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Publication number: DEA0020355MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 18. Mai 1954 Bekanntgemacht am 15. Dezember 1955Registration date: May 18, 1954. Advertised on December 15, 1955

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich auf Meßdruckwandler für Durchflußmessung derjenigen Art, bei denen der Wirkdruck am Staukörper der Durchflußleitung in einen Überdruck über den atmosphärischen Luftdruck umgewandelt wird, indem der Wirkdruck eine Drehung einer Achse bewirkt, die im entgegengesetzten Drehsinn von einem kompensierend wirkenden, an eine Preßluftquelle angeschlossenen Drucksystem beeinflußt wird, die Prallplatte einer Ausströmdüse dieses Drucksystem steuert, und die aus dieser Düse ausströmende Luft einem Druckanzeiger zugeführt wird.The invention relates to measuring pressure transducers for flow measurement of the type in which the differential pressure at the bluff body of the flow line in an overpressure above atmospheric Air pressure is converted by the differential pressure causing an axis to rotate, which in the opposite direction of rotation from a compensating acting, connected to a compressed air source Pressure system is influenced, the baffle plate of an exhaust nozzle of this pressure system controls, and the air flowing out of this nozzle is fed to a pressure indicator will.

Bei den bekannten derartigen Meßdruckwandlern verwendet man in der Regel als Einstellorgan für einen konstanten ausgesteuerten Meßbereich (ζ. Β. 0,2 bis ι atü) bei veränderlichem Wirkdruckbereich zwischen der Drehachse und der Prallplatte einen Verhältnisschieber, welcher das Verhältnis zweier Hebellängen verändert. Hierdurch wird bei Veränderung des Übersetzungsverhältnisses der beiden Hebel die Steuerempfindlichkeit, d. h. der Weg der Prallplatte in Abhängigkeit vom Weg amMeüorgan (z. B. Membran) für den Wirkdruck geändert. Des weiteren sind die bisher üblichen MeßdrUckwandler dadurch belastet, daß der Durchfluß durch die Ein-In the case of the known measuring pressure transducers of this type, one uses as a rule as an adjusting element for a constant controlled measuring range (ζ. Β. 0.2 to ι atü) with a variable effective pressure range between the axis of rotation and the baffle plate a ratio slide, which the ratio of two Lever lengths changed. This is when changing the gear ratio of the two Lever the control sensitivity, d. H. the path of the baffle plate as a function of the path on the Meüorgan (e.g. membrane) for the differential pressure changed. In addition, there are the measuring pressure transducers that have been customary up to now burdened by the fact that the flow through the inlet

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strönidüsi¹ und die Ausströmdüse des Preßluftsysli'ins nicht allein von der Stellung der Prallplatte über der Ausströmdüse abhängt, sondern auch von dem I Hllerenzdruck an der Einströmdüse, vom I )ifferenzdruek an der Ausströmdüse und von der Luftkonipression vor dor Ausströmdüse.strönidüsi ¹ and the discharge nozzle of the Preßluftsysli'ins not only depends on the position of the baffle plate above the discharge nozzle, but also on the Hllerenzdruck at the inlet nozzle, from the I) ifferenzdruek on the discharge nozzle and on the air pressure in front of the outlet nozzle.

l)iese Einflüsse werden durch die Ausbildung des Meßdruckwandlers gemäß der Krfindung vermieden. l) These influences are caused by the training of the Measuring pressure transducer avoided according to the invention.

in Bei diesem .Ylcl.ldruckwaiidler ist die vom W'irk-(Iruck einerseits und vom Druck des Preßluftsystems andererseits 1κ·οϊιιΠιιί.Ηο Drehachse mit zwei radialen Hebelarmen versehen, an denen form-oder kraftschliissig die beweglichen Enden von zwei einen Teil des I 'reiiiuftsystems bildenden, dehnbaren Druekgefäßen (Faltcnbälgen) angreifen, von denen das eine in seinem wirksamen Querschnitt ein Mehrfaches des anderen beträgt und über einen Verhältnisschieber auf den zugehörigen HebelarmIn this .Ylcl.ldruckwaiidler is that of the real on the one hand and the pressure of the compressed air system on the other hand 1κ · οϊιιΠιιί.Ηο axis of rotation with two provided radial lever arms on which the movable ends of two part of the air system forming, stretchable Attack pressure vessels (bellows), one of which in its effective cross-section is a multiple of the other and via a ratio slide on the associated lever arm

so der Drehachse wirkt, während das bewegliche Ende des kleineren Gefäßes unmittelbar und unveränderlich an dem zugehörigen Hebelarm der Drehachse angreift und im Innern dieses letzteren Gefäßes die Prallplatte für die ebenfalls in diesem liegendeso the axis of rotation acts while the movable end of the smaller vessel directly and invariably on the associated lever arm of the axis of rotation attacks and inside this latter vessel the baffle plate for the also lying in this

af, Ausströmdüse trägt, und die Meßleitung von dem kleineren Gefäl.i zu dem Druckanzeiger abgeht.af, discharge nozzle carries, and the measuring line of the smaller Gefäl.i goes off to the pressure indicator.

Hei dieser Ausbildung bleibt die Steuerempfindlichkeit der Prallplatte und damit des ganzen Steuersystems Icon staut.The tax sensitivity remains with this training the baffle plate and thus the entire Icon control system.

Ferner ist gemäß der Erfindung am Preßlufteintritt des Preßluftsystems der Einströmdüse eine Vordrossel naehgeschaltet, der eine Regelvorrichtung zugeordnet ist, durch die der Differenzdruck an dieser Drossel konstant gehalten wird. Dadurch können nachteilige Einflüsse, die sich sonst durch wechselnden Differenzdruck an der Einströmdüse ergeben, nicht mehr auftreten.Furthermore, according to the invention, one is at the compressed air inlet of the compressed air system of the inlet nozzle Pre-throttle connected to which a control device is assigned, through which the differential pressure is kept constant at this throttle. This can cause adverse influences that could otherwise be caused by alternating differential pressure at the inlet nozzle, no longer occur.

Schließlich ist gemäß der Erfindung der zum Druckanzeiger führenden Meßleitung ein Mengenvorstärker zugeordnet, der mit den Räumen bzw. Leitungen des Preßluftsystems vor und hinter der Ausströmdüse derart in Verbindung steht, daß auch der I)ifiVronzdruck an der Ausströmdüse stets konstant ist.Finally, according to the invention, the measuring line leading to the pressure indicator is a volume preamplifier assigned to the rooms or lines of the compressed air system in front of and behind the The outlet nozzle is connected in such a way that the bronze pressure at the outlet nozzle is always also is constant.

Durch diese Anordnungen wird erreicht, daß die Abhängigkeit des ausgesteuerten Luftdruckes vom VVirkdruck strong linear ist. I)al>ei ist der Steuerweg an dor Prallplatte so goring, daß das Gerät praktisch nach dem Prinzip der »Nullkomponsation« arbeitet.Through these arrangements it is achieved that the dependence of the controlled air pressure on V real pressure is strong linear. I) al> ei is the control path on the baffle plate so goring that the device practically works according to the principle of "zero composition" is working.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

Abb. ι eine schematische Darstellung einer beispiolswciscn Ausführung eines Meßdruckwandlers gemäß der Erfindung undFig. Ι a schematic representation of a beispiolswciscn Execution of a measuring pressure transducer according to the invention and

SS Al)I). .; einen Schnitt nach Linie H-T] der Abb. 1, bei dem die I lebelarmeder Drehachse, die normalerweise in einer Ebene liegen können, der Deutlichkeit halber in einem Winkel zueinander liegend dargestellt sind.SS Al) I). .; a section along line H-T] of Fig. 1, in which the I lebelarmeder axis of rotation, which can normally lie in one plane, the clarity half are shown lying at an angle to each other.

fio Der YVirkdruek vom Staukörper in der Durchllul.ileilting wirkt auf die Membran 1. Diese ist formschlüssig durch ein Zugband 2 und einen Ann 3 mit einem dünnwandigen Drillrohr 4 verbunden. Das Drillrohr ist fest und dicht an einem Ende mit dem Membrangehäuse 5- und am anderen Ende mit einer das Rohr durchsetzenden Achse 6 verbunden. Der Querschnitt der Achse steht zum Querschnitt des Drillrohres etwa im Verhältnis 50 : i, so daß die Drillsteifigkeit der Achse um ein Vielfaches größer ist als die des Drillrohres. Die ^₀ Achse ist innerhalb des Gehäuses 5 über ein Drillgelenk 7 fest mit diesem verbunden. Andererseits ragt sie aus dem Gehäuse 5 heraus und ist außerhalb desselben bei 8 drehbar .gelagert.fio The YVirkdruek from the damming body in the Durchllul.ileiling acts on the membrane 1. This is positively connected by a tension band 2 and an ann 3 with a thin-walled twisted tube 4. The twisted tube is firmly and tightly connected at one end to the membrane housing 5 and at the other end to an axis 6 penetrating the tube. The cross-section of the axle is approximately 50: i to the cross-section of the twisted pipe, so that the torsional rigidity of the axle is many times greater than that of the twisted pipe. The ^ ₀ axis is firmly connected to the housing 5 via a twist joint 7. On the other hand, it protrudes from the housing 5 and is rotatably mounted outside the same at 8.

An der Drehachse 6 befinden sich außerhalb des Gehäuses 5 zwei radiale Hebelarme 9 und 10, an welchen die beweglichen Enden zweier Faltenbälge ι ι und 12 angreifen, die mit ihren anderen Enden fest am Gehäuse 13 des Apparates sitzen und einen Teil des Preßluftsystems bilden. Das bewegliche Ende des Balges 11 steht form- oder kraftschlüssig in unveränderlicher Verbindung mit dem Hebelarm 9. Dagegen ist zwischen dem Balg 12 und dem Hebelarm 10 ein Verhältnisschieber 14, Abb. 2, bekannter Art vorgesehen, der es gestattet, für vcrschicdene Wirkdrücke auf die Membran 1 den Luftdruck in den Bälgen 11 und 12 konstant zu halten. Die Bälge 11 und 12 wirken auf die Achse 6 im entgegengesetzten Sinn wie die Membran 1.On the axis of rotation 6, outside of the housing 5, there are two radial lever arms 9 and 10 which the movable ends of two bellows ι ι and 12 attack with their other ends sit firmly on the housing 13 of the apparatus and form part of the compressed air system. The movable one The end of the bellows 11 has a positive or non-positive connection with the lever arm 9. In contrast, a ratio slide 14, Fig. 2, is between the bellows 12 and the lever arm 10, known type that allows for vcrschicdene Active pressures on the membrane 1 to keep the air pressure in the bellows 11 and 12 constant. The bellows 11 and 12 act on the axis 6 in opposite sense as the membrane 1.

Das bewegliche Ende des Balges 11 trägt in dessen Innenraum die Prallplatte 15, welche über der Ausströmdüse 16 des Preßluftsystems steht. Letzteres besteht aus einem Durchflußreglcr 17 und den Leitungen 18, durch welche die Preßluft über die Ausströmdüse 16 in den Balg 11 und unmittclbar in den Balg 12 tritt. Aus dem Tunern des Balges ι ι führt die Meßleitung 19 zu dem Druckanzeiger (nicht dargestellt).The movable end of the bellows 11 carries the baffle plate 15 in its interior, which over the discharge nozzle 16 of the compressed air system is. The latter consists of a flow regulator 17 and the lines 18, through which the compressed air via the discharge nozzle 16 into the bellows 11 and directly enters the bellows 12. The measuring line 19 leads from the tuner of the bellows ι ι to the pressure indicator (not shown).

Der Balg 11 ist in seiner wirksamen Fläche bedeutend kleiner als der Balg 12. Gelangt ein zu messender VVirkdruck auf die Membran 1, so bewirkt die damit verbundene Drehbewegung der Achse 6 des Drillrohres 4, daß die Prallplatte 15 die Ausströmdüse 16 schließt. In den beiden Druckräumen 11 und 12 steigt der Luftdruck so lange an, bis die Kräfte auf die Membran 1 und in den Druckräumen τ i, 12 gleich groß sind. Etwa neun Zehntel der Gegenkraft auf die Membran bewirkt der Balg 12, der über den Vcrhältnisschic;ber 14 mit der Drehachse 6 verbunden ist.The bellows 11 is significant in its effective area smaller than the bellows 12. If an active pressure to be measured reaches the diaphragm 1, so causes the associated rotary movement of the axis 6 of the twist tube 4 that the baffle plate 15 the discharge nozzle 16 closes. The air pressure thus rises in the two pressure chambers 11 and 12 long until the forces on the membrane 1 and in the pressure chambers τ i, 12 are equal. About nine tenths of the counterforce on the membrane is caused by the bellows 12, 14 is connected to the axis of rotation 6.

Am Durchflußrcgler 16 befindet sich die an die Preßluftquelle angeschlossene Einströmdüse 20, der in der zur Leitung 18 führenden Leitung 21 eine Vordrossel 22 naehgeschaltet ist. Der Durchfluß durch diese Drossel wird in Abhängigkeit von der durch die Düse 16 ausströmenden Menge so gesteuert, daß der Differenzdruck vor und hinter der Drossel 22 praktisch konstant ist. Würde dies unterbleiben und, wie bisher üblich, die Preßluft durch eine konstante Einströmdüse dem Meßdruckwandler zugeführt, so w^räre die Durchflußmenge, welche durch die Düse 16 ausströmt, nicht nur abhängig von der Stellung der Prallplatte 15, sondern auch vom Differenzdruck an der Einströmdüse. Diese Abhängigkeit wird durch die Vordrossel 22 und die ihr zugeordneten Mittel ausgeschaltet.The inlet nozzle 20, which is connected to the compressed air source, is located on the flow regulator 16, to which a throttle 22 is connected in the line 21 leading to the line 18. The flow through this throttle is controlled as a function of the amount flowing out through the nozzle 16 so that the differential pressure in front of and behind the throttle 22 is practically constant. This would be omitted and, as was previously usual, the compressed air supplied by a constant inlet nozzle the Meßdruckwandler, so ^r w ary, the flow rate flowing out through the nozzle 16, not only dependent on the position of the baffle plate 15 but also the differential pressure at the inlet orifice . This dependency is eliminated by the choke 22 and the means assigned to it.

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Eine Membran 23 wird vom Differenzdruck an der Vordrossel 22 über die Kanäle 24, 25 beaufschlagt. Nimmt der Abstand der Prallplatte 15 von der Düse 16 zu und vergrößert sich der Durchfluß durch diese Düse, so fällt der Druck vor der Düse 16 ab. Ebenso nimmt bei zunehmendem Durchfluß durch die Düse 16 der Differenzdruck an der Membran 23 zu. Da der Plusdruck dieses Differentialdruckes auf der Unterseite der Membran 23 liegt, bewirkt eine in einem Faltenbalg 26 vorgesehene Prallplatte 27 eine Verringerung des Durchflusses durch die Düse 20. Hierdurch wird der Druck im Balg 26 kleiner. Auf diese Weise bleibt der Differenzdruck vor und hinter der Drossel 22 konstant.A membrane 23 is acted upon by the differential pressure at the choke 22 via the channels 24, 25. If the distance between the baffle plate 15 and the nozzle 16 increases and the flow rate increases through this nozzle, the pressure in front of the nozzle 16 drops. Likewise increases with increasing flow through the nozzle 16, the differential pressure across the membrane 23 increases. Since the plus pressure of this differential pressure is on the underside of the membrane 23, a provided in a bellows 26 causes Baffle plate 27 reduces the flow through the nozzle 20. This increases the pressure in the Bellows 26 smaller. In this way, the differential pressure upstream and downstream of the throttle 22 remains constant.

Vom Ausgang des Reglers 17 gelangt die Preßluft durch die Leitung 18 außer zu der Ausströmdüse 16 und dem Faltenbalg 12 auch noch zu einem MengenV erstärker 28.From the outlet of the controller 17, the compressed air passes through the line 18 to the discharge nozzle 16 and the bellows 12 also become a quantity booster 28.

Die durch die Ausströmdüse 16 tretende Luft gelangt in die Kammer 29 des Mengenverstärkers 28, von hier aus durch das die beiden Membranen 30 und 31 fest verbindende Röhrchen 32 bei geöffnetem Sitz am Kugelventil 33 in die freie Atmosphäre. Der vor der Düse 16 herrschende Luftdruck gelangt in die Kammer 34 des Verstärkers. Durch die Leitung 35 wird dem Verstärker Preßluft von etwa 2 atü zugeführt. Der vor der Düse 16 herrschende Luftdruck wirkt gleichzeitig in der Kammer 34 auf die Membran 31. Je nach dem Druck in der Kammer 34 wird der' Ein- und Auslaß der durch 35 eingeführten Verstärkerluft an den Sitzen der Kugel 33 so gesteuert, daß der Druck in Kammer 29 proportional dem Druck in Kammer 34 ist. Die Differentialfeder 36 ist so bemessen, daß ein konstantes Druckgefälle zwischen der Kammer 34 und 29 besteht. Der größere Druck herrscht in Kammer 34, so daß eine Strömung durch die Düse 16 gewährleistet ist. Da das Innere des Faltenbalges 11 mit dem Druckraum 29 des Verstärkers verbunden ist, ist der Differenzdruck an der Ausströmdüse 16 stets konstant.The air passing through the discharge nozzle 16 enters the chamber 29 of the volume booster 28, from here through the tube 32, which firmly connects the two membranes 30 and 31, when the valve is open Seat on ball valve 33 into the open atmosphere. The air pressure prevailing in front of the nozzle 16 enters chamber 34 of the amplifier. Through the line 35 is compressed air from the amplifier fed about 2 atm. The air pressure prevailing in front of the nozzle 16 acts simultaneously in the chamber 34 on the membrane 31. Depending on the pressure in the chamber 34, the 'inlet and outlet of the controlled by 35 introduced booster air at the seats of the ball 33 so that the pressure in chamber 29 is proportional to the pressure in chamber 34. The differential spring 36 is dimensioned so that a constant pressure gradient between the chamber 34 and 29 exists. The greater pressure is in Chamber 34, so that a flow through the nozzle 16 is ensured. Because the inside of the bellows 11 is connected to the pressure chamber 29 of the booster, is the differential pressure at the discharge nozzle 16 always constant.

So'wie der Durchflußregler 17 den Differenzdruck an der Vordrossel 22 konstant hält, wird durch den Mengenverstärker 28 erreicht, daß der Durchfluß durch die Ausströmdüse 16 nicht von einem veränderlichen Differenzdruck an dieser Düse abhängig wird.So'wie the flow regulator 17 the differential pressure at the choke 22 keeps constant, it is achieved by the volume booster 28 that the flow by the discharge nozzle 16 is not dependent on a variable differential pressure at this nozzle will.

Eine gleichbleibende Steuerempfindlichkeit der Prallplatte 15 wird durch den nicht einstellbaren Hebel 9 gewährleistet. Der an der Leitung 19 meßbare Luftdruck ist nach dem vorher Gesagten eine Druckgröße, welche der Kraft des Wirkdruckes auf die Membran 1 das Gleichgewicht hält und somit eine lineare Funktion des Wirkdruckes. Der Verstärker 28 hat außer der oben beschriebenen Aufgabe der Rückkopplung des ausgesteuerten Luftdruckes in dem Druckraum 11 noch den Zweck, die durch die Vordrossel 22 über die Düse 16 in die Meßleitung 19 gelangende Preßluftmenge durch die einströmende Menge aus der Druckleitung 35 wesentlich zu verstärken. Die Verstärkung beträgt, wie bekannt, ungefähr das Zwanzigfache. Hierdurch wird erreicht, daß die Meß leitung 19 bis zu dem Druckanzeiger, welcher in Durchflußeinheiten geeicht wird, sehr lang sein kann, ohne daß die Zeitkonstante der gesamten Anlage unerträglich groß wird.A constant control sensitivity of the baffle plate 15 is not adjustable Lever 9 guaranteed. The air pressure that can be measured at the line 19 is, according to what has been said above Pressure variable, which keeps the force of the effective pressure on the membrane 1 in equilibrium and thus a linear function of the differential pressure. The amplifier 28 also has the function described above the feedback of the modulated air pressure in the pressure chamber 11 still serves the purpose that through the throttle 22 through the nozzle 16 in the measuring line 19 reaching compressed air volume to increase the amount flowing in from the pressure line 35 significantly. The gain is as known, about twenty times as much. This ensures that the measuring line 19 up to the pressure indicator, which is calibrated in flow units, can be very long without the Time constant of the entire system becomes unbearably large.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Pressure transducer for flow measurement, in which the effective pressure at the bluff body of the flow line in an overpressure above the atmospheric air pressure is converted by making the differential pressure a rotation of a Axis causes the opposite direction of rotation of a compensating acting on a pressure system connected to a compressed air source is influenced, the baffle plate of an Aueströmdüse this pressure system controls, and the air flowing out of this nozzle a pressure indicator is supplied, characterized in that the axis of rotation (6) has two radial Has lever arms (9, 10) on which the movable ends of two are positively or non-positively attack expandable pressure vessels (bellows 11, 12) forming part of the compressed air system, one of which (12) in its effective cross-section is a multiple of the other (11) and a ratio slide (14) on the associated lever arm (10) of the The axis of rotation acts while the movable end of the smaller vessel (11) is immediate and unchangeable engages on the associated lever arm (9) of the axis of rotation and inside this latter vessel, the baffle plate (15) for the also in this lying discharge nozzle (16) carries, and from the smaller vessel (11) the · Measuring line (19) goes off to the pressure indicator.

2. Measuring pressure transducer according to claim 1, characterized in that the compressed air inlet of the compressed air system of the inlet nozzle (20) is followed by a throttle (22), the one Control device (23 to 27) is assigned.

3. Measuring pressure transducer according to claims 1 and 2, characterized in that the for Pressure indicator leading measuring line (19) is assigned a volume amplifier (28), which with the rooms or lines of the compressed air system in front of and behind the discharge nozzle (16) connected.

1 sheet of drawings