DE2835523A1 - Differenzdruck-messzelle - Google Patents

Description

• Differenzdruck - Meßzelle
• Die Erfindung betrifft eine Differenzdruck - Meßzelle nach dem Kompensationsprinzip zur Umwandlung von Druckdifferenzen in elektrische Signale bestehend aus zwei starr über eine Verbindungsstange miteinander verkoppelten Membranen1 zwischen denen eine Wegmeßeinrichtung und eine elektromagnetische Stelleinrichtung zur Kompensation der Membranauslenkung angeordnet sind, wobei das Kompensationssignal ein Maß für den Differenzdruck darstellt.
• Derartige Differenzdruck - Meßzellen werden vornehmlich zur Verfolgung chemischer, medizinischer und technologischer Prozesse eingesetzt,z.B. für die Durchflußmengenmessung.
• Differenzdruck - Meßzellen, die mit einem Doppelmembransystem ausgestattet sind, haben große Verbreitung gefunden. Sie arbeiten überwiegend nach dem Ausschlagverfahren. Die Membranauslenkung kompensierende Systeme weisen gegenüber den zuvor genannten einige wesentliche Vorteile auf, wie Vermeidung von Volumenverschiebungen in den Meßkammern, kleinere Hysteresefehler und größere Meßempfindlichkeit. Dies wird jedoch mit etwas höherem mechanischen und elektrischen Aufwand erkauft.
• Es ist bekannt, daß zur Kompensation der Membranauslenkung elektromagnetische Stellglieder eingesetzt werden können, die eine dem Differenzdruck entsprechende Meßkraft erzeugen. Zur Kraftübertragung auf die Verbindungsstange der Membranen bedient man sich vorwiegend mechanischer Übertragungseinrichtungen, wie Hebelsysteme ( Auslegeschrift 1262626 ).
• Meßeinrichtungen dieser oder ähnlicher Ausbildung leiden unter dem Mangel, daß die bei der Erzeugung der Gegenkraft entstehende Stromwärme sich ungleichmäßig auf die Meßwekbestandteile überträgt und so Materialverschiebungen hervorrufen, die sich bei genauen Messungen auf das Meßergebnis übertragen und zu Meßfehlern führen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mit der in der Meßzelle entstehen Wärme verbundenen Temperaturgradienten so zu kompensieren, daß darauf beruhende Meßfehler ausgeschaltet werden.
• Dieses wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zwischen den Membranen angeordnete Stelleinrichtung aus paarweise symmetrisch angeordneten elektrodynamischen Stellgliedern besteht, wobei die Kraftspulen an der Verbindungsstange befestigt sind und die Wegmeßeinrichtung sich zentral oder ebenfalls paarweise symmetrisch zwischen den Membranen befindet.
• Um die in der Meßzelle selbst entstehende Wärme gleichmäßig zu. verteilen und Temperatureintirkungen von außen auf die Meßzelle zu erschweren, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Raum zwischen den Membranen nach außen abgeschlossen und mit einem gut wärmeleitenden Fluid gefüllt.
• Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung, wird das Sompensationssignal über die Membranen, den sich in ihrer Kraftrichtung ergänzenden Kraftspulen zugeführt.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile zeigen sich insbesondere bei der Messung kleiner Druckdifferenzen, indem diese genauer und störunanfälliger erfaßt werden können. Auch wirkt sich die gleichmäßige Temperaturverteilung in der Meßzelle günstig auf das elastische Verhalten des Membranwerkstoffes aus, so daß hier mit einer Gleichtaktunterdrückung gerechnet werden kann, Hinzu kommt, daß die vorgeschlagene Meßzelle einfach zu fertigen und zu kalibrieren ist.
• g. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Differenzdruck -Meßzelle.
• Bei der dargestellten Meßzelle werden zwei gegensinnig konzentrisch gewellte radial eingespannte Membranen (1,2) als Meßumformer ( Üruck-Weg ) verwendet. Die Membranen sind in ihrem Zentrum durcX ein Röhrchen ( Steg ) (6> test miteinander verbunden. Zur besseren fraftübertragung ( Membrane-Steg .) * den Membranen oder an sind kleine Verstärkungsscheiben (7) vorgesehen. Oberhalb oder unterhalb der jeweiligen Meßmembrane befinden sich die Druckkammern (8,9). Diese sind so ausgebildet, daß ihr Gehäuse demontierbar und über Schraubventile (10,11) leicht entlüftbar ist. Die Druckkammern sind frei von Einbauten.
• Zwischen den beiden Membranen befindet sich die Abtast- und Kompensationseinrichtung. Diese können aus einem oder aus mehreren symmetrisch zueinander angeordneten Systemen bestehen.
• In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich eine Abtasteinrichtung (3) in der Mitte zwischen den beiden Membranen.
• Die Kompensations- Einrichtung besteht dagegen aus zwei symmetrisch zueinander angeordneten, in Reihe geschalteten Tauchspulen (5) mit Topfmagneten (13).
• Die Topfmagnete sind untereinander und mit der Außenwand (12) der Meßzelle über eine Metallröhre (12) gut wärmeleitend verbunden, so daß die Stromwärme der Tauchspulen einerseits gleichmäßig verteilt und anderseits gut nach außen abgeführt wird.
• Der Spulenstrom und damit die Stromwärme wird durch Verwendung von Magnetwerkstoffen mit einem sehr hohen Energieprodukt gering gehalten. Ein Nachlassen der Magnetkraft ist bei den neuen Permanentmagnetwerkstoffen ( z.B. SmCo5 ) als sehr gering und damit als vernachlässigbar anzusehen.
• Die in der Meßzelle herrschende Temperatur überträgt sich auch auf die Membranen, deren Elastizitätsänderung unter der Voraussetzung gleicher Stoffeigenschaften keinen störenden Einfluß auf das Meßergebnis haben. Um Umwelteinflüsse und durch Eigenerwärmung erzeugte Temperaturspitzen zu mildern kann die Meßzelle mit einer thermostatisierten Schutzeinrichtung umgeben werden.
• Je nach Einstellung des elektrischen Nullpunktes wird das Grundgewicht des beweglichen Teils im stromlosen Zustand von den Membranen aufgenommen oder es befindet sich im Gleichgewicht mit der durch die Kraftspulen bewirkten Kraft. Im letxen Fall arbeitet die unbelastete Differenzdruck - Meßzelle nicht stromlos.
• Der lagekorrigierende Spulenstrom ist ein Maß für die Druckdifferenz.
• In dem Freiraum zwischen den beien Topfmagneten können verschiedene berührungslos arbeitende Abtastsysteme (3) ( induktiv, kapazitiv, optisch etc. ) eingesetzt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zwei Lichtschranken verwendet, deren Lochblenden fest mit dem Verbindungssteg (6) verbunden sind. Durch Wahl einer optischen Wegerfassung ist das magnetische Streufeld der Stellglieder ohne Einfluß auf den Meßwert. Die Rückwirkung des Abtastsystems auf den Membranhub ist vernachlässigbar.
• Die beschriebene Differenzdruck - Meßzelle weist nur eine geringe Massenträgheit auf, so daß auch rasch verlaufende Druckänderungen erfaßt werden können. Sie ist geeignet zur Differenzdruckmessung an Gasen und Flüssigkeiten.
• Die Verarbeitung des Abtastsignals und die Erzeugung des elektrischen Stellsignals geschiet in bekannten elektronischen Schaltungen (4), die teilweise oder vollständig auch in der Differenzdruck - Meßzelle angeordnet sein können.
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Claims (3)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1.ni ferenzdruck-f4eßzelle nach dem Kompensationsprinzip zur Umwandlung von Druckdifferenzen in elektrische Signale bestehend aus zwei starr iiber eine Verbindungsstange miteinander verkoppelten Membranen, zwischen denen eine liegmeßeinrichtung und eie elektromagnetische Stelleinrichtung zur Kompensation der Membranauslenkung angeordnet sind, wobei das Kompensationssignal ein Naß für den Differenzdruck darstellt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die zwischen den Membranen (1,2) angeordnete Stelleinrichtung (5) aus paarweise symmetrisch angeordneten elektrodynamischen Stellgliedern besteht, wobei die Kraftspulen an den Membranen oder der Verbindungsstange (6) befestigt sind und die Wegmeßeinrichtung sich zentral oder ebenfalls paarweise symmetrisch zwischen den Membranen befindet.
2. 2. Differenzdruck-Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Membranen nach außen abgeschlossen und mit einem gut wärmeleitenden Fluid gefüllt ist.
3. 3. Differenzdruck-Meßzelle nach anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Kompensationsstromes über die Membranen (1,2), den sich in ihrer Kraftrichtung ergänzenden Kraftspulen (5), zugeführt wird.