DE8204310U1 - Druck- oder druckdifferenzmessgeraet mit einer vor ueberlastung geschuetzten drucksensor-einrichtung - Google Patents

Description

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Berlin und München VPA 82 P 4020 DE

Druck- oder Druckdifferenzmeßgerät mit einer vor überlastung geschützten Drucksensor-Einrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druck- oder Druckdiffererizmeßgerät mit einem zentralen AufnahmekörjDer und einer darin befindlichen, durch eine vor Überlastung geschützte Drucksensor-Einrichtung unterteilten M^ßkammer, deren Teilkanmern über jeweils einen Verbindungskanal mit Vorkammern verbunden sind, die von jeweils einer Trennmembran und dem Aufnahmekörper gebildet sind.

Bei einem bekannten Druck- oder Druckdifferenzmeßgerät dieser Art (DE-A-26 57 933) ist im zentralen Aufnahmekörper eine Ausgleichskammer vorgesehen, die durch eine Ausgleichsmembran unterteilt ist. Die eine Teilkammer der Ausgieichskammer ist mit der einen Vorkammer des bekannten Gerätes und die andere Teilkammer mit der anderen Vorkammer verbunden. Die Drucksensor-Einrichtung des bekannten Gerätes bzw. die sie aufnehmende Meßkammer ist über sinen Verbindungskanal mit der einen Vorkammer bzw. der dieser zugewandten Teilkammer der Ausglei'-hskammer und über einen weiteren Verbindungskanal mit der anderen Vorkammer bzw. der anderen Teilkammer der Ausgleichskammer verbunden. Auf diese Weise ist ein Druck- bzw. Druckdifferenzmeßgerät geschaffen,' das aufgrund der Bemessung der Ausgleichsmembran einen Druckausgleichsweg bildet, der parallel zu der Drucksensor-Einrichtung in der Meßkammer liegt, wodurch eine Überlastung der Drucksensor-Einrichtung verhindert ist. Die Drucksensor-Einrichtung besteht bei dem bekannten Gerät aus einer eine Halbleitermeßmembran enthaltenden Wand. Da derartige Drucksensor-Einrichtungen gegenüber

Kr 3 Sz / 12.02.1982

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überlast sehr empfindlich sind, ist das bekannte Gerät in der oben beschriebenen Weise ausgebildet.

Ganz ähnlich sind weitere bekannte Differenzdruck-Meßumformer (DE-A-27 18 873 und DE-A-30 47 276) ausgebildet, bei denen aus dem zentralen Aufnahmekörper zwei Kanäle in eine daneben angeordnete, besondere konstruktive Einheit mit der Drucksensor-Einrichtung geführt sind; auch hier besteht die Drucksensor-Einrichtung aus einem gegen überlastung empfindlichen Halbleitermeßfühler,

der durch eine zur eigentlichen Meßkammer parallel ■'

liegende Ausgleichskammer vor Überlastung geschlitzt ist.

Die bekannten Druck- oder Druckdif'erenzmeßgeräte haben den Nachteil, daß sie verhältnismäßig kompliziert auf- ^ gebaut sind. Sie benötigen nämlich zusätzlich zu der t Meßkammer eine weitere Ausgleichskammer mit einer Membran, was entweder die Unterbringung der Drucksensor- ί Einheit in einem neben dem zentralen Aufnahmekörper C vorgesehenen zusätzlichen Aufbau oder ein Herausführen X-des Verbindungskanals aus dem zentralen Aufnahmekörper | und anschließend wieder in diesen hinein erfordert. ^;;

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein _f'

Druck- oder Druckdifferenzmeßgerät mit einem zentralen 1 Aufnahmekörper und einer darin befindlichen, durch eine | vor Überlastung geschützte Drucksensor-Einrichtung |

unterteilten Meßkammer vorzuschlagen, die sich durch f>

einen vergleichsweise einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet und daher auch kostengünstig herstellbar ist. Darüber hinaus wird angestrebt, die Meßeigenschaften im Vergleich zu den bekannten Geräten zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Druck- oder Druckdifferenzmeßgerät der einyangs angegebenen Art

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erfindungsgemäß in der Nähe jeder Trennmembran an dem Aufnahmekörper in druckübertragender Verbindung mit -der Trennmembran eine Zusatzmembran angebracht, die mit Vorspannung an dem Aufnahmekörper anliegt; von dem Verbindungskanal zur Vorkammer mit der jeweils einen Trennmembran ist ein Zusatzkanal zu der Zusatzmembran geführt, die der jeweils anderen Trennmembran benachbart ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Meßgerätes besteht darin, daß es verhältnismäßig einfach aufgebaut ist; denn das erfindungsgemäße Gerät kommt ohne eine verhältnismäßig große Ausgleichskammer mit einer Ausgleichsmembran aus. Anstelle der Ausgleichskammer mit Ausgleichsmembran sind nämlich bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät lediglich zwei Zusatzmembranen In der Nahe aer Trennmembranen angebracht, und zwar in der Weise, daß jeweils eine druckübertragende Verbindung zwischen der Trennmembran und der Zusatzmembran gegeben ist. Die Anbrinqung der Zusatzmembranen in der Nähe der Trennmembranen bringt ferner den Vorteil mit sich, daß die Drucksensor-Einrichtung mit der sie aufnehmenden Meßkammer im zentralen Aufnahmekörper untergebracht werden kann, wobei die Führung der Verbindungskanäle bzw. Zusatzkanäle keinerlei Schwierigkeiten bereitet, weil eine Ausgleichskammer nicht zu umgehen ist.

Meßtechnisch bietet das erfindungsgemäße Meßgerät eine Reihe von Vorteilen. Ein Vorteil besteht darin, daß durch die Federsteife der Ausgleichsmembran bedingte Temperatureinflüsse auf die Sparine nicht auftreten können; außerdem ist ein Temperatureinfluß auf die Spanne durch Änderung der Trennmembransteife durch Volumenänderung der FüllfTüssigkeit nicht mehr gegeben. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß beim erfindungsgemäßen Gerät ein Druck-

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einfluß auf den Nullpunkt nicht mehr durch ungleiche Gehäusekammerdehnungen in Verbindung mit der Trennmembransteife gegeben ist», was bei den bekannten Geräten der Fall ist. Der Druckeinfluß auf die Spanne ist bei dem erfindungsgemäßen Gerät auch nur noch durch den Sensor gegeben und daher nicht mehr abhängig von Änderungen der Trennmembransteife durch Füllvolumenänderung und durch Änderung der Federsteife der Ausgle'ichsmembran durch Gehäusedehnung. Auch der Kennlinienfehler ist nur noch von der Drucksensor-Einrichtung u.id der nachge-• ordneten Elektronik abhängig; nichtlineare Trennmembranen und nichtlineare Ausgleichsmembran haben keinen Einfluß auf die Kennlinie des Gerätes, weil bei der vorzu.gsweisen Verwendung eines Halbleiter-Meßfühlers in der Drucksensor-Einrichtung das Aussteuer-Verdrängungsvolumen sehr klein ist. Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß der wechselüberlästeinfluß auf den Nullpunkt bei dem erfindungsgemäßen Gerät nur noch von der Hysterese der Trennmenbranen, nicht aber von der Hysterese der Ausgleichsmembran abhängig ist. Ursächlich für die oben aufgeführten Vorteile ist, daß bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät die Zusatzmembranen während normaler Druckver-' hältnisse überhaupt keinen Einfluß auf das Meßverhalten haben, weil sie in diesem Betriebszustand wirkungslos sind, und das Gerät insgesamt erheblich kleinere FUIlflUssigkeitsräume hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Druck- oder Druckdifferenzmeßgerät können die Zusatzmembranen in unterschiedlicher Weise in der Nähe der Trennmembranen an dem Aufnahmekörper angebracht sein. Als vorteilhift wird es angesehen, wenn die Zusatzmembranen in jeweils einer Zusatzkammer liegen und die Zusatzkammern über Hilfskanäle mit dem jeweils an die benachbarte Vorkammer angrenzenden Raum verbunden sind. Dieser Aufbau des erfindungsgemäßen Meßgerätes hat den Vorteil, daß die Zusatzmembranen

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bezüglich der benachbarten Trennmembran weitgehend un-. abhängig bemessen werden können und daß Trennmembran und Zusatzmembran jeweils für sich an dem Aufnahmekörper angebracht werden können. Die Anordnung der Zusatzmembranen in jeweils einer Zusatzkammer ermöglicht es, die Zusatzmembranen durch jeweils mindestens eine Druckfeder in den Zusatzkammern gegen den Aufnahmekörper zu drücken* Damit läßt sich im Bedarfsfalle die Zusatzmembran mit großer Kraft gegen den Aufnahmekörper pressen.

Als besonders vorteilhaft wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßgerätes erachtet, bei dem die Zusatzmembranen jeweils innerhalb der Vorkammern an dem AufnahmekÖrper befestigt sind. Die Zusatzmembranen müssen in diüsem Falle einen kleineren Durchmesser als die Trennmembranen aufweisen; der Verbindungskanal der entsprechenden Vorkammer ist außerhalb des Bereichs der Zusatzmembran, in die Vorkammer geführt, während der der jeweils gegenüberliegenden Vorkammer zugeordnete Zusatzkanal an die Zusatzmembran herangeführt ist. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß sie einen besonders kompakten Aufbau ermöglicht und darüber hinaus eine einfache Herstellung erlaubt, weil für die Trenn- und die benachbarte Zusatzmembran nur jeweils ein einziges Membranbett am zentralen Aufnahmekörper vorgesehen werden muß.

Unabhängig von der konstruktiven Ausgestaltung des erfindunqsgemäßen Druck- oder Druckdifferenzmeßgerätes weisen die Zusatzmembranen eine derartige Vorspannung auf, daß sie sich erst nach überschreiten eines vorgegebenen Differenzdruckes an der Drucksensor-Einrichtung von dem Aufnahmekörper abheben. Bei dem vorgegebenen Differenzdruck handelt es sich um einen Druck, der oberhalb des Differenzdruck-Nennwertes liegt.

-. 6 - VPA 82 P 4020 DE Zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druck- oder Druckdifferenzmeßgerätes mit in Zusatzkammern gehaltenen Zusatzmembranen und in Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit innerhalb der Vorkammern untergebrachten Zusatzmembranen wiedergegeben.

Das AusfUhrungsbeispiel nach Figur 1 weist einen zentralen Aufnahmekörper 1 auf, der beiderseits durch Kappen 2 und 3 abgeschlossen ist. Die Kappen 2 und 3 weisen Einströmöffnungen 4- und 5 auf, über die das Meßgerät mit der zu erfassenden Druckdifferenz beaufschlagt wird.

Der zentrale Aufnahmekörper 1 ist an beiden Seiten mit jeweils einer Trennmembran 6 bzw. 7 versehen, die als Membranbett ausgebildeten Stirnflächen des Aufnahmekörpers 1 gegenüberliegen und jeweils eine Vorkammer 8 bzw. 9 begrenzen. Innerhalb des Aufnahmekörpers 1 sind Zusatzkammern 10 und 11 vorhanden, die über Hilfskanäle 12 bzw. 13 mit dem Innenraum der Kappen 2 und 3 verbunden sind, wodurch eine druckübertragende Verbindung zwischen den Zusatzkammern 10 und 11 und der Trennmembran 6 bzw. 7 gebildet ist. In den Zusatzkammern 10 und 11 ist jeweils eine Zusatzmembran 14 bzw. 15 vorgesehen, die durch jeweils eine Druckfeder 16 bzw. 17 gegen den Aufnahmekörper 1 gedrückt ist. Auf die Druckfedern 16 bzw. 17 kann verzichtet werden, wenn Zusatzmembranen mit ausreichender Vorspannung verwendet werden.

Innerhalb des Aufnahmekörpers 1 befindet sich ferner eine Meßkammer 18, die durch eine in der Figur nur schematisch angedeutete Drucksensor-Einrichtung 19 in eine Teilkammer¹ 20 und eine weitere Teilkammer 21 unterteilt ist. Die Drucksensor-Einrichtung 19 ist vorzugsweise als eine Wand mit einer Halbleiter-Meßmembran ausgebildet.

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Die Teilkammer 20 der Meßkammer 18 ist über einen Verbindungskanal 22 mit der Vorkammer 8 verbunden, während die andere Teilkammer 21 über einen weiteren Verbindungskanal 23 mit dr»r Vorkammer 9 in Verbindung steht. Ober einen Zusatzkanal 24 ist der eine Verbindungskanal 22 außerdem an die Zusatzmembran 15 auf ihrer von der Vorkammer 9 abgewandten Seite geführt; entsprechend ist der weitere Verbindungskanal 23 über einen weiteren Zusatzkanal 25 an die Zusatzmembran 14 angeschlossen»

Das in der Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Druckdifferenzmeßgerät arbeitet in folgender Weise: Ist das Gerät einem Differenzdruck unterhalb oder im Bereich des Differenzdruck-Nennwertes ausgesetzt, dann wird dieser Differenzdruck über die Verbindungskanäle und 23 der Drucksensor-Einrichtung 19 mitgeteilt, die dann ein entsprechendes elektrisches Signal abzugreifen gestattet. Die Zusatzmembranen 14 und 15 sind infolge der auf ihnen lastenden Vorspannung wirkungslos, über steigt die Druckdifferenz infolge überlastung den Druck differenz-Nennwert um einen vorgegebenen Wert, dann wird bei entsprechenden Druckverhältnissen beispielsweise die Trennmembran 7 die unter ihr in der Vorkammer 9 befindliche Druckvermittler-Flüssigkeit herausdrücken; die herausgedrückte Flüssigkeit gelangt über den Verbindungskanal 23 und den Zusatzkanal 25 zur Zusatzmembran 14 •ind veranlaßt diese, sich abzuheben. Die von der Trennmembran 7 herausgedrückte Flüssigkeit findet also unter der sich abhebenden Zusatzmembran 14 ihre Aufnahme. Eine über für die Drucksensor-Einrichtung zulässige Größe liegende überlastung der Drucksensor-Einrichtung 19

ist dadurch vermieden. I

Entsprechend wirkt das Meßgerät dann, wenn aufgrund der gegebenen überdruckverhältsisse die Trennmembran 6 die in ihrer Vorkammer befindliche Flüssigkeit über

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den Verbindungskanal 22 hinausdrückt, weil diese Flüssigkeit dann über den Zusatzkanal 24 die Zusatzmembran zum Abheben bringt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2, in der nur die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind, ist ein zentraler Aufnahmekörper auf seinen beiden Stirnseiten 31 und 32 so ausgebildet, daß dort jeweils ein Membranbett 33 und 34 gebildet ist.

Mit dem Aufnahmekörper 30 ist an den beiden Stirnseiten 31 und 32 jeweils eine Zusatzmembran 35 bzw. 36 verschweißt, vobei die Zusatzmembranen 35 und 36 jeweils eine derartige Vorspannung aufweisen, daß sie sich an das jeweilige Membranbett 33 bzw. 34 anpressen. Ebenfalls an den Stirnseiten 31 und 32 des Aufnahmekörpers 30 ist jeweils eine Trennmembran 37 und 38 angebracht, die zusammen mi*, dem Aufnahmekörper 30 bzw. den auf diesen aufliegenden Zusatzmembranen 35 und 36 jeweils eine Vorkammer 39 bzw. 40 bilden. Die Zusatzmembranen 35 und 36 sind im Durchmesser kleiner ausgeführt als die Trennmembranen 39 und 40.

Die gewählte Ausgestaltung und Anbringung der Trennmembranen und der Zusatzmembranen ermöglicht es, außerhalb des Bereichs der Zusatzmembranen 35 und 36 jeweils einen Verbindungskanal 41 bzw. 42 vorzusehen, über die die Vorkammern 39 bzw. 40 mit einer im Innern des Aufnahmekörpers 30 vorgesehenen Mpßkammer 43 verbunden sind. Innerhalb der Meßkammer 43 ist wiederum eine Drucksensor-Einrichtung 44 angeordnet, die auch in der Figur 2 nur schematisch dargestellt ist.

Von dem Verbindungskanal 41 führt ein Zusatzkanal 45 zur Zusatzmembran 36; entsprechend ist ein weiterer Zusatzkanal 46 zwischen dem Verbindungskanal 42 und der Zusatzmembran 35 vorgesehen.

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Das Druckdifferenzmeßgerät nach Figur 2 arbeitet in ) ganz ähnlicher Weise wie das nach Figur 1; auch hier

,; haben die Zusatzmembranen 35 und 36 bei im Differenz-

druck-Nennwertbereich liegenden Differenzdrücken keiner-5 lei Einfluß auf das Meßverhalten, weil sich bei diesen f Betriebsverhälthissen die Zusatzmembranen 35 und 36

'I fest gegen den Aufnahmekörper 30 pressen, übersteigt

J der Differenzdruck dagegen einen vorgegebenen, über

der Differenzdurck-Nenngröße liegenden Wert, dann wird je nach den gegebenen Druckverhältnissen entweder übar den Zusatzkanal 45 von der Trennmembran 37 die Zusatzmembran 36 abgehoben oder über den.Zusatzkanal 46 von der Trennmembran 38 die Zusatzmembran 35 zum Abheben gebracht. In jedem Falle wird von der Zusatzmembran die von den Trennmembranen bei überlast aus den Vorkammern gepreßte Flüssigkeit aufgenommen und dadurch eine gefährliche Überlastung der Drucksensor-Einrichtung'44 vermieden.

In den Figuren 1 und 2 sind der besseren Übersichtlichkeit halber Drosseleinrichtungen nicht dargestellt, die der Meßkammer auf beiden Seiten vorgeschaltet sind.

2 Figuren

5 Patentansprüche

- 12 - VPA 82 P 4020 DE Zusammenfassung

Druck- oder Druckdifferenzmeßgerät mit einer vor Überlastung geschlitzten Drucksensor-Einrichtung

Die Erfindung geht von einem Druck- oder Druckdifferenzmeßgerät mit einem zentralen Aufnahmekörper und einer darin befindlichen, eine Drucksensor-Einrichtung aufnehtuenden Meßkammer aus, deren Tei !kammernüber jeweils einen Verbindungskanal mit von Trennmembranen gebildeten Vorkammern verbunden sind.

Um ein solches Meßgerät mit vergleichsweise einfachem konstruktivem Aufbau zu schaffen, ist in der Nähe jeder Trennmembran (37, 38) an dem Aufnahmekörper (30) eine Zusatzmembran (35, 36) angebracht, die mit Vorspannung an dem Aufnahmekörper (30) anliegt; von dem Verbin.dungskanal (41) mit der jeweils einen Trennmembran (37) ist ein Zusatzkanal (45) zu der Zusatzmembran (36) geführt, die der jeweils anderen Trennmembran (38) benachbart ist.

Die Erfindung ist bei Druck- oder Druckdifferenzmeßgerä'ten anwendbar (Fig. 2).

Claims (4)

- 10 - VPA 82 P 4020 DE n spriiche

1. Druck- oder Druckdifferenzmeßgerät mit einem zentralen Aufnahmekörper und einer darin befindlichen, durch eine vor überlastung geschützte Drucksensor-Einrichtung unterteilten Meßkammer, deren Teil kammern über jeweils einen Verbindungskanal mit Vorkammern verbunden sind, die von jeweils einer Trennmembran und dem Aufnahmekörper gebildet sind ,dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe jeder Trennmembran (6, 7) an dem Aufnahmekörper (1) in druckübertragender Verbindung mit der Trennmembran (6, 7) eine Zusatzmembran (14, 15) angebra ht ist, die mit Vorspannung an dem Aufnahmekörper (1) anliegt, und daß von dem VerbinJungskanal (22) ;nit der jeweils einen Trennmembran (z. B. 6) ein Zusatzkanal (z. B. 24) zu der Zusatzmembran (z. B. 15) geführt ist_r de jeweils anderen Trennmembran (z. B. 7) benachbart ist.

2. Meßgerät nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Züsatzmembranen (14. 15) in jeweils einer Zusatzkammer (10, 11) liegen und daß die Zusatzkammern (10, 11) über Hilfskanäle (12, 13) mit dem jeweils an die benachbarte Vorkammer (8, 9) angrenzenden Raum verbunden sind.

3. Meßgerät nach Anspruch 2,dadurch g e kennzeichnet, daß die Zusatzmembranen (14,15) durch jeweils mindestens eine Druckfeder (16, 17) in den Zusatzkammern (10, 11) gegen den Aufnahmekörper (1) gedruckt sind.

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4. Meßgerät nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmembranen (35,36) jeweils innerhalb der Vorkammern (39, 40) an dem Aufnahmekörper (30) befestigt sind.