DE3928426A1

DE3928426A1 - Differenzdruckmesswertgeber

Info

Publication number: DE3928426A1
Application number: DE3928426A
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Tobita; Yoshimi Yamamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1989-08-28
Publication date: 1990-03-15
Also published as: CN1040682A; JPH0652213B2; JPH0267940A; US4995266A; CN1015132B; DE3928426C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmeßwertgeber und insbesondere einen Differenzdruckmeßwertgeber mit einer geeigneten Struktur, die die Differenzdruckermittlungsmembran auch dann vor Beschädigungen schützt, wenn sich ein mittels Meßblenden vor bzw. hinter zwei Punkten zu messender Differenzdruck sprungartig und stark ändert.

Zunächst wird der Aufbau eines herkömmlichen Differenzdruckmeßwertgebers erläutert. Ein angelegter Differenzdruck Δ P wird an die Vorder- und an die Rückseite einer Meßmembran, die mit einem Drucksensorelement wie etwa einem Halbleiterdrucksensor versehen ist, übertragen und in ein zu Δ P proportionales elektrisches Signal umgewandelt; die Ausgabe des Drucksensorelementes wird nach außen geschickt.

Wenn der Differenzdruck Δ P groß wird, nimmt auch die Ausgabe des Drucksensorelementes zu. Wenn Δ P weiter zunimmt, kommt die Druckaufnahmemembran auf dem wellenförmigen Abschnitt eines Grundkörpers zum Aufliegen. Wenn daher der Differenzdruck Δ P unbestimmt groß wird, endet dessen Zunahme bei einem vorbestimmten Wert, wie in Fig. 4 (a) gezeigt ist. Auch die Ausgabe Δ E des Drucksensorelementes wird auf einem bestimmten Sättigungswert Δ E′ gehalten. Dieser Mechanismus wird gewöhnlich als "Schutzmechanismus" bezeichnet, er soll die Beschädigung der Meßmembran auch dann verhindern, wenn ein übermäßiger, den Meßbereich übersteigender Differenzdruck auf das Drucksensorelement im Differenzdruckübertragsweg wirkt. Ein solcher Mechanismus ist beispielsweise aus US 47 13 969-A, aus JP 60-2 37 337-A (1985) und aus JP 60-2 38 732-A (1985) bekannt.

Der oben beschriebene Vorgang tritt jedoch nur dann auf, wenn der zu messende Druck statisch wirkt. In einem wirklichen Aggregat tritt jedoch der Fall auf, in dem der Druck sich schlagartig ändert oder schlagartig angelegt wird. Daher muß die mit dem Drucksensorelement versehene Meßmembran mit einem Schutzmechanismus ausgestattet werden, der diese vor der Einwirkung eines einen zugelassenen Bereich übersteigenden Differenzdruckes ein von irgendwelchen Bedingungen des Aggregates abhängiges Abschlußventil betrieben wird und die Meßdurchflußrate schlagartig angehalten wird, tritt im Meßaggregat ein schlagartiger Druckanstieg (ein Stoßdruck, der im allgemeinen als "Wasserhammer" oder "Dampfhammer" bezeichnet wird), wie in Fig. 4 (b) durch Δ P dargestellt, auf und dieser Druck wirkt auf den Differenzdruckmeßwertgeber und kann gegebenenfalls die mit dem Drucksensorelement versehene Meßmembran beschädigen.

Wie oben beschrieben, wird im Stand der Technik nur ein Überlastschutzmechanismus für einen statisch sich ändernden zu messenden Druck betrachtet, während keinerlei Vorrichtungen zur Verhinderung von Beschädigungen der mit dem Sensorelement versehenen Meßmembran in Betracht gezogen werden, falls der zu messende Druck schlagartig ansteigt oder sich schlagartig ändert. Daher besteht im Stand der Technik das Problem, daß die Meßmembran durch einen vorübergehenden Stoßdruck beschädigt werden kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile von herkömmlichen Differenzdruckmeßwertgebern zu beseitigen und einen Differenzdruckmeßwertgeber zu schaffen, der eine solche Struktur hat, daß die Druckübertragung auch für einen schnell veränderlichen Stoßdruck wie etwa dem schlagartigen Anstieg oder der schlagartigen Änderung des zu messenden Druckes schonend gestaltet werden kann (wie durch Δ E₂ in Fig. 4 (b) gezeigt), der die Meßmembran des Drucksensorelementes vor Beschädigungen schützt und eine höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer besitzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Differenzdruckmeßwertgeber, der ein erstes Übertragungswegsystem, das eine erste Kammer, einen Übertragungsweg an einen Sensor und eine Druckmeßkammer aufweist, und ein zweites Übertragungswegsystem, das eine weitere Kammer, einen weiteren Übertragungsweg an den Sensor und eine weitere Druckmeßkammer aufweist, enthält, wobei der Durchmesser des Übertragungsweges an die Kammer in jedem der ersten und zweiten Übertragungswegsysteme auf einen Wert festgesetzt wird, der mindestens gleich der Konstanten ist, die durch die Viskosität und den Volumenelastizitätsmodul eines Druckübertragungsmediums, durch die Form des Übertragungsweges an den Sensor und durch das Volumen der Druckmeßkammer bestimmt wird, um den Widerstand eines jeden, von der Druckaufnahmeaussparung zur mit der Mittelmembran verbundenen Kammer reichenden Übertragungsweges zu verringern. Dadurch wird ein schlagartiger, schnell veränderlicher Druck durch die mit der Mittelmembran verbundene Kammer absorbiert und nicht an die Druckmeßkammer übertragen.

Erfindungsgemäß kommt ein Aufbau zur Anwendung, bei dem die durch die Gestalt und das Volumen des jeweiligen Übertragungsweges bestimmten Werte der Eigenvibration und der Verstärkung des ersten Übertragungswegsystems gleich denjenigen des zweiten Übertragungswegsystems sind. Daher wird ein schnell veränderlicher Druck nicht als Differenzdruck an das Drucksensorelement übertragen, weshalb folglich ein Zerbrechen des Drucksensorelementes verhindert werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Differenzdruckmeßwertgebers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Modellansicht des in Fig. 1 gezeigten Differenzdruckmeßwertgebes,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Bestimmung der Ansprechcharakteristiken des in Fig. 1 gezeigten Differenzdruckmeßwertgebers und

Fig. 4 eine Darstellung, die die Ansprechempfindlichkeit des in Fig. 1 gezeigten Differenzdruckmeßwertgebers erläutet.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines Differenzdruckmeßwertgebers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Differenzdruckmeßwertgeber besitzt einen Grundkörper 1, dessen beide Seitenbereiche eine wellige Gestalt haben. In engem Kontakt mit den beiden Seitenflächenbereichen des Grundkörpers 1 sind eine hochelastische hochdruckseitige Druckaufnahmemembran 12 und eine hochelastische niederdruckseitige Druckaufnahmemembran 13 so angepaßt, daß sie diese Bereiche umschließen. Die wellenförmigen Bereiche des Grundkörpers 1 besitzen die gleiche wellenförmige Gestalt wie die Druckaufnahmemembranen 12 und 13, so daß sie in engen Kontakt miteinander kommen. Zwischen den wellenförmigen Bereichen und den Druckaufnahmemembranen 12 und 13 sind eine Hochdruckaufnahmeaussparung 14 bzw. eine Niederdruckaufnahmeaussparung 15 definiert. Der Grundkörper 1 ist mit einem hochdruckseitigen Übertragungsweg 16 von der Hochdruckaufnahmeaussparung 14 und mit einem niederdruckseitigen Übertragungsweg 17 von der Niederdruckaufnahmeaussparung 15 versehen; zwischen diese Übertragungswege 16 und 17 ist eine Mittelmembran 4 so eingesetzt, daß sie eine mit dieser Mittelmembran 4 verbundene hochdruckseitige Kammer 41 und eine mit dieser Mittelmembran 4 verbundene niederdruckseitige Kammer 42 definiert. Mit beiden Seiten des Drucksensorelementes 6 sind entsprechend ein hochdruckseitiger Übertragungsweg 51 bzw. ein niederdruckseitiger Übertragungsweg 52 verbunden und im Grundkörper so ausgebildet, daß sie zwischen den Kammern 41 bzw. 42, zwischen denen die Mittelmembran 4 eingesetzt ist, und einer hochdruckseitigen Meßkammer 71 bzw. einer niederdruckseitigen Meßkammer 72, die durch die Meßmembran des Drucksensorelementes 6 geteilt sind, eine Verbindung herstellen.

Das Drucksensorelement 6 besteht beispielsweise aus einem Halbleiterdrucksensor, der den Differenzdruck zwischen den Meßkammern 71 und 72 in ein elektrisches Signal umwandelt und dieses Ausgangssignal über einen Anschlußstift 8, der hermetisch abgedichtet ist, nach außen angibt.

Über die Verschlußkanäle 18 und 19 wird ein Druckübertragungsmedium 22 wie etwa ein Silikonöl in die Druckmeßaussparungen 14 und 15, in die Übertragungswege 16 und 17, in die Kammern 41 und 42, in die Übertragungswege 51 und 52 und in die Druckmeßkammern 71und 72 des oben beschriebenen Aufbaus eingebracht; anschließend werden die Verschlußkanäle mittels Verschlußstiften 20 und 21 gegen die äußere Umgebung abgedichtet.

Erfindungsgemäß wird die Gestalt des Übertragungswegsystems, das Volumen einer jeden der Kammern 41, 42, 71 und 72 und die Federkonstante der Mittelmembran 4 gewählt, indem der Fluidwiderstand und die Konstanten der Übertragungswegsysteme bei der Ausformung einer jeden Kammer 41 und 42, einer jeden Meßkammer 71 und 72 und eines jeden Übertragungsweges 16, 17, 51 und 52, insbesondere des Übertragungsweges 16, 17 und 51, 52 gewählt werden, so daß auch bei einer schlagartigen Änderung und Einwirkung (Stoßdruck) der zu messenden Drücke P _H und P _L die im Drucksensorelement 6 vorgesehene Meßmembran nicht bricht. Im folgenden wird eine konkrete Ausführungsform eines solchen besonderen Aufbaus erläutert.

Wird das mechanische System des in Fig. 1 gezeigten Differenzdruckmeßwertgebers in ein Modell verwandelt, so kann es als Verbundsystem eines Fluid-Feder/Massen-Systems, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, dargestellt werden. Hierbei sind die Mittelmembran 4 und die das Drucksensorelement 6 enthaltende Meßmembran durch die Feder/Massensysteme gegeben, die aus den Massen m _c bzw. m _s, den Federkonstanten k _c bzw. k _s und den Oberflächen A _c bzw. A _s bestehen. Die hoch- und niederdruckseitigen Übertragungswege 16 und 17 werden jeweils durch Übertragungswegsysteme gebildet, die einen Innendurchmesser d _h, d _l, eine Länge l _h, l _l und eine Querschnittsfläche A _h, A _l aufweisen und einen Fluidwiderstand R _h, R _l und einen Fluidträgheitswiderstand L _h, L _l besitzen. Die hoch- und niederdruckseitigen Übertragungswege 51 und 52 werden jeweils von einem Übertragungswegsystem gebildet, das einen Innendurchmesser d _sh, d _sl, eine Länge l _sh, l _sl und eine Querschnittsfläche A _sh, A _sl aufweist und einen Fluidwiderstand R _sh, R _sl und einen Fluidträgheitswiderstand L _sh, L _sl besitzt. Die hoch- und niederdruckseitigen Kammern 41 und 42 besitzen ein Volumen V _ch, V _cl, die hoch- und niederdruckseitigen Meßkammern 71 und 72 besitzen ein Volumen V _sh, V _sl. Die Dichte des in diesen Volumina eingeschlossenen Druckübertragungsmediums 22 ist ρ, dessen Volumenelastizitätsmodul ist K, seine Viskosität ist μ.

Jetzt wird in dem diese physikalischen Konstanten aufweisenden Verbundsystem des Fluid-Feder/Massensystems der Differenzdruck untersucht. Dieser Differenzdruck wird aufgefaßt als der zwischen den hochdruckseitigen und niederdruckseitigen Meßkammern 71 und 72 auf beiden Seiten der das Drucksensorelement 6 aufweisenden Meßmembran auftretende Druckunterschied, wenn auf die hochdruckseitige Druckaufnahmemembran 12 oder die niederdruckseitige Druckaufnahmemembran 13 oder gleichzeitig sowohl auf die hoch- als auch auf die niederdruckseitige Druckaufnahmemembran 12 bzw. 13 eine schlagartige Druckänderung (Stoßdruck) einwirkt.

Hierbei wird angenommen, daß der zu messende Druck P _H bzw. P _L schrittweise auf die Druckaufnahmemembran 12 bzw. 13 einwirkt. In diesem Moment bewegt sich die Druckaufnahmemembran 12 zur Niederdruckseite oder zur Hochdruckseite und entläßt eine vorbestimmte Strömungsrate Q in den Übertragungsweg 16. Die vorbestimmte Strömungsrate Q wird im gleichen Moment von der Kammer 41 angesaugt, in die Kammer 42 und ferner in den Übertragungsweg 17 entlassen. Andererseits werden durch die Ausflußmenge der oben beschriebenen Strömungsrate Q die Drücke in den Kammern 41 und 42 bestimmt. Diese Drücke werden im allgemeinen durch die Fluidwiderstände R _h, R und die Fluidträgheitswiderstände L _h, L _l der Übertragungswege 16, 17 festgelegt. Wenn beispielsweise R _h«R _l und L _h«L _l ist, wird das Zeitintervall, in dem die Drücke in den Kammern 41 und 42 anfangs den gleichen Wert zeigen, lang. Die in diesen Kammern 41 und 42 auftretenden Strömungsraten und Drücke werden über die hoch- und niederdruckseitigen Übertragungswege 51 bzw. 52 an die hoch- bzw. niederdruckseitigen Druckmeßkammern 71 und 72 übertragen. Diese Übertragung wird durch die Fluidwiderstände R _sh, R _sl eines jeden der Übertragungswege 51 und 52, durch die Fluidträgheitswiderstände L _sh, L _sl und durch die Volumina V _sh, V _sl einer jeden Meßkammer 71 und 72 festgelegt. Wenn beispielsweise R _sh«R _sl und L _sh«L _sl ist (wobei die Volumina V _sh und V _sl der Meßkammmern 71 und 72 gleich groß sind), wird der Druck der Kammer 41 früher über den hochdruckseitigen Übertragungsweg 51 übertragen.

Da der Druck einer jeden Meßkammer 71 bzw. 72, wie oben beschrieben, von den Parametern aller Bauelemente abhängt, ist seine Berechnung nicht leicht. Er wird daher bestimmt, indem erst die Übertragungsfunktion der Eingangs/Ausgangsbeziehung zwischen jedem Element bestimmt wird und dann die einzelnen Übertragungsfunktionen aufgebaut werden. Wenn anhand eines solchen Verfahrens Fig. 2 in ein Blockschaltbild umgewandelt wird, ergibt sich die Darstellung von Fig. 3.

Im Blockschaltbild von Fig. 3 ist der strukturelle oder funktionelle Zusammenhang zwischen den Massen, den Federkonstanten und den Oberflächen der das Drucksensorelement 6 aufweisenden Meßmembran und der Mittelmembran 4 der folgende:

m _c » m _s, k _s»k _c, A _c»A _s .

Daher wird die Meßmembran 6 als starrer Körper behandelt. Folglich kann das in Fig. 2 gezeigte Modell in einem verhältnismäßig einfachen Blockschaltbild dargestellt werden, welches zwei primäre Verzögerungselemente, drei sekundäre Verzögerungselemente und zwei Integrationselemente enthält. In Fig. 3 stellen T _h bzw. T _l die Zeitkonstanten der Übertragungswege 16 und 17 und K _h bzw. K _l deren entsprechende Verstärkungen dar; diese Größen sind durch die folgenden Formeln gegeben:

wobei ν der Koeffizient der kinematischen Viskosität ist. Die Symbole K _h′, K _l′, G _h und G _l sind die Verstärkungen, die durch das Kompressionsverhältnis (1/K) des Druckübertragungsmediums, durch die Volumina V _ch und V _cl und die Oberfläche A _c der Mittelmembran 4 bestimmt werden und durch die folgenden Formeln gegeben sind:

Die Symbole ω _n und K _c sind die Werte der Eigenvibration und der Verstärkung der Mittelmembran 4; sie sind durch die folgenden Formeln gegeben:

Die Symbole K _sh, ω _nh, ξ _sh, K _sl, l _nl und ξ _sl sind die Übertragungskonstanten der Leitungsanordnung, die durch jeden der Übertragungswege 51 und 52 und durch die Volumina V _sh und V _sl einer jeden Meßkammer 71 und 72 festgelegt werden und durch die folgenden Formeln gegeben sind:

Wenn in einem solchen Blockschaltbild der zu messende Druck P _h oder P _L schlagartig angelegt wird oder sich schlagartig ändert oder wenn beide Drücke P _H und P _L schlagartig angelegt werden oder sich schlagartig ändern, so wird für die vorliegende Erfindung derjenige Zustand untersucht, indem der Differenzdruck Δ P zwischen den Meßkammern 71 und 72 sich gemäß einer Ansprechwellenform verhält, die keine Hochfrequenzkomponente, wie sie in Fig. 4 (b) gezeigt ist, enthält; der optimale Wert für jedes Bauelement wird dann durch Änderung der physikalischen Parameter eines jeden Elements des in Fig. 3 gezeigten Blockschaltbildes bestimmt.

Um die Änderungscharakteristiken des in Fig. 2 gezeigten Modells und des in Fig. 3 gezeigten Blockschaltbildes zu bestimmen, wird zunächst die Übertragung des Druckes einer jeden der durch die Mittelmembran 4 definierten Kammer 41 bzw. 42 untersucht. Diese Druckübertragung wird durch den Fluidwiderstand (R) eines jeden der zu den hoch- bzw. niederdruckseitigen Kammern 41 und 42 reichenden Übertragungsweges 16 bzw. 17, durch den Fluidträgheitswiderstand (L) und durch das Volumen bestimmt. Daher wird die Untersuchung unter der Annahme ausgeführt, daß das Druckübertragungsmedium 22, das entweder von einer der hoch- oder niederseitigen Druckaufnahmeaussparungen 14 bzw. 15 oder gleichzeitig von beiden Druckaufnahmeaussparungen 14 und 15 einströmt, zur gegenüberliegenden Wirkseite so schnell wie möglich ausströmt. Die gleichmäßige Strömung des Druckübertragungsmediums beruht darauf, daß eine schnelle und normale Betätigung der Mittelmembran 4 erzielt und das Auftreten von übermäßigen Drücken in jeder Kammer 41 bzw. 2 verhindert wird.

Es wird daher zu allererst angestrebt, daß das durch die Übertragungwege 16 und 17 und die Kammern 41 und 42 gebildete Leitungsanordnungssystem einen Fluidwiderstand besitzt, der so klein wie möglich ist. Im allgemeinen ist jedoch durch die Stärke der Druckaufnahmemembranen 12 und 13, die für die Beherrschung statischer Überlasten vorgesehen sind, eine Grenze gegeben, so daß durch eine trickreiche Formgebung eines jedes Übertragungsweges 16 bzw. 17 ein Fluidwiderstand einer bestimmten Größe geschaffen werden muß. Daher besteht für die Minimierung des oben beschriebenen Fluidwiderstandes eine Grenze.

Es hat sich herausgestellt, daß das oben formulierte Ziel praktisch dadurch erreicht werden kann, daß die Strömung des Druckübertragungsmediums gleichmäßig gemacht und ein Fluidwiderstandswert geschaffen wird, der einen schnell veränderlichen Druck auch dann dämpfen kann, wenn ein solcher Druck in jeder Kammer 41 und 42 und in den von den Kammern 41 und 42 zu den Meßkammmern 71 und 72 sich erstreckenden Übertragungswegen 51 und 52 auftritt. Unter dieser Bedingung wird der Durchmesser d _i des Übertragungsweges 16 bzw. 17 an die Druckaufnahmeaufsparung 14 bzw. 15 wie folgt durch die von den physikalischen Konstanten sowohl des Druckübertragungsmediums als auch der Übertragungswege 51 und 52 an das Drucksensorelement 6 gebildeten Parameter dargestellt:

wobei i = h, l. Daraus ergibt sich:

Die obige Beschreibung erläutert den erfindungsgemäßen Aufbau, in dem der schnell veränderliche Druck selbst nicht leicht an irgendeine der Meßkammern übertragen werden kann. Nun wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben, die die Übertragung einer Druckdifferenz verhindert, wenn zwischen den Kammern 41 bzw. 42 und den Meßkammern 71 bzw. 72 ein schnell veränderlicher Druck als Differenzdruck auftritt.

Wenn ein schnell veränderlicher Druck P _H′ bzw. P _L′ in den hoch- bzw. niederdruckseitigen Kammern 41 bzw. 42 auftritt, werden diese Drücke P _H′, P _L′ über die hoch- bzw. niederdruckseitigen Übertragungswege 51 und 52 an die hoch- bzw. niederdruckseitigen Meßkammern 71 und 72 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt können die Drücke P _H′′ und P _L′′ der Meßkammern 71 und 72 anhand des in Fig. 3 gezeigten Blockschaltbildes wie folgt ausgedrückt werden:

Wenn die Mittelmembran 4 kein hohes Ansprechvermögen besitzt, so daß sie auf eine schlagartige Druckänderung nicht anspricht, besitzen die Drücke P _H′ bzw. P _L′ der Kammern 41 bzw. 42 den gleichen Wert, was die schlechteste Bedingung darstellt. Da der schnell veränderliche Druck zu diesem Zeitpunkt maximal wird, tritt zwischen den Meßkammern 71 und 72 ein Differenzdruck P _H′′-P _L′′ auf. Wenn dieser Differenzdruck den Widerstandswert der das Drucksensorelement 6 enthaltenden Meßmembran übersteigt, wird die Meßmembran beschädigt. Um daher die Beschädigung der Meßmembran zu verhindern, wird erfindungsgemäß der Wert ihrer Verstärkung gemacht, so daß in den oben beschriebenen Relationsformeln kein nennenswerter Differenzdruck auftritt. Anders gesagt, in den oben angegebenen Relationsformeln wird den Leitungsanordnungskonstanten (der oben erwänten Übertragungsbeziehung), die durch die Formen und Volumina der Kammern 41 und 42, der Übertragungswege 51 und 52 und der Meßkammern 71 und 72 bestimmt werden, für die Hochdruckseite und für die Niederdruckseite der gleiche Wert gegeben. Genauer können die Werte der Eigenvibration und der Verstärkung eines jeden Übertragungswegssytems einander angeglichen werden. Diese bedingte Formel wird erfüllt, wenn die folgenden Formeln (14) und (15) verwirklicht werden:

ω _nh = ω _nl (14)

K _sh = K _sl (15)

Anhand der Beziehungen der oben erwähnten Formeln (4) bis (9) können diese Formeln wie folgt umgeordnet werden:

V _sl/V _sh = (d _sl/d _sh)² · (l _sh/l _sl) (16)

Wenn Form und Volumen eines jeden Leitungsanordnungssystems so bestimmt werden, daß die Bedingungsformel erfüllt wird, ist der an der Membran des Drucksensorelemetes 6 auftretende Druck kein Differenzdruck, so daß die Membran des Drucksensorelementes 6 nicht beschädigt werden kann.

Nun werden die Daten des konkreten Aufbaus des Differenzdruckmeßwertgebers erläutert, der in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorrichtungen ausgebildet ist. In Fig. 1 sind die Volumina der hoch- und niederdruckseitigen Meßkammern 71 und 72 voneinander verschieden, ebenso sind die Formen (Durchmesser, Länge) der Übertragungswege 51 und 52 verschieden. Der Übertragungswegwiderstand und die Konstanten werden für jeden Übertragungsweg 16 bzw. 17 und 51 bzw. 72 wie oben beschrieben festgesetzt. Es wird angenommen, daß die Länge eines jeden der hoch- und niederdruckseitigen Übertragungswege 51 und 52 und die Volumina einer jeden der hoch- und niederdruckseitigen Druckmeßkammern 71 und 72 festliegen und daß dann der Durchmesser des niederdruckseitigen Übertragungsweges 52 und die Minimaldurchmesser der Übertragungswege 16 und 17 bestimmt werden müssen.

Wenn der Innendurchmesser d _sh des hochdruckseitigen Übertragungsweges 51 3 mm ist und dessen Länge l _sh 50 mm beträgt, wenn die Länge des niederdruckseitigen Übertragungsweges 52 l _sl 20 mm beträgt, wenn das Volumen V _sh der hochdruckseitigen Druckmeßkammer 71 1 cm³ und das Volumen V _sl der niederdruckseitigen Druckmeßkammer 72 0,1 cm³ ist, so ergibt sich aus Formel (16) für den Innendurchmesser des niederdruckseitigen Übertragungsweges 52:

d²_sl = (0.1/1) × 5/2 × 0.3² = (1.5)²(mm)

Für die minimalen Innendurchmesser d _h bzw. d der hoch- bzw. niederdruckseitigen Übertragungswege 16 und 17 ergibt sich (wobei V _ch = V _cl) ist:

wobei die Parameter durch die physikalischen Konstanten des Druckübertragungsmediums wie folgt gegeben sind:

K = 5000 kgf/cm²
ν = 0,3 cm²/s
μ = 2,9×10^-7 kgfs/cm².

Wenn die Formen der Übertragungswege diese Anforderungen erfüllen, ist es möglich, die Druckübertragungsgeschwindigkeit und -amplitude auf der Hochdruckseite und auf der Niederdruckseite der Meßmembran des Drucksensorelementes auf den gleichen Pegel zu setzen, so daß ein Übergangsdruck im höchstmöglichen Ausmaß gedämpft werden kann. Da der Übergangsdruck gleichzeitig auf die Hoch- und Niederdruckseite der Meßmembran einwirkt, wirkt sich der Differenzdruck folglich nicht stark auf die Meßmembran aus.

Wenn ferner selbst der oben erwähnte schlagartige Druck (der Druck einer Stoßwelle) auf die Kammern einwirkt, wird die Meßmembran nicht beschädigt, weil ein solcher Druck die Kammern erst erreicht, nachdem er gedämpft worden ist.

Obwohl in dieser Ausführungsform für die Form des niederdruckseitigen Übertragungsweges 52 eine gleichförmig rechteckige Gestalt gewählt wurde, ändert sich die Wirkung der Erfindung nicht, wenn die Form (Durchmesser) die gleiche wie die des hochdruckseitigen Übertragungsweges 51ist oder wenn für den niederdruckseitigen Übertragungsweg 51 eine vorbestimmte Kontraktion vorgesehen ist, die auf einer theoretischen Formel beruht. Obwohl in dieser Ausführungsform der Übertragungsweg 52 oder 17 auf der Niederdruckseite aus dem Übertragungswegwiderstand und den Konstanten auf der Hochdruckseite bestimmt wird, bleibt die Wirkung der Erfindung vollständig die gleiche, wenn der Übertragungswegwiderstand und die Konstanten auf der Hochdruckseite aus dem Übertragungswegwiderstand und der Konstanten auf der Niederdruckseite auf der Grundlage einer theoretischen Formel bestimmt werden; ebenso gilt die Umkehrung.

Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß bei einem schlagartigen Druckanstieg oder einer schlagartigen Druckänderung der sich ergebende Stoßdruck gleichzeitig an beide Seiten der das Drucksensorelement aufweisenden Meßmembran ohne Phasenunterschied übertragen werden, so daß kein übermäßiger Differenzdruck auf beide Seiten der Meßmembran einwirkt. Selbst wenn ein solcher Differenzdruck angelegt wird, ist dieser hinreichend gedämpft, so daß die Membran nicht beschädigt wird. Folglich wird die Lebensdauer des Differenzdruckmeßwertgebers verbessert. Ferner kann während der Messung auch dann, wenn eine synchrone Druckschwankung sowohl auf der Hoch- als auch auf der Niederdruckseite auftritt, der pulsierende Differenzdruck gleichzeitig ohne Phasenunterschied übertragen werden, so daß bei der Differenzdruckmessung keinerlei Fehler auftritt, wodurch die Meßgenauigkeit des Differenzdruckmeßwertgebers verbessert werden kann.

Claims

1. Differenzdruckwertgeber mit
Druckaufnahmemembranen (12, 13), die an beiden Seiten eines Grundkörpers (1) angeordnet sind, wobei deren Umfangslinien so befestigt sind, daß sie mit einem Übertragungsmedium (22) gefüllte Aussparungen (14, 15) definieren;
einer Mittelmembran (4), die zwischen den Druckaufnahmemembranen (12, 13) so angeordnet ist, daß durch das Einfüllen des Druckübertragungsmediums (22) ins Innere des Grundkörpers (1) zwei Kammern (41, 42) definiert sind;
zwei ersten Übertragungswegen (16, 17), die die zwei Kammern (41, 42) mit den entsprechenden Aussparungen (14, 15) verbinden;
zwei zweiten Übertragungswegen (51, 52), die den Druck der zwei Kammern (41, 42) übertragen; und
einem Differenzdrucksensorelement (6), das mit Druckmeßkammern (71, 72) versehen ist, um die mittels der zwei zweiten Übertragungswege (51, 52) übertragenen Drücke aufzunehmen und den Differenzdruck dieser Drücke in ein elektrisches Signal umzuwandeln,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) des jeweiligen ersten Übertragungsweges (16, 17) entsprechend der folgenden Beziehung bemessen ist:

2. Differenzdruckmeßwertgeber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und das Volumen einer jeden der Druckmeßkammern (71, 72) und eines jeden der zweiten Übertragungswege (51, 52) so festgelegt sind, daß die Werte der Eigenvibration und der Verstärkung einer der Meßkammern (71; 72) und eines der zweiten Übertragungswege (51; 52) an die Aussparungen (14; 25) im wesentlichen gleich den Werten der Eigenvibration und der Verstärkung der jeweils anderen Druckmeßkammer (72; 71) und des jeweils anderen zweiten Übertragungsweges (52; 51) an die Aussparungen (15; 14) sind.

3. Differenzdruckmeßwertgeber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und das Volumen einer jeden der Druckmeßkammern (71; 72) und eines jeden der zweiten Übertragungswege an die Aussparungen (14; 15) so festgelegt sind, daß die Werte der Eigenvibration und der Verstärkung einer der Druckmeßkammern (71; 72), eines der Übertragungswege (51; 52) an die Aussparungen (14; 15) und einer der Kammern (41; 42) im wesentlichen gleich den Werten der Eigenvibration und der Verstärkung der jeweils anderen Druckmeßkammer (72; 71), des jeweils anderen Übertragungsweges (52; 51) an die Aussparungen (15; 14) und der jeweils anderen Kammer (42; 41) sind.

4. Differenzdruckmeßwertgeber mit
Druckaufnahmemembranen (12, 13), die an beiden Seiten eines Grundkörpers (1) angeordnet sind, wobei deren Umfangslinien so befestigt sind, daß sie mit einem Druckübertragungsmedium (22) gefüllte Aussparungen (14, 15) definieren;
einer Mittelmembran (4), die zwischen den Druckaufnahmemembranen (12, 13) so angeordnet ist, daß durch das Einfüllen des Druckübertragungsmediums (22) ins Innere des Grundkörpers (1) zwei Kammern (41, 42) definiert sind;
zwei ersten Übertragungswegen (15, 17), die die zwei Kammern (41, 42) mit den entsprechenden Aussparungen (14, 15) verbinden;
zwei zweiten Übertragungswegen (51, 52), die den Druck der zwei Kammern (41, 42) übertragen; und
einem Differenzdrucksensorelement (6), das mit Druckmeßkammern (71, 72) versehen ist, um die mittels der zwei zweiten Übertragungswege (51, 52) übertragenen Drücke aufzunehmen und den Differenzdruck dieser Drücke in ein elektrisches Signal umzuwandeln,
dadurch gekennzeichnet, daß die Form und das Volumen einer jeden der Druckmeßkammern (71, 72) und eines jeden der zweiten Übertragungswege (51, 52) so festgelegt sind, daß die Werte der Eigenvibration und der Verstärkung einer der Druckmeßkammern (71; 72) und eines der zweiten Übertragungswege (51; 52) im wesentlichen gleich den Werten der Eigenvibration und der Verstärkung der jeweils anderen Druckmeßkammer (72; 71) und des jeweils anderen zweiten Übertragungsweges (52; 51) sind.

5. Differenzdruckmeßwertgeber gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) des jeweiligen ersten Übertragungsweges (16, 17) entsprechend der folgenden Beziehung bemessen ist:

6. Differenzdruckmeßwertgeber mit
Druckaufnahmemembranen (12, 13), die an beiden Seiten eines Grundkörpers (1) angeordnet sind, wobei deren Umfangslinien so befestigt sind, daß sie mit einem Druckübertragungsmedium (22) gefüllte Aussparungen (14, 15) definieren;
einer Mittelmembran (4), die zwischen den Druckaufnahmemembranen (12, 13) so angeordnet ist, daß durch das Einfüllen des Druckübertragungsmediums (22) ins Innere des Grundkörpers (1) zwei Kammern (41, 42) definiert sind;
zwei ersten Übertragungswegen (16, 17), die die zwei Kammern (41, 42) mit den entsprechenden Aussparungen (14, 15) verbinden;
zwei zweiten Übertragungswegen (51, 52), die den Druck der zwei Kammern (41, 42) übertragen; und
einem Differenzdrucksensorelement (6), das mit Druckmeßkammern (71, 72) versehen ist, um die mittels der zwei zweiten Übertragungswege (51, 52) übertragenen Drücke aufzunehmen und den Differenzdruck dieser Drücke in ein elektrisches Signal umzuwandeln,
dadurch gekennzeichnet, daß die Form und das Volumen einer jeden der Druckmeßkammern (71, 72), eines jeden der zweiten Übertragungswege (51, 52) und einer jeden Kammer (41, 42) so festgelegt sind, daß die Werte der Eigenvibration und der Verstärkung einer der Druckmeßkammern (71; 72), eines der zweiten Übertragungswege (51; 52) und einer Kammer (41; 42) gleich den Werten der Eigenvibration und der Verstärkung der jeweils anderen Druckmeßkammer (72; 71), des jeweils anderen zweiten Übertragungsweges (52; 51) und der jeweils anderen Kammer (42; 41) sind.

7. Differenzdruckmeßwertgeber gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) des jeweiligen ersten Übertragungsweges (16, 17) entsprechend der folgenden Beziehung bemessen ist: