DE2429124C3 - Differenzdruck-Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Differenzdruck-Meßgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.

Bei einem bekannten Meßgerät dieser Art (I)S-PS 20 108) sind in einem formsteifen Gehäuse an jeder Seite einer Grundplatte zwei Druckkammern ausgebildet, die den zu messenden Drücken ausgesetzt sind. In einer Querausnehmung der Grundplatte ist ein Bolzen verschiebbar aufgenommen, an dessen beiden Fndcn je eine Scheibe befestigt ist. |ede Scheibe ist mit ihrem Außenumfang durch eine gewellte Ringmembran gasdicht mit einem en'sprechenden Ringansalz an der Grundplatte verbunden und begrenzt zusammen mit dieser Ringmembran einseitig jeweils eine Druckkammer. Aufgrund der unterschiedlich hohen Druckwerte in den beiden Kammern erfolgt eine dem Differen/drutk entsprechende Querverschiebung des Verbindungsbol zens. die über ein Gestänge zu einem Signalwandler übertragen wird. Zur Kompensation von Volumenänderungen der in dem gasdichten Innenraum der Tragplatte enthaltenen Flüssigkeit, die auf TemperatumhWiinkini' gen sowie Veränderungen der an beiden Seiten der Membranen wirkenden statischen Druckwerte zurückzuführen sind, weist jede Scheibe an ihrer der jeweiligen Druckkammer zugewandten Stirnseite eine zusätzliche Membran auf, die mit ihrem Rand gasdicht an der radialen Außenkante der jeweiligen Scheibe z. B. durch Schweißen befestigt ist. Der Raum zwischen jeder Kumpensationsmembran und der Stirnfläche der zugeordneten Scheibe steht über Ströniungskaiiüli· mn dem Innenraum in der Grundplatte in Verbindung und kann durch die Aufnahme von mehr oder weniger

ί großen Flüssigkeitsmengen Volumenänderungen der im Meßraum, d.h. in den Innenraumen der Grundplatte, enthaltenen Flüssigkeit ausgleichen. Nachteilig bei diesem bekannten Gerät ist seine vergleichsweise hohe Störanfälligkeit, was auf die vergleichsweise große

ίο Länge der gasdichten Befestigungen der Ring- und der Kompensationsmembran an den Kanten der beiden Scheiben zurückzuführen ist. Neben der gasdichten Verbindung jeder Ringmembran an jedem der Scheibenglieder müssen auch die Kompensationsmembranen vollständig gasdicht und dauerhaft an den Stirnseiten der Scheibenglieder befestigt werden, wobei eine Undichtigkeit der einen oder anderen Verbindung sofort zur vollständigen Funktionsunfähigke'i des Meßgerätes führt. Darüber hinaus stellt die Verwendung jeweils zweier gesonderter Membranen in jeder Druckkammer einen unerwünscht hohen Herstellungsuiid Montageaufwand dar.

Hin anderer bekannter Differenzdruckmesser (US-PS 35 bj 133) umfaßt einen als Grundplatte ausgebildeten Tragkörper und zwei mit ihrem radialen Außenumfang an den entgegengesetzten Grundplattenselten gasdicht befestigten Membrane, die beide mit dem Tragkörper einen gasdienten, mit Flüssigkeit gefüllten Meßraum einschließen. |ede Membran befindet sich in einem

ι« bestimmten Abstand vom Tragkörper und ist mittig über eine Scheibe an einem Verbindungsbolzen befestigt, der in einer Querbohrung in der Grundplatte verschiebbar aufgenommen ist Die vom Differenzdruck abhängigen Verschiebewegungen des Bolzens werden

J5 über ein Gestänge auf einen Signalwandler übertragen. Dieses Meßgerät weist kiine Hinrichtungen zur Kompensation von Volumenanderungen der Flüssigkeit im Meßraum auf, so daß z. B. bei Temperaturschwankungcn und ggf. Änderungen der statischen Druckwerte

•to Meßfehler eintreten.

Aufgabe der Erfindung ist es. cn Meßgerät der eingangs genannten Art in der Weise weiterzubilden, daß auch bei hohen Differenzdrücken eine hohe Meßgenauigkeit sowie insbesondere eine wesentlich verbesserte Belriebwuverlassigkeit erzielt wird.

Krfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs I gelöst.

Die Ausbildung je eines Ringabschnittes an leder Stirnseite der Grundplatte ermöglicht einerseits die Verwendung nur einer Membran an jeder Grundplattenstirnseite, deren Befestigung durch z. B. Schweißen an Jem jeweiligen Ringansatz nicht gasdicht sein muß. da die radial äußeren Kompensiilionskammern in jedem Falle mit dem Meßraum in .Strömungsverbindung stehen. Neben der durch die Finstückigkeit der Membranen erzielten einfacheren Herstellung zeichnet sich das erfindungsgemäße Differenzdruck-Meßgerät noch dadurch aus. daß es. dank der Anordnung der Kompensationskammern radial außerhalb der eigentlichen Meßmembran, keinen baulichen Beschränkungen der Membran unterliegt und die Messung auch hoher Differenzdrücke ermöglicht. Demgegenüber dürfen bei dem Meßgerät der eingangs genannten Art die Abmessungen der Membranen nicht kleiner als die Abmessungen tier mittleren Scheibe sein. Hohe Meßgenauigkeiten, insbesondere bei Differenzdrücken von mehr als 0.4 kp/cm². ergeben sich bei dem neuen

Gerat durch die kleinere wirksame Membranflache radial innerhalb des schmalen Ringabschnittes, wobei der die Kunipensationskammer begrenzende äußere Membranteii eine größere flache und damit eine höhere Elasli/itäl aufweist. Die durch die Umfungsringabschnitte der Membranen gebildeten Kompensation kammerii werden ohne Verlet/ung nder Beschädigung der Membranen hergestellt, wodurch die Korrosionsbeständigkeiten des Meßgerätes gegenüber Geräten nut anderen Kompensatoren erhöht wird, da /ur Herste!- lung keine zusätzlichen Schweißverbindungen oder andere, mit den Arbeitsmedien in Berührung tretende Bauteile notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil des Meßgerätes besteht in dem äußerst wirksamen Schutz der Membranen mit den Ringkompensatoren gegen einseitige Drucküberlastung. Hierzu ist die Membran entweder entsprechend der profilitrten Grundplatte geformt oder es wird ein als Ventil wirkender Dichtungsring verwendet, der die Zentralbohrung in der Grundplatte schließt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Ks zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschniit durch ein Dilferen/-druck Meßgerät;

F 1 g. 2 eine andere Ausführung der Membrungruppe ties Meßgerätes nach F i g. 1 im Längsschnitt.

Wie in Fig. I gezeigt, enthält das Differenzdruck Meßgerät eine scheibenförmige Grundplatte 1 und zwei an ihrem Außenumfang an den entgegengesetzten Seiten der Grundplatte 1 befestigte Membran 2 und 3. |ede dieser Membranen 2, 3 weist einen Ringabschnitt 4 und 5 auf. der mit der Grundplatte I ggf. durch Schweißen fest verbunden ist.

|ede Membran 2, 3 ist somit durch ihren Ringabschnitt 4, 5 in eine Umfangs- 6, 7 bzw. eine Mittelzonc 8, 9 aufgeteilt. Die Umfangszonen 6 und 7 der Membranen 2, 3 welche außerhalb der Ringabschnitte 4, 5 liegen, befinden sich von den Oberflächen 11 und 10 der Grundplatte 1 in einem gewissen Abstand. Die Mittelzoncn 8 und 9. die innerhalb der Ringabschnitte 4, 5 liegen, befinden sich ebenfalls in einem Abstand von den Flächen 12 und 13 der Grundplatte 1. wobei die Zentralteile 14 und 15 der Membranen 2, 3 miteinander durch einen Bolzen 16 starr verbunden sind, der durch eine in der Grundplatte 1 vorgesehene Zentralbohrung 17 hindurchgeht.

Die mittleren Radien r der Ringabschnitte 4, 5 der Membranen 2, 3 sind so groß, daß die Umfangszonen 6, 7 eine größere wirksame F'ächealsdie Mittelzonen 8,9 der Membranen 2, 3 haben, wobei die I lastizität der Dmfangszonfn 6, 7 die der Membranschale in den Mittelzoncn 8,9 übersteigt. Die beiden Ringabschnitte 4 und 5 sind mit gleichen mittleren Radien ausgeführt, um gleichgroße wirksame Flächen der Mittelzonen 8 und 9 zu erhallen.

Die Flächen 10,11 und 12,13 der Grundplatte 1 haben tine Wellenform, die mit derjenigen der Membranen 2 und 3 an den Membranabschnitten 6, 7 bzw. 8, 9 ebcreinstimmt. damit die Membranen 2 und 3 an die Grundplatte 1 bei einseitigem Angriff des Überlastungsdrucks ohne Beschädigungen herangedrückt werden. |ede Membran 2, 3 ist mit dem Bolzen 16 ohne Verletzung ihrer Dichtheit und Ganzheit, z. B. durch eine Schweißung, verbunden.

Das Meßgerät weisi eine Vorrichtung /ur Übertragung der MembranbewegMigen unter der Einwirkung einer Druckdifferenz auf. die einen Flebel 18 enthält, der durch eine Membran 19 von kleinerem Durchmesser abgedichtet am Vorsprung 20 der Grundplatte I befestigt ist. i)as Endstück 21 des eine Bohrung 22 in der Grundplatte 1 mit Spiel durchragenden Hebeis 18 tritt mn dem Bolzen 16 mittels eines im Bolzen 16 belustigten Stiftes 23 in Wechselwirkung. Das andere Ende 24 des Hebels 18 ragt aus der Grundplatte 1 auf der anderen Seite der luftdicht befestigten Membrane 19 heraus und wirkt auf eine Vorrichtung 25 zur

ίο Umwandlung der Membranbewegung in ein Ausgangssignal ein. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 25 ein elektrischer Wandler.

Die Membranen 2 und 3 sind an der Grundplatte 1 so befestigt, daß sie mit ihr einen gasdichten Meßraum 26

I^ bilden, der über einen Kanal 27 in der Grundplatte 1 mit Flüssigkeit gefüllt ist, wobei dieser Kanal 27 durch eine Kugel 28 und Schraube 29 abgedichtet wird. Die Ringabschnitte 4 und 5, an welchen die Membranen 2 und } mit der Grundplatte 1 zusätzlich starr befestigt sind, trennen von dem luftdichten Meßraum 26 Kompensatioiiskammern 30 bzw. 31 a.\ die mit dem Meßraum 26 durch in der Grundplatte 1 ausgesparte Kanäle 32 und 33 kommunizieren.

Am Bolzen 16 sind Stutzflächen 34 und 35 vorgesehen, die in einen bestimmten Abstand von Stü:zflacl.<.n 36 und 37 in der Grundplatte 1 liegen und die Bewegung der Membranen 2, 3 bei einseitiger Einwirkung des I tberla.tdruckes begrenzen.

An die Grundplatte 1 sind Deckel 38 und 39

JO angeschlossen, die Innenraume 40 und 41 /ur Zuführung eines druckgeregelten Mediums zu den Membranen 2 und 3 durch Bohrungen 42 bzw. 43 einschließen. Dichtungsringe 44 und 45 aus Kunststoff dichten die Innenräume 40 und 41 am Außenumfang der Membranen 2 und 3 ab und schützen die Grundplatte 1 vor dem Beaufschlagen mit Arbeitsmedium. Die Deckel 38, 39 und Membranen 2, 3 können aus verschiedenartigen korrosionsbestä.idigen Werkstoffen, wie beispielsweise Hastelloy. Titan. Nickel. Tantal u. a. hergestellt werden.

Der Hebel 18 zur Übertragung der Membranbewegungon liegt innerhalb des gasdichten Meßraumes 26 der Vfembrangruppe. der mit einer neutralen siliziumorganischen Flüssigkeit gefüllt ist. Daher unterliegen der Hebel 18 und die Membran 19 keiner Einwirkung des

4¹» Arbeitsmediums, wodurch sich eine bessere Korrosionsbeständigkeit des ganzen Meßgeräts ergibt.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführung der Membran gruppe des Meßgeräts besitzt einen anders ausgelegten Schutz der Membranen 2, 3 gegen Zerstörung bei e nseitigen Angreifen eines Überlastdruckes. Am Bolzen 16 sind Ventilv 46 und 47 montiert, die an den Zentralabschnitten 14, 15 der Membranen 2, 3 anliegen und als Dichtungsringe aus Gummi gefertigt sind. Diese Dic'ituiigsiinge liegen in einem bestimmten Abstand von den Stützflächen 36 und 37 der Grundplatte I und können die Bohrung i7 der Grundplatte 1 an d^r Seite der Einwirkung des Überlastdruckes luftdicht abdecken.

Die Grundplatte 1 ist in dieser Ausführung mit

Ringansätzen 48 u.vl 49 versthen. deren Stirnflächen

«λ mit den Ringabschnitten 4, 5 der Membranen 2 b/w. 3 verschweiBt sind. Die Kömpcnsatiöns-kämmern 30 und 31 kommunizieren dadurch mit dem gasdichten Meßraum 26 über Kanäle 50 und 51 in diesen Ringvorsprüngen 48 und 49.

Die Flächen 10', 11', 12' und 13' der Grundplatte 1 können in diesem Fall eben ausgeführt sein, weil die Membranen 2 und 3 sie bei Überlast nicht berühren.
Das beschriebene Meßeerät arbeitet wie folet:

Der größere von /wei Drucken wirkt aiii die Membran 2 (I'ig. I) über die Hohrung 42 im l-'laiisch 18 und der kleinere Druck über die Hohrung 43 im !'laiiu-h 39 aiii die Membran 3 ein. Heide Kontrolldmike werden an den wirksamen Machen der /enlralzonen 8 und 9 der Membranen 2 b/w. 3 in diesen proportionale Krade umgewandelt, die längs der gemeinsamen Achse der Membranen 2, 3 und des Bolzens gegensinnig gerichtet sind. Die resultierende Kraft, die sich aus der Differenz der Wirkkriifte ergibt, wird durch den Stift 23 auf das I!nde2l des Hebels 18 übertragen.der dann in bezug :ιιιΓ die Achse der Membran 19 um einen V\ inkel verschwenkt wird, wodurch das ünile 24 des Hebels 18 mn dem Wandler 25 in Wechselwirkung tritt, du diese Verschwenkung des Hebels 18 in ein elektrisches Atisgangssignal umwandelt.

Das Mel.lgerät weist einen nur sehr geringen lempcratiirfehler und einen minimalen durch die

k. i>limi'i-!.<.ihlli!:it <l»r ΙΊμιι j.iL .<! I Im· i ..r/.ll..» 11 ■ ι,,., |ι..., * ' - - tr-· *- ■' - -· f " " ■··■■■■*■■·■■

Drucken verursachten I ehler auf. Hei iemperaliii Schwankungen und Veränderungen des statischen Druckes, der an beiden Seiten der Membranen 2 und 3 angreift, tritt eine Volumenänderung der den Mellraum ausfüllenden Flüssigkeit auf. Diese Volumenaiulerung der I lüssigkeit wird größtenteils durch die elastische I lache der Umfangs/one b oder 7 jeder Membran 2. 3 aufgenommen, wodurch die Membranenschale der /entralzone 8 oder 9 jeder Membran 2, 3 sich nur geringfügig verformt und die Mittelteile 14 und 15 der Membranen 2. 3 zusammen mit dem Holzen 16 in ihrer anfänglichen Stellung praktisch nicht beeinflul.li werden und daher Meßfehler des (ieräts nicht verursachen.

Das Meßgerat ist besonders \orleilhaf'. zur Ürfassting großer Druckdifferenzen, beispielsweise im Hereich von 0.4 bis IO kp/cm-'. einzusetzen. Hei diesen Verhältnissen kommen gewöhnlich Membranen mit einer gelingen u irksamen Membranfliiche zur Anwendung: daher kann das Sollverhiiltnis dieser wirksamen Hache der Imiangs- und Zcnlralz.onen der Membranen leicht verwirklicht werden, ohne dall wesentliche Vergrößerungen der Malle des ganzen Geräts erforderlieb sind

Heim einseitigen Angriffeines (iberlastdruekcs an der Membran I (I ig. I) werden ihre llmlaneszone h und die Memhranscliaie der/.eniralzi>neHan die I lachen 10 und I2der (irunilplatle I hcrangcdi uckt. die ihrer I orm nach mit der der Mcmhranweilen Ubereinsl.minen und die Membran 2 vor /erstorung scliiitzen. Der Mittelteil 14 der Meiiibiaii 2 ν ei stellt sich zusammen mil dem Holzen lh. bis die Siiiizllache 34 ties Hnlzetis Ib an de Stützfläche 3h der ( iriindplalte I anliegt, wobei de: Mittelteil 15 und die Membi anschale der /enlralzone 9 der Membran 3 von ilen Ilachen )7 und 13 der (inmdpl.ilte I weggehen Hei diesem Weggang nimmt die· Memhran 3 die ganze lliisMgkeitsnieiige aiii, die von der Membran 2 aiilgnmd des I ibci IaMiIi iickcs ver drängt wird. Die I liissigkeit siiomi aus dem luiienraiini H) über die Kanäle 32 und 3 3 in den Kaum 31. wobei sich die I Imlangszonc 7 dei Meinliran t dunhbiegt und so den Abstand von der I lache Il der (Irundplatte I ν ergroßen.

Heim einseitigen Angiill des I ibei lasidnicks an der Μ·.·!··!?·¹:!·» 3 erf'.'lg! der·.!? Seh¹.!!/ ^wiv /erv·'·!!!!!·· >·.>. gleicher- Weise.

Das Meßgerät n ' der Membr.ingruppe nach I'ig. 2 arbeitet beim emseiii: η Angnll des I berlasiilruckes aiii der Membran 2 w ic lolgt:

I'nter der l!inv\ irkiing des I Iberlasid' kcs verstelir sich der Mittelteil 14 der Membran 2 zus.i;innen mn den! Holzen, bis die Hache 34 des liolzens lh die Sltitzllai. Iu 3f> düi (iriindplalte 1 berührt, wobei d.is Ventil 4f> die Hohrung i7 der ( irundpliilte I lultdiclil abdeckt und die N'erdrängung iler I luss'gkcii aus de Innenraiimeii unter der Membran 2 (aus der Kompensaiionskammer 30 und dem mit diesem mitttels Kanäle 50 kommunizierenden Meßraimiteil 2h. der unmittelbar unter den' /entralleil 8 der Membran 2 abgeschlossen lsi) verhindert. Die in diesen Innenräumen abgeschlossene riussigkeil stört bei der Durchbiegung der llnifangszonc h und der Membranschale der /enlralzone 8 der Membran 2 und «.chiitzl somit diese Membran 2 gegen /erstorung.

Heim einseitigen Angriff des I !berlastdnickcs an der Membran 3 erfolgt deren Sihutz gegen Zerstörung in gleicher Weise, wobei die Hohrung 17 dei (iriindplalte I durch das Ventil 47 luftdicht abredeckI w ud.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Differenzdruck-Meßgerai mit jeweils einseitig mit den unterschiedlichen Meßdrüeken beaufschlagten Membranen, die einerseits mit ihrem Außenrand an den entgegengesetzten Stirnflächen einer Grundplatte und andererseits an formsteifen, durch einen Bolzen starr miteinander verbundenen Scheibengliedern druckdicht befestigt sind und die einen mit Flüsigkeit gefüllten Meßraum in der Grundplatte begrenzen, mit durch Membranen druckdicht begrenzten Kompensationskamniern. die mit dem Meßraum in Strömungsverbindung stehen, und mit einer Übertragungseinrichtung der Membranbewegungen zu einem Signalwandler, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Stirnseite der Grundplatte (1) nur eine Membran (2,3) mit je einem Ringabschnitt (4, 5) vorgesehen ist. in dem die Membran (2, 3) zusätzlich an Ringvorsprüngen (48, 49) der Grundplatte (1) befestigt ist, und daß die Ringvorsprü.nge (48,49) die radial äußere ringförmige Kompensationskammer (30; 31) von dem radial inneren Meßraum (26) trennen.

2. Differenzdruck-Meßgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundplatte (I) für jede Membran (2, 3) ein Ventil (46, 47) zur Abdeckung der Strömungsverbindung (17) bei einseitigei Überlast vorgesehen ist und daß die Ringvorsprünge (48,49) Kanäle (50,51) aufweisen.

3. Diffeienzdruck-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die von den radial äußeren Membranteilen (6, 7) und den Grundplattenflächen (IC, 11) b jrenzten Kompcnsationskamnurn (30, 3Π größere Rauminhalte haben als der von den radial inner :i Membranteilen (8,9) und den Grundplattenflächen (10, II) gebildete Meßraumteil.