DE2631025B2

DE2631025B2 - Differenzdruck-Mefiumformer

Info

Publication number: DE2631025B2
Application number: DE19762631025
Authority: DE
Inventors: Asano Dipl.-Ing. Tokio Isamu; Tamai Dipl.-Ing. Tama Mitsuru; Yuhara Dipl.-Ing. Hino Tadanori; Yasuhara Dipl.-Ing. Tokio Takeshi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1975-07-24
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1980-11-13
Also published as: ATA542976A; IT1067175B; GB1548589A; FR2319121A1; AT371601B; JPS5619577B2; JPS5214470A; DE2631025A1; FR2319121B1; BR7604814A; BE844464A

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruck-Meßumformer mit einer aus zwei Kammerhälften und einer dazwischen eingespannten Meßmembran bestehenden Meßkammern, die zentrisch in einer beweglichen Wand in Form einer Ringmembran angeordnet ist, die mit ihrem Rand in einem Gehäuse befestigt ist und darin zwei innere Druckkammern voneinander trennt, mit äußeren Druckkammern, die mit Trennmembranen nach außen abgeschlossen sind und über Bohrungen mit den inneren Druckkammern und den Meßkammerhälften in Verbindung stehen, mit einer inkompressiblen Füllflüssigkeit in den Kammern zur hydraulischen Übertragung der von außen auf die Trennmembranen wirkenden Drücke auf die Meßmembran, mit die differenzdruckabhängige Auslenkung der Meßmembran abbildenden elektrischen Mitteln und mit Mitteln zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung.

Bekannte Mittel zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung bestehen aus druckgesteuerten Ventilen, die bei Überschreiten des Differenzdruck-Greiizwerts, also im Überlastfall, die Druckleitungen der Meßkammer schließen, so daß kein Überdruck auf die

ίο Meßmembran einwirken kann.

Der Nachteil derartiger Einrichtungen ist in der bei längerem Gebrauch kaum vermeidbaren Undichtigkeit der Ventile zu sehen, auch kleine Undichtigkeiten verursachen, insbesondere bei hohen statischen Drükken, mit der Zeit ein Ansteigen des Druckes in der Meßkammer über den zulässigen Wert hinaus.

Dieses Undichtigkeitsproblem tritt auch bei einem Differenzdruck-Meßumformer der eingangs angegebenen Art auf, wie er in der DE-OS 23 60 276 beschrieben ist

Es besteht demgemäß die Aufgabe, den bekannten Differenzdruck-Meßumformer so zu verbessern, daß auch bei länger anhaltender Überlastung eine über den zulässiger· Grenzwert hinausgehende Druckerhöhung in der Meßkammer ausgeschlossen ist. Dabei ist auf einen möglichst einfachen mechanischen und herstellungsmäßig günstigen Aufbau zu achten.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird in einem Differenzdruck Meßumformer der im Oberbegriff des Anspruchs

so 1 angegebenen Art gesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die den Innenflächen der Trennmembranen gegenüberliegenden Wandungen der äußeren Druckkammern in den Stirnflächen des Gehäuses als Membranbetten ausgebildet sind. Bei dem an sich bekannten Trennmembran-Überlastbett-System treten keine Undichtigkeitsprobleme auf. Die Konstruktionsteile von Überlastsicherung und Meßkammer können infolge der Trennung der Funktion für sich optimiert werden.

•to Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist am inneren Rand der Ringmembran ein mit der Meßkammer verbundener Tragring befestigt. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die Meßkammer für sich vollständig aufgebaut, geprüft und für verschiedene Wirkdrücke kalibriert werden kann, so daß beim Zusammenbau der

Differenzdruck-Meßumformer lediglich die passenden Meßkammern mit den Ringmembranen zu verbinden

sind.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 und

2 Ausführungsbeispiele dargestellt und im folgenden beschrieben.

F i g. 1 Wie der Querschnitt zeigt, besteht die eigentliche Meßkammer 48 aus zwei Kammerhälften 59 und 60, zwischen denen die Meßmembran 67 mit ihrem Fland eingespannt und verschweißt ist. Von den beiderseits der Meßmembran 67 befindlichen Volumen führen die Druckleitungen 68 und 69 durch die Kammerhälften 59 und 60 nach außen. Das mit der Meßmembran 67 zusammenwirkende elektrische Ab-

^b() griffsystem, welches die dem Differenzdruck PX — P2 proportionale Auslenkung der Meßmembran 67 in ein elektrisches Signal umformt, ist hier ein induktiver Abgriffsystem, das aus den Induktionsspulen 74 und 75 in den Kammerhälften 59 und 60 besteht. Die

^M Induktionsspulen sind in eine Isoliermasse 61 bzw. 62 eingebettet, welche entsprechende Ausnehmungen in den Kammerhälften 59 und 60 ausfüllt. Die Meßmembran 67 aus einem Werkstoff niedriger Permeabilität

wirkt nach dem Wirbelstromprinzip mit den Induktionsspulen 74 und 75 zusammen, indem sie je nach Auslenkung die eine oder andere mehr oder weniger bedampft, was als Impedanzänderung der Spulen gemessen werden kann.

Die Meßkammer 48 ist in e;rien Tragring 70 eingesetzt und dort befestigt An der in der Ebene der Meßmembran 67 befindlichen Kante des Tragrings 70 ist der innere Rand einer Ringmembran 71 befestigt, die als bewegliche Wand zwischen zwei gleichen und spiegelbildlich angeordneten Gehäuseteilen 49 und 50 eingespannt ist und in dem so gebildeten Gehäuse 40 zwei innere Druckkammern 55 und 56 voneinander trennt An den auSenliegenden Stirnseiten der das Gehäuse 40 bildenden Gehäuseteile 49 und 50 sind Vertiefungen angebracht an deren Rand Trennmembranen 51 und 52 befestigt sind, so daß zwischen den Stirnflächen und den Trennmembranen die äußeren Druckkammern 53 und 54 entstehen, die jeweils über zentrische Bohrungen 57, 58 mit den entsprechenden inneren Druckkammern 55,56 verbunden sind.

Sämtliche Kammern sind mit einer inkompressible!! Flüssigkeit gefüllt zur hydraulischen Übertragung der auf die Trennmembranen 51 und 52 von außen wirkenden Drücke PX und P 2 auf die Meßmembran 67. Die unter den Drücken Pt bzw. P2 stehenden Medien stehen über die öffnungen 45 und 46 in den beiderseitig auf das Gehäuse 40 aufgesetzten Abdeckkappen 41,42 mit den entsprechenden Räumen 43 und 44 in Verbindung, deren eine Begrenzung jeweils von der Trennmembran 51 bzw. 52 gebildet wird. Die Drücke Pi und P 2 können relativ hoch sein und beispielsweise 100 bzw. 99 bar betragen, der von der Meßmembran 67 zu verarbeitende Differenzdruck liegt im Meßbereich von 0—1 bar. Wird infolge eines Absinkens des einen Druckes dieser Bereich überschritten, so legt sich jeweils die dem höheren Druck, hier z. B. dem Druck Pi, ausgesetzte Trennmembran 51 an die in bekannter Weise als Überlastbett ausgebildete Stirnwand der Gehäusehälfte 49 an und verdrängt dabei die in der äußeren Druckkammer 53 befindliche Flüssigkeit durch die Bohrung 58 in die innere Druckkammer 55, deren Volumen sich durch das Ausweichen der beweglichen Wand, hier der Ringmembran 71 mit der darin befestigten Meßkamnier 48 so weit vergrößert, daß der auf die Meßmembran 67 in der Meßkammer 48 ausgeübte Druck innerhalb der vorgegebenen Grenzen bleibt

In Fig.2 ist eine andere Ausführungsform des Differenzdruck-Meßumformers dargestellt bei welcher aus fertigungs- und betriebstechnischen Gründen besonderer Wert auf absolut symmetrische Ausführung aller Teile gelegt wurde.

Identische Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie die in F ig. 1.

Die Meßkammer 48 besteht hier aus zwei Kammerhälften 59 und 60 aus keramischem und elektrisch isolierendem Werkstoff, sie sind zylindrisch geformt und

is in metallischen Fassungsringen 80 bzw. 81 gefaßt Zwischen diesen Fassungsringen ist die Meßmembran 67 eingespannt und verschweißt Auf den kugelkalottenförmig ausgebildeten Innenwänden der Meßkammerhälften 59 und 60 sind metallische Beläge 63 und 64 aufgebracht die zusammen mit der Meßmembran 67 ein an sich bekanntes kapazitives Abgriffsystem bilden. Aus dem Inneren der Meßkammer 48 führen die Druckleitungen 68 und 69 nach außen. Die Tragringe 82 und 83 sind hier gleiche Gebilde, die spiegelbildlich zusammengesetzt mit der als bewegliche Wand wirkenden Ringmembran 71 an deren inneren Rand verbunden sind. Der äußere Rand der Ringmembran 71 ist wie in dem vorhergehenden Beispiel zwischen den Gehäusehälften 49 und 50 des Gehäuses 40 eingespannt Mit dem Tragring 82 ist der Fassungsring 80, mit dem Tragring 83 der Fassungsring 81 der Meßkammer 48 verbunden. Die Tragringe 82 und 83 weisen Hinterdrehungen auf, derart daß zwischen den äußeren Mantelflächen der Fassungsringe 80 und 81 und den inneren Mantelflächen der Tragringe 82 und 83 ein ringspaltförmiger Raum 84 entsteht, der über eine Bohrung 85 mit einem der inneren Druckräume, hier mit dem Druckraum 55, in Verbindung steht Die Funktion der Überlastsicherung entspricht der im vorhergehenden Beispiel beschriebenen. Auch hier sind die auf die Innenwände und auf die Außenwände der Meßkammer 48 wirkenden Drücke im wesentlichen gleich, so daß auch bei hohen statischen Drücken eine Ausdehnung der Meßkammer und damit eine Verspannung der Meßmembran 67 nicht auftritt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Differenzdruck-Meßumformer mit einer aus zwei Kammerhälften und einer dazwischen eingespannten Meßmembran bestehenden Meßkammer, die zentrisch in einer beweglichen Wand in Form einer Ringmembran angeordnet ist, die mit ihrem Rand in einem Gehäuse befestigt ist und darin zwei innere Druckkammern voneinander trennt, mit äußeren Druckkammern, die mit Trennmembranen nach außen abgeschlossen sind und über Bohrungen mit den inneren Druckkammern und den Meßkammerhälften in Verbindung stehen,, mit einer inkompressiblen Füllflüssigkeit in den Kammern zur hydraulischen Übertragung der von außen auf die Trennmembranen wirkenden Drücke auf die Meßmembran, mit die differenzdruckabhängige Auslenkung der Meßmembran abbildenden elektrischen Mittein und mit Mitteln zur Sicherung der Meßmembran vor Überlastung, dadurch gekennzeichnet, daß die den Innenflächen der Trennmembran (51, 52) gegenüberliegenden Wandungen der äußeren Druckkammern (53,54) in den Stirnflächen des Gehäuses (40) als Membranbetten ausgebildet sind.

2. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am inneren Rand der Ringmembran (71) ein mit der Meßkammer (48) verbundener Tragring (70) befestigt ist.

3. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammerhälften (59, 60) der Meßkammer (48) spiegelbildlich gleich aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Werkstoff hergestellt sind und in je einem metallischen Fassungsring (80, 81) gefaßt sind, der auch zur Befestigung des Außenrands der Meßmembran (67) dient.

4. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei spiegelbildlich gleiche Tragringe (82,83) vorgesehen sind, zwischen denen der innere Rand der Ringmembran (71) befestigt ist, und daß mit den Innenrändern der Tragringe (82, 83) die Fassungsringe (fW, 81) der Meßkammerhälften (59,60) verbunden sind und daß die Tragringe (82, 83) und/oder die Fassungsringe (80, 81) derart hinterdreht sind, daß zwischen den zusammengesetzten Tragringen (82, 83) und der Mantelfläche der Meßkammer (48) ein riingspaltförmiger Raum (84) gebildet ist, der über eine Bohrung (85) mit einer der inneren Druckkammern (55,56) in Verbindung steht.