DE3002268A1

DE3002268A1 - Kapazitiver differenzdruckumformer

Info

Publication number: DE3002268A1
Application number: DE19803002268
Authority: DE
Inventors: John Robert Sjolund
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-01-24
Filing date: 1980-01-23
Publication date: 1980-09-11
Also published as: IT1126866B; AU5448880A; GB2040474A; FR2447545A1; JPS55136926A; IT8047616A0; SE8000166L; US4403513A; IT1127556B; IT8047527A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Differenzdruckumformer gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Herkömmliche Umformer dieser Art haben einen relativ komplizierten und damit teuren Aufbau. Aufgabe der Erfindung ist es, einen solchen Differenzdruckumformer möglichst einfach und übersichtlich aufzubauen, so daß er sich zur Herstellung in Großserienfertigung eignet. Darüber hinaus soll er auch im Langzeitbetrieb zuverlässig arbeiten, leicht zu montieren sein und wenig Platz beanspruchen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in den Zeichnungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 perspektivisch die Ansicht des Umformers;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des Umformers;

Fig. 3 das Anschlußschaltbild der im Umformer untergebrachten Fühlerschaltung; und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform.

Der in den Figuren 1 und 2 wiedergegebene kapazitive Differenzdruckumformer 10 besteht aus zwei völlig gleich aufgebauten Gehäusehälften 11 und 12, zwischen denen eine gemeinsame Fühlerelektrode in Form einer Membran 13 eingespannt ist. Die beiden Gehäusehälften 11 und 12 sind durch Bolzen 14 oder ähnliche Spannmittel zusammengehalten. Ferner kann jede Gehäusehälfte einen Flansch 15 mit einem Durchgangsloch aufweisen, so daß der Umformer mittels Schrauben oder Bolzen an einem geeigneten Träger befestigt werden kann. Fig.1 läßt erkennen, daß die Gehäusehälfte 11 einen Druckmitteleinlaß 16 und die Gehäusehälfte 12 einen Druckmitteleinlaß 17 aufweist, denen die zu vergleichenden Drücke zugeführt werden. In Fig. 2 sind nur die Bestandteile der einen Gehäusehälfte 12 im einzelnen bezeichnet. Die andere Gehäusehälfte 11 weist die gleichen Bauteile und zusätzlich eine vorzugsweise

030037/0603

integrierte oder vergossene elektronische Schaltungsbaueinheit auf, welche die Fühlerschaltung enthält.

In der Gehäusehälfte 12 ist eine Kammer 21 vorgesehen, welche eine Fühlerelektrode 22 umschließt. Die Elektrode 22 stützt sich über einen Isolierring 23 an einer Gehäusewand 36 der Gehäusehälfte ab. Sie ist mit einem in ein Durchgangsloch 37 der Gehäusewand hineinragenden Ansatz 38 versehen. Auf der gegenüberliegenden Seite stützt sich ein Isolierrring 26 gleichfalls an der Gehäusewand ab. Eine durch eine Anschlußscheibe 25 hindurchragende Spannschraube 24 ist in ein Innengewinde des Ansatzes 38 eingeschraubt. Beim Anziehen dieser Schraube 24 wird die Fühlerelektrode 22 mit der Gehäusewand 36 verspannt„und durch die Isolierringe 23 bzw. werden die Kammer 21 und das Durchgangsloch 37 abgedichtet. Ein erster O-Ring 31 ist zwischen der Innenwand 36 und dem Isolierring 23 und ein zweiter O-Ring 32 zwischen dem Isolierring 23 und der Fühlerelektrode 22 vorgesehen. Ein weiterer O-Ring 71 befindet sich zwischen der die gemeinsame Elektrode bildenden Membran 13 und der anliegenden Stirnfläche der Gehäusehälfte 12. Die Kammer 21 ist mit einem Druckübertragungsmittel, beispielsweise Silikonöl gefüllt und durch die genannten O-Ringe abgedichtet. Gegenüber dem Druckmitteleinlaß 17 ist die Kammer 21 mittels einer Membran 33 verschlossen, welche durch einen Abstandsring 34 und einen Klemmring 35 im Einlaßkanal gehalten ist.

Die Gehäusehälfte 12 weist die gleichen Bestandteile auf und zusätzlich einen elektronischen Schaltungsbaustein 50 mit der Fühlerschaltung. Die in den beiden Gehäusehälften 11 und 12 vorgesehenen Fühlerelektroden 22 sind gegenüber dem Gehäuse in der beschriebenen Weise elektrisch isoliert und über Leitungen 51 und an die Fühlerschaltung 50 angeschlossen. Eine weitere Leitung 53 dient als gemeinsame Masseleitung und ist mit dem Gehäuse selbst verbunden. Auch die gemeinsame Elektrode 13 liegt auf Gehäusepotential , weil sie zwischen den beiden Gehäusehälften 11 und 12 eingespannt, ist.

!0037/060

Fig. 3 zeigt im Prinzip den Schaltungsaufbau des Fühlerbausteins 50. der im Betrieb zv/ischen eine Wechselspannungsquelle 61 und eine Ausgangsklemme 62 eingeschaltet ist. Er enthält eine Brückenschaltung 64 mit den Fühlerelektroden 13 und 22, wobei jede der beiden Fühlerelektroden 22 über einen Widerstand an die Eingangsklemme 65 angeschlossen ist, während die gemeinsame Elektrode 13 auf Gehäusepotential liegt. Der Verbindungspunkt von Widerstand und Fühlerelektrode ist jeiveils an den Eingang eines Verstärkers 66 bzv/. 67 geführt; die Verstärkerausgänge liegen an den Eingängen eines Verstärkers 68, dessen Ausgang mit der Signalausgangsklemme 62 in Verbindung steht. Der Differenzdruckumformer 10 mißt die Differenz der den Druckmitteleinlässen 16 und 17 zugeführten Drücke, beispielsweise die Differenz zwischen den vor und hinter einer in eine Leitung eingeschalteten Düse oder Drosselstelle herrschenden Drücken. Der Druck im Einlaß 16 wird über eine Membran 33 auf das Druckübertragungsmedium in der Gehäusekammer 21 der Gehäusehälfte 11 übertragen. Entsprechendes gilt für den Druck 17 hinsichtlich der Gehäusekammer 21 in der Gehäusehälfe 12. Durch den Druckunterschied wird die gemeinsame Elektrode 13 in Richtung des geringeren Druckes ausgelenkt, so daß sich die Kapazität zwischen der gemeinsamen Elektrode 13 und den beiden stationären Fühlerelektroden 22 ändert und zwar derart, daß auf der Seite niedrigeren Druckes die Kapazität zunimmt und auf der Seite höheren Druckes die Kapazität abnimmt. Diese Kapazitätsänderungen liegen an den Eingängen der Verstärker 66 und 67 und steuern somit auch das Ausgangssignal des Verstärkers 68.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Gehäusehälfte 12', wobei die nicht dargestellte Gehäusehälfte 11" wiederum den gleichen Aufbau hat. Bei dieser Ausführungsform ist der Isolierring 23' mit der Gehäusewand 36' mittels eines Epoxydklebers verklebt. Ein zentraler Ansatz 38' der Fühlerelektrode 22' ragt hier durch das Durchgangsloch 37' der Innenwand 36^! vollständig hindurch und ist auf der der Fühlerelektrode 22' abgewandten Seite von einem Dichtungsring 26' umgeben. Dieser Dichtungsring ist in den Ringspalt zwischen der Wand des Durchgangsloches 37' und dem Ansatz 38' eingepreßt; er kann zusätzlich mit einem oder beiden Teilen verklebt sein. Die gemeinsame Elektrode 13' ist mit der Stirn-

030037/0603

fläche des Gehäuseteils 12' ebenfalls verklebt. Auf diese Weise entfallen die O-Ringe 31, 32 und 71. Der Anschlußdraht 52" kann direkt mit dem Ansatz 38' der Fühlerplatte 22' verlötet sein. Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die den Druckmitteleinlaß abdichtende Membran 33 im wesentlichen in Richtung der Einlaßachse beweglich ist, ist die Membran 33' bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 in erster Linie radial dehn- und zusammenpreßbar.

Da bei beiden Ausführungsformen die Gehäusehälften völlig gleich aufgebaut sind, ergibt sich gegenüber anderen Konstruktionen eine wesentliche Fertigungsvereinfachung und Verringerung der Lagerhaltung.

Ü ο //0603

Claims

HONEYWELL INC. 21 . Mjanülrir

Honeywell Plaza 1007495 GE

Minneapolis, Minn., USA HR/de

Kapazitiver Differenzdruckumformer

Patentansprüche%

1„j Kapazitiver Differenzdruckumformer mit einem zweiteiligen Gehäuse, in den Gehäuseteilen angeordneten Fühlerelektroden sowie einer zwischen den beiden Gehäuseteilen befindlichen gemeinsamen Elektrode, dadurch gekennzeichnet , daß

a) die als Membran (13) ausgebildete gemeinsame Elektrode zwischen den beiden Gehäuseteilen (11,12) eingespannt ist;

b) in jedem der beiden Gehäuseteile eine einseitig durch die Membran (13) verschlossene Gehäusekammer (21) mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt und gegenüber einem Druckmitteleinlaß (17) durch eine verformbare Wand (33) abgedichtet ist; und

c) innerhalb der Kammer (21) eine der gemeinsamen Elektrode (13) gegenüberstehende Fühlerelektrode (22) befestigt ist.

ο Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

d) die Fühlerelektrode (22) sich über einen Isolierring (23) an einer Innenwand (36) des Gehäuseteils (12) abstützt;

(9)10037

e) ein zentraler Ansatz (38) der Fühlerelektrode (22) in

ein Durchgangsloch (37) der Innenwand (36) hineinragt; und

f) auf der anderen Seite der Innenwand (36) eine Isolierscheibe (26) das Durchgangsloch (37) abdichtet.

3. Umformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Isolierscheibe (26) hindurch in den Ansatz (38) eingeschraubte Schraube (24) die Fühlerelektrode (22) abgedichtet mit der Innenwand (36) verspannt (Fig. 2).

4. Umformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster O-Ring (31) zwischen der Innenwand (36) und dem Isolierring (23) sowie ein zweiter O-Ring (3 2) zwischen dem Isolierrring (23) und der Fühlerelektrode (22) vorgesehen ist.

5. Umformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierring (23') mit der Innenwand (36') verklebt und der Ansatz (38") im Durchgangsloch (37') der Innenwand (36¹) abgedichtet (26') ist (Fig. 4).

6. Umformer nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet , daß ein O-Ring (71) zwischen der gemeinsamen Elektrode (13) und der anliegenden Stirnfläche des Gehäuseteils (11,12) angeordnet ist.

7. Umformer nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode (13¹) mit den Gehäusehälften (11',12') verklebt ist.

8. Umformer nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Wand (33) eine Membran ist und durch einen Sprengring (35) im Druckmitteleinlaß (17) gehalten wird.

Q3Q037/O60

9. Umformer nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gehäuseteile (11,12) gleich aufgebaut sind.

10. Umformer nach einem der Ansprüche 1-9 mit einer an die gemeinsame Elektrode (13) und die beiden Fühlerelektroden (22) angeschlossenen Fühlerschaltung (50), dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerschaltung (50) in einem der Gehäuseteile (11) angeordnet ist.

11. Umformer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die gemeinsame Elektrode (13) sowie ein Anschluß (53) der Fühlerschaltung (50) in elektrischem Kontakt mit dem Gehäuse (11,12) stehen.

12. Umformer nach Anspruch 2 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerelektrode (22) über den Ansatz (38) an die Fühlerschaltung (50) angeschlossen ist.

Ü 3 ^r ' H f J 'i