Mittel vorhanden ist. Durch diese Maßnahme nach der Erfindung wird ein Druck-Meßwandler geschaffen, der kurzfristig und auch an beengten Stellen unmittelbar mit dem fluidischen System verbunden werdeti kann, so daß die zu messenden Drücke direkt und unverfälscht in entsprechende elektrische Werte umgewandelt werden.

Das üblicherweise in der Flüssigkeitsführung zwischen Adapter und Meßzelle vorhandene Luftpolster, welches sich nicht ohne weiteres und ohne einen größeren Aufwand beseitigen läßt, wirkt insbesondere bei schnellen Änderungen der zu messenden Druckhöhe verfälschend auf den Meßwert.

Schnelle Druckwechsel werden wegen der Komprimierung der Luft gedämpft, und es wird nicht der tatsächliche, sondern der mittlere Druckverlauf gemessen. Um derartige Meßfehler zu verhindern, sind nach

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dem derzeitigen Stand der Technik sogenannte Entlüftungsschrauben vorgesehen, die nach dem Ankuppeln des Meßgerätes geöffnet werden, bis das — im Regelfalle flüssige — Betriebsmittel austritt Der Entlüftungsvorgang ist relativ kompliziert und bei 5 beengten Platzverhältnissen — wie zum Beispiel im verzweigten Leitungssystem einer Hydraulikanalge — oftmals ohnehin kaum durchführbar.

Bei der Erfindung ist daher der die Meßgenauigkeit verfälschende schädliche Raum, der im folgenden »Flüssigkeitsführung« genannt wird, vol'ständig mit einem hochviskosen Mittel ausgefüllt Dadurch wird die Luft aus der Flüssigkeitsführung durch dieses hochviskose Mittel ersetzt.

Am Eingang des Kupplungszapfens befindet sich in is Weiterbildung der Erfindung eine Drosselstelle, die vorteilhaft als Kapillarrohr ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß einerseits das hochviskose Mittel in der Flüssigkeitsführung ve-bleibt und andererseits der Druckdurchgang ohne Dämpfung unverfälscht erfolgt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 eine vergrößerte Darstellung — teilweise im Längsschnitt — eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Druckmessung;

F i g. 2 einige typische Anordnungsmöglichkeiten von Druckmeßgeräten mit Meßkuppiungen und

F i g. 2a einen entsprechenden Druck-Meßwandler im jo gleichen Größenmaßstab wie die Darstellungen in Fig. 2.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, befindet sich die Meßzelle 1 des mechanisch-elektrischen Druck-Meßwandlers in einem Meßgehäuse, bestehend aus der r> Hülse 13 und dem eigentlichen Meßgehäuse 4. Die Meßzelle 1 ist mit dem Meßgehäuse 4 mit Hilfe einer Mutter 2 befestigt, die ein Außengewinde aufweist. Die Mutter 2 ist ferner mit Einkerbungen 15 versehen, welche einen Schlüsselansatz bilden, so daß die Mutter 2 beim Zusammenbau des Wandlers angezogen werden kann. Oberhalb der Meßzelle 1 ist ein Meßverstärker 14 eingebaut, der sich in üblicher Weise auf einer Platine befindet, die von der Hülse 13 umgeben ist. Die elektrischen Anschlüsse 20 und 21 geben in schemati- 4~> scher Darstellung die elektrische Verknüpfung der Meßzelle 1 mit dem Meßverstärker 14 einerseits und dem Meßverstärker 14 mit einem Steckanschluß 10 andererseits wieder, wobei Kontaktbuchsen für die elektrische Versorgung des Systems und für die ->n Ableitung der elektrischen Meßwerte sorgen, welche nicht näher dargestellt sind. Der Steckanschluß 10 ist mit Hilfe der Befestigungsschrauben 11 über einen Befestigungswinkel 12 mit der Hülse 13 fest verbunden.

Zwischen der Meßzelle 1 und dem Meßgehäuse 4 ist 5"> ein Dichtring 3 angeordnet, so daß der elektrische Teil des Druck-Meßwandlers von dem hydraulischen Teil druckfest getrennt ist.

Im unteren Teil der Meßzelle 1 befindet sich ein als Membrane ausgebildeter Meßwertgeber 16, welcher t>o lediglich schematisch dargestellt ist. Der Meßwertgeber 16 ist über die Flüssigkeitsführung 17 und die Drossel 19 mit dem fluidischen System verbunden, wenn der Adapter 8 mit seiner Überwurfmutter 9 an die entsprechende Kupplung des fluidischen Systems h5 angeschlossen ist. Zwischen dem Adapter 8 des Meßanschlusses und dem Meßwertgeber 16 ist ein weiterer Adapter 5 vorgesehen, wobei zwischen diesen beiden Adaptern ein Dichtring 7 angeordnet ist Zwischen dem Adapter 5 und dem Meßgehäuse 4 befindet sich ein weiterer Dichtring 6, so daß dadurch insgesamt eine ausreichende Sicherung des Systems gewährleistet ist

Der aus der Überwurfmutter 9 und den Adaptern 8 und 5 bestehende Meßanschluß kann ohne Entlüftung des fluidischen Systems mit diesem unmittelbar und kurzfristig verbunden werden, so daß der als Membrane ausgebildete Meßwertgeber 16 über die auch im entkuppelten Zustand mit einem hochviskosen Mittel gefüllte Flüssigkeitsführung 17 eine Auslenkung erfährt, welche dem Druck des Systems proportional ist Damit lassen sich statische, quasistatische und dynamische Drücke messen, wobei durch die Verwendung eines als Membrane ausgebildeten Meßwertgebers mit einer Eigenfrequenz von 1,5 bis 25 kHz sich dynamische Drücke messen lassen, deren Druckänderungen in einem Bereich von weniger als einer Millisekunde verlaufen. Wie bereits ausgeführt wurde, ist die Flüssigkeitsführung 17 mit einem hochviskosen Mittel gefüllt, wobei am Ende der Flüssigkeitsführung 17 eine Drosselstelle 19 angeordnet ist. Diese Drosselstelle 19 ist als Kapillarrohr ausgebildet, wobei einerseits durch die Kapillarwirkung das hochviskose Mittel auch im entkuppelte;; Zustand in der Flüssigkeitsführung 17 verbleibt und andererseits ein ungehinderter Druckdurchgang im gekuppelten Zustand erfolgt.

Das verwendete Meßprinzip entspricht den an sich bekannten Halbleiterdehnmeßstreifen, die mit einem integrierten Operationsverstärker ausgerüstet sind.

Die Versorgungsspannung des Druck-Meßwandlers kann zwischen 10 bis 28 Volt Gleichspannung liegen und eine Spannungsstabilisierung ist nicht erforderlich, d. h. die Versorgungsspannung kann in einem bestimmten Dereich schwanken, ohne daß sich das Ausgangssignal dadurch verändert.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung lassen sich in einem fluidischen System Druckspitzen messen, die mit einem normalen Manometer nicht erfaßt werden können.

Durch die Kombination des mechanisch-elektrischen Druck-Meßwandlers, der mit einem elektronischen Meßverstärker integriert ist, nit einer aus einem Adapter und einem Meßanschljß bestehenden Meßkupplung, wird erreicht, daß unmittelbar am fluidischen System unverfälschte elektrische Signale erzeugt werden, die dem Druckverlauf im fluidischen System proportional sind und welche mit Hilfe auch entfernt angeordneter Registrier- und Anzeigegeräte exakt dargestellt werden können. Ferner läßt sich der Druck-Meßwandler nach der Erfindung in kleinster Bauweise herstellen, wobei durch die Ausbildung der Adapter 5 und 8 mit einem einzigen Druck-Meßwandler sich die Drücke unterschiedlichster fluidischer Systeme messen lassen. Hierfür ist es lediglich erforderlich, die Meßkupplungen entsprechend dem zu messenden fluidischen System auszutauschen.

Die Meßzelle 1 ist mit Hilfe der Mutter 2 und der Einkerbungen 15 für den Schlüsselansatz leicht ausbaubar, so daß die Meßzelle i auch den zu messenden Drücken des Systems in einfacher Weise angepaßt werfen kann. Damit ist der Druck-Meßwandler nach der Erfindung universell einsetzbar.

In den F i g. 2 und 2a ist ein derartiger Meßanschluß 26, der an einem nicht weiter dargestellten Rohrsystem 25 angeschlossen ist, dargestellt. Ein Verbindungsschlauch 27 dient zum Anschluß eines Manometers 28.

Eine zweite Möglichkeit bidet ein Adapter 29, welcher mit einem Manometer 30 fest verbunden ist.

In der Fig. 2a ist der Erfindungsgegenstand in Weiterführung der in F i g. 2 bereits dargestellten und bekannten Anschlußmöglichkeiten gezeigt. Der Druck-Meßwandler 32 wird dabei mittels integriertem Adaptei 31 direkt auf den Meßanschluß 26 geschraubt und liefer über die Meßleitung 33 proportionale elektrische Werte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung des Druckes in einem Fluidiksystem, welche in einem Meßgehäuse einen mechanisch-elektrischen Druck-Meßwandler mit seinem elektrischen Meßverstärker aufweist und zur Herstellung einer Druckverbindung mit Fluidiksystem mit einem Druckanschluß versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanschluß aus einem Adapter (5), kombiniert mit einer Meßkupplung, besteht, welche ihrerseits einen Adapter (3) aufweist, der am Eingang seines Kupplungszapfens mit einer Drosselstelle (19) versehen ist, und daß in der Flüssigkeitsführung zwischen der Meßstelle (1) und dem Adapter (8) ein viskoses Mittel vorhanden ist.

2. Vorrichtung zur Messung des Druckes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (19) als Kapillarrohr ausgebildet ist.

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