DE4001953A1 - Drucksensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit einem Auf­ nahmekörper, einem Druck/Weg-Wandler und einem von dem Aufnahmekörper aufgenommenen Wegsensor.

Drucksensoren werden in allen Bereichen der Technik, insbesondere in der Verfahrenstechnik, eingesetzt.

Bei bekannten Meßsystemen, die eine mit Flüssigkeit ge­ füllte Kammer aufweisen, besteht das Problem, daß diese Flüssigkeit bei einem Defekt austreten kann. Weiterhin haben Flüssigkeiten aufgrund ihrer physkalischen Eigen­ schaften eine obere Temperaturgrenze, ab der sie begin­ nen, zu sieden.

Dies stellt bei Anwendungen, bei denen es auf eine hohe Verunreinigungssicherheit ankommt, z. B. in der Lebens­ mittelindustrie, sowie bei Verfahren, die mit hohen Temperaturen arbeiten, einen großen Nachteil dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druck­ sensor zu schaffen, der eine Druckmessung mit großer Betriebssicherheit in größtmöglichen Temperaturberei­ chen mit großer Genauigkeit ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Druck/Weg-Wandler aus einem ersten Rohr und einem von dem ersten Rohr aufgenommenen Zapfen besteht, wobei der Zapfen an seinem von dem Wegsensor weg weisenden Ende mit dem ersten Rohr verbunden ist und das dem Wegsensor zu weisende Ende des Zapfens eine Meßfläche bildet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung betrifft einen Druck­ sensor, der einen einen Arbeitsabstand zwischen Weg­ sensor und der gegenüberliegenden Meßfläche bildenden Distanzring besitzt.

Weiter wird vorgeschlagen, den Drucksensor mit einer den Druck aufnehmenden Membran zu versehen. Dies wird vorteilhaft durch ein das erste Rohr konzentrisch umge­ bendes zweites Rohr realisiert, das sich an seinem ei­ nen Ende an dem Aufnahmekörper abstützt und an seinem anderen Ende die Membran trägt, die auf das von dem Aufnahmekörper weg weisende Ende des ersten Rohres wirkt.

Wirkt eine Kraft auf die Sensormembran, so wirkt diese Kraft auch auf den dahinterliegenden Druck/Weg-Wandler.

Gegenüber dem Stand der Technik bei Membrandrucksen­ soren hat diese Ausgestaltung den Vorteil, daß nicht, wie bei einer nicht abgestützten Membran, durch die Durchbiegung im wesentlichen Zugspannungen in der Ebene der Membranfläche entstehen, sondern nur noch Druck­ spannungen.

Dies ermöglicht eine einfachere Konstruktion mit billigeren Materialien, denn die meisten Materialien, insbesondere Hochtemperaturwerkstoffe, weisen eine erheblich bessere Druckfestigkeit im Vergleich zu ihrer Zugfestigkeit auf.

In diesem Fall dient die Membran nur noch dazu, den Drucksensor nach außen abzudichten, und die Kraft in den Druck/Weg-Wandler einzuleiten.

Weiter wird vorgeschlagen, Rohr und Zapfen aus dem­ selben Material (vorzugsweise sogar einstückig) auszu­ bilden. Dann nämlich ist der vorgeschlagene Drucksensor gegenüber Temperaturschwankungen weitgehend unempfind­ lich, weil bei einer Änderung der Umgebungstemperatur erfahren Rohr und der Zapfen die gleiche Längenände­ rung, da sie ungefähr der gleichen Temperatur ausge­ setzt sind und aus demselben Material bestehen.

Bei Vorhandensein eines zweiten Rohres sollte auch die­ ses aus demselben Material wie erstes Rohr und Zapfen bestehen.

Da somit nur die Materialeigenschaften für die Funkti­ on auch bei hohen Temperaturen maßgeblich sind, ist ein Einsatz auch bei relativ sehr hohen Einsatztemperaturen möglich.

Der Wegsensor kann entsprechend fast aller bekannten Wegmeßsysteme ausgeführt werden. So kann man z. B.

• - eine gewöhnliche mechanische Meßuhr verwenden, de­ ren Tastspitze auf der Endfläche des Druck-Weg-Wandlers steht, oder
• - einen induktiven Wegsensor verwenden, der den Ab­ stand zur Endfläche des Druck-Weg-Wandlers berührungs­ los erfaßt, oder
• - einen kapazitiven Wegsensor verwenden, der den Ab­ stand zur Endfläche des Druck-Weg-Wandlers berührungs­ los erfaßt, oder
• - einen optischen Wegsensor verwenden, der den Ab­ stand zur Endfläche des Druck-Weg-Wandlers berührungs­ los erfaßt.

Die drei letzten Systeme sind hochauflösend, so daß nur ein kleiner Meßweg zur Verfügung gestellt werden muß. Beispielsweise läßt sich der Druck-Kraft-Wegwandler so dimensionieren, daß die Stauchung bei maximaler Bela­ stung 10 µm beträgt.

Dadurch können außer elastisch verformbaren Materialien auch spröde Materialien, wie z. B. Silizium verwendet werden, die größeren Druckspannungen widerstehen kön­ nen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 die vorgeschlagene Vorrichtung in Schnitt­ darstellung, und

Fig. 2 eine Ausführung der Vorrichtung, bei der die vorgeschlagene Vorrichtung zusätzlich noch mit einer Membran versehen ist.

Fig. 1 zeigt einen aus einem Rohr 1, einem Zapfen 2, einem Aufnahmekörper 3 und einem Wegsensor 4 bestehen­ den Drucksensor nach einem ersten Ausführungsbeispiel.

Das Teil 10 stellt beispielsweise einen Teil der Wan­ dung eines Druckbehälters dar, in die der Sensor hin­ eingeschraubt ist, oder aber einen Teil einer Aufnahme­ vorrichtung für einen Kraftmesser.

Wirkt auf die Anordnung eine axiale Kraft, so wird das Rohr 1 durch diese Kraft in Längsrichtung gestaucht, wobei die Federkonstante des Systems durch die Dimen­ sionierung des Rohres und durch das Elastizitätsmodul des verwendeten Materials bestimmt wird.

Zapfen 2 und Rohr 1 bestehen aus demselben Material und sind fest durch eine Schweißung, Lötung oder dgl. an der Fügestelle 7 miteinander verbunden.

Für eine hohe Betriebssicherheit vorteilhafter ist al­ lerdings die Herstellung des Rohres 1 und des Zapfens 2 aus einem Stück, da dann die Fügestelle 7 mit deren Problemen entfällt.

Der Distanzring 5 dient zur Einstellung des Arbeitsab­ stands zwischen dem Wegsensor 4 und der Meßfläche 6. Er kann als separates Teil, aber auch als integraler Be­ standteil des ersten Rohres 1 oder aber des Wegsensors 4 ausgebildet sein.

Fig. 2 zeigt den Drucksensor ausgestaltet als Mem­ bran-Drucksensor.

Die Anordnung ist weitgehend identisch zu Fig. 1 und ist nur um das Rohrstück 9 und die Membran 8 erweitert.

Hier dient das Rohrstück 9, das vorteilhafterweise auch aus demselben Material wie Rohr 1 und Zapfen 2 bestehen sollte, der Abstützung der Membran 8 an ihrem Rand, während der Drucksensor zusätzlich zu seinen sensori­ schen Aufgaben auch zur Abstützung der Membran 8 in ih­ rer Flächenmitte dient.

Claims (5)

1. Drucksensor mit einem Aufnahmekörper (3), einem Druck/Weg-Wandler und einem von dem Aufnahmekörper auf­ genommenen Wegsensor (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Druck/Weg-Wandler aus einem ersten Rohr (1) und ei­ nem von dem ersten Rohr (1) aufgenommenen Zapfen (2) be­ steht, wobei der Zapfen (2) an seinem von dem Wegsensor (4) weg weisenden Ende mit dem ersten Rohr (2) verbunden ist und das dem Wegsensor (4) zu weisende Ende des Zap­ fens (2) eine Meßfläche (6) bildet.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einen Arbeitsabstand zwischen Wegsensor (4) und der gegenüberliegenden Meßfläche (6) bildenden Distanz­ ring (5).

3. Drucksensor nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein das erste Rohr (1) konzentrisch umgebendes zweites Rohr (9) vorgesehen ist, das sich an seinem einen Ende an dem Aufnahmekörper (3) abstützt und an seinem anderen Ende eine Membran (9) trägt, die auf das von dem Aufnahmekörper (3) weg wei­ sende Ende des ersten Rohres (9) wirkt.

4. Drucksensor nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (1) und der Zapfen (2) aus demselben Material gefertigt sind.

5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das erste Rohr (1) und der Zapfen (2) ein­ stückig ausgebildet sind.