DE1924183C

DE1924183C - Measuring insert with metal bellows and coupled, provided with strain gauges spiral spring in pot-like Ge house, preferably for installation in the pressure chamber of a differential pressure system

Info

Publication number: DE1924183C
Authority: DE
Inventors: Harald 7501 Etzenrot Ulrich Peter 7500 Karlsruhe Fritz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-08-05

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßeinsatz mit Metallfaltenbalg und angekoppelter, mit Dehnungsmeßstreifen versehener Biegefeder in topfartigem Gehliiise, der vorzugsweise zum Einbau in den Druekraum eines Dillerenzdruckmeßsystems vorgesehen ist, In den mit Vorlagemembranen oder -biilgen gegen dus Meßmedium abgeschlossenen, fUissigkeitsgefiillten Gehüusen von bekannten Differenzdruckmeßsyatemen ist als Meßorgan ein an einem Ende ofl'ener, am anderen Ende geschlossener Metall- jo faltenbalg angeordnet, der von innen und außen mit Drücken zur DilTerenzdruckbildung beaufschlagt und dessen geschlossenes Ende mit einer Biegefeder oder einem ähnlichen Biegeelement gekoppelt ist, welches Dehnungsmeßstreifen trügt, die in üblicher Weise in einer elektrischen Brückenschaltung liegen, aus der ein dem Diffcrenzdruck proportionales Signal abgeleitet werden kann. Sowohl der Metallfaltenbalg mit seinem offenen Ende als auch die Biegefeder an ihrer Basis sind fest in der Gehäusewand einzuspannen, was aufwendige konstruktive Maßnahmen zur Folge hat. Aul: das Gehäuse einwirkende hohe statische Drückt; sowie der Temperaturgang haben Relativ verschiebungen zwischen den Einspannpunkten von Balg und Biegefeder zur Folge, was sich in »5 von der Verschiebung des Einspannpunktes des Biegeelements herrührenden Meßfehlern nachteilig bemerkbar macht.The invention relates to a measuring insert with metal bellows and coupled with strain gauges provided spiral spring in a pot-shaped housing, which is preferably used for installation in the Druekraum a Dillerenzdruckmeßsystems is provided, in the with template diaphragms or -bile closed, liquid-filled housings of known differential pressure measuring systems against the measuring medium is as a measuring element a metal jo which is open at one end and closed at the other end arranged bellows, which pressurized from the inside and outside with pressure for the formation of dilTerential pressure and whose closed end is coupled to a spiral spring or a similar bending element, which Strain gauges, which are usually located in an electrical bridge circuit, are deceptive a signal proportional to the differential pressure can be derived. Both the metal bellows with its open end and the spiral spring at its base must be firmly clamped in the housing wall, which results in complex constructive measures. Aul: high acting on the housing static presses; as well as the temperature profile have relative shifts between the clamping points of bellows and spiral spring, which can be seen in »5 from the shifting of the clamping point of the Bending element originating measurement errors makes disadvantageously noticeable.

Es besteht demgemäß die Aufgabe, einen das vollständige Meßorgan enthaltenden Meßeinsatz zu schaffen, der in den Druekraum eines Differenzdrucksxstems eingesetzt werden kann und die obenerwähnten Nachteile, die bei der üblichen Befestigung von Balg und Biegefeder auftreten, nicht aufweist. There is accordingly the task of a measuring insert containing the complete measuring element create that in the pressure area of a differential pressure system can be used and the above-mentioned disadvantages with the usual fastening of bellows and spiral spring does not occur.

Als Lösung dieser Aufgabe wird ein Meßeinsatz mit Metallfaltenbalg und angekoppelter, mit Dehnungsmeßstreifen versehener Biegefeder in topfartigem Gehäuse angesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das topfartige Gehäuse mit einer Deckplatte aus für Biegefedern geeignetem Material versehen ist und daß die Deckplatte durch eine Ausnehmung geringer Breite in Form eines nicht ganz geschlossenen Kreisringes in eine äußere Ringscheibe, eine innere Kreisscheibe und einen diese beiden Teile verbindenden Steg aufgeteilt ist und daß der Steg zwischen äußerer Ringscheibe und innerer Kreisscheibe die Biegefeder bildet und daß die innere Kreisscheibe koaxial zur Fläche des Metallfaltenbalges angeordnet und kraftschlüssig mit diesen vcrbunden ist. Bei diesem vornehmlich aus rotationssymmetrischen und deshalb einfach herstellbaren Teilen aufgebautem Meßeinsatz ist die Biegefeder ein Teil der das Gehäuse des Meßeinsatzes abschließenden Deckplatte, die mit dem Rand des Gehäuses auf irgendeine bekannte Weise, beispielsweise mittels Schrauben, verbunden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsfornii wird die Deckplatte, die mit ihrem Rand am Rand des topfartigen Gehäuses aufliegt, mittels eines scheibenförmigen Druckstücks mit erhöhtem Rand gehalten, das zur Erzeugung des Anpreßdruckes mill einer Tellerfeder zusammenwirkt, deren Federcharakteristik so gewählt ist, daß die temperatur- oder druckbedingten Relativbewegungen in axialer Richtung von ihr bei annähernd, gleichbleibendem Anpreßdruck aufgenommen werden. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich der Einspannpunkt der Biegefeder so verschiebt, daß sich das Kopplunfisverhültnis von Biegefeder zu Metallfaltenbalg nachteilig ändert.As a solution to this problem, a measuring insert with metal bellows and a coupled, with strain gauges is provided provided spiral spring viewed in a pot-like housing, which is characterized is that the pot-like housing with a cover plate made of material suitable for spiral springs is provided and that the cover plate by a recess of small width in the form of a not quite closed circular ring into an outer ring disk, an inner circular disk and one of these The web connecting the two parts is divided and that the web is between the outer ring disk and the inner one Circular disk forms the spiral spring and that the inner circular disk is coaxial with the surface of the metal bellows is arranged and positively connected to these. In this primarily from rotationally symmetrical and therefore easy to manufacture parts built measuring insert is the spiral spring Part of the cover plate that closes the housing of the measuring insert and rests with the edge of the housing connected in any known manner, for example by means of screws. With a preferred Ausführungsfornii is the cover plate, which is with her Edge rests on the edge of the pot-like housing, by means of a disc-shaped pressure piece with increased Edge held, which cooperates to generate the contact pressure mill a disc spring, whose spring characteristic is chosen so that the temperature or pressure-related relative movements in the axial direction of it at approximately constant Contact pressure are recorded. In this way it is prevented that the clamping point the spiral spring moves so that the coupling ratio of the spiral spring to the metal bellows adversely changes.

Bei einer Weiterbildung des Meßeinsatzes gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausnehmung mindestens eine zum Mittelpunkt der Kreisscheibe gerichtete Ausbiegung aufweist und daß die Kreisscheibe unter Zwischenlage je eines dünnen PIImchens einerseits mit der Stirnfläche des Metallfaltenbalgs, andererseits mit einer Anschlagplatte vom Durchmesser der Krdsscheibe verbunden ist und daß die Abmessungen der dünnen Plättchen innerhalb der durch die Ausbiegung veränderten Umrißlinie der Kreisscheibe liegen, Damit ist auf einfache Weise ein Überlastschutz geschaffen, der die Biegefeder bei Auftreten von Überlastdrücken von der einen oder von der anderen Seite vor schädlicher Verformung schützt. Tritt eine Überlastung auf, so legt sich je nach Richtung des Überlastdruckes entweder die Stirnfläche des Metallfaltenbalges oder die Anschlagplatte an die durch die Ausbiegung gebildeten Lappen an und verhindert ein weiteres Durchbiegen der Biegefeder. Der Maximalhub der Biegefeder ist bei dieser Anordnung durch unterschiedliche Dicke der Zwischenlagen wählbar.In a further development of the measuring insert according to the invention it is provided that the recess has at least one bend directed towards the center of the circular disk and that the circular disk with the interposition of a thin PIImchen on one side with the front surface of the metal bellows, on the other hand is connected to a stop plate of the diameter of the Krdsscheibe and that the dimensions of the thin platelets are within the contour line changed by the bending the circular disk, so that an overload protection is created in a simple way, the spiral spring with the occurrence of overload pressures from one side or the other before harmful Deformation protects. If an overload occurs, depending on the direction of the overload pressure, either the end face of the metal bellows or the stop plate to the one formed by the bend And prevents the spiral spring from bending further. The maximum stroke of the spiral spring can be selected with this arrangement by different thicknesses of the intermediate layers.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 bis 4 Ausführungsbeispiele eines Meßeinsatzes und konstruktive Einzelheiten dargestellt und im folgenden erläutert.To explain the invention, FIGS. 1 to 4 embodiments of a measuring insert and structural details shown and explained below.

Fig. 1: Der hier gezeigte Meßeinsatz enthält in einem topfartigen Gehäuse 1 einen Metallfaltenbalg 2, auf dessen wirksame Fläche 3 die Drücke P₁ bzw. p., wirken. Auf einer Schulter 4 im Inneren des Gehäuses 1 liegt die kreisförmige Deckplatte 5 auf, die das Gehäuse nicht hermetisch abschließt. Die Deckplatte 5 ist, wie in F i g. 2 dargestellt, durch die Ausnehmung 6 in Form eines nicht ganz geschlossenen Kreisrings in drei Teile aufgeteilt, nämlich die äußere Kreisringscheibe 7. die innere Kreisscheibe 8 und einen die äußere Kreisringscheibe 7 mit der inneren Kreisscheibe 8 verbindenden Steg 9. Der Durchmesser der inneren Kreisscheibe 8 entspricht dem Durchmesser der Stirnfläche 3 des Metallfaltenbalgs 1. Die innere Kreisscheibe 8 ist mittels Schrauben mit der Stirnfläche 3 kraftschlüssig verbunden. Der Steg 9 bildet die Biegefeder, welche mit Dehnungsmeßstreifen 10 versehen ist. Er ist über die kreisförmige Ausnehmung 6 hinaus durch die beiden radial verlaufenden Ausnehmungen 11 verlängert, so daß für die Dehnungsmeßstreifen 10 eine genügend lange Zone mit definierter Biegebeanspruchung zur Verfügung steht.Fig. 1: The measuring insert shown here contains in a pot-like housing 1 a metal bellows 2, on the effective surface 3 of which the pressures P ₁ and p. Act . The circular cover plate 5, which does not hermetically seal the housing, rests on a shoulder 4 in the interior of the housing 1. The cover plate 5 is, as in FIG. 2, divided into three parts by the recess 6 in the form of a not completely closed circular ring, namely the outer circular ring disk 7, the inner circular disk 8 and a web 9 connecting the outer circular ring disk 7 to the inner circular disk 8 corresponds to the diameter of the end face 3 of the metal bellows 1. The inner circular disk 8 is non-positively connected to the end face 3 by means of screws. The web 9 forms the spiral spring, which is provided with strain gauges 10. It is extended beyond the circular recess 6 by the two radially extending recesses 11, so that a sufficiently long zone with a defined bending stress is available for the strain gauges 10.

Der Rand der äußeren Kreisringscheibe 7 der Deckplatte 5 kann beispielsweise durch Verschraubung oder Verschweißung mit dem Gehäuse 1 verbunden werden. Je nach verwendetem Material können bei dieser Art der Befestigung jedoch Einspannkräfte in die Deckplatte 5 eingeleitet werden, die sich nachteilig auf die Charakteristik der Biegefeder auswirken. Das gilt insbesondere für die durch die Einwirkung des Temperaturganges auftretende Relativverschiebung des Gehäuses 1 gegenüber dem Metallfaltenbalg 2 und der Deckplatte 5, welche eine nicht kontrollierbare Änderung der Einspannkräfte zur Folge hat. Zur Vermeidung dieses Effektes ist die Deckplatte 5 auf der Schulter 4 lose aufgelegt und wird von einem Druckstück 12 gehalten, das mit seinem erhöhten Rand auf die äußere Kreisringscheibe 7 der Deckplatte 5 drückt. Der AnpreßdruckThe edge of the outer circular ring disk 7 of the cover plate 5 can be screwed, for example or by welding to the housing 1. Depending on the material used, with this type of fastening, however, clamping forces are introduced into the cover plate 5, which are adversely affect the characteristics of the spiral spring. This applies in particular to those caused by the impact the relative displacement of the housing 1 with respect to the metal bellows 2 and the cover plate 5, which results in an uncontrollable change in the clamping forces Consequence. To avoid this effect, the cover plate 5 is placed loosely on the shoulder 4 and is held by a pressure piece 12, which with its raised edge on the outer circular ring disc 7 of the cover plate 5 presses. The contact pressure

wird mittels einer koaxial gelagerten Tellerfeder 13 erzeugt, die zwischen dem Druckstock 12 und einen diis Gchliuse 1. abschließenden und mit diesem verbundenen Deckel 14 eingespannt ist. Die Federchaiakteristik der Tellerfeder 13 ist so gewühlt, daß s dio durch Tenriperaturgang hervorgerufene Axialverschiebung von ihr aufgenommen werden, ohne daß sich der von ihr erzeugte Anpreßdruck wesentlich lindert Ein Meßeinsatz, wie beispielsweise der in Fig. 1 dargestellte, kann in dem entsprechend ausgebildeten Druckraum eines Druckmeßsystems eingesetzt werden, wobei über die öffnung 15 bzw. 16 die den Druck übertragende FLillilüssigkeit des Druckmeßsystems auf die Flüche 3 des Metallfaltenbalges 2 einwirken kann. Der Meßeinsatz ist so leicht austauschbar und kann bei Bedarf in ein und demselben Druckmeßsystem durch einen Meßeinsalz mit anderem Meßbereich ersetzt bzw. im Reparaturfall leicht ausgewechselt werden.is made by means of a coaxially mounted disc spring 13 generated between the printing block 12 and a diis Gchliuse 1. final and connected to this Lid 14 is clamped. The Federchaiakteristik of the plate spring 13 is rooted so that s the axial displacement caused by the tenriperature process be absorbed by it without the contact pressure generated by it being significantly increased A measuring insert, such as that shown in Fig. 1, can in the appropriately designed Pressure chamber of a pressure measuring system can be used, wherein via the opening 15 or 16 the pressure-transmitting fluid of the Pressure measuring system can act on the areas 3 of the metal bellows 2. The measuring insert is so easy interchangeable and can if necessary in one and the same pressure measuring system with a measuring salt can be replaced in another measuring range or easily exchanged in the event of repairs.

Das Meßorgan des Meßeinsatzes kann auf ein- ao fache Weise mit einem Überlastschutz versehen werden.The measuring element of the measuring insert can be ao can be provided with overload protection in several ways.

F i g. 3 und 4 zeigen eine derartige Anordnung. Die Ausnehmung 6 in der Deckplatte 5 weist zwei zu dem Mittelpunkt der Kreisscheibe 8 gerichtete as Ausbiegungen 17 auf. Die Kreisscheibe 8, die den gleichen Durchmesser wie die Stirnfläche 3 des Metallfaltenbalges 2 aufweist, ist einerseits unter Zwischenlage eines dünnen Plättchens 19 mit diesem, andererseits unter Zwischenlage eines ebensolchen dünnen Plättchens 19 mit einer Anschlagplatte 20 verbunden, deren Durchmesser ebenfalls dem der Kreisscheibe 8 entspricht. Wirkt ein Überdruck von der einen oder anderen Seite auf den Metallfaltenbalg 2, so wird die Biegefeder so weit ausgebogen, bis sich entweder die Stirnfläche 3 des Metallfaltenbalgs 2 oder die Anschlagplatte 20 gegen die infolge der Ausbiegung 17 an der äußeren Kreisringscheibe 7 gebildeten Lappen 18 anlegt und somit eine Beschädigung der Biegefeder verhindert.F i g. 3 and 4 show such an arrangement. The recess 6 in the cover plate 5 has two The bends 17 directed towards the center of the circular disk 8. The circular disk 8, which the the same diameter as the end face 3 of the metal bellows 2 is on the one hand below Interposition of a thin plate 19 with this, on the other hand with the interposition of a similar one thin plate 19 connected to a stop plate 20, the diameter of which is also that of the Circular disk 8 corresponds. If there is overpressure from one side or the other on the metal bellows 2, the spiral spring is bent out until either the end face 3 of the metal bellows 2 or the stop plate 20 against the deflection 17 on the outer circular ring disk 7 formed tabs 18 and thus prevents damage to the spiral spring.

Claims

Patent claims:

1. Measuring insert with metal bellows and attached, provided with strain gauges Spiral spring in a pot-like housing, preferably for installation in the pressure chamber of a differential pressure measuring system, characterized in that the pot-like housing (1) has a cover plate (5) made from suitable for spiral springs Material is provided and dal) the cover plate (5) through a recess (6) of small width "* in the form of a not completely closed circular ring in an outer circular ring disc (7), a inner circular disc (8) and a victory (i>) connecting these two parts is divided and dal. " the web (9) between the outer circular ring disc (7) and the inner circular disc (8) is the spiral spring and that the inner circular disk (8) is coaxial with the face (3) of the multi-fold bellows (2) is arranged and positively connected to these.

2. Measuring insert according to claim 1, characterized in that at the two ends of the circular ring-shaped Recess (6) each have an elongated recess (Π) in the radial direction for extension of the web (9) is attached.

3. measuring salt according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter of the inner circular disc (8) of the cover plate (5) the diameter of the end face (3) of the Mctallfaltenbalges (2) corresponds.

4. Measuring insert according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the cover plate (5) with its edge rests on the edge of the housing (1) and there by means of a disc-shaped pressure piece (12) is held with a raised edge.

5. Measuring insert according to claim 4, characterized in that for generating the contact pressure a plate spring (13) is provided, the spring characteristics of which are selected so that the temperature-related relative movements in the axial direction of it with approximately constant Contact pressure are recorded.

6. Measuring insert according to claim 1 or the following, characterized in that the recess (6) in the cover plate (5) at least one directed towards the center of the circular disk (8) Has bend (17) and that the circular disc (8) with a thin layer between them Plate (19) on the one hand with the end face (3) of the metal bellows (2), on the other hand with a Stop plate (20) is connected to the diameter of the circular disc (8) and that the dimensions of the thin platelets (19) within the contour line changed by the bend (17) the circular disc (8).

1 sheet of drawings