HU182406B - Measuring cell, preferably for measuring small pressures or differences of pressures - Google Patents

Description

A találmány tárgya mérőcella, amely különösen kis nyomások, vagy nyomáskülönbségek mérésére való.

Az ipari méréstechnikában jelenleg használt nyúlásmérő ellenállásos elven működő nyomásmérőcellák mérőelemei a közepes és alacsony méréshatároknál (p < 150 bar) membrán típusúak. Ez azt jelenti, hogy a jelátalakítást végző nyúlásmérő ellenállásokat erre a membránra ragasztják. Általában a membránnak azonban a vastagság-átmérő viszonya különösen az alacsony méréshatároknál a linearitás szempontjából kedvezőtlen.

A nyúlásmérő ellenállásos elven működő mérőátalakítók körében (erő- és tömegmérők, nyomatékmérők, gyorsulásmérők) ezek a nyomásmérők a legkevésbé pontosak. Például, az erőmérési technikában használt mérőcelláknál még a h<0,05% hiba is előfordulhat. A jelenleg használatos nyomásmérőcelláknál ez a hiba a méréshatártól függően az alábbiak szerint alakul:

100—150 bar-nál a hiba ±0,25%,

10—25 bar-nál a hiba ±0,5%.

Az ennél alacsonyabb névleges nyomáshatárú nyomásmérőcelláknál a 0,1—5 bar határoknál ezek a hibák elérik, sőt némely típusnál meghaladják az 1%-os értéket is.

Abból következően, hogy az ismert nyomásmérőcelláknál a jelátalakítást végző nyúlásmérő ellenállásokat néhány tized milliméter vastagságú fém-membránra ragasztják, e típusok hődinamikai tulajdonságai is kedvezőtlenek.

Az ismert típusoknál a mérési elvből következően vékonyra kell készíteni a membránokat. Ezek elkészítése viszont gyártástechnológiai szempontból nehézségekkel jár. Ismeretesek olyan típusok — például a kereskedelemben „Baldwin Lima Hamilton” néven ismert nyomásmérőcella — amelynél ezt a problémát azzal igye5 keztek kiküszöbölni, hogy a nyomásátalakító részt külön darabokból készítették. A több darabból kialakított mérőelem hatásláncában viszont ezáltal hiszterézis és mérési bizonytalanság keletkezik, amelyek a hibákat növelik. További hiányosság ezeknél a konstrukcióknál, 10 hogy az illeszkedő felületeknél tömítési problémák lépnek fel, amelyek költséges megoldásokat igényelnek.

A 2 531 821 sz. NSZK-beli közzétételi iratból olyan nyomáskülönbségmérő cella ismerhető meg, amely hen15 geres házból áll, és ennek két homlokoldalát egy-egy membrán zárja le. A membránokra hat a kétféle nyomás, és ezek elmozdulni képes közlőrúdon át egymással mechanikusan vannak összekapcsolva. A közlőrúdhoz középen egykarú emelő csuklósán kapcsolódik. Az egy20 karú emelőhöz viszont rugalmas lap mereven van rögzítve, amelynek külső felületére nyílásmérő bélyegek vannak ragasztva. A mérőcellának a membránokkal és a rugalmas lappal határolt belső terében — az egykarú emelő és a közlőrúd járataiban is — összefüggő folya25 déktöltet van.

Hiányossága a fenti javaslatnak, Hogy nyomásfelvevő elemként két membránt is kell alkalmazni, így a cella viszonylag bonyolult és drága. Továbbá, az alapnyomás az ilyen kivitelnél a bélyegekkel ellátott rugalmas lapra is hat, ami pedig nem kívánatos.

A találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése.

A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően olyan mérőcella létrehozása, amely egyszerűbb és olcsóbb szerkezeti kialakítású, továbbá pontosabb mérést tesz lehetővé még kisebb nyomások, ill. nyomáskülönbségek esetén is, mint az ismert megoldások.

A találmány alapgondolata az a felismerés, hogy a kitűzött feladat megoldódik, ha a nyomásmérést, ill. a nyomáskülönbségmérést úgy végezzük, hogy a nyomással arányos erőt a közvetlenül nyomás alatt álló közvetítőelemről elvezetjük és azt szilárdságilag tetszés szerinti módon méretezhető olyan elemen pl. mérőgerendán detektáljuk, azaz érzékeljük, amely közvetlenül nem érintkezik a njfomótérrel, ill. nyomóterekkel.

A találmány tehát mérőcella főleg kis nyomások és nyomáskülönbségek mérésére, amelynél házban kiképzett nyomójerét) iljeXve‘a különböző nyomás alatti két nyomóteret legalább részben membránszerű elem határol, illetve választ el, továbbá a membránszerü elem a nyomással, ill. nyomáskülönbséggel arányosan elmozdulni képes közvetítőelemen át olyan mérőelemmel van kapcsolatban, amely nyúlásmérő ellenállással van ellátva. A találmány lényege, hogy a közvetítőelem merev elem, mely a nyomóteret részben határolja, illetve a két nyomóteret részben elválasztja és amely rúdszerű elemként kialakított mérőelem közbenső részével — a közvetítőelem elmozdulásakor a mérőelemet külpontosán csavarni képes — merev kapcsolatban van, ahol a mérőelem két vége a házzal merev kapcsolatban van.

Nyomáskülönbségmérőcelláknál célszerű az olyan kivitel, amelynél a rúdszerű mérőelem és a korongszerű közvetítőelem nyakon át van merev kapcsolatban, amelynél a nyak a házhoz kétoldalt membránszerű kikötőelemen át kapcsolódik.

A mérési pontosság tovább fokozható azzal, ha a rúdszerű mérőelemet a nyúlásmérő ellenállások körzetében feszültséggyűjtő bemélyedésekkel, ill. nyílásokkal látjuk el.

Különösen kompakt és pontos kivitelt nyerünk, ha az egész mérőcellát egyetlen darabból alakítjuk ki.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti megoldás két példakénti kiviteli alakját tüntettük fel.

A rajzon:

Az 1. ábra a találmány szerinti nyomáskülönbségmérőcella példakénti kiviteli alakjának oldalnézete;

A 2. ábra nézet, az 1. ábrán A nyíl irányában tekintve (90°-kal elforgatva!);

A 3. ábra az 1. ábrán III—III vonal mentén vett metszet ;

A 4. ábra az 1—3. ábrák szerinti megoldás perspektivikus képe, részben kitörve;

A 4/A ábra a 4. ábra szerinti megoldás változata;

Az 5. ábra a találmány szerinti nyomásmérőcella példakénti kiviteli alakja oldalnézetben;

A 6. ábra az 5. ábrán VI—VI vonal mentén vett metszet;

A 7. ábra az 5. ábrán VII—VII vonal mentén vett metszet;

A 8. ábra az 5—7. ábrák szerinti megoldás perspektivikus képe, részben kitörve.

A rajzon hasonló részleteket azonos hivatkozási számokkal jelöltünk. .

Amint az 1—4. ábrákon látható, a találmány szerinti nyomáskülönbségmérőcella 1 házában 2 és 3 nyomóterek vannak kialakítva. A 2 nyomótér nyomását p-vel, a 3 nyomóterét viszont ρ+Δρ-vei jelöltük. Az 1 ház kétoldali 4 homlokfelületein a csatlakozáshoz menetes 5 furatokkal van ellátva.

A 2 és 3 nyomótereket részben a jelen esetben patkóalakú membránszerű 6 elem választja el, amely belső szélével korongszerű, merev 7 közvetítőelemhez csatlakozik. A merev 7 közvetítőelem tehát a jelen esetben egyrészt ugyancsak térelválasztóként, másrészt a nyomáskülönbség (Δρ) hatására, az azzal arányos elmozdulást közvetíteni képes elemként szerepel. Ezt az elmozdulást a membránszerű 6 elem teszi lehetővé (az elmozdulást a 3. ábrán szaggatott vonallal jelöltük).

A 7 közvetítőelem a találmány szerint rúdszerű 8 méröelem közbenső részével merev kapcsolatban van, mégpedig úgy, hogy a 7 közvetítőelem elmozdulásakor a 8 mérőelem külpontos csavarást szenvedjen. A rúdszerű 8 mérőelem két vége viszont az 1 házzal van merev kapcsolatban.

Az 1—4. ábrák szerinti kivitelnél a 8 mérőelem a korongszerű 7 közvetítőelemmel 9 nyakon át kapcsolódik mereven. A 9 nyak az 1 házhoz kétoldalt membránszerű kikötőelemen át kapcsolódik.

Amint a rajzból jól kivehető, a jelen esetben az egész nyomáskülönbségmérőcella egyetlen darabból van kialakítva, amivel a kísérleti tapasztalataink szerint igen kompakt, egyszerű, üzembiztos és nagypontosságú kivitelt nyerünk. A Ί közvetítőelem vastagságát 6 mm-re, a membránszerű 6 elem és a 10 kikötőelem vastagságát pedig 0,5 mm-re választottuk. A 10 kikötőelemeket és a rúdszerű 8 mérőelemet is kimunkálással alakítottuk ki. A 8 mérőelem a jelen esetben 6 mm-es négyzetszelvényű rúd.

A rúdszerű 8 mérőelemet a két végétől kezdődő axiális furattal láttuk el (itt ezek átmérője 5 mm) az ismert, felragasztott nyúlásmérő 12 ellenállások körzetében. Ezeknek az a rendeltetésük, hogy feszültséggyűjtő helyekként szerepeljenek, és a mérőcella mérési pontosságát (érzékenységét) növeljék.

Működéskor tehát a Δρ nyomáskülönbség hatására a 7 közvetítőelem mintegy a membránszerű 10 kikötőelemek középsíkja és a 7 közvetítőelem 13 szimmetriatengelye által kimetszett elméleti 14 tengely körül a szaggatott vonallal jelölt helyzetébe mozdul el (3. ábra). [Megjegyezzük, hogy mivel a 7 közvetítőelem merev, így az egyúttal a nyomáskülönbséget (Δρ) koncentrálja is.] A Δρ nyomáskülönbség tehát mintegy koncentrált erőként B karon az elméleti 14 tengelyre nézve Δρ · B hajlítónyomatékot ad át a 8 mérőelemnek, amelyben az külpontos (excentrikus) csavarást ébreszt. így a nyúlásmérő 12 ellenállások deformációjához szükséges nyúlásokat a 8 mérőelem felső övében (3. ábra) nyíróerők hozzák létre.

A jelátalakítást végző nyúlásmérő 12 ellenállásokat hordozó deformálódó 8 mérőelem és a részben térelválasztó szerepű korongszerű 7 közvetítőelem funkciója tehát elkülönül.

Lényeges előny, hogy a membránszerű 6 elem deformációja és a 7 közvetítőelem elmozdulása viszonylag kicsi, ami annak köszönhető, hogy a 7 közvetítőelem a rúdszerű 8 mérőelemmel ki van támasztva.

Természetesen a 7 közvetítőelem és a 8 mérőelem készülhet más geometriai kialakításban, és külön elemként is, amelyek azután mereven vannak összekötve.

Járulékos előny, hogy a nyúlásmérő 12 ellenállások nincsenek közvetlen kapcsolatban a mérendő közeggel, így a mérőcella belső terének hőtehetetlenségi hatása jobban érvényesül.

A 4/A ábrán az 1—4. ábrák szerinti nyomáskülönbségmérőcella olyan változata látható, amelynél az eltérés mindössze annyi, hogy a rúdszerű 8 mérőelem kulcslyukszerű 15 nyílásokkal van ellátva. (Az egyéb részletek megegyeznek.)

Az 5—8. ábrákon a találmány szerinti nyomásmérőcella példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. Ennek ugyancsak hengeres 1 háza, abban kiképzett egyetlen 2 nyomótere, és a csatlakoztatáshoz menetes 5 furata van. A 2 nyomóteret körgyűrűalakú membránszerű 6 elem és ezzel kapcsolatban levő, merev korongszerű 7 közvetítőelem együtt zárja le.

A 7 közvetítőelem excentrikusán elrendezett rúdszerű 8 mérőelem közbenső részével mereven össze van kötve, a 8 mérőelem két vége viszont az 1 házzal van merev kapcsolatban. A 8 mérőelem feszültséggyűjtő 16 furatokkal van ellátva a nyúlásmérő 12 ellenállások alatti részén (6. ábra).

Az 5—8. ábrák szerinti nyomásmérőcella működésmódja hasonló az 1-4. ábrák szerinti megoldáséval. A merev 7 közvetítőelem koncentrálja a 2 nyomótér p nyomását, és a nyomás hatására a szaggatott vonallal jelölt helyzetébe mozdul el, miközben a membránszerű 6 elem rugalmasan deformálódik (7. ábra). Mivel a 7 közvetítőelem mereven össze van kapcsolva a 8 mérőelemmel, az viszont két végén az 1 házhoz ki van kötve, a 7 közvetítőelem az elméleti tengely körül billen fel. Ezzel a felbillenésével a 7 közvetítőelem külpontos csavarást ad a 8 mérőelemnek, amelynek a külső övében fellépő deformációt érzékelik azután a nyúlásmérő 12 ellenállások.

Az 5—8. ábrák szerinti kivitelt a jelen esetben egyetlen darabból készítettük, amellyel a fentebb már említett előnyök járnak.

Claims (4)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Mérőcella főleg kis nyomások, illetve nyomáskü5 lönbségek mérésére, amelynél házban kiképzett nyomóteret, illetve két különböző nyomású nyomóteret részben membránszerű elem határol, illetve választ el, valamint a membránszerű elem a nyomással, ill. nyomáskülönbséggel arányosan elmozdulni képes közvetítőelemen át 10 nyúlásmérő ellenállással ellátott mérőelemmel van kapcsolatban, azzal jellemezve, hogy a közvetítőelem (7) részben a nyomóteret (
2. 2) lezáró, illetve a nyomótereket (2, 3) elválasztó merev elem, amely rúdszerű elemként kialakított mérőelem (8) közbenső részével — a közve15 títőelem (7) elmozdulásakor a mérőelemet (8) külpontosán csavarni képes — merev kapcsolatban van, ahol a rrérőelem (8) két vége a házzal (l) van merev kapcsolatban. (Elsőbbsége: 1982. X. 19.)

   20 2. Az 1. igénypont szerinti mérőcella kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a közvetítőelem (7) korongszerű elem, amely a mérőelemmel (8) nyakon (9) át van mereven összekötve, ahol a nyak (9) a házhoz (1) kétoldalt membránszerű kikötőelemen (10) át kapcsolódik. (Mó25 dosítási elsőbbsége: 1982. XII. 13.)
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti mérőcella kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a nyúlásmérő ellenállás (12) körzetében a mérőelem (8) feszültséggyűjtő furatok-

   30 kid (11, 16), illetve nyílással (15) van ellátva. (Elsőbbsége: 1982. X. 19.)
4. 4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti mérőcella kiviteli alakja, azzaljellemezve, hogy az egész mérő-

   35 ce 11a, azaz a membránszerű elem (6), a közvetítőelem (7), a nyak (9), a mérőelem (8) és a kikötőelemek (10) egyetlen darabból vannak kimunkálva. (Elsőbbsége: 1982. X. 19.)