DE3201262A1

DE3201262A1 - Drucksensor

Info

Publication number: DE3201262A1
Application number: DE19823201262
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 5600 Wuppertal Stuhlmann
Original assignee: Metzenauer & Jung 5600 Wuppertal GmbH; Metzenauer and Jung GmbH
Current assignee: Westinghouse Fanal-Schaltgeraete 5600 Wupper GmbH
Priority date: 1982-01-16
Filing date: 1982-01-16
Publication date: 1983-07-28
Also published as: DK547882A

Description

Drucksensor
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor für die Uberwachung des Druckes aggressiver Medien in einem Druckbereich von etwa 0,8 bis 50 bar, insbesondere zur Uberwachung von Kühlanlagen, Klimaanlagen oder Wärmepumpen, welcher aus einem Druck/Weg-Umformglied und einem mechanisch-elektrischen Umformer besteht.
Der Druck des Kältemittels in den verschiedenen Teilen von KUhlanlagen, Wärmepumpen oder Klimaanlagen wird durch druckabhängige Schalter überwacht und geregelt. Diese druckabhängigen Schalter sind mit elektrischen Kontaktsystemen ausgerüstet, die entsprechende Schaltgeräte wie Schütze oder Ventile ein- und ausschalten, Die Steuerspannung ist hierbei in der Regel die Netzspannung. In jüngerer Zeit sind die Anforderungen an Genauigkeit, Sicherheit, Programmierbarkeit usw, der Steuerungen von Kühlanlagen, Wärmepumpen oder Klimaanlagen ständig weiter gestiegen, woraus im zunehmenden Maße sich der Zwang ergab, die einzelnen Uberwachungs- und Steuerungsfunktionen gegeneinander zu verriegeln und zu verknüpfen. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Verknüpfungen mit elektronischen Schaltkreisen vorzunehmen, um die Anlagekosten und die baulichen Abmessungen in Grenzen zu halten. Die bekannten druckabhängigen Schalter reichen wegen der klei nen Spannungen und Ströme in ihrer Kontaktsicherheit für elektronische Steuerungen nicht aus.
Die bekannten Drucksensoren, die zur Drucküberwachung oder -messung in Verbindung mit elektronischen Steuerungen verwendet werden, eignen sich nicht für den Einsatz bei aggressiven Medien wie z. B. Kältemitteln, da die verwendeten Werkstoffe von den Kältemitteln angegriffen und mit der Zeit zerstört werden. Darüber hinaus sind die bisher in diesem Zusammenhang verwendeten mechanisch-elektrischen Umformer in Form von Differentialtransformatoren wenig geeignet, da sie bei dem rauhen Betrieb der großen Maschinen solcher KUhl-, Klimaanlagen oder Wärmepumpen zu störanfällig sind.
Der Erfindung liegt)die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor zu schaffen, dessen eingangsseitiges Druck/Weg-Umformglied ausschließlich im Hinblick auf eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien, insbesondere Kältemittel, aufgebaut werden kann, der auch bei einem rauhen Betrieb wenig störanfällig ist, dessen Ausgangssignal in elektronischen Steuerungen verarbeitet werden kann und der sich durch eine sehr kompakte Bauform auszeichnen soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der mechanisch-elektrische Umformer ein Kondensator ist, welcher mit seiner beweglichen Elektrode über ein Ubertragungsgestänge an das Druck/Weg-Umformglied mechanisch verbunden und an einen elektronischen Auswertschaltkreis angeschlossen ist.
Ein solcher Drucksensor bietet einerseits den Vorteil, daß sein eingangsseitiges Druck/Weg-Umformglied nunmehr in seinen Abmessungen und in der Materialwahl ausschließlich unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem aggressiven Druckmedium konzipiert werden kann, da der elektrische Teil des Drucksensors räumlich getrennt vom Druck/Weg-Umformglied angeorctnet wird und mit diesem nur über das Ubertragungsgestänge verbunden ist. Das Ubertragungsgestänge kann dabei als Wegübersetzung oder Weguntersetzung ausgelegt werden, so daß auch eine Anpassung an den vom Kondensator verlangten Aussteuerweg nur durch entsprechende Auslegung des Ubertragungsgestänges vorgenommen werden kann und also auch unter diesem Gesichtspunkt Freiheit bei der Konzeption des Druck/Weg-Umformgliedes gegeben ist.
Die maximale Auslenkung des Druck/Weg-Umlenkgliedes kann beispielsweise klein gegenüber dem Aussteuerweg des Kondensators bemessen werden, was die Möglichkeit bietet, das Druck/Weg-Umformglied dickwandig und äußerst stabil herzustellen. Andrerseits kann der Kondensator, insbesondere bei Verwendung eines Plattenkondensators, durch eine gewisse Abdichtung in einfacher Weise in seinen Bewegungen derart.
gedämpft werden, daß seine Kapazität durch äußere Stöße oder Vibrationen nicht oder nur unmerklich für die Auswertschaltung geändert wird.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung kann vorgesehen werden, daß der Auslenkweg des Ubertragungsgestänges zwischen zwei Anschlägen begrenzt ist und daß der dieser Auslenkung entsprechende Uberwachungsdruckbereich mittels einer in ihrer Vorspannung veränderlichen Rückstellfeder einstellbar ist.
Hierdurch ist es in sehr einfacher Weise möglich, einen Drucksensor zu schaffen, der beispielsweise einen Ansprechbereich von 1 bar hat, wobei aber der Ansprechbereich innerhalb eines Gesamtbereiches von beispielsweise 1 bar bis 50 bar gewählt werden kann.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung sind das Druck/Weg-Umformglied, der Kondensator und die Auswählschaltung als kompakte Baueinheit zusammengefaßt, wobei aber zweckmäßigerweise das Druck/Weg-Umformglied und der Kondensator in getrennten Gehäusekammern untergebracht sind. Dabei ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise, wenn die Bewegungsrichtung der beweglichen Kondensatorelektrode rechtwinklig zur Auslenkrichtung des Druck/Weg-Umformgliedes orientiert ist, Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ferner vorgesehen werden, daß das Übertragungsgestänge aus einem im Knickpunkt schwenkbar gelagerten Winkelhebel besteht, an dessen kürzerem Arm ein Verstellstößel für die bewegliche Kondensatorplatte angelenkt ist und an dessen längerem Arm in einem mittleren Bereich das Druck/Weg-Umformglied und am Endbereich die Rückstellfeder angreifen. Dabei ist zweckmäßigerweise das freie Ende des längeren Hebelarmes zwischen den beiden Anschlägen zur Begrenzung des Auslenkweges des Ubertragungsgestanges eingefaßt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß der Drucksensor zwei an ihrer Auslenkseite miteinander gekoppelte Druck/Weg-Umformglieder gleicher Größe aufweist, die getrennte Druckeinlässe aufweisen. Ein solcher Drucksensor ist zur Uberwachung von Druckdifferenzen geeignet.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung kann der Erfindung zufolge vorgesehen werden, daß der Drucksensor zwei an ihrer Anlenkseite miteinander gekoppelte Druck/Weg-Umformglieder aufweist, welche unterschiedliche Größe aufweisen und deren Druckräume miteinander verbunden sind. Ein solcher Drucksensor ist zur Uberwachung höherer Drücke geeignet.
Als Druck/Weg-Umformglieder können Membranen, Membran dosen, Wellrohrbälge, Burdonrohre oder Zylinder/Kolbeneinrichtuagen verwendet werden. Als Rückstellfeder sind Schraubendruckfedern und auch Blattfedern geeignet.
Schließlich kann der Erfindung zufolge noch vorgesehen werden, daß der Auswertschaltkreis derart ausgelegt ist, daß er bei mehreren Kondensatorstellungen jeweils ein Schaltsignal liefert.
Ein solcher Drucksensor ist insbesondere als Zweipunkt- oder Dreipunktregler oder als Stufenschalter geeignet.
Der Drucksensor nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen Fig, 1 einen Drucksensor im Querschnitt mit einem Differential-Plattenkondensator, Fig. 2 ein Diagramm, in welchem der Kondensatorweg in Abhängigkeit vom Druck dargestellt ist, Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der beiden Kondensatorkapazitäten in Abhängigkeit des Weges, Fig. 4 ein Diagramm, welches die Summe der Änderungen der Kapazitäten des Differentialkondensators in Abhängigkeit des Kondensatorweges darstellt, Fig. 5 eine Ausführungsform des Drucksensors zur Uberwachung von Differenzdrücken und Fig. 6 eine Ausführungsform des Drucksensors für höhere DrUcke.
An dem Gehäuse 1 ist ein Boden 2 befestigt, in dem ein Druckanschlußstutzen 3 eingenitet ist. Der Druckanschluß trägt ein Druck/Weg-Umformglied 4 in Form einer Membrandose mit einem Druckstück 5, das auf einen Arm 7a eines im Lager 6 gelagerten Winkelhebels 7 drückt. Gegen den Winkelhebel 7 drückt in entgegengesetzter Richtung eine Rückstellfeder 8 in Form einer Sehraubendruckfeder, die über eine Verstellschraube 9 mit einem Federteller 10 am Gehäusedeckel 11 abgestützt ist. Der andere Arm 7b des Hebels 7 bewegt über einen Stößel 12 die mittlere Kondensatorplatte 13 eines Differentialkondensators 14. Abhärgil7tom Weg 1 der Platte 13 ändert sich die Kapazität c zu den Außenplatten 15 und 16 in der in Fig. 3 gezeigten Weise. Der maximale Auslenkweg des aus dem Hebel 7 und dem Stößel 12 bestehenden Ubertragungsgestänge 17 ist durch die Anschläge 18 und 19 begrenzt, so daß bei Unter- oder Uberschreiten des eingestellten Druckbereiches der Winkelhebel 7 anliegt, wobei sich der Differentialkondensator 14 in der jeweiligen Endlage befindet.
Der Hebel 7 ist in der Arbeitsstellung gezeigt, d. h. Druck und Federkräfte befinden sich im Gleichgewicht. Ein elektronischer Auswertschaltkreis 20 ist unmittelbar an den Kondensator 14 angebaut.
In Fig. 2 ist der Verlauf des Kondensatorweges 1 in Abhängigkeit von dem Druck 2 aufgetragen. Beim Ansteigen des Druckes bis zum Wert A bleibt der Hebel 7 aufgrund der Federvorspannung an dem Anschlag 19 liegen. Beim weiteren Ansteigen bis zum Wert B legt der Winkelhebel 7 und damit die Kondensatorplatte 13 den gesamten Weg zurück. Bei weiterem Druckanstieg erfolgt am Hebel und Kondensator keine Bewegung mehr, da der Hebel 7 sich an den Anschlag 18 angelegt hat. Hierdurch erfolgt durch eine geringe Druckänderung eine große Kapazitätsänderung. Dies bedeutet eine größere Genauigkeit des Drucksensors. Bei einer Druckänderung h p ergibt sich ein Weg an dem Kondensator a l. Ohne die Anschläge 18, 19 und der dann erforderlichen steifen Feder wurde bei der gleichen Druckänderung nur ein Weg von h 11 am Kondensator zur Verfügung stehen, wie gestrichelt gezeigt ist.
Für den Einsatz als Zweipunktregler oder als Begrenzer eignet sich erfindungsgemäß besonders ein Differentialkondensator.
Die Summe der Kapazitätenänderungen dc/dl ist, wie in Fig. 4 dargestellt, über den Weg 1 so verteilt, daß sie von der Mittelstellung nach außen immer stärker zunimmt und somit im Bereich der Schaltpunkte große Werte annimmt.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Drucksensor zur Uberwachung einer Druckdifferenz ausgebildet ist.
Der Drucksensor besitzt hier zwei innerhalb des Gehäuses 1 untergebrachte Druck/Weg-Umformglieder 21, 22, die jeweils die Form einer Membrandose aufweisen. Sie sind an ihrer Auslenkseite durch eine Stange 23 miteinander gekoppelt.
Beide Druck/Weg-Umformglieder besitzen getrennte Druckeinlaßstutzen 24, 25.
Der Drucksensor nach Fig. 6 5st insbesondere für einen Einsatz bei höheren Drücken bestimmt, Auch hier sind im Gehäuse 1 zwei Druck/Weg-Umformglieder 26, 27 angeordnet, deren Auslenkseiten wiederum über eine Stange 28 miteinander verbunden sind.
Der Drucksensor besitzt hier aber nur einen Druckeinlaß 29, und die Druckräume der beiden Druck/Weg-Umformglieder sind über einen Kanal 30 der Stange 28 miteinander verbunden0 Der Winkelhebel 7 wird folglich nur mit der Kraft beansprucht, die dem Unterschied der in ihrer Größe unterschiedlichen wirksamen Flächen der beiden Membransysteme entspricht.
Bei allen Ausführungsformen sind die Druck/Weg-Umformglieder am Boden 2 bzw. am Deckel 11 innerhalb einer größeren Gehäusekammer 31 angeordnet, während der Kondensator 14 in einer Seitenkammer 32 des Gehäuses derart angeordnet ist, daß seine Bewegungsrichtung rechtwinklig zur Auslenkrichtung der Druck/Weg-Umformglieder orientiert ist.
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Claims

Patentansprüche 1. Drucksensor zur Uberwachung des Druckes aggressiver Medien in einem Druckbereich von etwa 0,8 bis 50 bar, insbesondere zur Uberwachung von Kühlanlagen, Klimaanlagen oder Wärmepumpen, bestehend aus einem Druck/Weg-Umformglied und einem nachgeschalteten mechanischelektrischen Umformer, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanisch-elektrische Umformer ein Kondensator (14) ist, welcher mit seiner beweglichen Elektrode (13) über ein Ubertragungsgestänge (17) an das Druck/Weg-Umformglied (4) mechanisch verbunden ist, und welcher an einen elektronischen Auswertschaltkreis (20) angeschlossen ist.
2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslenkweg des Ubertragungsgestänges (17) zwischen zwei Anschlägen (18, 19) begrenzt ist und daß der dieser Auslenkung entsprechende Uberwachungsdruckbereich mittels einer in ihrer Vorspannung veränderlichen Rückstellfeder (8) einstellbar ist.
3. Drucksensor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (14) ein Differentialkondensator ist.
4. Drucksensor nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (14) ein Plattenkondensator ist.
5. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,.

daß das Druck/Weg-Umformglied (4), der Kondensator (14) und der Auswertschaltkreis (20) als kompakte Baueinheit zusammengefaßt sind.
6. Drucksensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck/Weg-Umformglied (4) und der Kondensator (14) in getrennten Gehäusekammern (31, 32) untergebracht sind.
7. Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung der beweglichen Kondensatorelektrode (13) rechtwinklig zur Auslenkrichtung des Druck/Weg-Umformgliedes (4) orientiert ist,
8. Drucksensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ubertragungsgestänge (17) aus einem im Knickpunkt schwenkbar gelagerten Winkelhebel (7) besteht, an dessen kürzerem Arm (7b) ein Verstellstößel (12) für die bewegliche Kondensatorplatte (13) angelenkt ist und an dessen längerem Arm (7a) in einem mittleren Bereich das Druck/Weg-Umformglied (4) und am Enbereich die Rückstellfeder (8) angreifen.
9. Drucksensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des längeren Hebelarmes (7a) zwischen den beiden Anschlägen (18, 19) eingefaßt ist.
10. Drucksensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei an ihrer Auslenkseite miteinandergekoppelte Druck/Weg-Umformglieder (21, 22) gleicher Größe aufweist, die getrennte Druckeinläße (24, 25) aufweisen.
11. Drucksensor nach einem der mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei an ihrer Anlenkseite miteinandergekoppelte Druck/Weg-Umformglieder (26, 27) aufweist, welche unterschiedliche Größe aufweisen und deren Druckräume durch einen Kanal (30) in ihrer Kopplungsstange (28) miteinander verbunden sind.
12. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Druck/Weg-Umformglieder Membranen, Membrandosen, Wellrohrbälge, Burdonrohre oder Zylinder/Kolbeneinrichtungen sind.
13. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (8) eine Schraubendruckfeder ist.
14. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder eine Blattfeder ist.
15. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertschaltkreis (20) derart ausgelegt ist, daß er bei mehreren Kondensatorstellungen jeweils ein Schaltsignal liefert.