DE2854262A1

DE2854262A1 - Differenzdruck-messeinrichtung

Info

Publication number: DE2854262A1
Application number: DE19782854262
Authority: DE
Inventors: Makoto Dipl Ing Nishimura; Mitsuru Dipl Ing Tamai; Takeshi Dipl Ing Yasuhara
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1979-06-21
Also published as: IT7830828A0; IT1100632B; JPS5815049B2; JPS5485076A; FR2412835A1; FR2412835B1

Description

FUJI ELECTRIC VO., LTD Mein Zeichen

Kawasaki / Japan VPA 77 P 8588 BRD

Differenzdruck-Meßeinrichtung

Die Erfindung geht von einer Differenzdruck-Meßeinrichtung aus mit einer Meßkammer, welche durch eine beiderseits druckbeaufschlagbare Meßmembran in zwei Meßräume unterteilt ist, die mit äußeren, mit Trennmembranen abgeschlossenen Druckkammern druckleitend verleitend verbunden sind, wobei den Membranen gegenüberliegende Wände der äußeren Druckkammern als Membranbetten ausgebildet sind, gegen die sich die Trennmembranen im Überlastfall abstützen, mit einer inkompressiblen Füllflüssigkeit zur hydraulischen Übertragung der gegensinnig auf die Trennmembranen wirkenden Meßdrücke auf die Meßmembran, mit Mitteln zur umwandlung der differenzdruckproportionalen Auslenkung der Meßmembran in eine elektrische Größe, mit einer der Meßkammer hydraulisch parallelgeschalteten Ausgleichskammer mit einer Ausgleichsmembran zur Aufnahme des im überlastfall aus der jeweiligen äußeren Druckkammer

Kr 3 Sby / 24.11.1978

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verdrängten Füllflussigkeitsvolumens und mit einem mit der einen äußeren Druckkammer druckleitend verbundenen inneren Druckraum, in dem die Meßkammer derart angeordnet ist, daß ihre Außenfläche wenigstens teilweise den von der Füllflüssigkeit übertragenen Meßdrücken ausgesetzt ist.

Bei einer bekannten Differenzdruck-Meßeinrichtung dieser Art (DE-OS 26 40 235) haben die Meßkammer und die Ausgleichskammer etwa gleich große Volumina. Es bedarf deshalb häufiger experimenteller Untersuchungen, . um eine solche Feder steifigkeit der Ausgleichsmembran zu erzielen, daß - im Falle eines außerordentlichen hohen Differenzdruckes - mit der Auslenkung der Ausgleichsmembran der größte Teil des Füllflussigkeitsvolumens aus der einen oder der anderen äußeren Druckkammer aufgenommen werden kann; diese Untersuchungen verursachen hohe Kosten. Außerdem ist die Herstellung der bekannten Differenzdruck-Meßeinrichtung insofern schwierig, als Bohrungen vorgesehen werden müssen, über die einerseits ein innerer Druckraum mit einem ersten Ausgleichsraum der Ausgleichskammer und andererseits ein weiterer innerer Druckraum mit dem zweiten Meßraum der Meßkammer verbunden sind. Diese Bohrungen müssen teilweise schräg von außen eingebracht werden und auch relativ tief sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Differenzdruck-Meßeinrichtung vorzuschlagen, welche die Nachteile der bekannten Meßeinrichtung nicht aufweist, also relativ einfach in der Herstellung ist und eine Bestimmung einer gewünschten Steifigkeit der Ausgleichsmembran bei vorgegebener Meßmembran ohne Schwierigkeiten ermöglicht; dabei soll ein sicherer Schutz vor außerordentlich hohen Differenzdrücken gesichert sein.

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Zur..Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Differenzdruck-Meßeinrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß der innere Druckraum durch die Ausgleichsmembran begrenzt und der von der einen äußeren Druckkammer abgewandte Meßraum der Meßkammer über ein Verbindungsrohr mit der von dem inneren Druckraum abgewandten Seite der Ausgleichsmembran verbunden; die wirksame Fläche der Ausgleichsmembran ist erheblich größer als die der Meflmembran.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Differenzdruck-Meßeinrichtung besteht darin, daß die Steifigkeiten der Meß- und der Ausgleichsmembran relativ frei gewählt werden können, was die Fertigung wesentlich erleichtert. Hierzu trägt ferner bei, daß die erfindungsgemäße Meßeinrichtung auch konstruktiv einfacher ausgebildet ist, indem nunmehr die bei der bekannten Meßeinrichtung schwierig einzubringenden Bohrungen vermieden sind.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckdifferenz-Meßeinrichtung und in Fig. 2 ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel wiedergegeben.

Die in der Fig. 1 dargestellte Differenzdruck-Meßeinrichtung 41 besteht im wesentlichen aus einer Differenzdruck-Übertragungseinheit 42, einem ersten Gehäuseteil 43 und einem zweiten Gehäuseteil 44. Der erste Gehäuseteil 43 ist mit einer inneren Ausnehmung 45 versehen. Die Differenzdruck-Übertragungseinheit 42 ist in der inneren Ausnehmung 45 untergebracht und an dem ersten Gehäuseteil 43 mittels Befestigungsbolzen 47 unäBe-

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festigungsplatte 46 befestigt; es können auch andere Befestigungsmittel verwendet wErden. Ein zylindrischer Spalt 48 ist zwischen der Oberfläche der inneren Ausnehmung 45 und der Differenzdruck-Übertragungseinheit 42 gelassen und bildet einen inneren Druckraum. Der erste Gehäuseteil 43 ist mit einer ersten Trennmembran 13 auf der Seite versehen, die von der inneren Ausnehmung 45 abgewandt liegt. Die Trennmembran 13 begrenzt eine äußere Druckkammer 15 in Verbindung mit dem ersten Gehäuseteil 43. Diese eine äußere Druckkammer 15 und der Spalt 48 sind miteinander durch einen Kanal 49 und einen Kanal 50 verbunden.

Der zweite Gehäuseteil 44 ist an derselben Seite des Gehäuseteils 43 angeordnet, an der sich die innere Ausnehmung 45 befindet. Eine Ausgleichsmembran 51 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil 43 und 44 eingespannt und hat denselben Durchmesser wie sie. Die Ausgleichsmembran 51 begrenzt eine erste Ausgleichs3£xammer 52, die mit dem Spalt 48 im ersten Gehäuseteil 43 verbunden ist; außerdem trägt sie zur Bildung einer zweiten Ausgleichskammer 53 auf der dem zweiten Gehäuseteil 44 zugewandten Seite bei. Der zweite Gehäuseteil 44 ist mit einer zweiten Trennmembran 14 auf der Seite versehen, die von der zweiten Ausgleichskammer 53 abgewandt liegt. Die Trennmembran 1^ begrenzt eine weitere äußere Druckkammer 16 in Verbindung mit dem zweiten Gehäuseteil 44. Die weitere äußere Druckkammer 16 und die zweite Ausgleichskammer 53 sind miteinander durch einen Kanal 54 verbunden.

Die Differenzdruck-Ubertragungseinheit 42 enthält einen ersten und einen zweiten Gehäusekörper 55 und 56. Die einander zugewandten Oberflächen der beiden Gehäusekörper 55 und 56 sind mit Ausnehmungen versehen, innerhalb derer Isolierkörper 57 und 58 aus Glas, Keramik

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oder dergleichen angeordnet sind. Die einander zugewandten Oberflächen dieser Isolierkörper 57 und 58 sind sphärisch konkav ausgebildet und tragen Metallfolien 29 und 30, die als Kondensatorelektroden dienen.

Eine Meßmembran 31 ist zwischen den Gehäusekörpern 55 und 56 angeordnet, so daß der Isolierkörper 57 und die Meßmembran 31 einen ersten Meßraum 32 und der Isolierkörper 58 und die Meßmembran 31 einen zweiten Meßraum 33 bestimmen. Der erste Gehäusekörper 55 ist mit einem Kanal 59 versehen, der die innere Ausnehmung 45 bzw. den inneren Druckraum 48 mit dem ersten Meßraum 33 verbindet. Der zweite Gehäusekörper 56 ist mit einem Kanal 60 und einem Verbindungsrohr 61 versehen, das den zweiten Ausgleichsraum 53 mit dem zweiten Meßraum 33 verbindet. Ein Ende des Verbindungsrohres 60 ist dichtend mit dem Kanal 60 verbunden, während das andere Ende des Verbindurgrohres 61 dichtend mit der Ausgleichsmembran 51 mittels einer Befestigungseinrichtung 62 verburaden ist.

Die Ausgleichsmembran 51 ist aus einem solchen Werkstoff hergestellt, daß ihre Steifigkeit unterschiedlich groß zu der der Meßmembrah 31 ist. Demzufolge ist die Ausgleichsmembran 51 im Falle eines innerhalb des Meßbereichs liegenden Differenzdruckes keiner Auslenkung unterworfen, sondern nur die Meßmembran 31 erfährt eine Verschiebung, um die Messung durchzuführen. Wenn der Meßeinrichtung ein außerordentliches hoher Differenzdruck zugeführt wird, werden die Ausgleichsmembran 51 und die Meßmembran 31 unabhängig voneinander ausgelenkt, um das Füllflüssigkeitsvolumen aufzunehmen, das dem der einen äußeren Druckkammer 15 oder dem der weiteren äußeren Druckkammer 16 entspricht; in diesem Falle legt sich die erste Trennmembran 13 oder die zweite Trennmembran 14 gegen das erste oder zweite Gehäuseteil 43 bzw. 44, bevor die Meßmembran 31 sich gegen

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den Isolierkörper 57 oder 58 legt. Für diesen Fall ist auch die Auslegung so getroffen, daß der größte Teil des Flüssigkeitsvolumens aus der einen oder der weiteren äußeren Druckkammer 15 oder 16 durch die Äuslenkung der Ausgleichsmembran 51 aufgenommen wird.

Sowohl der erste als auch der zweite Meßraum 32 und 33» der erste und der zweite Ausgleichsraum 52 und 53, der Spalt bzw. der innere Druckraum 48 und die eine und die weitere äußere Druckkammer 15 und 16 sind mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, beispielsweise Silikonöl, gefüllt. Der Kanal 49, der Kanal 50, die Kanäle 59 und 60 sowie das Verbindungsrohr 61 dienen als Leitungen für die eingefüllte Flüssigkeit.

Wenn während des Betriebes die Differenz zwischen den Drücken P1 und P2, die der ersten und zweiten Trenn membran 13 und 14 zugeführt werden, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, verändert sich die Kapazität zwischen der Meßmembran 31 und den Metallfolien 29 ader 30 proportional zum Differenzdruck und wird elektrisch abgefragt. Wenn der Druck P1 Null und infolgedessen der Druck P2 zu hoch wird, dann legt sich die zweite Trennmembran 14 eng an das zweite Gehäuseteil 44 an, bevor die Meßmembran 31 sich gegen den Isolierkörper 57 legt, und die Ausgleichsmembran 51 lenkt sich unabhängig von der Meßmembran 31 infolge Fließens eines Volumens entsprechend dem Volumen der weiteren äußeren Druckkammer 16 durch den Kanal 54 in den zweiten Ausgleichsraum 53 aus. In ähnlicher Weise legt .sich, wenn der Druck P2 Null und infolgedessen der Druck P1 zu hoch wird, die erste Trennmembran 13 gegen den ersten Gehäuseteil 43, bevor sich die Meßmembran 31 an den Isolierkörper 58 legt, und de Ausgleichs-

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membran 51 lenkt sich unabhängig von der Meßmembran 31 aus, so daß ein Volumen, das dem in der einen äußeren Druckkammer 15 entspricht, durch den Kanal 49, den Kanal 50 und den Spalt 48 in den ersten Ausgleichsraum 52 fließt. Eine Aufnahme des Flüssigkeitsvolumens der einen oder der weiteren äußeren Druckkammer 15 bzw. 16 durch eine kleine Auslenkung der Ausgleichsmembran 51 im Falle eines sehr hohen Differenzdruckes ist dadurch erreicht, daß die wirksame Oberfläche der Ausgleichsmembran 51 erheblich größer als jene der ersten und zweiten Trennmembran 13 bzw. 14 und der Meßmembran 31 ist. Die Steifigkeit der Ausgleichsmembran 51 kann daher verhältnismäßig frei gewählt werden.

Die Kanäle 59 und 60 in den ersten und zweiten Gehäusekörpern 55 und 56 können leicht durch Bohren von der Peripherie zur Mitte hin und durch weiteres Bohren von den sphärisch konkaven Ausnehmungen der Isolierkörper 57 und 58 aus hergestellt werden.

Da. eine kleine Auslenkung der Ausgleichsmembran 51 zum Schutz vor außerordentlich hohen Differenzdrücken genügen kann, kann das Verbindungsrohr 61 an der Ausgleichsmembran 51 in der Nahe ihrer Peripherie mit Befestigungsmitteln 62 durch Schweißen oder dergleichen sein

angebrach-t« wodurch keine Behinderung der Ausgleichsmembran 51 in ihrer Funktion eintritt.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, in dem mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezügszeichen versehen sind. Die dargestellte Druckdifferenz-Meßeinrichtung 70 enthält eine Druckdifferenz-Übertragungseinheit 71"» ein erstes Gehäuseteil 43 und ein zweites Gehäuseteil 44. Die Druckdifferenz-Über-

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tragungseinheit 71 enthält einen ersten Gehäusekörper 72 aus MetaLl von schmaler zylindrischer Gestalt, eine feste Platte 73, die an einer Seite des Gehäusekörpers

72 befestigt ist, eine Meßmembran 74, die auf der anderen Seite des Gehäusekörpers 72 angebracht ist, sowie einen zweiten Gehäusekörper 82, der an der Außenseite der Meßmembran 74 angeordnet ist. Der erste Gehäusekörper 72 ist mit einem Isolierkörper 75 versehen, der in seinem Innern angeordnet ist. Beide Oberflächen 76 und 77 des Isolierkörpers 75 sind sphärisch konkav und tragen Metallfolien 78 und 79, die als Kondensatorelektroden dienen. Am äußeren Umfang ist die feste Platte

73 durch Schweißen dichtend mit einer Seite des ersten Gehäusekörpers 72 verbunden und bildet eine Kammer 80 in Verbindung mit der Oberfläche 76 des Isolierkörpers 75. Die Meßmembran 74 ist an ihrem äußeren Umfang ringförmig verstärkt und dort dichten! durch Schv/eißen mit der anderen Seite des Gehäusekörpers 72 verbunden. Die Meßmembran Ik bildet einen ersten Meßraum 81 in Verbindung mit der Oberfläche 77 des Isolierkörpers 75. Außerdem ist die Meßmembran 7k an ihrem äußeren Umfang durch Schweißen fest und dicht mit dem zweiten Gehäuseteil 82 verbunden; ein zweiter Meßraum 83 ist von der Meßmembran 7k und dem zweiten Gehäusekörper 82 gebildet. Die Differenzdruck-Übertragungseinheit 71 ist innerhalb einer Ausnehmung 45 des ersten Gehäuseteiles 43 angeordnet und daran mittels Befestigungsplatte 46 und Befestigungsbolzen 47 gehalten.

Der zweite Gehäuseteil 44 ist so angeordnet, daß er die innere Ausnehmung 45 überdeckt, und eine Ausgleichsmembran 51 ist zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 43 und 44 eingespannt. Die Ausgleichsmembran 51

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begrenzt einen ersten Ausgleichsraum 52 auf der Seite des ersten Gehäuseteiles 43 und einen zweiten Ausgleichsraum 53 auf der Seite des zweiten Gehäuseteiles 44. Der erste Ausgleichsraum 52 ist mit der inneren Ausnehmung 45 verbunden.

Im Isolierkörper 74 ist ein Kanal 84 gebildet, der die Kammer 80 der Druckdifferenz-Übertragungseinheit 71 mit dem ersten Meßraum 81 verbindet. Ein Kanal 85 befindet sich auch in der festen Platte 73 und verbindet die Kammer 80 mit dem einen äußeren Druckraum 15, dem Kanal 49, dem Kanal 50, dem Spalt bzw. inneren Druckraum 48 und dem ersten Ausgleichsraum 52.

Ein Verbindungsrohr 61 und ein Kanal 86, der im zweiten Gehäusekörper 82 verläuft, verbindet den zweiten Meßraum 83 mit dem zweiten Ausgleichsraum 53, dem Kanal 54 und der weiteren äußeren Druckkammer 16 des zweiten Gehäuseteils 44. Ein Ende des Verbindungsrohres 61 ist dichtend mit dem Kanal 86 verbunden, während das andere Ende des Verbindungsrohres 61 dichtend an der Ausgleichsmembran 51 durch Befestigungsmittel 62 gehalten ist.

Die Hohlräume der Kammer 80, des ersten und des zweiten Meßraumes 82 und 83, des .ersten und zweiten Ausgleichsraumes 52 und 53, der einen und der weiteren äußeren Druckkammer 15 und 16 und des Spaltes 48 sind mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, wie Silikonöl, gefüllt. Die Kanäle 49, 54, 84, 85 und 86 sowie der Kanal 50 und das Verbindungsrohr 61 dienen als Leitungen für die eingefüllte Flüssigkeit.

Wenn die Differenz zwischen den Drücken PI und P2, die den Trennmembranen 13 und 14, zugeführt werden, innerhalb

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- VPA 77 P 8588 BRD eines vorbestimmten Bereichs liegt, dann erfährt die Meßmembran 74 eine Auslenkung. Diese Auslenkung verursacht eine sich ändernde Kapazität C2 zwischen der Meßmembran 74 und der Metallfolie 79. Eine andere Kapazität C1 zwischen der Metallfolie 78 und der festen Platte 73 bleibt konstant. Eine Erfassung der Änderungen der Differenz zwischen den Kapazitäten C1 und C2 bedeutet eine Messung der Auslenkung der Meßmembran 74 und infolgedessen eine Messung der Differenz zwisehen den Drücken P1 und P2.

Tritt ein sehr hoher Druck an der Trennmembran 13 oder 14 auf, dann legt sich die Trennmembran 13 oder 14 eng an das erste oder zweite Gehäuseteil 43 oder 44

'2 an, bevor die Meßmembran 74 sich gegen den Gehäusekörper 82 oder den Isolierkörper 75 legt, und die Ausgleichsmembran 51 erfährt eine Auslenkung unabhängig von der der Meßmembran 74 infolge einer Verschiebung des Volumens der eingeschlossenen Füllflüssigkeit

^ im wesentlichen entsprechend dem Volumen der einen oder der weiteren äußeren Druckkammer 15 oder 16. Die Ausgleichsmembran 51 hat eine wirksame Fläche, die erheblich größer als die der Meßmembran 74 ist. Daher ist eine freie Wahl ihrer Steifigkeit möglich; die

²^ Druckdifferenz-Meßeinrichtung 70 kann gegen außerordentlich hohe Druckdifferenzen durch die erste und zweite Trennmembran geschützt werden.

Wie oben erwähnt, hat gemäß der vorliegenden Erfindung ^ die Ausgleichsmembran einen größeren äußeren Durchmesser als die erste und die zweite Trennmembran. Demzufolge ist auch ihre wirksame Fläche größer als die dieser beiden Membranen, so daß im Falle eines außerordentlich hohen Differenzdruckes das meiste Volumen aus der " einen oder der weiteren äußeren Druckkammer ausreichend

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- VPA 77 P 8588 BRD durch eine relativ kleine Auslenkung der Ausgleichsmembran aufgenommen werden kann. Eine Bestimmung der gewünschten Steifigkeit der Ausgleichsmembran kann daher leicht erreicht werden, wobei ein sicherer Schutz gegen außerordentlich hohe Dxfferenzdrücke bei Wirksamerhalten der Funktion der Meßmembran erreicht ist.

2 Ansprüche
2 Figuren

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Claims

- 4" - VPA 77 P 8588 BRD Patentansprüche

1. Differenzdruck-Meßeinrichtung mit einer Kammer,welche durch eine beiderseits druckbeaufschlagbare Meßmembran in zwei Meßräume unterteilt ist, die mit äußeren, mit Trennmembranen abgeschlossenen Druckkammern druckleitend verbunden sind, wobei die den Trennmembranen gegenüberliegenden Wände der äußeren Druckkammern als Membranbetten ausgebildet sind, gegen die sich die Trennmembranen im Überlastfall abstützen,

mit einer inkompressiblen Flüssigkeit zur hydraulischen Übertragung der gegensinnig auf die Trennmembranen wirkenden Meßdrücke auf die Meßmembran, mit Mitteln zur Umwandlung der druckdifferenzproportionalen Auslenkung der Meßmembran in eine elektrische Größe,

mit einer der Meßkammer hydraulisch.parallelgEschalteten Ausgleichskammer mit einer Ausgleichsmembran zur Aufnahme des im Überlastfall aus der jeweiligen äußeren Druckkammer verdrängten Füllflüssigkeitvolumens und mit einem mit der einen äußeren Druckkammer druckleitend verbundenen inneren Druckraum, in dem die Meßkammer derart angeordnet ist, daß ihre Außenfläche wenigstens teilweise den von der Füllflüssigkeit übertragenen Meßdrücken ausgesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der innere Druckraum (48) durch die Ausgleichsmembran (51) begrenzt ist,

daß der von der einen äußeren Druckkammer (15) abgewandte Meßraum (33) der Meßkammer über ein Verbindungsrohr (61) mit der von dem inneren Druckraum (48) abgewandten Seite der Ausgleichsmembran (51) verbunden ist und

daß die wirksame Fläche der Ausgleichsmembran (51) erheblich größer als die der Meßmembran (33) ist (Fig.1).

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Differenzdruck-Meßeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichanet, daß die wirksame Fläche der Ausgleichsmembran (51) annähernd dem Querschnitt der Differenzdruck-Meßeinrichtung (41) entspricht (Fig. 1).

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