DE2631025B2 - Differential pressure mefium former - Google Patents
Differential pressure mefium formerInfo
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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.The invention relates to a differential pressure transducer with one of two chamber halves and one between clamped measuring membrane existing measuring chambers, which are centered in a movable wall is arranged in the form of an annular membrane, which is fastened with its edge in a housing and therein separates two inner pressure chambers from each other, with outer pressure chambers with separating membranes are closed to the outside and via bores with the inner pressure chambers and the measuring chamber halves are in communication with an incompressible filling liquid in the chambers for hydraulic Transfer of the pressures acting from the outside on the separating diaphragms to the measuring diaphragm, with the Differential pressure-dependent deflection of the measuring membrane imaging electrical means and means to protect the measuring membrane against overload.
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 dieKnown means for securing the measuring membrane against overloading consist of pressure-controlled valves, which when the differential pressure limit value is exceeded, so in case of overload, close the pressure lines of the measuring chamber, so that no overpressure on the
ίο Meßmembran einwirken kann.ίο the measuring membrane can act.
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.The disadvantage of such devices is the leakage, which can hardly be avoided with prolonged use seeing the valves can also cause small leaks, especially at high static pressures, over time, the pressure in the measuring chamber increases beyond the permissible value.
Dieses Undichtigkeitsproblem tritt auch bei einem Differenzdruck-Meßumformer der eingangs angegebenen Art auf, wie er in der DE-OS 23 60 276 beschrieben istThis leakage problem also occurs with a differential pressure transducer of the type specified above Kind of as described in DE-OS 23 60 276
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.There is accordingly the object of improving the known differential pressure transmitter so that an increase in pressure beyond the permissible limit value even in the case of prolonged overload is excluded in the measuring chamber. The mechanical and manufacturing aspects are as simple as possible to pay attention to favorable structure.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird in einem Differenzdruck Meßumformer der im Oberbegriff des AnspruchsOne solution to this problem is in a differential pressure transducer as described in the preamble of the claim
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. thus 1 indicated type, which is characterized in that the walls of the outer pressure chambers opposite the inner surfaces of the separating membranes are designed as membrane beds in the end surfaces of the housing. In the case of the separating membrane overload bed system known per se, there are no problems with leaks. The structural parts of the overload protection and measuring chamber can be optimized for themselves as a result of the separation of the function.
•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• to In a preferred embodiment is on inner edge of the annular diaphragm attached to a supporting ring connected to the measuring chamber. This results in the advantage that the measuring chamber is completely built up, tested and for different effective pressures can be calibrated so that when assembling the
sind.are.
2 Ausführungsbeispiele dargestellt und im folgenden beschrieben.2 exemplary embodiments shown and described below.
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-F i g. 1 As the cross section shows, the actual measuring chamber 48 consists of two chamber halves 59 and 60, between which the measuring membrane 67 is clamped and welded with its flange. Of the on both sides of the measuring diaphragm 67 lead the pressure lines 68 and 69 through the volume Chamber halves 59 and 60 to the outside. The electrical outlet interacting with the measuring membrane 67
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 b () handle system, which converts the deflection of the measuring membrane 67 proportional to the differential pressure PX - P2 into an electrical signal. the
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 M induction coils are embedded in an insulating compound 61 or 62, which fills corresponding recesses in the chamber halves 59 and 60. The measuring membrane 67 made of a material of low permeability
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.works according to the eddy current principle with the induction coils 74 and 75 by depending on Deflection one or the other more or less steamed, what as a change in impedance of the coils can be measured.
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.The measuring chamber 48 is in a support ring 70 inserted and fastened there to the edge of the support ring 70 located in the plane of the measuring membrane 67 the inner edge of an annular diaphragm 71 is attached, which as a movable wall between two identical and mirror-inverted housing parts 49 and 50 is clamped and in the housing 40 formed in this way, two inner pressure chambers 55 and 56 from each other separates On the outer end faces of the housing parts 49 and 50 forming the housing 40 are Wells attached to the edge separating membranes 51 and 52 are attached, so that between the end faces and the separating membranes, the outer Pressure chambers 53 and 54 arise, each via central bores 57, 58 with the corresponding inner pressure chambers 55,56 are connected.
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 bleibtAll chambers are incompressible !! Liquid-filled hydraulic transfer of the separation membranes 51 and 52 from outside pressures acting PX and P 2 to the diaphragm 67. The under the pressures Pt and P 2 media are facing the openings 45 and 46 in the both sides of the housing 40 attached cover caps 41, 42 with the corresponding spaces 43 and 44 in connection, one boundary of which is formed by the separating membrane 51 and 52, respectively. The pressures Pi and P 2 can be relatively high, for example 100 and 99 bar, respectively; the differential pressure to be processed by the measuring membrane 67 is in the measuring range of 0-1 bar. If this range is exceeded as a result of a drop in one pressure, the higher pressure, here z. B. the pressure Pi, exposed separating membrane 51 to the end wall of the housing half 49 formed in a known manner as an overload bed and displaces the liquid in the outer pressure chamber 53 through the bore 58 into the inner pressure chamber 55, the volume of which is increased by evading the movable wall, here the annular diaphragm 71 with the measuring chamber 48 fastened therein, so that the pressure exerted on the measuring diaphragm 67 in the measuring chamber 48 remains within the predetermined limits
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.In Fig.2 is another embodiment of the Differential pressure transducer shown in which for manufacturing and operational reasons special emphasis was placed on the absolutely symmetrical design of all parts.
Identische Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie die in F ig. 1.Identical parts have the same reference symbols as those in FIG. 1.
Die Meßkammer 48 besteht hier aus zwei Kammerhälften 59 und 60 aus keramischem und elektrisch isolierendem Werkstoff, sie sind zylindrisch geformt undThe measuring chamber 48 here consists of two chamber halves 59 and 60 made of ceramic and electrically insulating material, they are cylindrical in shape and
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.is held in metallic mounting rings 80 or 81. The measuring membrane is between these mounting rings 67 clamped and welded onto the spherical cap-shaped inner walls of the measuring chamber halves 59 and 60 metallic coverings 63 and 64 are applied, which together with the measuring membrane 67 a Form known capacitive pick-up system. The pressure lines lead from inside the measuring chamber 48 68 and 69 to the outside. The support rings 82 and 83 are the same structures here, which are put together in mirror image connected to the ring membrane 71 acting as a movable wall at its inner edge are. The outer edge of the annular diaphragm 71 is, as in the previous example, between the housing halves 49 and 50 of the housing 40 are clamped with the support ring 82, the mounting ring 80, with the support ring 83 the mounting ring 81 of the measuring chamber 48 is connected. The support rings 82 and 83 have back turns, such that between the outer circumferential surfaces of the mounting rings 80 and 81 and the inner circumferential surfaces the support rings 82 and 83 an annular gap-shaped space 84 is formed, which via a bore 85 with one of the inner pressure chambers, here with the pressure chamber 55, is connected. The function of the overload protection corresponds to the one described in the previous example. Again, those are on the inside walls and on the Outer walls of the measuring chamber 48 acting pressures essentially the same, so that even with high static Press an expansion of the measuring chamber and thus tensioning of the measuring membrane 67 does not occur.
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