DE4431935A1 - Druckmeßumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckmeßsystem mit einem in einem als Meßzylinder ausgebildeten Gehäuse angeordneten, mit dem zu messenden Druck beaufschlagten Meßelement, welches aus einem Meßraum und einem Federraum besteht, und einem aus dem Meßelement herausragenden linear beweglichen Stößel, der zu einem Meßwerk oder Umformer mit Druckanzeigeelementen geführt ist.

Zur Druckmessung werden die verschiedensten physikalischen Eigenschaften von Stoffen verwendet, die sich unter Druckein­ fluß verändern. So sind beispielsweise Barografen mit einem geschlossenen zylinderförmigem Gefäß aus Metall ausgerüstet, dessen Wände gewellt ausgebildet sind, so daß es sich bei Veränderung des Außendruckes in Längsachsrichtung in seiner Höhe ändert. Über ein mechanisches System wird diese Ver­ änderung auf Zeiger oder Schreibstifte übertragen, welche auf eine drehbare Trommel wirken. Derartige zylinderförmigen Gefäße sind nur zur Messung des relativen äußeren Druckes und für verhältnismäßig kleine Druckänderungen geeignet.

Zur Messung des Druckes in einem abgeschlossenen System muß das Gefäß den Systemdruck von außen oder innen aufnehmen. Zur absoluten Druckmessung muß es außerdem gegenüber atmosphä­ rischem Druck abgedichtet sein.

In vielen Fällen wird die Durchbiegung von Membranen durch die Wirkung des Druckübertragenden Mediums verwendet.

Weite Verbreitung haben auch Druckmeßzellen gefunden, bei denen zur Druckaufnahme piezoresistive Halbleiterelemente eingesetzt werden. Hierbei verformt der zu messende Druck eine Membrane, auf deren Oberfläche Dehnungsmeßstreifen angebracht sind, die ihren elektrischen Widerstand verändern. Zu einer für Massenanwendungen kostengünstigen Herstellung gelangt man, wenn man alle Dehnungsmeßstreifen einer Wheat­ stone-Brücke auf der Oberfläche eines Halbleiter-Kristalls eindiffundiert, der gleichzeitig die Funktion der Membrane ausübt. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse befinden sich diese Elemente in einem Druckraum, der mit einem Trennfluid gefüllt und durch eine Membrane, die eine 1 : 1 Druckübersetzung er­ möglicht, an das zu messende Medium angekoppelt ist.

Diese Meßgeräte eignen sich zwar zur Messung hoher Drucke, sie sind jedoch sehr komplex aufgebaut und benötigen während der Druckmessung elektrische Energie.

Aus der DE 28 25 222 ist ein Druckmeßumformer zur Messung von Differenzdrucken bekannt, mit einem in einem Gehäuse angeord­ neten, mit dem zu messenden Druck beaufschlagten Meßelement, das aus zwei nebeneinander angeordneten, elastischen schei­ benförmigen Teilen besteht. Unter Bildung eines inneren Hohlraumes sind diese an ihrem äußeren Umfang dichtend mit­ einander verbunden. Das eine scheibenförmige Teil weist eine Mittenausnehmung auf und ist dort mit dem Gehäuse verbunden. Im Bereich der Mittenöffnung mündet eine Öffnung des Gehäuses in den inneren Hohlraum und an dem anderen scheibenförmigen Teil ist zentrisch ein Übertragungselement angeordnet. Auch dieser Druckmeßumformer ist sehr komplex aufgebaut, wobei durch die Verwendung von Membranen Hysterese-Erscheinungen nicht auszuschließen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten Druckmeßumformer vorzuschlagen, der eine relative Druckmessung mit einer vernachlässigbar kleinen Hysterese- Erscheinung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß der Meßraum von einem mit einem Anschlußstück verbunde­ nen Trenntubus und einer Druckplatte begrenzt ist, wobei zwischen Druckplatte und der Innenseite der oberen Gehäuse­ wandung eine Druck- oder Zugfeder angeordnet ist, die den beweglichen Stößel umschließt, der von der Druckplatte durch das Gehäuse zum Meßwerk geführt ist.

Durch das Anschlußstück zum Meßraum ist vorteilhaft ein Ein­ gangskanal zur Zuführung des druckübertragenden Mediums angeordnet, so daß der durch die Druckänderungen bewegte Stößel diese in ein Anzeigewerk übertragen kann.

Zur Führung der Druckplatte kann diese in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung im Meßzylinder eine Gleit- oder Rollenführung aufweisen.

Der Trenntubus besteht nach der Erfindung aus einem gummi­ elastischen Material und umschließt ein veränderbares Volumen faltenlos. Dadurch behält der Trenntubus seine Zylinderge­ stalt im wesentlichen bei, so daß bezüglich der Volumenaus­ bildung keine Störeffekte auftreten.

Nach der Erfindung weist die Druck- oder Zugfeder im Meß­ zylinder eine lineare Charakteristik auf.

Zur Vermeidung von Leckagen ist um die Stößeldurchführung im Innern des Gehäuses eine mit Feuchtigkeit bzw. dem jeweiligen flüssigen Druckmedium reagierende Quellpackung angeordnet. Damit wird erreicht, daß bei einer auftretenden Undichtigkeit vom Meßraum zum Meßzylinder kein Druckmedium nach außen dringen kann. Gemäß den üblichen Systemen kann das Druck­ mittel aus Öl oder einer anderen Flüssigkeit bestehen.

Die Druckplatte oder der Stößel weist in vorteilhafter Weise Hubbegrenzungselemente auf, deren Begrenzungsgröße mit dem Zeigerausschlag der Druckanzeigevorrichtung abgestimmt ist. Damit wird erreicht, daß auch unerwartet hohe Druckspitzen im Drucksystem keine Beschädigungen des Meßsystems bewirken können.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Meßraum von einem mit einem Anschlußstück verbundenen Trenn­ tubus und einer Druckplatte begrenzt, wobei im Innern des Trenntubus eine Druck- oder Zugfeder angeordnet ist. Auf der Druckplatte ist in gleicher Weise ein Stößel befestigt, der durch das Gehäuse zum Meßwerk geführt ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Stößel an seinem oberen Ende als Zahnstange ausgebildet, in die ein Zahnrad eingreift, dessen Achse durch eine Bohrung eines Zifferblat­ tes geführt ist und an dessen Achsende ein Zeiger angeordnet ist.

Das Anschlußstück ist vorteilhaft als Gewindeanschluß ausge­ bildet.

Das Stößelende nach der Erfindung kann mit jedem beliebigen Abgriff kombiniert werden, so kann das Stößelende als Element einer Tauchspule ausgebildet sein, oder es kann mit einer Platte eines Differentialkondensators verbunden sein.

Der Meßzylinder ist nach der Erfindung vorteilhaft mit dem Anschlußstück unter Verklemmung des verstärkten Endes des Trenntubus unlösbar verbunden ist. Hierzu eignen sich Bördel­ verbindungen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Meßsystem geschaffen, welches für die Messung relativer Über- und Unterdrucke geeignet ist, welches einfach aufgebaut ist und praktisch keine Hysterese-Erscheinungen aufweist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt die Figur in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den Druckmeßumformer.

In dem Gehäuse oder Meßzylinder 1 befinden sich ein Meßraum 2, der von einem beweglichen Trenntubus 3, einem Anschlußstück 4 und einer Druckplatte 5 begrenzt ist. Mit der Druck­ platte 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Druckfeder 6 verbunden, die mit ihrem anderen Ende gegen die Innenwandung des Gehäuses 1 stößt. Die Druckfeder 6 ist als eine lineare Gegenfeder ausgebildet, welche die obere Gehäusewandung durchdringt, wobei die Öffnung im Gehäuse 1 um den Stößel von der Innenseite des Gehäuses mit einer Quellpackung 8 abge­ dichtet ist, welche insbesondere auf Feuchtigkeit bzw. dem flüssigen Druckmedium reagiert.

Das Anschlußstück 4 ist mit einem Gewinde versehen, so daß das Druckmeßsystem in konventioneller Weise eingesetzt werden kann. An seinem oberen Ende ist der Stößel 7 bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel an seinem oberen Ende als Zahn­ stange ausgebildet, so daß er mit dem Zahnrad eines Meßwerkes zusammenwirken kann. Ein solches Meßwerk ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da es handelsüblich ist. Am Ende der Zahnradachse, welche ein Zifferblatt durchdringt, ist ein Zeiger angeordnet.

Der Trenntubus besteht beispielsweise aus einem gummielas­ tischen Material, welches sich derart verhält, daß die Sei­ tenflächen keine Falten bilden, so daß die aufgrund der Druckänderung bewirkte Volumenänderung nicht beeinflußt wird.

In nicht näher dargestellten Abwandlungen der Erfindung kann die Druck- oder Zugfeder auch im Meßraum 2 angeordnet werden, so daß das System dadurch erheblich verkürzt wird.

Mit dem Stößel können auch andere Meßwerke verbunden werden, beispielsweise kann der Stößel mit einer Kondensatorplatte eines Differenzkondensators verbunden sein, so daß die aufge­ nommenen Drückänderungen in Änderungen einer Kondensatorkapa­ zität umgewandelt werden.

Der Stößel kann auch mit einer Tauchspule verbunden sein, so daß die auf genommenen Druckänderungen in induzierte Spannun­ gen umgewandelt werden.

Claims (13)

1. Druckmeßsystem mit einem in einem als Meßzylinder aus­ gebildeten Gehäuse angeordneten, mit dem zu messenden Druck beaufschlagten Meßelement, welches aus einem Meß­ raum und einem Federraum besteht, und einem aus dem Meßelement herausragenden linear beweglichen Stößel, der zu einem Meßwerk oder Umformer mit Druckanzeigeele­ menten geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßraum (2) von einem mit einem Anschlußstück (4) ver­ bundenen Trenntubus (3) und einer Druckplatte (5) be­ grenzt ist, wobei zwischen Druckplatte (5) und der In­ nenseite der oberen Gehäusewandung eine Druck- oder Zugfeder (6) angeordnet ist, die den beweglichen Stößel (7) umschließt, der von der Druckplatte (5) durch das Gehäuse (1) zum Meßwerk geführt ist.

2. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß durch das Anschlußstück (4) zum Meßraum (2) ein Eingangskanal zur Zuführung des druckübertragenden Mediums angeordnet ist.

3. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckplatte (5) im Meßzylinder (1) eine Gleit- oder Rollenführung aufweist.

4. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenntubus (3) aus einem gummi­ elastischen Material besteht, welcher ein veränderbares Volumen faltenlos umschließt.

5. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- oder Zugfeder (6) im Meßzylinder (1) eine linea­ re Charakteristik aufweist.

6. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß um die Stößeldurchführung im Innern des Gehäuses (1) eine mit Feuchtigkeit reagierende Quellpackung (8) angeordnet ist.

7. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (5) oder der Stößel (7) Hubbegrenzungsele­ mente aufweist, deren Begrenzungsgröße mit dem Zeiger­ ausschlag der Druckanzeigevorrichtung abgestimmt ist.

8. Druckmeßsystem mit einem in einem als Meßzylinder aus­ gebildeten Gehäuse angeordneten, mit dem zu messenden Druck beaufschlagten Meßelement, welches aus einem Meß­ raum und einem Federraum besteht, und einem aus dem Meßelement herausragenden linear beweglichen Stößel, der zu einem Meßwerk oder Umformer mit Druckanzeigeele­ menten geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßraum (2) von einem mit einem Anschlußstück (4) ver­ bundenen Trenntubus (3) und einer Druckplatte (5) be­ grenzt ist, wobei im Innern des Trenntubus eine Druck- oder Zugfeder angeordnet ist, und auf der Druckplatte (5) ein Stößel befestigt ist, der durch das Gehäuse zum Meßwerk geführt ist.

9. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (7) an seinem oberen Ende als Zahnstange ausge­ bildet ist, in die ein Zahnrad eingreift, dessen Achse durch eine Bohrung eines Zifferblattes geführt ist und an dessen Achsende ein Zeiger angeordnet ist.

10. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück als Gewindeanschluß ausgebildet ist.

11. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stößelende als Element einer Tauch­ spule ausgebildet ist.

12. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stößelende mit einer Platte eines Differentialkondensators verbunden ist.

13. Druckmeßumformer nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzylinder (1) mit dem Anschlußstück (4) unter Ver­ klemmung des verstärkten Endes des Trenntubus (3) un­ lösbar verbunden ist.