DK143668B - Membran til en trykfoeler - Google Patents

Description

143668

Opfindelsen angår en membran til en trykføler og af den i krav 1's indledende del angivne art.

En trykføler med en sådan membran er f.eks. kendt fra DE-AS 2.156.959. Ved sådanne kendte membraner er det en 5 ulempe, at der ved temperaturstød, f.eks. ved trykmålinger i et luftformigt medium, hvis temperatur som følge af forbrændingsprocesser eller kompressionsfænomener hurtigt tiltager, opstår deformeringer, der belaster kraftmåleelemen-tet, hvorved der kan opstå falske tryksignaler.

•(0 Det er også kendt foran membranen at anbringe en var- mebeskyttelsesplade til beskyttelse af membranen mod for høje temperaturstød. I dette tilfælde kan der mellem var-mebeskyttelsespladen og membranen være udformet en radial not, der udfyldes med en varmebeskyttelsespasta. Den yder-15 ligerevarmebeskyttelsesplade forøger imidlertid fremstillingsomkostningerne i væsentlig grad.

Formålet med opfindelsen er at frembringe en membran til en trykføler, ved hvilken de af hurtige temperaturændringer betingede deformeringer er yderst ringe, og som er 20 i stand til at tåle såvel høje tryk som temperaturstød.

Ifølge opfindelsen er dette opnået ved den i krav 1's kendetegnende del angivne udformning. Denne gør det for første gang muligt i vid udstrækning at eliminere de af tempeiaturstød frembragte indvirkninger på målenøjagtighe-25 den inden for det betragtede måleområde, uden at der kræves varmebeskyttelsesplader eller lignende foranstaltninger.

Dette skyldes den virkemåde, membranen ifølge opfindelsen har, og som forhindrer, at der opstår sådanne kræfter, som kan medføre kraftoverføringsstemplet påvirkende kræfter, 30 der ikke hidrører fra det tryk, som skal måles, hvorved faren for, at der skal frembringes falske tryksignaler elimineres .

Fordelagtigt kan udformningen yderligere være som angivet i krav 2, hvilket medfører den fordel, at det er mu-35 ligt at foretage efterkorrektion af trykfølerens karakteristik, hvorved f.eks. fremstillingstolerancer kan udlignes på den færdigt monterede trykføler.

2 143668

Udformningen kan desuden ifølge opfindelsen være som angivet i krav 3, hvorved der under særlige driftsbetingelser kan opnås en bedre linearitet mellem trykpåvirkning og tryksignal.

5 Endvidere kan ifølge opfindelsen udformningen være som angivet i krav k. Et sådant udfyldningslegeme forhindrer, at de elastiske rørelementer bøjer sig som følge af trykket i det medium, hvis tryk måles. Dette udfyldningslegeme har således et andet formål, end de foran nævnte not-10 fyldninger, der skal forhindre varme luftarter i at trænge ind i en ringspalte, og har i stedet en mekanisk støttefunktion. Ifølge opfindelsen kan udformningen imidlertid i stedet for eller desuden være som angivet i krav 5, hvilket også medfører en termisk beskyttelse af ringnoternes' inder-15 ste dele.

Ydermere kan ifølge opfindelsen udformningen være som angivet i krav 6. Denne metalfolie overdækker ringnoterne udadtil og medfører en glat membranoverflade, hvorved aflejring af forbrændingsefterladenskaber, der ellers kan med-20 føre uønskede ændringer i trykfølerens følsomhed, forhindres .

Særlig fordelagtigt kan det endvidere være, såfremt udformningen også er som angivet i krav 7, hvorved det sikres, at membranens inden for den indvendige ringnot væren- 2.5 de del stadig kan udøve et jævnt fordelt tryk på stemplets endeflade, medens der ved større indtrykninger kan opstå fare for et skævt anlæg med ændring af lineariteten mellem de påvirkende tryk og måleresultaterne som følge.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forkla-30 ret under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et tværsnit gennem en trykføler med en membran ifølge opfindelsen, fig. 2 et tværsnit gennem en almindelig kendt membran, der udsættes for en hurtig temperaturstigning, 35 fig* 3 et tværsnit gennem en udførelsesform for en membran ifølge opfindelsen, under tilsvarende omstændigheder , 3 143668 fig. ^ et tværsnit gennem en udførelse s form for en membran ifølge opfindelsen, under påvirkning af et medium-tryk p, fig. 5 et tværsnit gennem en membran ifølge opfindel-5 sen under påvirkning af et mediumtryk p ved meget stor deformer ing , fig. 6 et tværsnit gennem en membran ifølge opfindelsen efter korrektion af dens indre vulstben, fig. 7 et tværsnit gennem en membran ifølge opfindel-10 sen efter korrektion af dens udvendige vulstben, fig. 8 en til fig. 6 hørende omformerkarakteristik, fig. 9 en til fig. 7 hørende omformerkarakteristik, fig. 10 og 11 tværsnit gennem to yderligere udførelsesformer for en membran ifølge opfindelsen, 15 fig. 12 et tværsnit gennem endnu en udførelsesform for en membran ifølge opfindelsen med til træk påvirkede elastiske rørelementer, fig.13 en anden udformning for den i fig. 12 viste membran, men med en yderst smal ydre ringspalte, 20 fig. 1^ et tværsnit gennem en ændret udformning af den i fig. 1 viste membran, dog med meget smalle ringnoter og fig. 15 et tværsnit gennem en udførelsesform for en dobbeltringvulst-membran ifølge opfindelsen med yderst smal-25 le ringnoter.

Den i fig. 1 viste trykføler har et følerlegeme 1 med tætningsflanger 2. Inden for legemets væg 3 er et kraft-måleelement 6 med et kraftoverføringsstempel 5 på kendt måde under forspænding fastgjort gennem en elastisk spænde-30 bøsning 8 med en montageflange 9. Den midtanbragte signalledning 7 fører fra kraftmåleelementet 6 til en ikke vist stikker eller anvendes direkte som måleledning. Kraftmåle-elementet 6 kan udgøres af et piezoelektrisk, et piezore-sistivt, et ohmsk, et kapacitivt eller et induktivt system, 35 idet betingelsen er ens lineær sammenhæng mellem den påvirkende kraft og målesignalet samt en stor stivhed i måleretningen. Dette er særlig af betydning ved måling af meget høje dynamiske tryk ved ballistiske målinger og inden

If

14366S

for sprængstofkemien. De inden for sådanne anvendelsesområder optrædende trykimpulser kan opvise amplituder på 100 til 10.000 bar og med en varighed på blot få millisekunder.

For meget høje trykamplituder gøres kraftoverføringsstemplet 5 5's diameter D1 sædvanligvis mindre end kraftmåleelementet 6's diameter. Væggen 3's inderside indsnævres i sådanne tilfælde tilsvarende til en anlægsflange lf med diameteren D^.

Ved dimensioneringen af denne flange if kan den ringformede væg 3's elasticitet vidtgående tilpasses elasticiteten af 10 kombinationen kraftoverføringsstemplet 5 ~ kraftmåleelementet 6. Trykfølerens membran 15 er udformet i ét stykke som en på begge sider plan bearbejdet plade. Den kan imidlertid også bestå af flere delstykker, der ved inden for forbindelsesteknikken kendte metoder er forbundne til dannelse af et 15 enkelt element. Membranen 15 er på kendt måde forbundet med anlægsflangens og kraftoverføringsstemplet 5's ligeledes i et plan beliggende membrananlægsflader 1 if. Membranen har på sin inderside en indvendig ringnot 17, der ligger ud for og i den viste udførelsesform har samme bredde som den mel-20 lem kraftoverf øringsstemplet 5 og anlægsflangen if dannede ringspalte 19· Membranen 15's tykkelse "h" står i et bestemt forhold til væggen 3rs diameter D, hvilket forhold yderligere er afhængigt af maksimaltrykket p og fremstillingsmåden.

I den i fig. 1 viste udførelsesform er valgt et forhold på 25 omkring 1:5, der dog kan afviges. Det ejendommelige ved membranen ifølge opfindelsen består i den måde, hvorpå den fornødne elasticitet er opnået under samtidig sikring af den høje trykstyrke, nemlig ved en sådan udformning af en udvendig ydre ringnot 16, den indvendige ringnot 17 og en ud-30 vendig indre ringnot 18, at de to udvendige ringnoter 16 og 18 mellem sig begrænser en ringvulst 21, der i sig optager den indvendige ringnot 17 og derved danner to elastiske rørelementer 20, hvis dimensioner er nøje definerede af deres vægtykkelser og S2 og er let reproducerbare. De tre ring-35 noter kan fremstilles såvel ved mekaniske, kemiske, gnist-errosionstekniske eller andre bearbejdningsmetoder. Alt efter ringnoternes bearbejdningsdybde t^ og t^ kan rørelemen- 5 143668 terne 20 ' s elastiske længde tilpasses de til enhver tid optrædende krav. Yderligere tilpasning af elasticiteten kan opnås ved ændring af de elastiske rørelementers tykkelser og Sg, der dog hør være forskellige. Ved anvendelse af 5 særlige fremstillingsmetoder kan disse ringnoter 16, 17 og 18 frembringes yderst hurtigt og dybe.

I fig. 2 er vist den membranen omfattende del af en i handelen forekommende trykføler til samme brug. Den heri indgående ringformede plademembran 26 er som sædvanligt dan-10 net mellem en membranyderring 25 og en membranmidterdel 27 og er parallel med disse to deles i samme plan beliggende overflade. Under påvirkning af et temperaturstød Δt vil plademembranen 26 søge at kaste sig i retning mod målemediet, hvilket medfører, at der på midterdelen 27 og dermed 15 på kraftmåleelementet optræder en aflastningskraft P, som overlejres det samtidigt optrædende tryksignal som en fejl.

Det målte tryk bliver således mindre end det i virkeligheden optrædende. Da sådanne kastninger til tider kan vedvare væsentligt længere end den optrædende trykoperation, 20 kan målesignalet yderligere overlejres med en uønsket nulpunkt s for skydning.

I fig. 3 er vist, hvorledes en tilsvarende påvirkning, som den i fig. 2 angivne, indvirker på en membran ifølge opfindelsen. Under påvirkning af temperatur stødet vil den 25 her viste ringvulst 31's elastiske rørelementer 30 kaste sig i retning mod målemediet. De derved opstående kræfter P holder dog hverandre i ligevægt, så at der så at sige ikke vil fremkomme fejlkræfter i kraftmåleelementets aksial-retning. Forløbet af en eksplosion kan således optages uden 30 fejl som følge af en samtidig i målemediet optrædende temperaturstigning. Ringvulsten 31's to elastiske rørelementer 30, der begge står vinkelret på eller på det nærmeste vinkelret på membranoverfladen, medfører således vidtgående kompensation for temperaturindflydelser fra målemediet.

35 I fig. k er vist en membranudformning ifølge opfin delsen under påvirkning af et mediumstryk p. Trykfølerens 6 ί43β*8 her med h3 betegnede vægs længdeelasticitet er ideelt saledes afpasset efter kraftoverføringsstemplet 1*5 og kraftmåle-elementet, at membrananlægsfladen ^5 ligger i et plan. Som eneste deformering bøjer den her med 1*1 betegnede ringvulsts 5 elastiske rørelementer hO sig noget indad mod hinanden. Mediumstrykket p opdeles i målekraften P og støttekraften T.

Der er således sikret et liniært forhold mellem p og P og således opnået idealtilstand.

I fig. 5 er en afvigelse fra idealtilstanden vist i 10 overdreven størrelse. Afstemningen mellem den her med 53 betegnede ringvulsts elasticitet og elasticiteterne af kraft-overføringsstemplet 55 og kraftmåleelementet er en sådan, at der under driftstrykket p opstår en nedtrykning f på et par^Um. Vulsten 51 med de elastiske rørelementer 50 kan 15 uden videre tilpasse sig en sådan nedtrykning. Bliver ned-trykningen f imidlertid større end f.eks. 10 /Jim, vil ring-vulsten 51's udbøjning dog medføre en forskydning af det resulterende anlægspunkt, hvilket ville give en ændring af det lineære forhold mellem p og P. En sådan fejl kan imid-20 lertid afhjælpes ved en korrektion af den færdigtmonterede føler, således som det vil fremgå af det følgende.

I fig. 6 er vist et andet delsnit gennem en trykføler med en membran ifølge opfindelsen. Denne står under et driftstryk p, men uden at der i membrananlægsfladen 6k op-25 står nogen nedtrykning. Ringvulsten 61's elastiske rørelementer 60 har uens vægtykkelse, idet inderbenet er væsentligt tyndere end yderbenet S^· Dette medfører, at ringvulsten 61 i ringe grad er buet indad. Denne ændring bevirker en forskydning af sumkraftvektoren Pr fra den viste di-30 ameter D^ indad til den ligeledes viste diameter D^. Dette bevirker igen, at målekraften P degressivt tiltager med tiltagende tryk p.

Fig. T viser den modsatte korrektion af den i fig.

6 viste. Her er det den elastiske ringvulst 71's udvendige 35 rørelement 70, som er gjort tyndest, så at ringvulsten 71 ved tiltagende tryk p vil forskyde sig lidt udad, hvorved τ 143668 sumkraftvektoren Pr ligeledes forskydes udad altså fra Dg til D^.. Dette bevirker, at målekraften P tiltager progressivt med tiltagende tryk p.

I fig. 8 er vist den til fig. 6 svarende omformerka-5 rakteristik. Korrektionen af ringvulsten 61’s inderste rørelement 60 har bevirket en affladning af kalibreringskurven, dvs. en reduktion af stigningen a1 til a2. Ordinaten E angiver følsomheden, der f.eks. kan måles som pC/bar eller mV/bar, medens abscissen angiver trykområdet p f.eks. i bar.

10 I fig. 9 er vist en til fig. 7 svarende omformerka rakteristik. Korrektionen af ringvulsten T1's udvendige rørelement 70 har bevirket en opretning af kalibreringskurven, dvs. en forøgelse af stigningen fra a1 til a2.

Fig. 10 viser en variant af den i fig. 1 viste mem-15 bran, ved hvilken de elastiske rørelementer 100 mellem 9ig danner en vinkel β. Bortset derfra er ringvulsten 101 udformet som ved membranudformningen ifølge fig. 1.

Fig. 11 viser en yderligere variant af en membran ifølge opfindelsen, ved hvilken den indvendige ringnot 112 20 er således udfyldt med et fyldlegeme, at en uønsket indbøj-ning af de elastiske rørelementer 116 forhindres. Til beskyttelse af de udvendige ringnpter 110 og 113 mod tilsmudsning med forbrændingsrester kan de være udfyldte med et ef-tergiveligt metal, f.eks. bly eller tin, eller med et egnet 25 formstof eller et lignende materiale. Yderligere er det imidlertid også muligt at overdække membranoverfladen med en tynd metalfolie 1 14-, der på i og for sig kendt måde er fastholdt til membranen, enten direkte forbundet med membranpladen eller ved hjælp af en ring 115.

30 Fig. 12 viser en yderligere udformning for en mem bran ifølge opfindelsen, ved hvilken membranpladen er anbragt vendt 180° i forhold til den i fig. 1 viste stilling.

Den midterste ringnot 120 er i dette tilfælde åben i retning mod målemediet, og ringvulsten 121 er rettet ind mod 35 følerens ringspalte. Også denne udførelsesform medfører de foran beskrevne fordele.

8 1436B8

Fig. 13 viser en ændring af den i fig. 12 viste udførelsesform. I dette tilfælde er ringvulsten 131's mod mediet rettede ringnot 130 udformet som en tynd spalte. Fremstillingen af en sådan membran foregår mest fordelagtigt på 5 almindelig kendt måde ved hjælp af kemiske, gnisterrosive eller svejsetekniske midler. Den smalle ringnot 130 er særlig egnet til udfyldning med en halvelastisk masse.

Fig. 1^ viser den ændring af den i fig. 1 viste udførelsesform, at alle tre ringnoter 1U1 , ']h2 og 1^3 er yderst 10 smalle og dybe. Også i dette tilfælde kan der anvendes forskellige bearbejdningsmåder til opnåelse af en membran i et stykke.

Endnu en udførelsesform for membranen ifølge opfindelsen er vist i fig. 15. Ved denne udførelsesform er fle-15 re, som vist to, ringvulster150 og 151 udformede inden for hinanden. En sådan udformning giver en særlig stor bøje-elasticitet af membranen i forbindelse med stor trykstyrke af denne. Den yderst sammentrængte konstruktion med de smalle noter muliggør anvendelsen af to eller flere ring-20 vulster inden for hverandre og frembragte på en af de nævnte måder.

De på tegningen beskrevne udførelsesformer for membranen ifølge opfindelsen frembyder særlige fordele som følge af, at de bøjningselastiske partier ikke mere, som tid~ ligere sædvanligt, er anbragt parallelt med membranoverfladen, men på det nærmeste under en ret vinkel med denne. Ved anvendelsen af mindst to over for hinanden liggende rørformede elastiske partier ophæves temperaturindflydeisen fra. mediet på membranen næsten helt. Ved uens udformning af 30 de elastiske rørelementers tykkelser kan trykfølerens kalibreringskurver indstilles, og det er derfor muligt at opnå enhver ønsket korrektur af lineariteten på de færdige følere ved skridtvis efterbearbejdning. Ved anvendelse af ny bearbejdningsteknik kan smalle og dybe noter frembringes 35 udgående fra begge membranpladens to sider og således, at de er nøjagtigt repeterbare og har nøje definerede over- 143668 9 gange til kraftoverføringsfladerne. Det har vist sig, at en eventuel opfyldning af ydernoterne med forbrændingsrester ikke giver nogen ændring i måleresultaterne. På den anden side er det uden vanskelighed muligt at forhindre 5 en sådan opfyldning, idet noterne kan udstøbes med efter-givelige masser. Som følge af de store hæfteflader er der kun ringe fare for, at udstøbte masser vil kunne løsne sig, uanset om det drejer sig om metal eller om keramikbundet formstof. Det er imidlertid også uden videre muligt at 10 overdække membranforsiden med en tynd metalfolie, der kan være flad eller let hvælvet. Ved udformning af flere ring-vulste i harmonikaform kan der opnås så at sige en hvilken som helst ønsket elasticitet. Opfindelsen giver således nye muligheder for gennem en lang tid nøjagtigt og repeter-15 bart at måle trykoperationer med høje amplituder under samtidig optræden af høje temperaturstød.

Claims (3)

143668 Patentkrav.

1. Membran til en trykføler, der har et i et rørformet hus (3) anbragt kraftmåleelement (6), som er adskilt fra det medium, hvis tryk skal måles, ved hjælp af membranen 5 (15), der aflukker huset ved dettes frontende, og som på sin bort fra kraftmåleelementet (6) vendende side er udformet med mindst en således koncentrisk med membranen anbragt udvendig ringnot (16 og 18), at membranens (15) inden for ringnoten beliggende område gennem et kraftoverføringsstempel 10 (5) overfører en med mediets tryk proportional kraft til kraftmåleelementet (6), medens dens uden for ringnoten (18) eller ringnoterne (16 og 18) værende område er tæt forbundet med en dertil bestemt, fra kraftoverføringsstemplet ved en ringspalte (19) adskilt anlægsflade (k) på huset (3), 15 kendetegnet ved, at der i membranen (15) udgående fra den del af dennes mod kraftmåleelementet (6) vendende overflade, der er beliggende ud for ringspalten (19), er udformet mindst en med membranen (15) koncentrisk indvendig ringnot (19), at det samlede antal ringnoter (16, 18 og 19) 20 udgør et ulige antal, og at ringnoterne (16, 18 og 19) er således indbyrdes anbragte, og hver har en dybde (t^ og t^), som er så meget større end membranens (15) halve tykkelse (h), at der ved hjælp af ringnoterne (16, 18 og 19) er dannet mindst to koncentriske, elastiske og vinkelret på mem-25 branoverfladen stående rørelementer (20).

2. Membran ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de elastiske rørelementer (20, 60 eller 70) er således dannet, at de er efterbearbejdelige på den færdigt monterede trykføler.

3. Membran ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at de elastiske rørelementer (100) er dannede af koniske rørafsnit med en konusvinkel (8), der er mindre end 20°.