DE3005973A1 - Kompensationsmesser fuer hohen druck bei dem der kompensationsdruck automatisch in einem fluessigkeitsverdampfer mit extrem kleinem volumen und grosser kuehlender oberflaeche erzeugt wird - Google Patents

Description

• Kompensationsdruckmesser für hohen Druck
• bei dem der Kompensationsdruck automatisch in einem Flüssigkeitsverdampfer mit extrem kleinem Volumen und großer kühlender Oberfläche erzeugt wird.
• Für die Druckmessung insbesondere von zähflüssigen Medien, die vielfach bei hoher Temperatur unter Drücken von 100 bis 1000 bar verarbeitet oder gefördert werden, ist es oft notwendig, zur Druckübertragung eine weitgehend eigenkraftfreie (schlappe) Membran mit möglichst kleinem Durchmesser zu verwenden, um die Oberfläche der z.B. bei der Verarbeitung von Sunststoffschmelzen meistens engen Förderleitungen, Formen und Presszylindern möglichst wenig zu verändern.
• Die Kleinheit der Membran bedingt, daß die Durchbiegung der Membran sehr klein gehalten wird, damit die von der Richtung der Druckänderung abhängigen Spannungen in der Membran (z.B. die elastische Hysterese) klein bleiben. Die Eigenkräfte der Membran können praktisch völlig eliminiert werden wenn es gelingt, die auf die Membran wirkende Kompensationskraft durch automatische Regelung so zu steuern, daß die Membran genügend rasche Schwingungen um ihre Nullage ausführt, die bei kleiner Amplitude durch die angepaßte Trägheit des Meßsystems gemittelt werden und weder die Anzeige noch die Verarbeitung des Mediums stören, dessen Druck gemessen werden soll.
• Eine bekannte Methode, die auf die Druckübertragungsmembran (bb.1), 1 wirkenden Kräfte K und damit bei bekannter wirksamer Fläche f der Membran den Druck zu messen besteht darin, daß man auf die dem zu messenden Druck abgewandte Seite der Membran einen Stempel 2 aufsetzt und auf ihn eine Kraft wirken: läßt, die der auf die Membran wirkenden Kraft gleich ist.
• Diese Kraft wird bei bekannten Druckmessern dadurch erzeugt, daß man den Druck des in vielen Betrieben vorhandenen druckgeregelten Steuerluftnetzes über einen Druckregler, der durch die Durchbiegung der Membran 1 gesteuert wird, auf eine Kompensationsmembran und den mit der Membran verbundenen Stempel 2 so wirken läßt, daß die Druckübertragungsmembran 1 bis auf eine geringe Restdurchbiegung in ihre Ausgangslage zurückgeführt wird.
• Der Nachteil dieser Art Kompensationsdruckmesser für hohe Drücke ist, daß es keine Druckversorgungsnetze für Meßgeräte mit einem Netzdruck von mehr als 1 bar, selten bis 3 bar gibt und daß daher bei einem zu messenden Druck von 1000 bar die Membran 12 mit Gehäuse auch für den kleinsten praktisch brauchbaren Durchmesser der Membran 1 von 0,5 cm einen Durchmesser von bis zu 17 cm erfordert. Diese Abmessungen behindern den Einbau der Geräte erueblich.
• Aus diesem Grunde wurde auch die Versorgung aus hydraulischen Steuerdrucknetzen vorgeschlagen.
• Abgesehen davon, daß derartige Versorgungsnetze selten anzutreffen sind, benötigen diese Geräte eine zusätzliche Leistung für die Ableitung der aus dem Regler austretenden Flüssigkeit.
• Druckversorgungsprobleme gibt es auch für Regelventile, vor allem für kleine Membranventile in kleinen, z.B. Heizungsanlagen.
• Hierfür ist vorgeschlagen worden, den benötigten Steuerdruck durch Verdampfen einer geeigneten Flüssigkeit mit günstiger Dampfdruckkurve, z.E Wasser, mit einer aus dem überall vorhandenen Netz gespeisten elektrischen Heizung zu erzeugen.
• Die dabei auftretende träge Reaktion insbesondere beim Kondensieren des Dampfes bei fallendem Druck läßt sich ohne aufwendige Kühleinrichtungen beseitigen, wenn man die Flüssigkeit in kleinen Gefäßen mit großer Oberfläche vornimmt.
• Bei Ventilen ist die Wirksamkeit dieser Maßnahme jedoch dadurch begrenzt, daß ein erhebliches Dampfvolumen für die erforderliche Bewegung des Drosselorgans benötigt wird.
• Bei Meßgeräten dagegen, vor allem bei Meßgeräten für höheren Druck, läßt sich das für die Aussteuerung benötigte Dampfvolumen durch Anwendung einer KompensSionsmethode auf wenige mm) reduzieren. Den Kompensationsdruck wählt man, wie es bei Erzeugung dieses Druckes durch Verdampfen einer Flüssigkeit ohne Schwierigkeit möglich ist, so hoch, daß seine Messung mit einfachen Röhrenfedermanometern mit einer Volumenänderung von wenigen mm3 mit einer der gestellten Meßaufgabe angepaßten Genauigkeit und Robustheit möglich wird0 Die geringe erforderliche Verdampferleistung ermöglicht es, die Verdampfung durch Erhitzen der Flüssigkeit in der als speziell geformte dünnwandige Kapillare ausgebildeten Verbindungsleitung zwischen dem Druckraum der Kompensationsmembran und dem Anzeigegerät vorzunehmen, wobei für die Verbindungsleitung ein Material mit ausreichendem spezifischem Widerstand gewählt wird, so daß die Verbindungsleitung selbst als Heizwiderstand für den Heizstrom benutzt werden kann. Dadurch entfällt eine besondere Heizwicklung und vor allem die Isolierung, die beide die Wärmespeicherung des Verdampfers erhöhen und den Wärmeaustausch mit der umgebenden kühleren Buft erschweren würden.
• Für die rasche Abkühlung und Kondensation des Dampfes ist ein hoher Kompensationsdruck auch nützlich, weil die Demperaturdifferenz zur umgebenden l,uft steigt, der Wärmeinhalt des Dampfes sich nur wenig ändert, Durch die Kombination obiger Maßnahmen in einem Druckmesser für hohe Drücke läßt sich ein Gerät mit überraschend geringer Anzeigeverzögerung auch bei fallendem Druck konstruieren.
• Ein Beispiel einer solchen Konstruktion zeigt die (Abb.1> Von der Meßmembran 1 wird die durch den Meßdruck p erzeugte Kraft k mit dein Stempel 2 auf den Hebel 3 übertragen. Durch Lagerung des mit einer abgerundeten Spitze versehenen Stempels 2 in einer kegeligen Bohrung des Hebels 3 wird der Stempel 2 zentriert, durch Einschrauben der Hülse 4 in den Gewindeansatz 5 des untern Gehäuseteils 6 wird Kraftschluß zwischen Meßmembran 1 und Hebel 3 hergestellt und die Membran 1 in dem erwünschten Maß vorgespannt0 Durch die Kontermutter 7 wird die Hülse fixiert.
• Der Einschnitt 8 im Hebel 3 läßt den mit dem Gehäuseboden verschraubten Hebel 3 federn, so daß Durchbiegungen der Meßmembran 1 in einem durch das Verhältnis des Abstandes der Stempelspitze zu dem Abstand des elektrisch isolierten, mit der Klemme 17 verbundenen, Kontaktniets 9 vom Einschnitt 8 vergrößerten Maß auf das Kontaktniet übertragen werden. Der Hub des Hebels 3 und des Bodens der Kompensationsbalgmembran 12 wird durch den Anschlag 13 begrenzt für den Fall, daß die Verdampfung der Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gestört ist.
• Die Kompensationsmembran 12 ist vollständig mit Wasser gefüllt und durch die ebenfalls mit Wasser bis auf ein restliches Volumen von einigen mm3 mit Wasser gefüllte spiralig gewundene Kapillarleitung 14 mit dem zur Anzeige des Kompensationsdruckes und damit des zu messenden Druckes dienenden Röhrenfedermanometer 15 verbunden0 Der flachgewalzte Querschnitt der aus dünnwandigem Neusiberrohr gefertigten Spezialkapillare (Einzelheit II, Abt,2) hat einen für ihre Funktion als Heizspirale ausreichend hohen Widerstand.
• Das Bourdonrohr und die Federträgerbohrung des Manometers sind vollständig mit Wasser gefüllt.
• Der Pol des Heizstromkreises ist über ein Umkehrrelais mit Klemme 10 und damit über die Lasche 1Oa mit dem Ende der Kapillarheizspirale verbunden, während der andere Pol über Klemme 11 mit dem Gehäuse verbunden ist.
• Der Deckel des Gehäuses besteht aus Isoliermaterial.
• Die Steuerung der unter der Zersetzungsspannung von Wasser liegenden Heizspannung erfolgt wie bereits beschrieben über ein Umkehrrelais unter Zwischenschaltung eines Transformators, dessen Sekundärspannung maximal 2 Volt erreicht.
• Die Schaltfrequenz der Steuerung liegt so hoch, daß infolge der Dämpfung der Strömung in der Kapillarspirale der Zeiger des Manometers nicht vibriert, andererseits liegt sie soweit unter der Eigenfrequenz des Meßsystems, daß keine Regelschwingungen auftreten.
• Im Inneren der Kompensationsmembran 12 ist ein gegen die Kraft einer vorgespannten Feder zusammendrückbarer geschlossener Faltenbalgkörper 18 (Einzelheit III, Abb,3)' eingebaut, der beim tiberschreiten des Endsdrucks des Manometers soweit zusammengedrückt wird, daß beim Versagen der Steuerung auch bei maximal möglicher Heizleistung alle in der Kapillarheizspirale nach Uberschreiten des Enddrucks des Manometers noch verdampfende Flüssigkeit vom vergrößerten Volumen der Kompensationsmembran ohne wesentlichen weiteren Druckanstieg aufgenommen wird.
• Bis zu diesem Druck wird die überschüssige Kompensationskraft durch den Druck des Kontakthebels auf die Kontakteinstellschraube 19 aufgenommen0 Das Manometer läßt sich nach Lösen der Mutter 23 um 3800 in die günstigste Beobachtungslage drehen. Das Uberschreiten dieses Drehwinkels wird durch den Anschlagstift 20 und den Anschlag 22 verhindert0

Claims (6)

1. Schutsansprüche 1) Druckmesser mit kleiner Druckkraftübertragungsmembran zur Messung hoher Drücke in engen Leitungen und kleinen Gefäßen, insbesondere für zähe Medien und Kunststoffschmelen gekennzeichnet durch die Kombination einer Kompensationsmessung mit der Erzeugung des verhältnismäßig hohen Kompensationsdruckes durch Verdampfen einer Flüssigkeit mittels einer von der Durchbiegung der Druckübertragungsmembran automatisch gesteuerten elektrischen Heizung in einem dünnwandigen, speziell geformten dünnwandigen Metallkapillarrohr mit großer Oberfläche und kleinem Volumen, dessen Wand als Heizleiter dient.
2. 2) Druckmeßgerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das als Verdampfer arbeitende Kapillarrohr als federnde Spirale ausgebildet ist und als Verbindungsleitung zwischen Kompensationsmembran und Manometer durch seinen hohen Strömungswiderstand die durch die Ein-Aus Steuerung der elektrischen Heizung des Verdampfers entstehenden Druckschwankungen so stark dämpft, daß keine störenden Schwanlçungen der Anzeige und keine Regelschwingungen entstehen.
3. 3) Druckmesser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Auslenkung der Meßmembran ausgelenkte Kontakthebel zwischen Anschlägen liegt, die eine unzulässig hohe Durchbiegung der Meßmembran verhindern.
4. 4) Druckmesser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in der Plüssigkeit in der Kompensationsbalgmembran ein mit einer eingeschlossenen vorgespannten Stützfeder versehener geschlossener Balgmembrankörper untergebracht ist, der bei Uberschreiten des größten zulässigen Meßdrucks soweit zusammengedrückt wird, daß alle im Verdampfer verdampfbare Flüssigkeit von dieser Volumenveränderung aufgenommen und ein unzulässiger Druckanstieg verhindert wird.
5. 5) Druckmesser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch einen in den Kontakthebel eingefräßten Einschnitt eine federnde Lagerung des Kontakthebels geschaffen und durch den Abstand des Schlitzes von der Spitze des den Kontakthebel beaufschlagenden Stempels das Übersetungsverhältnis und durch Tiefe und Breite des Schlitzes die Federkonstante den jeweiligen Meßmembrangrößen und Druckmeßbereichen angepaßt werden können.
6. 6)Druckmesser nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß durch Verändern der Einschraubtiefe des Druckkraftübertragungsstempels eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Membran und Kontakthebel hergestellt und die Vorspannung der Meßmembran und die Ausgangslage des Kontakthebels eingestellt werden könneun.