DE4408926C1

DE4408926C1 - Device for measuring pressures at a plurality of measurement points

Info

Publication number: DE4408926C1
Application number: DE19944408926
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr Reimann; Ilgvar Dr Platniex
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2014-03-17

Abstract

A device for measuring pressures of a pressure system at a plurality of measurement points, a second secondary pressure system being provided alongside a primary system, in which secondary pressure system a pressure is set by means of a pressure regulating system as a comparison pressure and is continuously measured, the said pressure being increased from a value which is lower than the lowest pressure to be measured in the primary system to a value which is somewhat higher than the highest pressure in the primary system, or is lowered once more in the reverse sequence. At a specific pressure difference, for each measurement point in the device, an electrical signal is generated by means of a diaphragm, the occurrence of which corresponds to a specific pressure in the primary system. In this arrangement, the comparison pressure prevailing at this instant in the secondary system is registered and is set equal to the primary pressure at the respective measurement point.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Drücken eines primären Drucksystemes an mehreren Meßstel len mit Hilfe eines einzigen Druckumformers.The present invention relates to a device for measuring of pressure from a primary pressure system at several measuring points len using a single pressure transducer.

Sie befaßt sich mit der Messung einer großen Anzahl von Abso lut- bzw. Differenzdrücken in flüssigkeits- oder gasgefüllten Systemen verfahrenstechnischer Anlagen mit vielen Meßstellen. Dazu wurde seither entweder jede Meßstelle mit einem sog. Drucktransmitter oder Druckumformer ausgestattet oder ein ein zelner über eine Vielzahl von Ventilen durch entsprechendes Umschalten bedient. Druckumformer sowie fernbetätigte Ventile sind relativ teuer, so daß die Anwendung dieser Verfahren mit hohen Kosten verbunden ist und eine relativ komplizierte An lage bedingt.It deals with the measurement of a large number of Abso Lut or differential pressures in liquid or gas filled Process engineering systems with many measuring points. Since then, each measuring point has been equipped with a so-called Pressure transmitter or pressure transmitter equipped or a one zelner over a variety of valves by appropriate Switching operated. Pressure transducers and remotely operated valves are relatively expensive, so using these methods with high cost and a relatively complicated process location.

Aus der CH 628 984 ist es bekannt, mittels eines einzigen Druckmeßumformers und Ventilen den Druck an verschiedenen Meß stellen zu erfassen. Aus der DE 31 41 683 C2 ist weiterhin ein einer Druckschwelle zugeordnetes Element bekannt, welches bis zum Erreichen dieser Schwelle zwecks seiner Funktionsprüfung durch ein Druckfluid beaufschlagt wird, wobei ein Druckmeßum former den Druckschwellenwert erfaßt und die Druckregulierung mittels Handpumpen erfolgt. Abhängig von einer Druckschwelle betätigte Membranen sind generell auch noch aus der DE 35 03 321 A1 bekannt. Letztlich ist es noch aus der DE 26 59 376 C2 bekannt, zu messende Fluiddrücke über eine Membran und ein Hilfsfluid als Druckübertragungsmittel einer Meßmembran zuzu führen.From CH 628 984 it is known by means of a single one Pressure transducers and valves measure the pressure at various places to capture. From DE 31 41 683 C2 is also a known element associated with a pressure threshold, which up to to reach this threshold for the purpose of its functional test is acted upon by a pressure fluid, a pressure measurement former recorded the pressure threshold and the pressure regulation by means of hand pumps. Depending on a pressure threshold actuated membranes are generally also from DE 35 03 321 A1 known. Ultimately, it is still from DE 26 59 376 C2 known to measure fluid pressures across a membrane and a Auxiliary fluid as a pressure transfer medium to a measuring membrane to lead.

Die vorliegende Erfindung hat, ausgehend von diesem Stand der Technik zur Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher sich eine Vielzahl von Einzeldrücken mit geringem meß technischem Aufwand und daher niedrigen Kosten erfassen läßt. The present invention has, based on this state of the Technique to create a device by means of which measures a large number of individual pressures with low technical effort and therefore low costs can be recorded.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin dung eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vor, wel che die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ange führten Merkmale aufweist. Besonders vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung weisen dabei die weiteren Merkmale auf, die in den kennzeichnenden Teilen der Unteransprüche angeführt sind.The present inventor proposes to solve this task tion a device of the type described above, wel che in the characterizing part of claim 1 has characteristics. Particularly advantageous configuration lines of the invention have the further features, cited in the characterizing parts of the subclaims are.

Nach der Erfindung wird somit der Druck einer bestimmten Stelle des Primärsystemes durch einen veränderlichen Druck in einem Sekundärsystem bestimmt. Das Erreichen des Druckgleich gewichtes wird dabei selbst bei geringsten Druckdifferenzen elektrisch angezeigt. Der besondere Vorteil der Erfindung be steht darin, daß durch ihren Betrieb sehr viele Meßstellen auf einfache Weise bedient werden können, wobei der Vorteil um so größer wird, je größer die Anzahl der Meßstellen ist. Die Erfindung benötigt nur einen Druckumwandler und nur zwei Ventile für beliebig viele Meßstellen, sowie den spe ziellen Membrankörper, dessen Herstellung jedoch ver gleichsweise billig ist.According to the invention, the pressure of a certain one Place the primary system by changing the pressure in a secondary system. Reaching the equal pressure weight becomes even with the smallest pressure differences electrically displayed. The special advantage of the invention be is that very many measuring points due to their operation can be operated easily, the advantage all the more increases, the greater the number of measuring points. The invention only needs a pressure transducer and only two valves for any number of measuring points, as well as the spe ziell membrane body, but the manufacture ver is equally cheap.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden und an hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigenFurther details of the invention are explained below and with reference to FIGS. 1 and 2. Show

die Fig. 1 das Prinzip der Vorrichtung und Fig. 1 shows the principle of the apparatus and

die Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Teil der Vorrich tung. Fig. 2 shows a schematic cross section through part of the Vorrich device.

Gemessen werden sollen die Drücke p₁ bis p_n in einem Fluid, z. B. in einem Gas, eines primären Drucksystemes 1 an mehreren Meßstellen mit Hilfe eines messenden Druckumformers 4 und Übertragungsleitungen zur Ver arbeitung der Meßwerte.The pressures p 1 to p _n are to be measured in a fluid, e.g. B. in a gas, a primary pressure system 1 at several measuring points with the help of a measuring pressure transducer 4 and transmission lines for processing the measured values.

Dafür ist neben diesem Primärsystem 1 ein zweites sekundäres Drucksystem 2 vorgesehen, in welchem der Druck eines Hilfsfluids, z. B. Gases, mittels eines Druckreguliersystemes 3 in oder an einem Vorratsbehälter für das Hilfsfluid als Vergleichs druck eingestellt und kontinuierlich gemessen wird. Der Ver gleichsdruck in diesem Sekundärsystem 2 wird von einem nie dereren Wert als der niedrigste zu messende Druck im Primär system 1 auf einen Wert erhöht, der etwas höher ist, als der höchste Druck im Primärsystem 1. Danach kann er in umgekehrter Reihenfolge wieder erniedrigt werden. Der Druck in dem Sekun därsystem 2 wird mittels des Druckumformers 4 gemessen, wo bei die gemessenen Werte zur Weiterverarbeitung an eine Da tenerfassungsanlage 5 weitergeleitet werden.For this purpose, a second secondary pressure system 2 is provided in addition to this primary system 1 , in which the pressure of an auxiliary fluid, for. B. gas, by means of a pressure regulating system 3 in or on a reservoir for the auxiliary fluid as a comparison pressure is set and measured continuously. The comparison pressure in this secondary system 2 is increased from a never lower value than the lowest pressure to be measured in the primary system 1 to a value which is somewhat higher than the highest pressure in the primary system 1 . Then it can be lowered in reverse order. The pressure in the secondary system 2 is measured by means of the pressure transducer 4 , where the measured values are passed on to a data acquisition system 5 for further processing.

Das Primärsystem 1 und das Sekundärsystem 2 sind für jede Meß stelle durch Membranen 7′, 7′′ voneinander getrennt. Dabei wird der Primärdruck 1 (p₁ bis p_n) jeder Meßstelle auf die eine Seite der elastisch verformbaren, gewölbten Membran 7′, 7′′ aufgebracht, deren andere Seite dann von dem Sekundärdruck 2 beaufschlagt wird, wobei die Position der Wölbung bei ihrer Durchbiegung durch die Druckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten bestimmt wird und elektrisch angezeigt wird. Die ge wölbten Membranen 7′, 7′′ sind dazu mit später beschriebenen Meßfühlern oder Kontakten ausgestattet, die anzeigen, ob die Membran 7′, 7′′ eine bestimmte Position einnimmt oder nicht. Damit wird bei einer bestimmten Druckdifferenz zwischen Pri mär- und Sekundärsystem 1 und 2 an jeder einzelnen Membran 7′, 7′′ für jede Meßstelle ein eigenes elektrisches Signal er zeugt, dessen Auftreten einem bestimmten Druck im Primärsystem 1 (p₁ bis p_n) entspricht. Bei vernachlässigbarer Vorspannung ist dann der Druck im Sekundärsystem 2, der zum Zeitpunkt der Positionsmeldung der Membran 7′, 7′′, d. h. ihrer Veränderung, z. B. bei Druckgleichgewicht, herrscht gleich dem Druck im Primärsystem 1 an der, der jeweiligen Membran 7′, 7′′ zugeordneten Meß stelle. Wird nun der zu diesem Zeitpunkt im Sekundärsystem 2 herrschende Vergleichsdruck meßtechnisch erfaßt, so kann er dem Primärdruck an der jeweiligen Meßstelle gleichgesetzt und dieser damit zahlenmäßig erfaßt werden. The primary system 1 and the secondary system 2 are separated for each measuring point by membranes 7 ', 7 ''. The primary pressure 1 (p₁ to p _n ) of each measuring point is applied to one side of the elastically deformable, curved diaphragm 7 ', 7 '', the other side of which is then acted upon by the secondary pressure 2 , the position of the curvature during its deflection is determined by the pressure difference between their two sides and is displayed electrically. The ge curved membranes 7 ', 7 ''are equipped with sensors or contacts described later, which indicate whether the membrane 7 ', 7 '' occupies a certain position or not. So that at a certain pressure difference between primary and secondary systems 1 and 2 on each individual membrane 7 ', 7 ''for each measuring point, it generates its own electrical signal, the occurrence of which corresponds to a certain pressure in the primary system 1 (p 1 to p _n ) . With negligible bias then the pressure in the secondary system 2 , which at the time of the position report of the membrane 7 ', 7 '', that is, its change, z. B. at pressure equilibrium, there is equal to the pressure in the primary system 1 at the, the respective membrane 7 ', 7 ''assigned measuring point. If the reference pressure prevailing in the secondary system 2 at this point in time is measured, then it can be equated to the primary pressure at the respective measuring point and this can thus be recorded numerically.

Die Vorrichtung umfaßt nach Fig. 2 in einem Gehäuse bzw. Membrankörper 8 je weils eine Membran 7′, 7′′ pro Meßstelle für die Drücke p₁ bis p_n, die jeweils für sich in einer Kammer untergebracht ist und diese in zwei Teilkammern 9 und 10 trennt. Somit ist pro Meß stelle eine Meßleitung 6 erforderlich, die die Drücke p₁ bis p_n auf die eine Seite der Membran 7′, 7′′ in die Teilkammern 10 überträgt. Die eine Teilkammer 10 jeder Membran ist somit druckmäßig an den Druck des Primärsystemes 1′ die andere 9 entsprechend an den Druck des Sekundärsystemes 2 angeschlos sen.The device comprises according to Fig. 2 in a housing or membrane body 8 each Weil a membrane 7 ', 7 ''per measuring point for the pressures p₁ to p _n , each of which is housed in a chamber and this in two sub-chambers 9 and 10 separates. Thus, a measuring line 6 is required per measuring point, which transmits the pressures p 1 to p _n to one side of the membrane 7 ', 7 ''into the partial chambers 10 . The one partial chamber 10 of each membrane is thus pressure-sensitive to the pressure of the primary system 1 ', the other 9 correspondingly ruled out to the pressure of the secondary system 2 .

Jede Membran 7′, 7′′ besteht aus einer gewölbten Scheibe, die durch den Differenzdruck zwischen den Teilkammern 9 und 10, bzw. dem Primär- und dem Sekundärdruck 1 und 2 bezüglich ihrer Wölbung verform- oder eindrückbar ist, wobei diese Wölbung der Membran 7′, 7′′ der Teilkammer mit dem Sekundärdruck zugerich tet ist. Bei der in der Fig. 2 auf der linken Seite dargestell ten Membran 7′ befindet sich die Wölbung in ihrem oberen Tot punkt, d. h. in dieser Teilkammer ist der Sekundärdruck 2 niedriger als der Primärdruck 1. In der rechts dargestellten Kammer mit der Membran 7′′ ist das Druckverhältnis umgekehrt, d. h., der Sekundärdruck 2 in der Teilkammer 9 ist auf einen Wert höher als der Primärdruck 1 erhöht. Der Moment des Um schlagens, der bei Vernachlässigung der Vorspannung der Mem bran bei Druckgleichgewicht stattfindet, wird nun mittels der Kontakte 11 abgegriffen. Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform bestehen die Kontakte aus zwei in die Teilkam mern 9 mit dem Sekundärdruck 2 einragenden metallischen Stif ten 12, deren Spitzen an der Kontaktstelle 11 durch die Wöl bung der in diesem Fall metallischen und leitfähigen Membran 7′, 7′′ elektrisch überbrückt werden und dabei ein Signal er zeugen. Bei einer nichtleitenden Membran 7′, 7′′, z. B. aus Gummi oder Kunststoff ist auf der Wölbung der Membran ein lei tendes Metallplättchen 13 befestigt, welches den Kontakt 11 zwischen den Stiften 12 herstellt. Dieses scheibenförmige Plättchen dient neben der Funktion des Schließens der elektri schen Kontakte auch als Schutz für die Membran 7′, 7′′ bei Überlastung durch hohe Differenzdrücke. Die Membranen 7′, 7′′ können auch eine gewisse Vorspannung besitzen. Dabei kann die Vorspannung durch Kalibrierungsmessungen bestimmt und entspre chend berücksichtigt werden.Each membrane 7 ', 7 ''consists of a curved disc which can be deformed or pressed in with respect to its curvature by the differential pressure between the subchambers 9 and 10 , or the primary and secondary pressure 1 and 2 , this curvature of the membrane 7 ', 7 ''of the partial chamber zugeich tet with the secondary pressure. In the 2 shown on the left in Fig. Th membrane 7 'is the curvature in its upper dead point, ie in this sub-chamber, the secondary pressure 2 is lower than the primary pressure 1st In the chamber shown on the right with the membrane 7 '', the pressure ratio is reversed, ie the secondary pressure 2 in the partial chamber 9 is increased to a value higher than the primary pressure 1 . The moment of striking, which takes place when neglecting the bias of the membrane at pressure equilibrium, is now tapped by means of the contacts 11 . In the embodiment shown in Fig. 2, the contacts consist of two in the Teilkam 9 with the secondary pressure 2 protruding metallic pins 12 , the tips of the contact point 11 by the bulge of the in this case metallic and conductive membrane 7 ', 7 '' are bridged electrically and thereby testify to a signal. With a non-conductive membrane 7 ', 7 '', z. B. made of rubber or plastic is attached to the curvature of the membrane lei Tendes metal plate 13 which makes the contact 11 between the pins 12 . This disc-shaped plate serves in addition to the function of closing the electrical contacts rule also as protection for the membrane 7 ', 7 ''when overloaded by high differential pressures. The membranes 7 ', 7 ''can also have a certain bias. The preload can be determined by calibration measurements and taken into account accordingly.

Wie bereits erwähnt, sind pro Meßleitung 6 bzw. Meßstelle je eine Membran 7′, 7′′ erforderlich. Die Membranen 7′, 7′′ sitzen in dem als Ausführungsbeispiel dargestellten, geteilten Mem brankörper 8, in dessen Innerem sich ein Hohlraum 14 befindet, der druckmäßig an das Sekundärsystem 2 angeschlossen ist und dessen Innendruck damit durch das Druckreguliersystem 3 be stimmt wird. Der Hohlraum 14 ist durch Öffnungen 15 mit den einzelnen Teilkammern 9 verbunden, die sich ebenfalls in dem Membrankörper 8 befinden. Diese sind, wie bereits erwähnt mit tels der Membranen 7′, 7′′ von den Teilkammern 10 getrennt. Die einzelnen Membranen 7′, 7′′ können alle, wie in der Fig. 2 dargestellt, aus einem Stück bestehen, welches zwischen den Teilkammern durch das Gehäuse eingeklemmt ist und dadurch nur jeweils in den Teilkammern elastisch, bzw. als Membran 7′, 7′′ funktionsfähig ist.As already mentioned, a membrane 7 ', 7 ''are required per measuring line 6 or measuring point. The membranes 7 ', 7 ''sit in the split membrane body 8 shown as an embodiment, inside which there is a cavity 14 which is connected to the pressure of the secondary system 2 and whose internal pressure is thus determined by the pressure regulating system 3 be. The cavity 14 is connected through openings 15 to the individual subchambers 9 , which are also located in the membrane body 8 . As already mentioned, these are separated by means of the membranes 7 ', 7 ''from the subchambers 10 . The individual membranes 7 ', 7 ''can all, as shown in Fig. 2, consist of one piece, which is clamped between the sub-chambers by the housing and thereby only elastic in the sub-chambers, or as a membrane 7 ', 7 '' is functional.

Das Hilfsfluid im Sekundärsystem 2 bzw. SS wird im allgemeinen ein Gas, z. B. Stickstoff, sein. Durch Öffnen des Drosselventiles 16 zwischen Vorratsbehälter und Sekundärsystem 2 strömt das Gas in dieses, um den vorgegebenen Druckaufbau zu realisieren. Dabei wird nun dieser mittels des Druckreguliersystemes 3, 16 aus dem Vorratsbehälter als Vergleichsdruck eingestellt und kontinuierlich gemessen, wobei der von einem niedereren Wert als der niedrigste zu messende Druck im Primärsystem auf einen Wert erhöht wird, der etwas höher ist, als der höchste Druck im Primärsystem oder in umgekehrter Reihenfolge wieder ernied rigt wird. Für diese Phase des Druckabbaues wird das Drossel ventil 16 wieder geschlossen und das Drossel- bzw. Entlüf tungsventil 17 am Sekundärsystem 2 geöffnet. Dabei wird, wie bereits erwähnt, der Primärdruck jeder Meßstelle auf die eine Seite 9 der elastisch verformbaren, gewölbten Membran 7′, 7′′ aufgebracht, deren andere Seite 10 von dem Sekundärdruck beaufschlagt wird, wobei die Position der Wölbung bei ihrer Durchbiegung durch die Druckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten bestimmt wird und diese Position wie oben geschildert elektrisch anzeigbar ist.The auxiliary fluid in the secondary system 2 or SS is generally a gas, for. B. nitrogen. By opening the throttle valve 16 between the reservoir and the secondary system 2 , the gas flows into it in order to achieve the predetermined pressure build-up. This is now set by means of the pressure regulating system 3 , 16 from the reservoir as a reference pressure and measured continuously, the pressure to be measured in the primary system being increased from a lower value than the lowest to a value which is somewhat higher than the highest pressure in the Primary system or in reverse order is lowered again. For this phase of pressure reduction, the throttle valve 16 is closed again and the throttle or ventilation valve 17 on the secondary system 2 is opened. As already mentioned, the primary pressure of each measuring point is applied to one side 9 of the elastically deformable, curved membrane 7 ', 7 '', the other side 10 of which is acted upon by the secondary pressure, the position of the curvature during its deflection by the Pressure difference between its two sides is determined and this position can be electrically indicated as described above.

Die Vorrichtung benötigt daher für beliebig viele Meßstellen im wesentlichen nur einen messenden Druckumformer 4, das Druckreguliersystem (Behälter 3, Ventile 16 und 17) die Datenerfassungs- und Ver arbeitungsanlage 4 und 5, sowie den Membrankörper 8. Sie kann auch durch die Verknüpfung entsprechender Kanäle zur Diffe renzdruckmessung eingesetzt werden.Therefore, the apparatus needed for any number of measuring points substantially only a measured pressure transducer 4, the pressure regulating system (container 3, valves 16 and 17), the data acquisition and processing Ver plant 4 and 5, and the diaphragm body. 8 It can also be used to measure differential pressure by linking appropriate channels.

BezugszeichenlisteReference list

1 Primärsystem (Druck PS)
2 Sekundärsystem (Druck SS)
3 Druckreguliersystem, Vorratsbehälter
4 Druckumformer
5 Datenverarbeitung
6 Meßleitungen
7′, 7′′ Membranen
8 Membrankörper
9 Teilkammer (SS)
10 Teilkammer (PS)
11 Kontaktstelle
12 Kontaktstifte
13 Metallplättchen
14 Hohlraum
15 Öffnungen
16 Drosselventil
17 Drosselventil 1 primary system (pressure PS)
2 secondary system (pressure SS)
3 pressure regulating system, reservoir
4 pressure transducers
5 data processing
6 test leads
7 ′ , 7 ′ ′ membranes
8 membrane body
9 partial chamber (SS)
10 partial chamber (PS)
11 contact point
12 contact pins
13 metal plates
14 cavity
15 openings
16 throttle valve
17 throttle valve

Claims

1. Device for measuring pressures of a primary pressure system at several measuring points with the help of a single pressure transducer, characterized by the following features:

a) at each measuring point there is an elastically deformable membrane ( 7 ', 7 '') which separates the fluid of the primary pressure system ( 1 ) from an auxiliary fluid,
b) by means of a pressure regulating system ( 3 ) the pressure of the auxiliary fluid can be influenced in such a way that it successively changes from a value which is somewhat less than the smallest pressure to a value which is somewhat greater than the pressure to be measured, or can change in the opposite direction,
c) the pressure transducer ( 4 ) is designed to measure the pressure of the auxiliary fluid continuously over time,
d) a detection of the times at which the membranes ( 7 ', 7 '') each assume a predetermined position, which corresponds to a certain curvature, is in conjunction with the generation of an electrical signal that characterizes the respective measuring point , intended.

2. Device according to claim 1, characterized by a Ge housing ( 8 ) and one contact ( 11 ) per membrane ( 7 ', 7 '') which can be actuated directly or contactlessly by the curvature of the membrane and at the same pressures in the fluid and in the auxiliary fluid, which are taken up by the diaphragm th subchambers ( 9 and 10 ), can be opened or closed at the moment of the equilibrium state of the diaphragm for emitting the electrical signal.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the membranes consist of metal and bridge with their curvature two contact pins ( 12 ) which protrude into the sub-chamber ( 9 ) with the auxiliary fluid.

4. The device according to claim 2, characterized in that the membranes are made of rubber-elastic material, with a metal plate ( 13 ) sitting on the apex of their curvature, which bridges two contacts in the bulged state ( 12 ), which in the partial chamber ( 9th ) protrude with the auxiliary fluid.