DE2534029C3 - Meßfühler zum Erfassen von Druck- und Temperaturwerten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Meßfühler zum Erfassen von Druck- und Temperaturwerten, bestehend aus einem in einem Gehäuse angeordneten, der Druckmessung dienenden und eine tensometrische (Dehnungs-)-Wicklung tragenden Meßrohr mit einem Halter für einen Temperaturfühler.

Zur diagnostischen Überwachung der Betriebsverhältnisse von Erzeugnissen des Maschinenbau», z. B. von *o Brennkraftmaschinen, Kompressoren u.dgl., müssen regelmäßig Drücke und/oder Temperaturen im Arbeitsraum gemessen werden. Dazu werden nach piezoelektrischen, kapazitiven oder tensometrischen Prinzipien arbeitende Druckmeßgeber und Widerstandsfühler, « vorzugsweise Thermoelemente, zum Erfassen der Temperaturen verwendet. Bei Meßtemperaturen im Bereich von über 100° C ist es für eine zuverlässige Anzeige auch bei langdauerndem Betrieb notwendig, den Meßgeber mittels eines geeigneten Mediums, z. B. Wasser oder Druckluft, zu kühlen.

Diese übliche Anordnung hat eine Reihe von betriebstechnischen Nachteilen: Vor allem ist für eine fortlaufende Betriebsüberwachung, z. B. einer Lokomotive, eines Traktors od. dgl, die Auswahl eines geeigneten Kühlmittels schwierig. Ferner führt die notwendige Kühlung der Meßeinrichtung zu einer Vergrößerung der Abmessungen, so daß es bei den meisten Maschinen unmöglich ist, den Meßgeber nahe am gemessenen Raum, z. B. im Maschinenzylinder, unterzubringen. Der Druckmeßgeber muß einen Verlängerungsansatz aufweisen, der die Meßwerte dann oft verfälscht oder verzerrt. Die Zuführung und die Verteilung des Kühlmittels bei gleichzeitigem Messen an mehreren Stellen kompliziert sowohl die Gesamtan-Ordnung der Meßeinrichtung als auch die Kontrolle der Wirkungsweise des Kühlsystems und erhöht die Gefahr eines Versagens. Eine Störung der Kühlmittelzufuhr verursacht z. B. bei Brennkraftmaschinen ein schnelles Zerstören des teuren Meßgebers.

Durch die US-PS 24 74 146 ist ein Meßfühler zur Drucküberwachung bekanntgeworden, der auf dem tensometrischen Prinzip beruht. Er trägt auf einem einschraubbaren Hohlkörper zwei Dehnungswicklungen, die über eine Brückenschaltung, einen Transformator und einen Vakuum-Röhren-Verstärker die gemessenen Werte einem Anzeigegerät zuführen. Die bekannte Vorrichtung ist störanfällig und läßt sich nur für Anwendungsfälle einsetzen, bei denen es nicht auf besondere Genauigkeit ankommt

Zur Überprüfung des technischen Betriebszustandes einer Maschine reicht jedoch in der Regel die Erfassung nur eines Parameters, d. h. des Drucks, nicht aus, sonderi 1 dieser Meßwert muß noch durch die Erfassung eines weiteren diagnostischen Parameters, d. i. die Temperatur, ergänzt werden.

Man hat deshalb auch schon Meßfühler geschaffen, aus denen Rückschlüsse für Druck- und Temperatur-Änderungen gezogen werden können. So zeigt die US-PS 25 44 567 einen derartigen Meßfühler, bei dem zwei voneinander unabhängige Dehnungswicklungen aufgebracht sind, wobei die für den Druck zuständige Wicklung auf einem dünnen Teil und die für die Temperatur zuständige Wicklung auf einem dicken Teil des Meßfühlers angebracht sind. Die Oberflächen des Fühlers sind dabei anodisiert, und in den Wicklungen muß eine verhältnismäßig hohe Spannung vorgesehen werden.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Meßfühler zum Erfassen von Druck- und Temperaturwerten zu schaffen, der unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausführungen, bei einfachem Aufbau und geringem Raumbedarf eine hohe Zuverlässigkeit bei der Überwachung der Betriebsparameter Druck und Temperatur ergibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angeführten Merkmale.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt in der Verwendung eines Meßrohres zum indirekten Erfassen des Druckes durch Änderung des Meßrohrdurchmessers und damit auch einer Längenänderung eines auf dem Meßrohr aufgewickelten Dehnungsdrahtes. Temperaturänderungen dieser Wicklung werden durch eine tensometrische Kompensationswicklung ausgeglichen, die am Körper eines Schutzrohres angeordnet ist. Der Temperaturfühler ist in diesem Schutzrohr angeordnet, das einen integrierenden Bestandteil des Druckabnehmers bildet.

Dieser kombinierte tensometrische Druckabnehmer mit Temperaturfühler arbeitet ohne Hilfskühlung; denn der verwendete Wicklungsdraht besitzt dieselbe Wärmedehnbarkeit wie das Material des Meßrohres und nur eine geringe Abhängigkeit des Widerstandes von der Temperatur, wobei noch diese Temperaturabhängigkeit durch die tensometrische Kompensationswicklung ausgeglichen wird. Dadurch wird es möglich, daß der kombinierte Meßfühler für längere Zeit im Betrieb hohen Temperaturen — z. B. bis zu 600°C — ausgesetzt werden kann, ohne daß er beschädigt wird oder eine Änderung der Empfindlichkeit eintritt. Dabei eliminiert die Kompensationswicklung den Einfluß üblich auftretender elektrischer und magnetischer Störfelder.

Durch seine wesentlich kleineren Abmessungen besteht die Möglichkeit einer Anordnung an einer beliebigen Meßstelle. Es können gleichzeitig eine

größere Anzahl von Vorgängen unter Betriebsbedingungen ohne Einsatz von Kühlmitteln überwacht verden. Außerdem besteht eine vorteilhafte lineare Abhängigkeit zwischen dem gemessenen Druck und dem entsprechenden elektrischen Signal, die Möglichkeit der Anwendung eines beliebigen Temperaturfühlers, eine wesentliche Verringerung oder Aufhebung des Einflusses der Temperatur auf eine Verzerrung der abgenommenen Druckwerte, eine Beseitigung von langen Indikationskanälen und deren unvorteilhaften Einfluß auf d^n eigentlichen Verlauf der gemessenen Drücke, wesentlich geringere Erzeugungskosten sowie vereinfachte Montage und Herabsetzung der Zahl der notwendigen Meßelemente an der kontrollierten Maschine.

Eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemäßen Meßfühlers ist in den Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Meßfühler,
F i g. 2 eine Draufsicht auf den Meßfühler nach F i g. 1. Der Meßfühler besitzt ein massives Gehäuse I, welches einen vollkommenen Schutz seiner Meßelemente bietet und für eine einfache Montage eine sechseckige äußere Form besitzt Im Gehäuse 1 ist ein Meßrohr 2 eingeschraubt, wobei das Gewinde an der Stirnseite angeschweißt oder hartgelötet abgedichtet ist Das Meßrohr 2 ist an der Oberfläche mit einem Isolationsglimmerlack beschichtet, der auch bei hohen Temperaturen wirksame elektrische Isolation gewährleistet. Auf der Oberfläche des Meßrohres ist mit Vorspannung eine aktive tensometrische (Dehnungs·)-Wicklung 3 angeordnet, deren eines Ende am Meßrohr 2 und deren anderes Ende an einem unteren Ring 4 angeschweißt ist. Der Ring 4 ist gegenüber dem Meßrohr 2 durch eine Isolationsschicht 6 isoliert

Im Meßrohr 2 ist ein Schutzrohr 7 zur Temperaturmessung angeordnet und mit dem Meßrohr 2 durch Schweißen oder ein Hartlot verbunden. Zwischen dem Schutzrohr 7 und dem Meßrohr 2 befindet sich ein enger zylindrischer Spalt, der mit dem Meßraum in Verbindung steht. Das Schutzrohr 7 ist im oberen Teil seiner Außenfläche mit einem besonderen Isolationslack versehen, auf der eine tensometrische Kompensationswicklung 8 aufgewickelt ist Ein Ende dieser Wicklung ist an das Schutzrohr 7, das andere Ende an einen oberen Ring 5 angeschweißt, der gegenüber dem Schutzrohr 7 ebenfalls durch die Isolierschicht 6 isoliert ist. An den oberen und unteren Ringen 4 und 5 sind hitzebeständige Kabel 9 angeschweißt, die aus dem Meßfühler durch Rohre 10 herausgeführt sind.

In das Schutzrohr 7 ist ein Halter 11 des Temperaturabnehmers eingesetzt und an das Schutzrohr durch einen Flansch 12 befestigt (Fig.2). Das untere Ende des Halters 11 besitzt einen Ansatz 13, der gegenüber dem Halter 11 durch eine Isolierschicht 14 isoliert ist die ähnlich wie die isolierschicht 6 als Glasschmelze, als keramisch gekitteter Ring oder als Schicht eines Isolationslackes ausgeführt sein kann. Der Halter 11 ist in seinem unteren Teil mit einem Glimmerisolierlack beschichtet und an dieser Stelle auf ihm eine Widerstandswicklung 15 für die Temperaturmessungen aufgewickelt Ein Ende der Wicklung 15 ist am Halter It und das andere Ende am Ansatz 13 angeschweißt. An das untere Ende des Ansatzes 13 ist ein hitzebeständiges Kabel 16 angeschweißt, das durch eine Öffnung des Ansatzes 13 durchgeführt und durch den Hohlraum des Halters aus dem Abnehmer herausgeführt ist

Die tensometrische Kompensationswicklung 8 dient zum Beheben der durch Temperaturänderungen im Meßfühler entstehenden Fehler. Zum Beseitigen der induzierten Störungen durch elektrische oder elektromagnetische Felder und unterschiedlichen elektrischen Potentiale beim Schalten an Gehäusen großer Objekte besitzt die aktive tensometrische Wicklung 3 und die tensometrische Kompensationswicklung 8 eine gleiche geometrische Form, eine gemeinsame Erdung und einen derartigen Wicklungssinn, daß sich die Störspannung nicht an der Diagonale der tensometrischen Meßbrücke äußert Bei Anwendung eines Differentialverstärkers ist der Wicklungssinn beider Wicklungen gleich.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Meßfühlers ist folgende: Eine Änderung des gemessenen Druckes z. B. im Zylinder einer Brennkraftmaschine verursacht eine Durchmesseränderung des Meßrohres 2. Dadurch ändert sich auch die Länge der tensometrischen Wicklung 3 und damit ihres Widerstandes. Die Widerstandsänderung hat eine Spannungsänderung an der Meßbrücke zur Folge. Die Differenzspannung wird durch einen Differenzverstärker verstärkt. Die am Austritt des Verstärkers abgenommene Spannung ist der gemessenen Spannung direkt proportional.

Der erfindungsgemäße Meßfühler kann nicht nur zum diskontinuierlichen Überprüfen von Maschinen, sondern auch als ständige, leicht eichbare Ausrüstung wichtiger Maschinen oder Anlagen eingebaut werden, die eine laufende Kontrolle wichtiger Betriebswerte — z. B. den Verlauf von Druck und Temperatur — und ein Überschreiten vorbestimmter Sollwerte anzeigt. Erfindungsgemäße Meßeinrichtungen können auch Teile der üblichen Ausrüstung von Prüfungsstellen der Erzeuger und Anwender bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Meßfühler zum Erfassen von Druck- und Temperaturwerten, bestehend aus einem in einem Gehäuse angeordneten, der Druckmessung dienenden und eine tensometrische (Dehnungs-)Wicklung tragenden Meßrohr mit einsm Halter für einen Temperaturfühler,

dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (2) einseitig an seinem Außendurchmesser im Gehäuse (1) mit dessen druckseitigem Ende verbunden ist,

daß in das Meßrohr (2) ein Schutzrohr (7) hineinragt, dessen druckseitiges Ende verschlossen ist, mit dem Meßrohi (2) einen Spalt bildet und am dem Druck abgewandten Ende des Meßrohres (2) mit diesem druckdicht verbunden ist,

daß das Schutzrohr (7) in axialer Verlängerung zum Meßrohr (2) eine Kompensationswicklung (8) trägt, und

daß in das Schutzrohr (7) ein den Temperaturfühler (15) tragendes Rohr (11) hineinragt, welches die eine Zuleitung (16) zum Temperaturfühler (15) aufnimmt

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklung (8) einen entgegengesetzten Wicklungssinn gegenüber der aktiven tensometrischen Wicklung (3) besitzt.