DE2039312A1

DE2039312A1 - Differentialdruckwandler

Info

Publication number: DE2039312A1
Application number: DE19702039312
Authority: DE
Inventors: Mutsuaki Nakagawa; Tadashi Nishihara; Bunjiro Saito; Takao Tauchi; Miyaji Tomota
Original assignee: Yokogawa Electric Works Ltd
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1970-08-07
Filing date: 1970-08-07
Publication date: 1971-02-25
Also published as: DE2039312B2

Description

Differentialdruckwandler Die Erfindung betrifft einen Differentialdruckwandler.
Differentialdruckwandler werden in großem Umfange benutzt, um bei Prozeßsteuerung eine in Form einer Druckdifferenz (Differentialdruck) auftretende Variable in ein entsprechendes elektrisches Signal oder in ein Luftdrucksignal umzuformen, das im Rahmen der Prozeßsteuerung leicht weiterverarbeitet werden kann. Da der Differentialdruckwandler im Bereich eines zu überwachenden Strdmungsmittels angeordnet ist, unterliegt er der Temperatur und dem statischen Druck dieses grdmungsmittels. Der Differentialdruckwandler soll dabei auch unter diesen unerwUnschten Umgebungsbedingungen genau und stabil arbeiten. Von den Umgebungsbedingungen übt besonders der statische Druck bei den bekannten Ausführungen einen großen Einfluß auf die Funktion des Differentialdruckwandlers aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Differentialdruckwandler zu schaffen, der auch bei hohem statischen Druck genau und stabil wirkt, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet, von Schwankungen der Umgebungstemperatur nicht beeinflußt wird und dessen Meßbereich sich auf einfache Weise ändern läßt.
ber erfindungsgemße Differentialdruckwandler ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß ein an einem Ende geschlossenes, am anderen Ende offenes, hohles Rohr mit dem Druckbehälter so verbunden ist, daß das offene Ende des hohlen Rohres außerhalb des Druckbehälters geöffnet und das geschlossene Ende des hohlen Rohres druckdicht mit dem druckempfindlichen Element verbunden ist, so daß eine aufgrund einer Differenz zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck auf das druckempfindliche Element wirkende Kraft unter Ausnutzung der Biegesteifigkeit des hohlen Rohres in eine entsprechende Auslenkung des geschlossenen Endes des hohlen Rohres umgewandelt wird.
Diese und weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele. Es zeigen Fig. 1 eine Schemadarstellung eines ersten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Wandlers; Fig. 2 eine Schemadarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles; Fig. 3 ein Detail der Anordnung gemäß Fig. 2; Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Teiles von Fig. 2; Fig.5A, 5B und 6 Schemadarstellungen weiterer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wandlers; Fig. 7 ein Detail des Wandlers gemäß Fig. 6; Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Teiles der Anordnung gemäß Fig. 6; Fig. 9 eine Schemadarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles; Fig.10 eine Schemadarstellung eines Auslenkungs-Wandlers, der bei einem weiteren Ausführungsbeispiel benutzt wird; Fig. 11 und 12 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Wandlers gemäß Fig. 10; Fig.13 eine Schemadarstellung eines Ausführungsbeispieles mit dem Wandler gemäß Fig. 10; Fig.14 und 15 Darstellungen einiger Details der Ausführungen gemäß Fig. 13.
Ein Druckbehälter 1 besitzt eine Hochdruckkammer 11 (mit hohem Druck PH) und eine Niedrigdruckkammer 12 (mit niedrigem Druck PL). Der mittlere Teil eines druckempfindlichen Elementes 2 wird in Richtung eines Pfeiles a durch eine Kraft bewegt, die proportional zur Differenz zwischen dem hohen Druck PH und dem niedrigen Druck PL ist. Das druckempfindliche Element 2 besteht aus zwei gewellten Membranen 21 und 22 mit gleichen wirksamen Flächen, ferner aus einem die mittleren Teile der Membrane verbindenden Verbindungsteil 23 sowie aus einer Verstärkungsplatte 24. > > Membrane 21 und 22 sind beispielsweise durch Verschweißen fan den beiden Seiten der Verstärkungsplatte 24 befestigt. Eine BLdssigteit 2 beispielsweise Silikonöl, ist inden Spalten zwischen den Membranen 21, 22 und der Verstärkungsplatte 24 dicht eingeschlossen. Bei einem solchen druckempfindlichen Element 2 dient die Verstärkungsplatte 24 als Anschlag für die Membrane 21 und 22 und verhindert beim Auftreten einer übermäßig großen Druckdifferenz eine zu starke Verformung der Membrane. In die Hochdruckkammer 11 des Druckbehälters 1 ragt ein Dichtungsrohr 3 hinein, das mit seinem offenen Ende an der Wand des Druckbehälters 1 druckdicht befestigt ist, während das geschlossene Ende (d.h. der Boden) des Dichtungsrohres 3 über ein Biegungselement 4 mit dem mittleren Verbindungsteil 23 des Elementes 2 verbunden ist. Das Dichtungsrohr 3 wirkt sowohl als frei auskragende Rückführfeder für das druckempfindliche Element 2, als auch als Dichtungselement für den Druckbehälter 1.
Da der Innenraum des Dichtungsrohres 3 mit dem Raum außerhalb des Druckbehälters 1 in Verbindung steht, kann eine Bewegung des Dichtungsrohres 3 und infolgedessen auch eine Bewegung des druckempfindlichen Elementes 2 leicht von der Außenseite des Druckbehälters 1 festgestellt werden. Das Dichtungsrohr 3 dient somit zur ÜbertraGung der im Behälter 1 herrschenden Druckdifferenz nach außen.
Eine als hohles Rohr ausgebildete, bewegliche Düse 5 besitzt an ihrem geschlossenen Ende eine Düsenöffnung 51 zum Austritt eines Luftstrahles. Die Düse 5 wird von einem feststehenden Teil 52 so getragen, daß das genannte Ende mit der Düsenöffnung 51 in das Dichtungsrohr 3 hineinragt. Weiterhin sind vorgesehen ein Steuerrelais 6, ein Ausgleichsbalg 7 sowie eine Feder 8 zur Nulleinstellung. Das Steuerrelais 6 wird von einer Luftquelle mit Luft versorgt und führt über ein Rohr 53 Luft der beweglichen Düse 5 zu, so daß durch die Düsenöffnung 51 am äußeren Ende der Düse 5 ein Luftstrahl austritt. Das Steuerrelais 6 führt ferner über eine Leitung 71 dem Balg 7 einen Luftdruck zu, der dem Reaktionsdruck des aus der Düsenöffnung 51 austretenden Luftstromes entspricht; die bewegliche Düse 5 wird infolgedessen durch den Balg 7 um den feststehenden Teil 52 in Richtung des Pfeiles a aus gelenkt.
Die Wirkungsweise dieser Ausführung ist folgendermaßen. Wirkt eine Druckdifferenz auf das druckempfindliche Element 2, so wird sein Verbindungsteil 23 in Richtung des Pfeiles a in eine Lage geführt, in der die der Druckdifferenz entsprechende Kraft der Reaktionskraft das Gleichgewicht hält, die von der Biegesteifigkeit des Dichtungsrohres 3 (und von der Federkonstante des druckempfindlichen Elementes 2) abhängt. Infolgedessen wird auch das über das Biegungselement 4 mit dem druckempfindlichen Element 2 verbundene Ende des Dichtungsrohres 3 in Richtung des Pfeiles a bewegt; der Abstand D zwischen dem freien Ende der beweglichen Düse 5, d.h. zwischen der Düsenöffnung 51 und der Innenseite des Dichtungsrohres 3, wird infolgedessen verringert; dadurch ergibt sich eine Vergrößerung des Reaktionsdruckes (Rückstaudruck) der beweglichen Düse 5. Dies hat eine Vergrößerung des Ausgangs-Luftdruckes des Steuerrelais 6 zur Folge, wodurch die vom Balg 7 erzeugte Kraft vergrößert wird; der Balg 7 drückt daher durch die vergrößerte Kraft die bewegliche Düse 5 um den feststehenden Teil 52 in Richtung des Pfeiles a gegen die Federkraft der Düse 5 selbst und gegen die Federkraft der Nulleinstellungsfeder 8. Die Bewegung des freien Endes der beweglichen Düse 5 folgt somit auf die Bewegung des freien Endes des Dichtungsrohres 3. Ist die Verstärkung des Steuerrelais 6 ausreichend groß, so ist die Bewegung der Düse 5 am freien Ende im Bereich der öffnung 51 gleich der Bewegung des Dichtungsrohres 3 in diesem Bereich; beim Erreichen des Bewegungsgleichgewichtes ist der Ausgangs-Luftdruck des Steuerrelais 6 proportional zur Verlagerung des freien Endes des Dichtungsrohres 3, d.h. proportional zur Verlagerung des mittleren Verbindungsteiles 23 des druckempfindlichen Elementes 2.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dient daher als Differentialdruckwandler, der ein Luftdrucksignal proportional zu einer zwischen den Kammern 11 und 12 auftretenden Druckdifferenz erzeugt. Bei dieser Ausführung wird die von der Druckdifferenz bewirkte Verlagerung des mittleren Verbindungsteiles 23 des druckempfindlichen Elementes 2 in Form einer änderung des Gegendruckes der beweglichen Düse 5 festgestellt; die Druckdifferenz wird in ein entsprechendes Luftdrucksignal durch ein auf der Anderung des Gegendruckes beruhendes Auslenkungs-Gleichgewicht umgewandelt. Auf diese Weise wird das Differenzdrucksignal im Druckbehälter 1 kontaktlos herausgezogen und in ein Luftdruck signal umgewandelt. Diese Vorrichtung benötigt daher keine Kraftübertragungseinrichtung mit mechanischer Kopplung, wie dies bei ueblichen Einrichtungen der Fall ist, bei denen die Bewegung des druckempfindlichen Elementes 2 aus dem Druckbehälter 1 nach außen geführt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt infolgedessen ohne druckfeste Abdichtungen aus, wie sie'bei den bekannten Einrichtungen mit mechanischer Übertragung bendtigt werden. Die durch solche druckfesten Dichtungen bedingten konstruktiven Schwierigkeiten werden infolgedessen vermieden. Da das Dichtungsrohr 3 nur sehr kleine Auslenkungen des druckempfindlichen Elementes 2 im Bereich des mittleren Verbindungsteiles 23 gestatten muß, kann die Federkonstante des Dichtungsrohres 3 verhältnismäßig groß gewählt (beispielsweise etwa 20 kg/mm) und demgemäß das Dichtungsrohr 3 dick ausgebildet werden. Das Dichtungsrohr 3 ist daher hohen statischen Drücken gewachsen und kann nur schwer verformt oder ausgelenkt werden; es wird daher durchden statischen Druck nur wenig beeinflußt. Wird beispielsweise das Dichtungsrohr 3 aus rostfreiem Stahl SUS 32 (Handelsmarke) hergestellt, mit einem äußeren Durchmesser von 8 mm, einem inneren Durchmesser von 6 mm und einer Länge von 70 mm, so beträgt die Auslenkung des freien Endes des Dichtungsrohres 3 bei Belastung mit einem statischen Druck von 400 kg/cm2 (Maximalwert in der Praxis) + 1 x 10 3 mm, gleichbedeutend mit 0,2 seines Hubes von 0,5 mm im Betrieb; dieser statische Druckfehler ist daher sehr klein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Dichtungsrohr 3 als Rückführfeder für das druckempfindliche Element 2, als Druckdichtung und als Element zur Übertragung der Aus lenkung des Elementes 2 aus dem Druckbehälter 1 heraus; dieser Differentialdruckwandler zeichnet sich daher durch einen sehr einfachen Aufbau und eine zuverlässige Wirkungsweise aus.
Um die Bewegung des druckempfindlichen Elementes leicht aus dem Druckbehälter herauszuführen, verwendet man vorzugsweise im Dichtungsrohr einen Stab, der sich vom Boden des Dichtungsrohres in den Raum außerhalb des Druckbehälters erstreckt. Fig. 2 und die folgenden Fig. der Zeichnung zeigen schematisch Differentialdruckwandler dieser Ausführung. Ein Druckbehälter 101 (vgl. Fig.2) enthält eine Ilochdruckkammer 111 und eine Niedrigdruckkammer 112.
Die Kammer 111 ist mit einem Hochdruck-Einlaß 113 und die Kammer 112 mit einem Niedrigdruck-Einlaß 114 versehen. Das druckempfindliche Element 102 entspricht dem Element 2 gemäß Fig. 1.
Weiterhin ist ein Stab 103 sowie ein diesen Stab umschließendes Dichtungsrohr 104 vorgesehen. Der Stab 103 und das Dichtungsrohr 104 sind an einem Ende miteinander verbunden; dieses Ende ist mechanisch mit dem mittleren Teil 1023 des Elementes 102 in der Hochdruckkammer 111 verbunden. Ein Zwischenteil des Dichtungsrohres 104 ist flanschartig ausgebildet und druckdicht mit dem Druckbehälter 101 verbunden. Dadurch sind das Dichtungsrohr 104 und der Stab 103 gehalten und der Druckbehälter 101 druckfest abgeschlossen. Der Teil des Dichtungsrohres 104 über dieser Halterungsstelle bildet eine Rückführfeder für den Balg 107. Dieser Teil wird im folgenden als Rohr 104' bezeichnet. Am oberen Ende des Stabes 103 ist eine Klappe 105 befestigt, der eine Düse 106 am freien Ende des Rohres 104' gegenüberliegt. Weiterhin ist ein Steuerrelais 108 mit einem hinreichend großen Verstärkungsfaktor vorgesehen. Es wird mit Luft aus einer Druckluftquelle (nicht dargestellt) versorgt und führt die Luft einerseits über eine Leitung 1081 zur Düse 106 und verstärkt den Gegendruck der ausgeblasenen Luft; andererseits führt das Steuerrelais 108 Luft über eine Leitung 1082 dem Balg 107 mit einem Luftdruck entsprechend dem erwähnten Gegendruck zu. Gleichzeitig erzeugt es einen Luftdruck als Ausgangssignal. Bei einem vom Steuerrelais 108 geführten Luftdruck drückt der Balg 107 das Ende des Rohres lttZ' nach links (in Richtung des Pfeiles a1), so daß die mit dem Pohr 104' verbundene Düse 106 von der Klappe 105 entfernt wird. Wie Fig. 3 zeigt, kann der Balg 107 eine Drehbewegung um das Rohr 1041 ausführen; der Meßbereich kann durch geeignete Wahl des Drehwinkels e des Balges 107 um das Rohr 104' geändert werden. Dreht man den Balg 107 um das Rohr 104', so wird die auf die Düse 106 ausgeübte Kraft des Balges 107 geändert, wodurch sich auch die Kraftkomponente verändert, die die DUse 106 von der Klappe 105 zu entfernen sucht; hieraus resultiert eine Änderung des Meßbereiches.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgendermaßen. Wirkt eine Druckdifferenz auf das druckempfindliche Element 102, so wird sein zentraler Teil 1023 nach rechts (in Fig. 2 in Richtung des Pfeiles a2) ausgelenkt bis zu einer Stellung, in der die vom Differenzdruck erzeugte Kraft sich im Gleichgewicht mit der Reaktionskraft befindet, die auf der Biegesteifigkeit des Dichtungsrohres 104 (und der Federkonstante des druckempfindlichen Elementes) beruht. In einem solchen Falle wird das obere Ende des Stabes 103 im Dichtungsrohr 104 nach links (in Richtung des Pfeiles a1 gemäß Fig. 2) ausgelenkt, so daß sich die Klappe 105 der Düse 106 nähert und den Gegendruck dieser Düse 106 vergrößert.
Fig. 4 veranschaulicht den Zustand bei geneigtem (elastisch verformtem) Stab 103. Die strichpunktierte Linie b1 zeigt die Mittellinie des Stabes 103 im nicht verformten Zustand, wobei der Stab 103 nur durch seine Mittellinie (durchgehende Linie 103) und das Dichtungsrohr 104 und das Rohr 104' gleichfalls schematisch veranschaulicht sind. 11 ist die Länge des Stabes 103 von der Verbindungsstelle des Stabes 103 mit dem druckempfindlichen Element 102 bis zu einem die Auslenkung feststellenden Punkt (der Düse 106); 12 ist die Länge des Dichtungsrohres 104. In einem Bereich, in dem die Auslenkung des druckempfindlichen Elementes 102 klein ist, ist die Biegesteifigkeit des Dichtungsrohres 104 etwa linear, so daß die Auslenkung des mittleren Teiles 1023 des Elementes 102 und infolgedessen die Auslenkung 1 des unteren Endes des Stabes 103, das mit dem mittleren Teil 1023 verbunden ist, proportional zur Druckdifferenz ist. Die Auslenkung & 2 des oberen Endes des 2 Stabes 103 (im ausgelenkten Zustand) läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken: Da 6, proportional zur Druckdifferenz ist, ist zu 2 gleichfalls proportional zur Druckdifferenz. Demgemäß ist die Auslenkung der sich der Düse 106 nähernden Klappe 105 proportional zur Druckdifferenz; der Gegendruck der Düse 106 vergrößert sich in Abhängigkeit von & 2 Durch geeignete Wahl des Verhältnisses von 11 zu 12 kann man erreichen, daß die Bewegung der Klappe 105 die Aus lenkung des druckempfindlichen Elementes 102 mit einer gewünschten Vergrößerung darstellt.
Eine Vergrößerung des Gegendruckes der Düse 106 (vgl. wieder Fig. 2) bewirkt eine Vergrößerung des Ausgangsluftdruckes des Steuerrelaisl08 und damit eine Vergrößerung der vom Balg 107 ausgeübten Kraft, die die Düse am Rohr 104' von der Klappe 105 ent fernt zu halten sucht. Zu diesem Zeitpunkt wirkt die Biegesteifigkeit des Rohres 104' als Rückstellkraft gegen die Kraft des Balges 107. Da der Verstärkungsfaktor des Steuerrelais 108 genügend groß ist, ist die Auslenkung der vom Balg 107 bewegten Düse 106 praktisch gleich der Auslenkung &2 der KLappe 105; auf diese Weise wird ein Auslenkungs-Gleichgewicht erreicht. Da die Biegesteifigkeit des Rohres 104' linear verläuft, ist beim Erreichen des Auslenkungs-Gleichgewichtes die Kraft des Balges 107 proportional zur Druckdirferenz; das vom Steuerrelais 108 gewonnene Ausgangs-Luftdrucksignal ist daher proportional zur Druckdifferenz.
Da das Dichtungsrohr 104 die Funktionen eines Dichtungselementes für den Druckbehälter 101, einer Rtekführfeder für das druckempfindliche Element 102 und schließlich auch die Funktion eines Halterungselementes für den Stab 103 erfüllt, zeichnet sich dieser Differentialdruckwandler durch einen besonders einfachen und zuverlässigen Aufbau aus.
Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen das Dichtungsrohr 104 und das Rohr 104t aus demselben Material; das Dichtungsrohr 104 wirkt als Rückführfeder für das druckempfindliche Element 102; das Rohr 104' wirkt als Rückführfeder für den Auagleichsbalg 107; selbst wenn daher die Umgebungstemperatur schwankt, wirkt ihr Einfluß gleichm§ßlg auf beide Rohre 1Q4, 104'; da sich der Einfluß der Umgebungstemperatur automatisch kompensiert, wird eine wesentliche Verringerung des Temperaturfehlers erreicht.
Eine änderung des Meßbereiches wird durch Einstellung der Drehstellung des Ausgleichsbalges 107 gegenüber dem Rohr 104' erreicht; Aufbau und Funktion der Einrichtung zur Meßbereichsänderung sind besonders einfach.
Fig. Zeigt schematisch ein weiteres Ausführunsbeispiel der Erfindung; entsprechende Elemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet. Der Stab 103 und das Dichtungsrohr 104 sind zusammen mit Öl 115 dicht in dem druckempfindlichen Element 102 eingeschlossen; das untere Ende des Stabes 103 ist mit dem mittleren Teil 1023 des druckempfindlichen Elementes 102 verbunden. Im übrigen sind Aufbau und Funktion wie in Fig. 2, so daß keine detaillierte Beschreibung erforderlich ist. Durch den dichten Einschluß des Stabes 103 und des Dichtungsrohres 104 zusammen mit öl 115 im druckempfindlichen Element 102 wird eine weitere Stabilisierung der Eigenschaften der Ausführung gemäß Fig. 5 erreicht. Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen ist eine pneumatische Einrichtung zum Auslenkungs-Ausgleich vorgesehen; es kann Jedoch hierfür auch eine elektrische Anordnung gewählt werden.
Bei einer solchen elektrischen Einrichtung zum Auslenkungsausgleich werden die Düse 106 und die KLappe 105 durch einen elektromagnetischen Auslenkungsdetektor ersetzt, beispielsweise einen Differentialtransformator; an die Stelle des Steuerrelais 108 tritt ein elektrischer Verstärker; der Balg 107 wird durch einen elektromagnetischen Antrieb, beispielsweise einen Antrieb mit beweglicher Spule, ersetzt.
Fig. 5B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für gleiche Elemente dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 5A verwendet sind. Ein beweglicher Eisenkern 105A eines Differentialtransformators 106A ist mit dem freien Ende des Stabes 103 verbunden. Der Differentialtransformator 106A und der bewegliche Eisenkern 105A entsprechen der Düse 106 und der Klappe 105 des Beispieles gemäß Fig. 5A; sie erzeugen ein elektrisches Signal entsprechend der Bewegung des Eisenkernes 105A. Ein Antriebselement 107A, beispielsweise mit beweglicher Spule, entspricht dem Balg 107 gemäß Fig. 5A. Ein elektrischer Verstärker 108A entspricht dem Steuerrelais 108 gemäß Fig. 5A.
Die Wirkungsweise der Ausführung gemäß Fig. SB entspricht im wesentlichen der der Ausführung gemäß Fig. 5A, wobei Jedoch das Luftdrucksignal bei Fig. 5A durch ein elektrisches Signal in Fig. 5B ersetzt ist.
Wird zum Herausführen der Bewegung des druckempfindlichen Elementes aus dem Druckbehälter ein geeigneter, elastischer Stab Verwendung, so kann dieser Stab als Rückführfeder in der Einrichtung zum Auslenkungsausgleich benutzt werden. Fig. 6 zeigt eine weitere Variante der Erfindung in einer solchen Ausführungs form.
Ein Druckbehälter 201 besitzt eine Hochdruckkammer 211 und eine Niederdruckkammer 212. Die Hochdruckkammer 211 ist mit einem Einlaß 213 und die Niederdruckkammer 212 mit einem Einlaß 214 versehen. Ein druckempfindliches Element 202 ist ähnlich dem Element 102 der Fig. 5 aus Membranen aufgebaut. Ein Stab 203 aus elastischem Material ragt aus dem Druckbehälter 201 nach außen und ist von einem Dichtungsrohr 204 umschlossen.
Der Stab 203 und das Dichtungsrohr 204 sind an ihren unteren Enden miteinander verrunden und an dieser Stelle mit dem mittleren Teil 2023 des druckempfindlichen Elementes 202 verbunden.
Das obere Ende des Dichtungsrohres 204 ist in Form eines Flansches ausgebildet, der druckdicht mit dem Druckbehälter 201 verbunden ist. Dadurch wird das Druckrohr 204 und der Stab 203 gehalten und zugleich der Druckbehälter 201 druckdicht abgeschlossen. Am freien Ende des Stabes 203 ist eine Klappe 205 angebracht. Eine Düse 206 ist an einer Halterung 204a befestigt, die vom Druckbehälter 201 vorsteht. Die Düsenöffnung liegt der Klappe 205 gegenüber. Weiterhin ist ein Rückkopplungsbalg 207 sowie ein Steuerrelais 208 mit ausreichend großem Verstärkungsfaktor vorgesehen. Das mit Luft aus einer nicht dargestellten Druckluftquelle versorgte Steuerrelais 208 führt die Luft der Düse 206 zu, aus deren Öffnung sie ausgeblasen wird. Das Steuerrelais 208 verstärkt den Gegendruck der Düse 206 und führt dem Balg 207 einen Luftdruck entsprechend dem verstärkten Gegendruck zu; gleichzeitig erzeugt das Steuerrelais 208 einen entsprechenden Luftdruck als Ausgangssignal. Der Balg 207 drückt das freie Ende des Stabes 203 nach rechts (in Richtung des Pfeiles a3) bei einem vom Steuerrelais 208 zugeführten Luftdruck, wodurch die am Stab 203 befestigte Klappe 205 von der Düse 206 entfernt gehalten wird. Wie Fig. 7 zeigt, kann der Balg 207 um das freie Ende des Stabes 203 gedreht werden; der Meßbereich wird durch geeignete Wahl des Drehwinkels °1 des Balges 207 eingestellt und im Bedarfsfalle geändert. Dreht man den Balg 207 um den Stab203, so wird die Richtung der vom Balg 207 auf die Klappe 205 ausgeübten Kraft gesondert, damit auch die Kraftkomponeunte, welche die Klappe 205 von der Düse 206 entfernt zu halten sucht, was in einer Änderung des Meßbereiches resultiert.
Die Wirkungsweise dieses Differentialdruckwandlers ist folgendermaßen. Wird dem druckempfindlichen Element 202 eine Druckdifferenz zugeführt, so wird der zentrale Teil 2023 nach rechts (in Richtung des Pfeiles a4, Fig. 6) ausgelenkt bis zu einer Lage, in der die Kraft der Druckdifferenz in Gleichgewicht steht mit der Reaktionskraft, die auf der Biegesteifigkeit des Dichtungsrohres 204 (und der Federkonstante des druckempfindlichen Elementes) beruht. In einem solchen Falle bewegt sich das obere Ende des Stabes 203 im Dichtungsrohr 204 nach links, so daß sich die Klappe 205 der Düse 206 nähert und der Gegendruck der Düse 206 vergrößert wird. Bei einer Vergrößerung des Gegendruckes der Düse 206 vergrößert sich der Ausgangsluftdruck des Steuerrelais 208, was eine Vergrößerung der Kraft des Balges 207 zur Folge hat, wodurch das obere Ende des Stabes 203 nach rechts gedrückt und damit die Klappe 205 von der Düse 206 entfernt wird. Fig. 8 zeigt den Zustand, in dem das obere Ende des Stabes 203 durch den Balg 207 weggedrückt ist. In der Zeichnung (Fig. b) ist dabei der Stab 203 nur durch seine Mittellinie dargestellt, das druckempfindliche Element 202, das Dichtungsrohr 204 und der Balg 207 sind gleichfalls nur schematisch veranschaulicht. Wird eine Druckdifferenz & an das druckempfindliche Element 202 gelegt, so erzeugt dies eine Kraft entsprechend dem Produkt von Druckdifferenz und wirksamer Fläche des druckempfindlichen Elementes 202; das mit dem mittleren Teil 2023 des Elementes 202 verbundene Dichtungsrohr 204 wird durch die resultierende Kraft ausgelenkt (abgebogen) und nimmt dabei das untere Ende des mit dem Dichtungsrohr 204 verbundenen Stabes 203 mit. Bezeichnet man diese Auslenkung als x, die wirksame Fläche des druckempfindlichen Elementes 202 als AD und die Federkonstante des Dichtungsrohres 204 als Ks, so besteht folgende Beziehung zwischen AP und x: (2) oP*AD K K5x Bei Versorgung mit dem Luftdruck vom Steuerrelais 208 erzeugt der Balg 207 eine Kraft, durch die der aus elastischem Material bestehende Stab 203 einem Biegemoment ausgesetzt wird, das das obere Stabende in Fig. 8 nach rechts auslenkt. Bezeichnet man diese Auslenkung als y, den Luftdruck, der am Balg 207 zugeführt wird mit P, die wirksame Fläche des Balges 207 mit AB und die Federkonstante des Stabes 203 mit KF, so besteht folgende Beziehung zwischen P und y: (3) PAB = KFY Wird ferner die Länge des Stabes 203 von der Verbindungsstelle mit dem druckempfindlichen Element 202 bis zur Stelle, an der die Auslenkung festgestellt wird, mit L1 bezeichnet und die Lange des Stabes 203 vom scheinbaren Drehpunkt A bis zur Verbindungsstelle mit dem Element 202 mit Lg (entsprechend 1/3 von L1), so besteht folgende Beziehung zwischen L1 und Löst man die Gleichungen (2) bis (4) nach P auf, so ergibt sich

folgende Gleichung (5): L1

p = ADPKF Lo

(5) P = ADPKF L0

ABKS

Eine Vergrößerung des Gegendruckes der Düse 206 (vgl. wieder Fig. 6) erhöht den Ausgangs luftdruck des Steuerrelais 208 und vergrößert damit die Kraft des Balges 207, was die Klappe 205 von der Düse 206 entfernt zu halten sucht; in diesem Falle wirkt jedoch die Biegesteifigkeit des Stabes 203 und des Dichtungsrohres 204 als Rückstellkraft gegen die Kraft des Balges 207.
Sind die vom Balg 207 erzeugte Kraft und uie auf der Biegestei.-figkeit des Stabes 203 und des Dichtungsrohres 204 beruhende Reaktionskraft miteinander im Gleichgewicht, so besteht die obige Gleichung (5); der dem Balg 207 zugeführte Luftdruck P, d.h. das Luftdrucksignal, das vom Steuerrelais 208 abgegeben wird, ist somit proportional der auf das druckempfindliche Element 202 wirkenden Druckdifferenz jP.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Stab, durch den das Differentialdrucksignal aus dem Druckbehälter in Form einer bestimmten Auslenkung herausgeführt wird, aus elastischem Material hergestellt; dieser Stab wird als Feder zum Kraftausgleich benutzt, so daß verglichen mit dem Differentialdruckwandler der Fig. 2 oder 5 ein Teil eingespart wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zur Feststellung der Auslenkung sowie zum Kraftausgleich pneumatische Einrichtungen vorgesehen; es können jedoch auch hier elektrische Elemente eingesetzt werden.
In Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, das elektrische Elemente zur Feststellung der Auslenkung des druckempfindlichen Elementes benutzt. Der Druckbehälter entspricht in 3einem Aufbau dem der Fig. 6, so daß entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Eine Differential-Induktivität 305 enthält einen Kern 353, bestehend aus einem gabelförmigen Kernteil 351 und einem Kernteil 352 in Form eines quadratischen Stabes. Weiterhin gehören zu dieser Induktivität 305 noch zwei gleiche Spulen 354 und 355, die auf den Kernteil 352 aufgewickelt sind, ferner ein auf dem Kernteil 352 vorgesehener Kurzschlußring 306. Letzterer ist auf dem Kernteil 352 so angebracht, daß eine Seite des Ringes 306 in einem Spalt g zwischen den Kernteilen 351 und 352 liegt, so daß eine Bewegung des Kurzschlußringes 306 auf dem Kernteil 352 nach rechts und links möglich ist. Der Kurzschlußring 306 ist einstückig mit einer sich nach unten erstreckenden Halterung 361 ausgebildet, die mit dem oberen Ende eines Stabes 203 verschraubt ist. Eine zylindrische Halterung 307 erstreckt sich vom Druckbehälter 201 aus, umschließt den Stab 203 und trägt am oberen Ende einen Brückenteil 371. Der Kernteil 351 der Differential-Induktivität 305 ist mit dem Brückenteil 371 verbunden; hierdurch ist die Differential-Induktivität 305 an der Halterung 307 befestigt.
Wird das druckempfindliche Element 202 einer Druckdifferenz ausgesetzt und der mittlere Teil 2023 nach rechts (in Fig. 9) ausgelenkt, so wird eine Stellung erreicht, in der die von der Druckdifferenz erzeugte Kraft sich im Gleichgewicht mit der Reaktionskraft befindet, die auf der Biegesteifigkeit des Dichtungsrohres 204 (und er Federkonstante des druckempfindlichen Elementes 202)beruht Der Stab 203 im Dichtungsrohr 204 bewegt sich dann nach links (bei Betrachtung der Fig. 9), wodurch der Kurzschlußring 306 am oberen Ende des Stabes 203 verschoben wird.
Hierdurch ändern sich die Induktivitätswerte der Spulen 354 und 355 der Differential-Induktivität 305 unterschiedlich (entgegengesetzt); die Auslenkung des druckempfindlichen Elementes 202 und damit der auf dieses Element wirkende Differentialdruck kann daher elektrisch mit Hilfe der dadurch hervorgerufenen Unterschiede in der Induktivität der beiden Spulen ermittelt werden.
Fig. 10 zeigt eine Ausführung, mit der die vom Stab aufgenommene Aus lenkung des druckempfindlichen Elementes in ein Luftsignal umgewandelt wird. Fig. 13 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines Differentialdruckwandlers mit der Einrichtung gemäß Fig. 10.
Auf einer Basis 401 sind ein Balg 402 und eine Blattfeder 403 angeordnet. Die Basis 401 besitzt Seitenwände 411, 412 und einen zentralen Schenkel 413. Das feste Ende des Balges 402 ist mit einer Seitenwand 411 der Basis 401 verbunden, während das eine am Ende der Blattfeder 1403/Schenkel 413 befestigt ist. In der Nähe des festen Endes A der Blattfeder 403 ist in dieser ein Loch 1431 vorgesehen, durch das das bewegliche Ende des Balges 402 bis zum mittleren Bereich der Basis 401 hindurchgreift. Eine Düse 404 ist mit dem freien Ende der Blattfeder 403 verbunden, der Düse 404 gegenüber ist eine Klappe 405 angeordnet. Die Klappe 1405 erhält eine umzuformende Bewegung, die - wie später noch besclrieben wird - in ein entsprechendes Luftdrucksignal umgewandelt wird. Ein Steuerrelais 406 mit ausreichend großem Verstärkungsfaktor wird von einer nicht dargestellten Druckluftquelle n;it Druckluft gespeist und führt die Druckluft der Düse 404 zu, aus der sie ausgeblasen wird. weiterhin gelangt vom Steuerrelais 40b ein Luftdruck resultierend aus der Verstärkung des Gegendruckes der Düse 404 durch die Klappe 405; gleichzeitig wird ein Ausgangssignal entsprechend diesem Luftdruck erzeugt. Ein L-förmiger Stab 407 kann als starrer Körper betrachtet werden; er ist so angeordnet, daß seine Längsrichtung mit der der Blattfeder 403 zusammenfällt; die Blattfeder 403 und der L-förmige Stab 407 sind durch eine Verriegelungsmutter 481 miteinander verbunden.
Diese Verriegelungsmutter kann durch Drehen einer Bereichsschraube 482 nach oben und unten bewegt werden, wodurch die Verbindungsstelle der Blattfeder 403 und des L-förmigen Stabes 407 verändert werden. Das untere Ende des L-förmigen Stabes 407 erstreckt sich nach unten zum Schenkel 413 der Basis 401; das bewegliche Ende des Balges 402 steht mit dem L-förmigen Stab 407 an einer Stelle in Berührung, dem festgelegten Punkt A der Blattfeder 403 entspricht. Zur Nulleinstellung dient eine Feder 1491, die zwischen dem Stab 407 und der Seitenwand 1412 der Basis, dem Balg 402 gegenüber, angeordnet ist. Zur Einstellung der Federkraft der Feder 1491 dient eine Schraube 492.
Die Wirkungsweise dieses Wandlers ist folgendermaßen. Wird die Klappe 405 in Fig. 10 nach links bewegt, d.h. in Richtung auf die Düse 404, so vergrößert sich der Gegendruck der am freien Ende der Blattfeder 403 angebrachten Düse 404. Der Gegendruck der Düse 404 wird durch das Steuerrelais 406 verstärkt und dann dem Balg 402 zugeführt. Der Balg 402 erzeugt eine in Fig. 10 nach rechts gerichtete Kraft; sein bewegliches Ende drückt den L-förmigen Stab 407 im Bereich des festen Punktes A der Blattfeder 403 nach rechts. In diesem Falle besteht der L-formige Stab 407 aus einer Platte, die als starrer Körper betrachtet werden kann.
Wenn daher das untere Ende des L-förmigen Stabes 407 nach rechts gedrückt wird, so wird auf die Blattfeder 403, die mit dem Stab 407 verbunden ist, ein Biegemoment ausgeübt; dies hat zur Folge, daß der Teil der Blattfeder zwischen dem festen Punkt A und der Verbindungsstelle mit dem L-förmigen Stab 407 abgebogen wird, bis die Kraft des Balges 402 der Reaktionskraft das Gleichgewicht hält, die auf der Biegesteifigkeit der Blattfeder 403 beruht; die Düse 404 wird hierdurch in Fig. 10 nach links bewegt.
Fig. llA und llB zeigen die Verhältnisse, wenn die Blattfeder 403 in dieser Weise durch ein Biegemoment verformt ist. In Fig. llA ist die Blattfeder 403 nur durch ihre MIttellinie veranschaulicht, die Verbindungsmutter 481 an der Verbindungsstelle der Blattfeder 403 und des L-förmigen Stabes 407 sowie die Basis 401 sind gleichfalls nur schematisch veranschaulicht. 111 ist die Länge der Blattfeder 403 von dem Festpunkt A bis zum Verbindungspunkt mit dem L-förmigen Stab 407; 1 ist die Länge der Blattfeder 403 vom Festpunkt A bis zu der Stelle, an der die Auslenkung festgestellt wird. P ist die Kraft, die von dem Balg 402 an der Stelle entsprechend dem Festpunkt A der Blattfeder 403 auf den L-förmigen Stab 407 ausgeübt wird. Durch die Kraft P erhält die Blattfeder 403 ein Biegemoment, durch die das freie Ende der Blattfeder ausgelenkt wird. Bezeichnet man diese Auslenkung des freien Blattfederendes als y, so besteht zwischen P und y folgende Beziehung: Hierbei ist E der Young-AIodul der Blattfeder 403 und I das zweite Flächenmomentder Blattfeder 403. Alkan ersieht aus Gleichung (6), daß die Auslenkung y proportional zur Kraft P ist.
Eine Vergrößerung des Gegendruckes der Düse l+04 (vgl. wieder Fig. 10) vergrößert die Kraft des Balges 402, aurch die die Blattfeder 403 ausgebogen wird; dadurch wird cie Tendenz vergrößert, die Düse 404 von der Klappe 405 entfernt zu halten.
Wie sich aus Gleichung (6)ergibt, Ist die Auslenkung der Düse 404 proportional zu der vom Balg 402 erzeugten Kraft P, der Verstärkungsfaktor des Steuerrelais 406 ist genügend groß) so daß die von der Kraft P des Balges 402 erzeugte Auslenkung der Düse 404 etwa gleich der Auslenkung der Klappe 405 Is ; als Ausgangssignal des Steuerrelais 406 erhält man ein Luftdrucksignal proportional zur Auslenkung der Klappe 405. Las auf die Blattfeder 403 in Fig. 10 wirkende Biegemoment ist in Fig. 1XB dargestellt.
Das maximale Biegemoment Pl11 der Blattfeder 4) wird an der Verbindungsstelle mit dem L-förmigen Stab 407 erzeugt, kein Biegemoment herrscht dagegen am Festpunkt A der Blattfeder 403. Auf diesen Festpunkt A der Blattfeder 403 wirkt nur eine Scherkraft aufgrund der Kraft P. Es wird demgemäß im Festpunkt A der Blattfeder 403, der den Bezugspunkt darstellt, keine übermäßige Kraft erzeugt, die Blattfeder 403 kann daher leicht gehalten werden und ist in der Funktion sehr stabil. Da ferner die Blattfeder 403 nur an einem Ende befestigt ist, wird sie durch Änderungen der Umgebungstemperatur nicht beeinflußt. Der in Fig. 10 dargestellte Auslenkungs- (Bewegungs-) Wandler führt daher eine stabile Umformung der Eingangs-Auslenkung in ein entsprechendes Luftdrucksignal durch.
Wird die Verbindungsmutter 481 mittels der Bereichsschraube 482 nach oben bzw. unten bewegt, so wird bei hoher Lage der Mutter der der Biegung ausgesetzte Teil der Blattfeder 403 vergroßer und damit bei demselben Ausgangs luftdruck die Auslenkung der Düse 404 vergrößert, während bei tiefer Lage der Mutter 481 (vgl. Fig. 10) der auf Biegung beanspruchte Teil der Blattfeder 403 verkleinert und damit auch die Aus lenkung der Düse 404 bei gegebenem Ausgangsluftdruck verringert wird. Auf diese Weise kann der Meßbereich beliebig durch Verschiebung des Verbindungspunktes zwischen Blattfeder 403 und L-förmigem Stab 407 durch Auf- bzw. Abwärtsbewegung der Futter 481 geändert werden. Wird nämlich 111 (vgl. Gleichung (6)) geändert und P konstant gehalten, so änaert sich auch y. Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen 2 111 und y im Falle P = 2 kg, wenn E : 18 x 103 kg/mm2, 1 = 70 mm und I = 4,23. Wie aus dieser DArstellung hervorgeht, kann der eßbereich fünfmal zwischen 0 bis 0,2 und 0 bis 1,0 mm dadurch geändert werden, daß 111 zwischen 16 und 43 mm geändert wird. Wie bereits erwähnt, wird am Festpunkt A der Blattfeder 403 kein Biegemoment erzeugt. Die Lage der Blattfeder 403 wird nur durch den Festpunkt A bestimmt, selbst wenn die Mutter 481 nach oben oder unten bewegt und damit der Verbindungspunkt von Blattfeder 403 und L-förmigem Stab 407 geändert wird, verschiebt sich der Nullpunkt nicht. Der Rückkopplungsbalg 402 und die Feder 491 zur Nulleinstellung sind ferner einander gegenüber angeordnet. Eine Änderung des bießbereiches führt daher nicht zu einer Verlagerung des Nullpunktes. Der Meßbereich kann demgemäß sehr stabil bei einfacher Konstruktion geändert werden.
Fig. 13 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung der Anordnung gemäß Fig. 10. B ist ein Unterteil und T ein Oberteil. Der Oberteil T entspricht dem Wandler der Fig. 10. Im Bodenteil B ist ein Druckbehälter 501 mit einer Hochdruckkammer 511 (mit Druckeinlaß 513) sowie eine Niederdruckkammer 512 (mit Druckeinlaß 514) vorgesehen.
521 ist ein druckempfindliches Element, 522 ein Stab und 523 ein den Stab 522 umschließendes Dichtungsrohr. Der Stab 522 und das Dichtungsrohr 523 sind miteinander beispielsweise durch Verschweißen verbunden; das verbundene Ende ist über ein Biegungselement 524 mit dem mittleren Teil 5213 des druckempfindlichen Elementes 521 verbunden. Das obere Ende des Dichtungsrohres 523 ist druckfest mit dem Druckbehälter 501 verbunden, beispielsweise verlötet oder verschwißt. Das freie obere Ende des Stabes 522 reicht in den Oberteil T hinein und ist an seinem Ende mit einer Klappe 503 verbunden. Die Art der Befestigung der Klappe 503 am Stab 522 wird noch näher beschrieben.
Im Oberteil T ist eine BAsis 504 vorgesehen, die der Basis 401 in Fig. 10 entspricht. Eine Blattfeder 505, entsprechend der Blattfeder 403 in Fig. 10, ist an ihrem einen Ende an der Basis 504 befestigt. Mit dem freien Ende der Blattfeder 505 ist eine Düse 506 verbunden (entsprechend der Düse 404 in Fig.10), die der Klappe 503 (entsprechend 405 in Fig. 10) gegenüberliegt.
Ein L-förmiger Stab 507 kann als starrer Körper betrachtet werden, er ist längs der Blattfeder 505 angeordnet und durch eine Mutter 581 mit der Blattfeder 505 verbunden. Durch Drehen einer Bereichaschraube 582 kann die Mutter 581 nach oben und unten bewegt und damit die Verbindungsstelle zwischen der Blatt feder 505 und dem L-förmigen Stab 507 verschoben werden. 509 ist ein Rückkopplungsbalg (entsprechend 402 in Fig. 10) und 510 ein Steuerrelais (entsprechend 406 in Fig. 10). Das feste Ende aes Balges 509 ist mit der Seitenwand 5041 der Basis 504 verbunden, das bewegliche Balgende steht mit dem L-förmigen Stab 507 an einer Stelle in Berührung, die dem Festpunkt A1 der Blattfeder 505 entspricht. Oberteil T und Unterteil B sina mittels nicht dargestellter Schrauben miteinander verbunden.
Wird bei einem solchen Differentialdruckwandler das druckempfindliche Element 521 einer Druckdifferenz ausgesetzt, so wird ihr mittlerer Teil 5213 in Fig. 13 nach rechts bewegt, so daß der mit dem druckempfindlichen Element 521 verbundene Stab 522 in Fig. 13 nach links ausgelenkt wird und sich die Klappe 503 am oberen Ende des Stabes 522 der Düse 506 nähert, wodurch sich der Gegendruck der Düse Söb vergrößert. Dieser Gegendruck der Düse 506 wird durch das Steuerrelais 510 verstärkt und der verstärkte Luftdruck dem Balg 509 zugeführt, durch die hierdurch erzeugte Kraft wird das untere Ende des L-förmigen Stabes 507 in Fig. 13 nach rechts gedrückt. Der L-förmige Stab 507 ist in diesem Falle als Platte ausgebildet, die als starrer Körper betrachtet werden kann; wird daher das untere Endes dieses Stabes 507 nach rechts gedrückt, so wird die mit dem Stab 507 verbundene Blattfeder 505 einem Biegemoment ausgesetzt und dadurch im Bereich zwischen dem Festpunkt A1 und dem Verbindungspunkt mit dem Stab 507 gebogen. Dadurch wird die Düse 506 in Fig. 13 nach links ausgelenkt und der Abstand zwischen Düse 506 und Klappe 503 vergrößert. Ist der VerstErkungsfaktor des Steuerrelais 510 ausreichend groß, so kann die Auslenkung der Düse 506 gleich der der Klappe 503 sein, so daß eine Kompensation der Auslenkung erreicht wird. Die Kraft des Balges 5ß§ ist dabei proportional zur Druckdifferenz; vom Steuerrelais 510 wird somit ein Luftdruck-Ausgangssignal proportional zur Druckditferenz gewonnen Die Klappe 503 am oberen Ende des Stabes 522 ist eben (bzw.
flach) ausgebildet; sie muß so angeordnet werden, daß ihr ebener Teil gerade der oeffnung der Düse 506 gegenüberliegt, so daß sich ein'ausreichendes Luftdruck-Ausgangssignal ergibt. Die Klappe 503 kann durch entsprechende Bearbeitung des oberen Endes des Stabes 522 hergestellt werden; dies bringt Jedoch die Yerwendung elner Klammer bzwi Halterung mit sich, um den Klappenteil der Klappe-503 bei dem Verlöten des Stabes 522 mit dem Dichtungsrohr 523 und beim Verbinden des Dichtungsrohres 523 mit dem Druckbehäter 501 genau gegenüber der Mündung der Düse 506 zu halten. Eine solche vorherige Ausbildung der Klappe 503 kompliziert somit die Herstellungi Selbst wenn ferner die Lage der Klappe 503 relativ zur Düse mit Hilfe einer solchen Halterung gewährleistet wird, kann bei der Verbindung von Oberteil T und Unterteil B mittels Schrauben leicht ein Lagefehler eintreten. Bei einer vorherigen Ausformung der Klappe 503 am Stab 522 ist es daher herstellungstechnisch schwierig, die Klappe 503 in eine genaue Lage gegenüber der Mündung der Düse 506 zu bringen.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist bei der Ausführung gemäß Fig. 13 die Klappe 503 gesondert vom Stab 522 ausgebildet und mit diesem verschraubt. Zu diesem Zweck wölbt der Stab 522 an seinem freien Ende eine in Achsrichtung verlaufende- Buchse 522a auf, während die Klappe 503 mit einer Schraube 531 versehen ist (vgl. Fig. 14A und 14B). Die Schraube 531 wird in die Buchse 522a eingeschraubt; mit hilfe einer Kontermutter 522b wird die Klappe 503 in derjenigen Lage am Stab 522 festgelegt, in der der flache,ebene Teil der Klappe 503 genau (rechtwinklig) der Mündung der Düse 506 gegenüberliegt.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 13 wird die Klappe 503 somit gesondert von dem Stab 522 hergestellt und mit diesem ver-Schraght; auf diese WeiSe kann der flache Teil der Klappe 503 genau in die gewünschte Lage eingestellt werden. Die Befestigung des Stabes*522 ambDichtungsrohr 523. sowie die Verbindung des Dichtungsrohres 533 mit dem Druckbehälter 501 bzw. die Verbindung des Oberteiles T mit dem Unterteil B können infolgedessen bequem ausgeführt werden, ohne daß dabei auf eine bestimmte Relativlage von Klappe 503 und Düse 506 geachtet werden muß Fig. 14A ist eine Seitenansicht der Klappe 503 und Fig. 14B eine Ansicht in Richtung des Pfeiles C der Fig. 14A. 532 fst hierbei beispielsweise ein hexagonaler Schraut¢nmutterkoptt der einstückig mit der Klappe und der Schraube 53i ausgebildet' iat.
Wird die Schraube 531 in die Buchse 522a des Stabes 522 einge-;scxhraubt, so wird zur Einsteilung der Lage der Klappe 503 gegenüber der Düse 506 der Schraubenkopf 532 mittels eines Schraubenschlüssels gedreht.
Um durch Einstellung des Gegendruckes der Düse 506 ein note wendiges Luftdrucksignal zu erreichen, muß die Möglichkeit bestehen, den Spalt zwischen der Düse 506 und der Klappe 503 einzustellen. Bei dem Differentialdruckwandler der Fig. 13 iXt die Klappe 508 fest, während die Düse 506 zum Zwecke der Spalteinstellung beweglich ausgebildet ist.
Die Fig. 15A und 15B zeigen (in einer Vorderansicht bzw. in einem Querschnltt längs der Linie X-Xt der Fig. 15A) die Düse 506 und die Klappe 503 in vergrößertem Mabstab. Eine Halterung 505' entspricht der Blattfeder 505 in Fig.--. 13; in den Fig. 15A und 158 ist nur das freieLdeder Blattfeder dargestellt. In diesem freien Ende ist eine Bohrung 651 vorgesehen. Die Düse 506 enthält eine öffnung 6bl gegenüber der Klappe 503, einen lidlsenteil 662, der in einem-Bereich am Umfang bei 621 mit Gewinde versehen ist, ferner einen Flansch 663, dessen Durchmesser größer als der des Hülsenteiles 662 ist; mit dem Flansch 663 ist eine Leitung 611a verbunden, die mit dem Steuerrelais 510 in Fig. 13-ln Verbindung steht. 612a ist eine Ringfeder, 613a eine Etnstellmutter und 613b eine Kontermutter zur Festlegung der Mutter t13a. Die DUie--506 mird alt dem Halterungsteil 505' wie folgt verbunden. NachdeM die Feder 612a auf den Hülsenteil 662 aufgeset&t int, wird dieser Hülsenteil 662 in die öffnung 651 des Halterungsteiles 505' eingeschoben; dann wird die Mutter 613a ayt da-Gewlnde 621 auf den Hülsenteil 662 aufgeschraubt.
Durch Verdrehen der Einstellmutter 613 a in dem einen oder anderen Sinne kann die Düse 506 unter der Wirkung der Feder 612a in Fig. 15 nach rechts oder links bewegt werden; auf diese Weise läßt sich der Spalt zwischen der Düsenöffnung 661 und der Klappe 503 bequem einstellen. Nachdem der genannte Spalt auf den vorbestimmteh WErt eingestellt ist, wird die Einstellmutter 613a durch Anziehen der Kontermutter 613b festgelegt. Auf diese Weise wird die Düse 506 in einer Lage gehalten, in der der Abstand zwischen der Düsenöffnung 661 und der Basishalterung 505' durch die Federkraft der Feder 612a stabil und zuverlässig aufrechterhalten wird.
Bei der Ausführung der Fig. 13 wird der Spalt zwischen der Düse 506 und der Klappe 503 durch Änderung der an der Basishalterung 505' angebrachten Düse 506 geändert, wobei der Spalt ohne Drehen der Düse 506 eingestellt werden kann, obwohl die Düse 506 beweglich ausgebildet ist. Wenn die Verschiebung der Düse 506 durch Drehen der Düse erfolgen soll, so muß die Leitung 611a, die das Steuerrelais 510 und die Düse 506 verbindet, entsprechend abgedichtet werden, so daß eine Drehbewegung der Düse möglich ist. Eine solche Lösung führt zu einer wesentlich komplizierteren Ausführung.
Der erfindungsgemäße Differentialdruckwandl.er benutzt ein Dichtungsrohr, das die Funktionen der Abdichtung des Druckbehälters, einer Rückführfeder für das druckempfindliche Element und der übertragung der Aus lenkung des druckempfindlichen Elementes aufgrund einer Druckdifferenz in den Außenraum des Druckbehälters erfüllt. Trotz sehr einfacher Konstruktion zeichnet sich der erfindungsgemaße Differentialdruckwandler durch eine sehr stabile und genaue Betriebsweise auch bei hohem statischen Druck aus. Der erfindungsgemäße Wandler ist daher als Rtektor bei der Steuerung von Verfahrensabl;ufen sehr geeignet.

Claims

Patentansprüche

1.)ifferentialdruckwandler mit einem Druckbehälter, einem darin qxU4gesehenen, druckempfindlichen Element, das den Druckbehälter in zwei Räume unterteilt, von denen der eine an Hochdruck und der andere an Niederdruck angeschlossen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein an einem Ende geschlossenes, am anderen Ende offenes, hohles Rohr mit dem Druckbehälter so verbunden ist, daß das offene Ende des hohlen Rohres außerhalb des Druckbehälters geöffnet und das geschlossene Ende des hohlen Rohres druckdicht mit dem druckempfindlichen Element verbunden ist, so daß eine aufgrund einer Differenz zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck auf das druckempfindliche Element wirkende Kraft unter Ausnutzung der Biegesteifigkeit des hohlen Rohres in eine entsprechende Aus lenkung des geschlossenen Endes des hohlen Rohres umgewandelt wird.

2.) Differentialdruckwandler, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckempfindliches Elementsystem mit zwei Membranen vorgesehen ist, die im mittleren Teil durch einen Verbindungsteil miteinander gekoppelt sind, die gleiche wirksame Fläche aufweisen und zwischen denen eine Flüssigkeit dicht eingeschlossen ist, daß ferner ein Dichtungsrohr vorgesehen ist, das durch ein an einem Ende geschlossenes, am anderen Ende offenes hohles Rohr gebildet wird, weiterhin Elemente zur druckdichten Befestigung des Dichtungsrohres mit der Innenseite des druckempfindlichen Elementsystemes, wobei das offene Ende des Dichtungsrohres nach der Außenseite des Elementsystemes hin offen ist, daß weiterhin Elemente zur Verbindung des geschlossenen Endes des Dichtungsrohres mit dem Verbindungsteil vorgesehen sind, weiterhin ein Druckbehälter, der durch das Elementsystem in zwei Räume unterteilt ist, von denen der eine an Hochdruck und der andere an Niederdruck angeschlossen ist, so daß eine aufgrund einer Differenz zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck auf das druckempfindliche Elementsystem wirkende Kraft unter Ausnutzung der Biegesteifigkeit des Dichtungsrohres aufgenommen und in eine entsprechende Auslenkung des geschlossenen Endes des Dichtungsrohres umgewandelt wird.

3.) Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Aus lenkung des geschlossenen Endes des Dichtungsrohres in Form einer Ankerung des Gegendruckes einer im Dichtungsrohr gegenüber der Innenseite des Dichtungsrohres angeordneten beweglichen Düse feststellt, daß ferner ein pneumatischer Servomechanismus mit dem Gegendruck der beweglichen Düse als Eingangssignal versorgt wird, daß ferner die bewegliche Düse unter Ausnutzung des Ausgangs-Luftdruckes des pneumatischen Servomechanismus dem Dichtungsrohr folgend ausgelenkt wird, so daß eine Auslenkungskompensation erfolgt und der Ausgangs-Luftdruck des pneumatischen Servomechanismus als ein dem Differenzdruck entsprechendes, umgeformtes Ausgangssignal benutzt wird.

4.) Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dichtungsrohr ein Stab verbunden ist, der sich innerhalb des Dichtungsrohres in dessen axialer Richtung erstreckt und ein Differentialdrucksignal in Form einer Aus lenkung des Stabes in den Raum außerhalb des Druckbehälters überträgt, daß weiterhin der Stab außerhalb des Druckbehälters von einem Rohr umgeben ist, das aus demselben Material wie das Dichtungsrohr besteht und an einem Ende befestigt, am anderen Ende dagegen frei ist, daß weiterhin ein Auslenkungs-Detektor zur Feststellung der relativen Verlagerung des Stabes zum freien Ende des Rohres vorgesehen ist, ferner eine Einrichtung zur Auslenkungskompensation, die bei einem Ausgangssignal des Auslenkuegsdetektors über ein Kraft erzeugungselement eine Kraft auf das freie Ende des Rohres ausübt, so daß dieses freie Rohrende der Auslenkung des Stabes folgt.

5.: Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Krafterzeugungselement so gehaltert ist, daß seine Lage rund um daß Rohr einstellbar ist.

6.) Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dichtungsrohr ein elastischer Stab verbunden ist, der sich im Innern des Dichtungsrohres in axialer Richtung erstreckt und ein Differentialdrucksignal in Form einer Auslenkung in den Raum außerhalb des Druckbehälters überträgt, daß weiterhin zur Feststellung der Aus lenkung des Stabes ein Auslenkungsdetektor vorgesehen ist, weiterhin ein Kraftkompensationssystem, das entsprechend einem Ausgangssignal des Auslenkungs-Kompensationssystemes über ein Krafterzeugungselement eine Kraft auf das freie Ende des Stabes ausübt, wobei diese Kraft durch die auf der Biegesteifigkeit des Dichtungsrohres und des Stabes beruhende Reaktionskraft kompensiert wird.

7.) Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Krafterzeugungselement so gehaltert ist, daß seine Lage rund um den Stab einstellbar ist.

8.) Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dichtungsrohr ein Stab verbunden ist, der sich im Innern des Dichtungsrohres in axialer Richtung erstreckt und ein Differentialdrucksignal in Form einer Aus lenkung in den Außenraum des Druckbehälters überträgt, wobei eine Differential-Induktivität die Auslenkung des Stabes feststellt und in ein elektrisches Signal umwandelt.

9.) Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Differential-Induktivität aus zwei Spulen besteht, die auf zwei symmetrische Magnetkreisteile mit einem gemeinsamen Spalt aufgebracht sind, wobei in dem Spalt ein gemeinsam auf die beiden symmetrischen Magnetkreisteile aufgebrachter Kurzschlußring angeordnet ist, und sich die Induktivitäten der beiden Spulen bei einer Verlagerung des Kurzschlußringes unterschiedlich bzw. im Gegensinne ändern.

10.) Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dichtungsrohr ein erster Stab verbunden ist, der sich-m Innern des Dichtungsrohres in axialer Richtung erstreckt und ein Differenz tialdrucksignal in Form einer Auslenkung in den Raum außerhalb des Druckbehälters überträgt, daß weiterhin ein Auslenkungswandler vorgesehen ist, der die Auslenkung des ersten Stabes in ein Signal umformt, das bei der Prozeßsteuerung leicht verarbeitbar ist, daß dieser Auslenkungswandler eine Blattfeder enthält, die an ihrem einen Ende befestigt und am anderen Ende frei ist, daß an dem freien Ende der Blattfeder ein Auslenkungsdetektor angebracht ist, der die Auslenkung des ersten Stabes feststellt, daß weiterhin ein zweiter Stab in Form eines im wesentlichen starren Körpers über ein Verbindungselement mit der Blattfeder verbunden ist und sich in axialer Richtung der Blattfeder erstreckt, und daß schließlich ein Kraftelement entsprechend dem Ausgangssignal des Auslenkungsdetektors eine Kraft auf den zweiten Stab in einer Stelle ausübt, die dem festen Punkt der Blattfeder entspricht, wodurch eine Auslenkungskompensation erzielt wird.

11.) Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich durch Einstellung der Lage des Verbindungsteiles änderbar ist.

12.) Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dichtungsrohr ein Stab verbunden ist, der sich im Innern des Dichtungsrohres in axialer Richtung erstreckt und ein Differentialdrucksignal in Form einer Aus lenkung in den Raum außerhalb des Druckbehälters überträgt, und daß mit dem freien Ende des Stabes zur Feststellung seiner Auslenkung eine Klappe so verschraubt ist, daß sie zum Zwecke der Einstellung drehbar ist.

13.) Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dichtungsrohr ein Stab verbunden ist, der sich im Innern des Dichtungsrohres in axialer Richtung erstreckt und ein Differentialdrucksignal in Form einer Auslenkung in den Raum außerhalb des Druckbehälters überträgt, daß ferner eine Düsenanordnung zur Feststellung der Auslenkung des Stabes in Form einer Änderung des Luftdruckes vorgesehen ist, daß diese Düsenanordnung eine Düse mit Schraubgewinde auf der Außenseite sowie einem Federanschlag im Bereich der Basis besitzt, daß ferner auf der Düse eine Feder angebracht ist und eine Düsenhalterung eine Bohrung aufweist, daß eine Mutter auf das Gewinde der Düse aufgeschraubt ist und die Feder von der Mutter im zusammengepreßten Zustand zwischen dem Federanschlag und der Düsenhalterung festgehalten ist, so daß die Lage der Düse durch Drehen der Mutter einstellbar ist.