DE3740569A1 - Differentialdruckwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differentialdruck­ messer mit zwei Bourdon-Rohren und insbesondere auf einen Drucksensorwandler, der vorgesehen ist, um Differential­ drücke festzustellen und diese wiederzugeben, wobei ein Instrument zwei Bourdon-Rohre als Drucksensoren aufweist, die auf einen Instrumentenwandler so einwirken, daß ein Differentialdruck-Signal erzeugt wird, das elektrisch einem Steuergerät oder einem Aufzeichnungsgerät zugeführt werden kann, wobei das Instrument derart eichbar ist, daß gewährleistet wird, daß die beiden Bourdon-Rohre stets in gleicher Weise wirken, wenn sie gleichen statischen Drücken ausgesetzt werden.

Differentialdrucksender werden auf weiten Gebieten der Wirtschaft, der Industrie und der Medizin benötigt, bei­ spielsweise als Strömungssensoren und zur Steuerung und/oder Aufzeichnung. Derartige Vorrichtungen weisen beispielsweise einen Sensorwandler mit Dehnungsmeßstrei­ fen auf, wie sie beispielsweise in der US-PS 43 85 525 beschrieben sind.

Bei dieser Art von Druckmessern wirken Sensorwandler und Differentialdruckdetektoren des Instrumentes so zusammen, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, welches propor­ tional zur Differenz des Gas- und/oder Luftdruckes oder von Flüssigkeitsdrücken ist, die vom Instrument erfaßt werden, wobei eine elektrische Übertragung vom Instrument nach einem geeigneten Anzeigegerät oder einem Prozeß­ steuerer, einem Computer oder einer Aufzeichnungs­ einrichtung erfolgen kann.

Die Hochdruck- und Niederdruckdetektoren bekannter Ele­ mente benutzen im allgemeinen eine Doppelmembrananord­ nung, bei der eine Membran an eine Gas- und/oder Druck­ luftquelle oder eine Flüssigkeitsquelle angeschlossen ist, während die zweite Membran an eine zweite Druckmit­ telquelle geführt ist, wobei ein Sensorwandler geeigneter Bauart vorgesehen ist und elektrische Bauteile ein Signal erzeugen, das den Differentialdruck wiedergibt und nach dem Steuergerät des Systems, nach einem Computer oder dergleichen geleitet wird. Es ist auch üblich, dem Diffe­ rentialdruckgeber eine Vorrichtung zuzuordnen, die ein digitales Ablesen des Druckes ermöglicht, der vom Diffe­ rentialdruckgeber überwacht wird, und dieser Geber kann benachbart zum Sensor oder entfernt von diesem aufgebaut werden. Zusätzlich zu den Blattfederdehnungsmeßstreifen der erwähnten bekannten Bauart sind zwei andere Typen von Sensorwandlern bekannt, und zwar solche der kapazitiven Bauart, wie sie beispielsweise in "Mechanical Measure­ ments", 2nd Edition, Thomas G. Beckwith and N. Lewis Buck, S. 126-128, beschrieben sind, und Halleffekt- Sensorwandler, wie sie beispielsweise beschrieben sind in "Halleffektwandler", Micro Switch, Division of Honeywell, Freeport, Il., S. 7-17, 134 und 135.

Alle Differentialdruckmesser, die Membranen aufweisen, sind groß, aufwendig, schwer, kompliziert und sehr kost­ spielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksen­ sorwandler für einen Differentialdruckmesser zu schaffen, bei dem das Instrument in der Weise arbeitet, daß diffe­ rentielle Gas- und/oder Luftdrücke oder Flüssigkeits­ drücke durch einen Doppel-Bourdonrohr-Detektor gemessen werden, wobei jedes Rohr getrennt mit getrennten Druck­ luftquellen oder Druckgasquellen oder getrennten Flüssig­ keitsquellen verbindbar ist und jedes Rohr im Gegensinn zu dem anderen Rohr auf ein bewegliches Element eines Sensorwandlers einwirkt, um ein Signal zu erzeugen, das ausgesandt werden kann, wobei das Instrument leicht ge­ eicht werden kann, um eine gleiche Arbeitsweise der Bourdon-Rohre zu gewährleisten, wenn ein Anschluß an gleiche statische Druckquellen erfolgt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Druckdifferentialgeber mit einem Differentialdrucksensor­ instrument zu schaffen, bei dem der Druckdetektor zwei gegensinnig aufgewickelte und gegensinnig wirkende Bourdon-Rohre aufweist, die auf jeweils einer Seite eines beweglichen Instrumentes eines Sensorwandlers in einem Instrument angeordnet sind, wobei die Rohre die zu über­ wachenden Druckmittel enthalten, so daß der Drucksensor in Verbindung mit korrosiven Gasen oder Flüssigkeiten be­ nutzt werden kann, aber ohne Komplikationen und die Kosten herkömmlicher Membraninstrumente der "Feucht-Feucht"- Bauart.

Weitere Ziele der Erfindung bestehen darin, bei einem Differentialdruckgebersystem folgende Bauteile zu schaf­ fen bzw. zu verbessern: einen Drucksensor und einen ein Differentialdrucksignal liefernden Wandler, bei dem das Instrument einen Doppeldifferentialdruckdetektor oder zwei Sensor-Bourdon-Rohre umfaßt, die in der Weise angeordnet sind, daß sie leicht geeicht werden können, bevor sie benutzt werden, um zu gewährleisten, daß die Bourdon-Rohre des Instrumentes, obgleich zwei an der Zahl, in gleicher Weise auf den beweglichen Bauteil des Sensorwandlers wirken, wenn die Rohre gleichen statischen Drücken ausgesetzt werden, um eine Genauigkeit des Sen­ sorgebersignals zu gewährleisten, wenn dieses geliefert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Differentialdruckgeber zu schaffen, der einen zusammen­ wirkenden Differentialdrucksensor und einen Druckwandler aufweist, der ein elektrisches Signal liefert, das dem Druckdifferential proportional ist, so daß ein Differen­ tialdruckgeber geschaffen wird, der kompakt im Aufbau und wirtschaftlich in der Herstellung ist, leicht installiert werden kann, eine lange Lebensdauer besitzt und genau ar­ beitet, und der in den verschiedensten Drucksystemen als Differentialdruckmesser eingesetzt werden kann, um dort die sehr viel teureren komplizierten Membransensorinstru­ mente zu ersetzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Differential­ druckmesser geschaffen, der beispielsweise einen Dehnungs­ meßstreifen auf einer Blattfeder als Wandlerelement auf­ weist. Das Instrument besitzt ein Gehäuse mit einer Kammer, in der die Blattfeder gelagert ist, wie dies bei­ spielsweise in der US-PS 43 85 525 beschrieben ist, wobei der Dehnungsmeßstreifen auf der Blattfeder mit dieser zu­ sammen einen elektromechanischen Wandler bildet, der durch eine elektronische Schaltung erregt wird, die in­ nerhalb der Gehäusekammer angeordnet ist und bei Erregung durch eine geeignete Energiequelle eine konstante Gleich­ spannung dem Wandler liefert. Jedem Sensorwandler sind ein erstes und ein zweites Bourdon-Rohr zugeordnet, die auf beiden Seiten des Sensorwandlers im Gegensinn schrau­ benlinienförmig aufgewickelt sind, wobei das eine Ende eines jeden Rohres abgedichtet ist und an einem Ausgangs­ hebel befestigt ist, die allgemein parallel zu der Blatt­ feder in deren Neutralstellung verlaufen. Die anderen En­ den der jeweiligen Bourdon-Rohre sind mit einem Lager­ block verbunden, der nach außen vorsteht und getrennte Anschlüsse für jedes Bourdon-Rohr aufweist, damit diese an getrennte Druckgas- oder Druckflüssigkeitsquellen an­ geschlossen werden können, die überwacht werden sollen. Die Ausgangshebel der jeweiligen Bourdon-Rohre sind ela­ stisch mit dem Wandler, d. h. im vorliegenden Falle mit der Blattfeder an deren freiem Ende verbunden, um eine elastische ausgeglichene Vorspannwirkung der Ausgangs­ hebel auf die Blattfeder zu gewährleisten. Einer der Aus­ gangshebel ist in seiner Längsrichtung einstellbar, um seine wirksame Länge einstellen zu können, mit der die beiden Bourdon-Rohre in äquivalenter Weise auf die Blatt­ feder wirken, wenn beide innen dem gleichen statischen Druck entsprechender Druckquellen ausgesetzt werden. Wenn die Sensorwandler entweder von der kapazitiven Bauart oder von der Hall-Bauart sind, dann sind die Ausgangs­ hebel der Bourdon-Rohre in zweckmäßiger Weise mit dem be­ weglichen Element oder dem Teil verbunden, wodurch das mechanische Energiedifferential, welches von den Bourdon- Detektorrohren geliefert wird, in elektrische Energie um­ gewandelt wird, um das auszusendende Signal zu erzeugen, das für jeden Sensorwandler von dem Ausschlag des beweg­ lichen Elementes von einer Nullbezugsstellung aus abhängt.

Der Differentialdruckgeber gemäß der Erfindung kann vor der Benutzung dadurch kalibriert werden, daß der erwähnte einstellbare Ausgangshebel eingestellt wird, um Herstel­ lungstoleranzen der beiden benutzten Bourdon-Rohre auszu­ gleichen und um eine Nullablesung des Instrumentes zu ge­ währleisten, wenn die statischen Drücke, die auf die bei­ den Bourdon-Rohre wirken, gleich sind. Die Instrumenten­ kammer selbst steht nicht unter Druck. Da die zu überwa­ chenden Strömungsmittel nur in den Innenraum der Bourdon- Rohre gelangen, kann das Instrument auch in Verbindung mit korrosiven Gasen oder korrosiven Flüssigkeiten be­ nutzt werden.

Nach der Eichung kann das Instrument in einem Differen­ tialdruckmesser ähnlich dem Meßgerät "Dwyer Serie 600" eingebaut werden, welches auf den Seiten 14 und 15 des Dwyer Instruments Inc. Bulletin E-50 beschrieben ist. Hier ist ein Blattfeder-Dehnungsmesser-Sensorwandler vor­ gesehen, wobei die Auslenkung der Blattfeder einen Deh­ nungsmeßstreifen beeinflußt und die Auslenkung durch zwei Bourdon-Rohre und deren Ausgangshebel gemäß den Strö­ mungsmitteldrücken in den jeweiligen Bourdon-Rohren er­ folgt. Im Nullzustand ist der Dehnungsstreifen ausgegli­ chen und es wird eine entsprechende Änderung in dem Deh­ nungsmeßstreifensignal erzeugt, und das Signal wird ver­ stärkt und durch die Elektronikschaltung in einen Strom­ ausgang mit geringer Stromstärke umgewandelt, und dieser Strom kann dem Instrumentarium weitergeleitet werden, beispielsweise einem Steuergerät oder einem Aufzeich­ nungsgerät. Gleiche Ergebnisse können mit Sensorwandlern der kapazitiven Bauart oder der Halleffekt-Bauart er­ reicht werden, die anstelle der Blattfeder-Dehnungsstrei­ fen-Sensoren eingesetzt werden können.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Instrumentes, wobei das Instru­ ment mit einem Blattfeder-Sensorwandler der beschriebenen Bauart versehen ist, wobei außerdem ein Steuergerät und eine digitale Auslesevorrichtung vorgesehen sind,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig. 1, wobei jedoch der Instrumentendeckel und das Gehäuse längs der Mittelebene, die die Zentralachse des Instrumentes einschließt, ge­ schnitten sind,

Fig. 3 eine Ansicht längs der Linie 3-3 gemäß Fig. 2, wobei das Instrumentengehäuse außer der hinte­ ren Deckplatte und die Instrumentenschaltungs­ träger weggelassen sind,

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, die die andere Seite des Instrumentes erkennen läßt, in einem Schnitt längs der Linie 4-4 gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Differentialdrucksender 10, der ein Druckwandlerinstrument 11 aufweist, das ein Gehäuse 12 mit einem Gehäuseteil 13 aufweist, welches aus geeignetem Metall, beispielsweise Aluminium oder einer Aluminium­ legierung, oder geeignetem Plastikmaterial bestehen kann, und ein offenes Ende 14 besitzt, das durch einen Deckel 16 abgeschlossen wird, um die Gehäusekammer 17 zu bil­ den. Das Instrument 11 kann beispielsweise als Sensor­ wandler ausgebildet sein und die zugehörigen Komponenten können ähnlich jenem Instrument sein, das in der US-PS 43 85 525 beschrieben ist. Der Deckel 16 ist vorzugsweise entsprechend der US-PS 43 85 525 aus einem opaken starren und hochfesten Plastikmaterial, beispielsweise Poly­ äthylen oder Polycarbonat, hergestellt, und der Deckel wird durch eine Ringkappe 18 gehalten, die aus dem glei­ chen Material wie das Gehäuseteil 12 besteht, und am Ge­ häuseteil 13 wie bei 20 in Fig. 2 angedeutet aufge­ schraubt sein kann. Die Kappe 18 preßt den Deckel 16 dichtend auf den Gehäuseteil 13, indem auf eine geeignete O-Ringdichtung 21 gedrückt wird, die zwischen dem Deckel 16 und dem Gehäuseteil 13 liegt, wie dies in Fig. 2 und 4 angedeutet ist. Die Instrumentenrückplatte 22 ist am Ge­ häuse durch geeignete Schrauben 23 festgelegt, die durch Löcher 25 der Grundplatte geführt sind.

Das Instrument 11 weist außerdem einen geeigneten elek­ tromechanischen Wandler 30 auf, der zum Zwecke der Veran­ schaulichung als Blattfeder 32 ausgebildet ist, die aus­ legerartig innerhalb der Instrumentenkammer 17 gelagert ist und eine wirksame Länge 33 aufweist und in der Weise angeordnet und gelagert ist, wie dies in der US-PS 43 85 525 beschrieben ist. Es ist außerdem eine Wheatstone'sche Brückenschaltung vorgesehen, um den Wand­ ler 30 zu vervollständigen, und diese wird durch eine Elektronikschaltung 34 erregt, die die gleiche sein kann wie in dem oben erwähnten US-Patent beschrieben (falls eine Fünf-Draht-Signalübertragung gewünscht ist), und diese ist innerhalb des Instrumentes 11 auf einer Schal­ tungsplatine 36 vorgesehen. Die Schaltungsplatine 36 ist wie in der genannten US-PS dargestellt ausgebildet und liegt im Instrument 12 über der Blattfeder 32 im Abstand zu dieser, derart, daß sie die Auslenkungen der Blatt­ federlänge 33 nicht behindert.

Wie in der genannten US-PS beschrieben, bewirkt die elek­ tronische Schaltung 34 das Anlegen einer konstanten Gleichspannung am Meßwertgeber, der von einem Blattfeder­ wandler 30 gebildet wird, wobei die Schaltung 34 über einen geeigneten Steckeranschluß 38 mit einer geeigneten geregelten Gleichspannungsquelle verbunden ist. Wenn der Wandlerfühler entweder von der kapazitiven Bauart oder von der Bauart mit Hall-Effekt ist, muß die Elektronik­ schaltung entsprechend ausgebildet sein.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Schaltungs­ platine 36 auf zwei Stützkörpern 40 und 42 an einem Ende der Platine 36 und durch eine einzige Stütze 44 am ande­ ren Ende abgestützt. Die Stützen 40 und 42 sind gleich ausgebildet und gleich lang, und ihre Gewindeenden sind in die Grundplatte 22 in entsprechende Gewindelöcher 43 eingeschraubt, die in Ringsitzen 45 gemäß Fig. 3 ausge­ bildet sind. Die Schaltungsplatine 36 selbst ist am ande­ ren Ende der Stützen 40 und 42 durch geeignete Schrauben 47 (Fig. 2 und 4) festgelegt.

Am anderen Ende ist die Schaltplatine 36 an der Basis­ platte 22 unter der Stütze 44 fest an einem Lagerblock 46 angebracht, der durch geeignete Schrauben an der Grund­ platte 22 an im Abstand zueinander liegenden Punkten längs des Mittelteils 49 des Blockes 46 festgelegt ist (vgl. Fig. 3), obgleich natürlich irgendeine andere An­ ordnung benutzt werden könnte, um den Lagerblock 46 an der Grundplatte 22 festzulegen. Geeignete Schrauben 48 haltern die Schaltungsplatine 36 auf der Stütze 44, die gegen den Lagerblock 46 dadurch vorgespannt ist, daß die Schaltungsplatine 36 auf den Stützen 40 und 42 durch Schrauben 47 festgelegt ist.

Der Lagerblock 46 hat mehrere Funktionen. Er ist quader­ förmig gestaltet und definiert einen Endabschnitt 50, der nach außen vom Gehäuse 11 vorsteht, und der Gehäuseteil 13 ist so geformt, daß er ein U-förmiges Fenster 52 defi­ niert, welches so gestaltet ist, daß es komplementär zum Deckel und zu den Seiten des nach außen vorstehenden Endes 50 des Lagerblockes 46 verläuft. Das Lagerblockende 50 ist so geformt, daß es den üblichen Gewindesockel und zu­ geordnete Bohrungen bildet, die mit den Bezugszeichen 56 und 58 versehen sind, an denen jeweils Schlauchverbindun­ gen angeschlossen werden können, um das Instrument 11 mit einer zu überwachenden Druckmittelquelle zu verbinden, wobei die Hochdruckverbindung normalerweise nach dem Ge­ windesockel 56 geführt wird und die Niederdruckverbindung nach dem Gewindesockel 58.

Der Lagerblock 46 trägt außerdem auslegerartig die Blatt­ feder 32, wobei der Lagerblock zu diesem Zweck ein inne­ res Ende 60 (Fig. 2 und 3) aufweist, das auf einer Seite 61 (vgl. Fig. 3 und 4) mit zwei Schrauben 62 versehen ist, die in den Lagerblock 46 eingeschraubt sind, der ge­ gen eine Klemmplatte 70 (Fig. 3) ruht, die das feste Ende 66 der Blattfeder 32 gegen die ebene Klemmoberfläche 68 einer Klemmplatte 64 drückt, die ihrerseits gegen die ebene Schulter 72 geklemmt wird, welche vom Lagerblock 46 selbst definiert ist. Natürlich kann die Blattfeder 32 auslegerartig in der Kammer 17 an ihrem Ende 66 auch auf andere Weise festgelegt sein.

Dem Sensorwandler 30 ist ein erstes Bourdon-Rohr 76 und ein zweites Bourdon-Rohr 78 zugeordnet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die beiden Bourdon-Rohre 76 und 78 im gleichen Abstand von der Blattfeder 32 auf beiden Seiten dieser Blattfeder angeordnet und im Gegensinn um Achsen 80 bzw. 82 aufgewickelt, die allgemein normal zur Grund­ platte 22 des Instrumentes verlaufen. Das Ende 84 des Bourdon-Rohres 76 ist mit dem Lagerblock 46 durch Verlö­ tung oder dergleichen verbunden, und zwar ausgerichtet auf eine Leitung 86, die zwischen der Gewindefassung 58 und der Bohrung des Rohres 76 verläuft. Das Rohr 76 ist an seinem anderen Ende 88 in geeigneter Weise abgedichtet und durch Verlötung oder dergleichen mit dem Ausgangs­ hebel 90 verbunden, der die Form eines L-förmigen starren Metallblechs hat, das einen rechteckigen Schenkel 94 de­ finiert, der mit mehreren Öffnungen 96 ausgestattet ist, an denen Schraub-Mutter-Befestigungsvorrichtungen 98 un­ justiert festgelegt werden können, wie dies nachstehend beschrieben wird. Das Rohr 76 ist so gestaltet, daß es einen Windungsabschnitt 100 definiert, der allgemein zylindrisch ausgebildet ist und eine schraubenförmige Wicklung zwischen den Enden 84 und 88 besitzt.

Das Ende 102 des Rohres 78 ist an einem schwenkbar gela­ gerten, normalerweise stationären Block 104 festgelegt und auf einen Kreuzkanal 106 hiervon ausgerichtet, an dem das Ende 108 eines flexiblen Metallrohres 110 bei 112 an­ gelötet ist, und zwar auf den Kreuzkanal 106 des Blockes 104 ausgerichtet, der im Normalbetrieb des Instrumentes gegen eine Schwenkbewegung durch die Klemmwirkung der Schraube 120 fixiert ist. Das flexible Rohr 110 ist so gebogen, daß es eine offene Schleife 114 bildet, und das Ende 116 ist auf den Kanal 118 des Lagerblockes 46 ausge­ richtet, der mit der Gewindefassung 56 in Verbindung steht. Der Block 104 ist schwenkbar am Lagerblock 46 durch eine Schraube 120 verbunden, die auf einer Unter­ legscheibe 122 ruht und durch den Block 104 in Schraub­ verbindung mit dem Lagerblock 46 geführt ist und rei­ bungsschlüssig den Block 104 auf dem Lagerblock 46 fest­ legt, so daß der Block 104 nicht frei schwenkbar am La­ gerblock 46 gelagert ist. Der Block 104 kann auf einer oder mehreren Unterlegscheiben 124 gelagert sein (Fig. 2).

Das andere Ende 126 des Rohres 78 ist durch Verlötung am Ausgangshebel 128 dichtend angeschlossen, der die Form eines L-Streifens aus relativ starrem Blech besitzt und einen Schenkel 130 bildet, der eine langgestreckte Ein­ stellöffnung 132 bildet, die mittels einer Schrauben- und Mutter-Verbindung 134 festgelegt werden kann, die den Ausgangshebel 128 gegen das freie Ende 35 der Blattfeder vorspannt, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Die Öffnung 132 verläuft in Längsrichtung des Schenkels 130, und die Schenkel 94 und 130 der jeweiligen Ausgangshebel 90 und 128 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Das Rohr 78 definiert den Wicklungsabschnitt 136 zwischen den Enden 102 und 126 und besitzt die gleiche schrauben­ förmige und zylindrische Gestalt wie der Wicklungsab­ schnitt 100 des Rohres 76, mit dem Unterschied, daß die zwei schraubenlinienförmig verlaufenden Abschnitte in entgegengesetzter Drehrichtung verlaufen und entgegenge­ setzt um die Achsen 80 und 82 gewickelt sind.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß die Ausgangshebel 90 und 128 gegen das freie Ende 35 der Blattfeder 32 durch Feder vorgespannt sind. Zu diesem Zweck umfaßt die Schraub-Mutter-Vorrichtung 98 des Bourdon-Rohres 76 einen kurzen Gewindeabschnitt 140, der an die Löcher 96 an­ setzt, auf denen Muttern 142 und 144 aufgeschraubt sind, mit denen der Ausgangshebel 90 auf beiden Seiten festge­ klemmt ist.

Die Schraub-Mutter-Vorrichtung 134 oder das Bourdon-Rohr 78 ist der Schraub-Mutter-Vorrichtung 98 ähnlich und weist eine kurze Länge eines Gewindeschenkels 146 auf, der durch die vergrößerte Öffnung 132 des Ausgangshebels 128 verläuft und auf den Muttern 148 und 150 gegen die beiden Seiten aufgeschraubt und angezogen sind, um den Abschnitt 130 des Ausgangshebels dazwischen festzuklem­ men. Die Öffnung 132 erstreckt sich in Längsrichtung des Schenkels 130 des Ausgangshebels 128.

Benachbart zum freien Ende 35 der Blattfeder 32 befindet sich eine ähnliche Schraub-Mutter-Klemmvorrichtung 152, die einen kurzen Gewindeschaft 154 aufweist, der durch eine Öffnung im Blattfederende 35 vorsteht, wobei Muttern 156 und 158 aufgeschraubt sind und die Blattfeder 32 klemmen. Zwischen den beiden Muttern 144 und 158 befindet sich eine Druckschraubenfeder 160 und eine gleiche Druck­ schraubenfeder 162 befindet sich zwischen den Muttern 150 und 156, wodurch die Ausgangshebel 90 und 128 der jewei­ ligen Rohre 76 und 78 elastisch mit der Blattfeder 32 in der Nähe des freien Endes verbunden sind, wodurch die Ausgangshebel 90 und 128 der jeweiligen Rohre 76 und 78 auf die Blattfeder 32 mit einer im wesentlichen ausgegli­ chenen Vorspannwirkung einwirken. Die Gewindeschäfte 140, 146 und 154, die Öffnungen, durch die sie hindurchgeführt sind, und die Federn 160 und 162 verlaufen koaxial zur neutralen Nullstellung der Schraubenfeder 32.

Bei Installation des Instrumentes 11 als Differential­ druckmesser besitzt die Elektronikschaltung 34 Verbindun­ gen, die in herkömmlicher Weise mit dem Gehäuseanschluß 38 und mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Der Ge­ häuseanschluß 38 ist in geeigneter Weise leckdicht an der Grundplatte 22 vorgesehen. Wie schematisch in Fig. 1 dar­ gestellt, ist die Spannungsquelle elektrisch beispiels­ weise über ein Stellglied 163 und ein digitales Anzeige­ gerät 165 verbunden, um eine Fernablesung der vom Instru­ ment 11 überwachten Drücke zu liefern.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Aus­ gangshebel 128 des Bourdon-Rohres 78 nicht nur mit dem Sensorwandler verbunden ist, und gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch die Schraub- Mutter-Befestigung 134 mit dem Blattfedersensor, und es ist auch eine Einstellung längs des Abschnitts 130 möglich, wie dies durch den Doppelkopfpfeil 167 gemäß Fig. 3 angedeutet ist, und zwar erfolgt die Einstellung durch einen Gewindeschaft 146 der Vorrichtung 134, der in einem Langloch 132 läuft, um das Rohr bei der Eichung des Instrumentes 11 einstellen zu können.

Wenn Sensorwandler der kapazitiven Bauart oder der Hall- Effekt-Bauart benutzt werden, sind die Ausgangshebel 90 und 128 statt mit einem Blattfederwandler verbunden zu sein, in ähnlicher Weise durch eine bewegliche Komponente des jeweils benutzten Wandlers vorgespannt, wobei der Ausgangshebel 128 ähnlich wie beschrieben einstellbar ist.

Eichung des Instrumentes

Bevor das Instrument 11 benutzt wird, erfolgt eine Eichung, um Ungleichmäßigkeiten der beiden Rohre 76 und 78 auszugleichen, die notwendigerweise bei der Herstel­ lung und dem Einbau auftreten. Hierdurch wird eine Null­ ablesung des Instrumentes gewährleistet, wenn gleiche statische Drücke auf den Bohrungen der beiden Rohre 76 und 78 lasten. Das Äußere der Rohre 76 und 78 und die Kammer 17 sind lediglich dem Umgebungsdruck ausgesetzt. Die Eichung erfolgt, bevor die Schaltungsplatine 36 an Ort und Stelle festgelegt wird.

Eine Möglichkeit der Kalibrierung des Instrumentes 11 ist die folgende:

Es ist auf diesem Gebiet üblich, daß die Spannungsquelle, welche die Schaltung 34 speist, einen Strom treibt, der in der Größenordnung zwischen 4 und 20 mA liegt, wobei 4 mA zu bevorzugen sind. Unter der Annahme, daß ein Strom von 4 mA dem Sensorwandler 30 zugeführt ist, von dem die Blattfeder 32 einen Teil bildet, und unter der weiteren Annahme, daß die beiden Bourdon-Rohre 76 und 78 getrennt über jeweilige Gewindefassungen 56 und 58 an getrennte Gas- oder Luftquellen angeschlossen sind, oder auch an getrennte Flüssigkeitsquellen, und das Instrument 11 her­ kömmlich mit einem digitalen Anzeigegerät 165 verbunden ist, dann soll bei Druckdifferenzen von Null die Anzeige­ vorrichtung für die jeweiligen Rohre 76 und 78 einen Strom von 4 mA führen, und dies ist die Null-Stellung für den Blattfedersensorwandler und andere Typen von Sensor­ wandlern haben eine ähnliche Null-Bezugsstellung.

Der Strömungsmitteldruck, dem die beiden Rohre 76 und 78 innen unterworfen sind, wird dann auf einen maximalen Wert erhöht, dem das Instrument 11 in der Praxis ausge­ setzt wird (etwa 500 psi Gesamtdruck bei dem beschriebe­ nen Ausführungsbeispiel), und es wird die Anzeigevorrich­ tung 165 überprüft. Wenn die Rohre 76 und 78 bei gleichen Drücken gleich wirken, dann zeigt die Anzeigevorrichtung 165 den 4-mA-Strom an. Es ist jedoch wahrscheinlich, daß hierbei eine unterschiedliche mA-Ablesung am Meßinstru­ ment 165 erfolgt, und hierdurch zeigt sich, daß die Rohre 76 und 78 unterschiedlich wegen unvermeidbarer Herstel­ lungstoleranzen arbeiten. In diesem Falle wird die Schraub-Mutter-Befestigung 134 ebenso wie die Schraube 120 gelöst und der Ausgangshebel 128 wird in Längsrich­ tung des Abschnitts 130 gegenüber dem Gewindeschaft 146 eingestellt und das Rohr 78 und der Block 104, an dem das Rohr 78 befestigt ist, werden um die Achse der Schraube 120 verschwenkt, falls sich dies als notwendig erweist, um die Ablesung der Anzeigevorrichtung 165 auf den 4-mA- Strom zurückzuführen. Danach wird die Schraub-Mutter-Vor­ richtung 134 wieder festgezogen, um die Muttern 148 und 150 gegen die beiden Seiten des Ausgangshebels 128 zu klemmen, und die Schraube 120 wird wieder angezogen, um den Block 104 gegen eine Verschwenkung festzulegen. Die schwenkbare Lagerung des Blockes 104, an dem das Ende 102 des Bourdon-Rohres 78 festgelegt ist, und die flexible Ausbildung des Rohres 110 ermöglichen es, das Rohr 78 des Gewindeschaftes der Schraubbefestigungsvorrichtung 134 hin und von dieser weg zu bewegen, je nachdem, welche Be­ wegung erforderlich ist, um die Ablesung des Anzeige­ gerätes 165 auf 4 mA zu bringen. Dann wird die Schaltungs­ platine 36 an der in der Zeichnung dargestellten Stelle montiert. Wenn Wandlersensoren anderer Bauart anstelle des Blattfedersensors benutzt werden, kann eine ähnliche Einstellung der Rohre 78 vorgenommen werden, um die Ab­ lesung des Meßinstrumentes 165 auf 4 mA einzustellen.

Das Instrument 11 kann dann als Differentialdrucksender benutzt werden, wobei herkömmliche Verbindungen Anwendung finden, wie diese auf S. 14 und 15 des Dwyer Bulletin E-50 angegeben sind.

Gemäß der Erfindung besitzt das Instrument 11 eine Vor­ spanneinstellung mit den jeweils zugeordneten Knöpfen 180 und 182, von denen der Knopf 180 mit dem Potentiometer der Schaltung 34 verbunden ist, das eine Vorspanneinstel­ lung bewirkt, während der Knopf 182 mit dem Potentiometer der Schaltung 34 verbunden ist, welches die Null-Einstellung in der Weise bewirkt, wie dies in den oben angegebenen US-Patenten beschrieben ist. Die Schal­ tungsplatine 36 kann von herkömmlicher Bauart sein und sie besteht zweckmäßigerweise aus einem dielektrischen starren oder im wesentlichen nicht-flexiblen Substrat aus glasfaserverstärktem Epoxydharz oder Phenolharz, auf dem die leitfähige Oberfläche aufgebracht ist.

Die Festlegung der Schaltungsplatine 36 in der Instrumen­ tenkammer 17 erfordert unter der Annahme, daß die Ver­ drahtung bereits vollendet ist, das Einsetzen der Schal­ tungsplatine 36, die mit den Stützen 40, 42 und 44 ver­ bunden werden muß, die bereits vorher an der Grundplatte 22 des Instrumentes fixiert waren. Die Schrauben 47 legen die Schaltungsplatine 36 an den Stützen 40 und 42 fest, während die Schraube 48 die Schaltungsplatine an der Stütze 44 festlegt.

Die Einstellknöpfe 180 und 182 sind dauerhaft im Deckel durch Sprengringe 184 (Fig. 2 und 4) festgelegt, wobei die Knöpfe 180 und 182 auf einem Schaft 186 aufgekeilt sind, der in eine Fassung oder in einen Schlitz eines drehbaren Schaltungselementes des jeweiligen Potentio­ meters einpaßt, um eine Vorspanneinstellung und eine Null-Einstellung vornehmen zu können. Wenn der Instrumen­ tendeckel 16 und die Kappe 18 auf dem Gehäuse 13 festge­ legt werden, dann müssen die Schäfte 186 der jeweiligen Knöpfe 180 und 182 in geeigneter Weise in die Fassungen der Potentiometer eingreifen, wie dies in der vorgenann­ ten US-Patentschrift beschrieben ist.

Was die Vorspanneinstellung und die Null-Einstellung betrifft, können anstelle der Stellknöpfe 180 und 182 auch Potentiometer Verwendung finden, die mit Stellrollen ausgestattet sind, welche Schlitze aufweisen, um einen Schraubendreher einsetzen zu können, so daß die Stell­ knöpfe 180 und 182 wegfallen können. Die Öffnungen zum Einsatz des Schraubenziehers können durch geeignete Stopfen abgedichtet werden, so daß die Einstellorgane nicht ohne weiteres zugänglich sind.

Die Erfindung schafft daher ein spezielles Sensorwandler­ instrument, das als Differentialdrucksender Verwendung finden kann und vor der Benutzung so geeicht werden kann, daß die Bourdon-Rohre 76 und 78, die gegeneinander wir­ ken, eine äquivalente Wirkung auf das bewegliche Element oder Komponenten des benutzten Sensorwandlers ausüben können, wenn gleiche Drücke den Bohrungen der jeweiligen Rohre 76 und 78 zugeführt werden.

Die elektronische Schaltung 34, die der nach der genann­ ten US-Patentschrift entspricht, gewährleistet den benö­ tigten gleichförmigen konstanten mA-Eingang zum Blatt­ federsensor 30. Das vom Instrument 11 gelieferte Signal kann den absoluten Gas- und/oder Luftdruck angeben oder Flüssigkeitsdrücke, die positiv oder negativ sind, oder Differentialdrücke, und das Ausgangssignal, welches vom Instrument 11 geliefert wird, kann zur Fernanzeige der Drücke benutzt werden, indem ein Digitalanzeigegerät be­ nutzt wird.

Das Instrument 11 kann benutzt werden, um Differential­ drücke zwischen 10 und 500 psi oder mehr zu messen, wobei die Rohre 76 und 78 aus einem für diesen Zweck geeigneten Material bestehen, beispielsweise aus einem Beryllium­ kupferrohr. Es können jedoch auch Rohre aus anderen Mate­ rialien benutzt werden, beispielsweise aus Inconel, Phosphorbronze und rostfreiem Stahl. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die Rohre 76 und 78 aus Berylliumkupfer und haben einen Außendurch­ messer von 3,175 mm (¹/₈ Zoll) und eine Wandstärke von 0,127 mm (0,005 Zoll). Es wird auf die US-PS 43 74 475 Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel eines Diffe­ rentialdruckmessers zeigt, der ein einziges Bourdon-Rohr als Drucksensor aufweist.

Wenn die ältere Fünf-Draht-Schaltung in Verbindung mit dem Instrumentendehnungsmesser 30 benutzt wird, dann kann ein Dehnungsmesser gemäß der US-PS 43 85 525 benutzt wer­ den. Bei einer neueren Zwei-Draht-Schaltung ist jedoch ein Silizium-Dehnungsmesser vorzuziehen, der einen Teil der Blattfeder 32 bildet, und hierdurch wird es möglich, Dehnungsmesser auf beiden Seiten der Blattfeder anzu­ bringen.

Die vorstehende Beschreibung und die Zeichnung veran­ schaulichen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung und sind in keiner Weise beschränkend. Es können Abwandlungen im Rahmen der Ansprüche getroffen werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.

Claims (14)

1. Differentialdruckwandler mit einem Gehäuse, das eine Kammer definiert, mit einem Sensorwandler in der Kammer, der aus einem elektromechanischen Wandler besteht, der ein bewegliches Bauteil be­ sitzt und elektrisch mit einer Signalauswerte­ schaltung innerhalb der Kammer verbunden ist, die ein Signal gemäß der Auslenkung des beweglichen Sensorbauteils aus einer Nullbezugslage liefert, und mit Mitteln, die elektrisch die Schaltung an eine Spannungsquelle außerhalb des Gehäuses an­ schließen, sowie mit einem Drucksensor in der Kam­ mer und Mitteln zur Verbindung des Drucksensors an eine Druckmittelquelle, wobei der Drucksensor auf den Sensorwandler einwirkt, um ein Signal zu er­ zeugen, das proportional der Änderung des festge­ stellten Druckes ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein erstes Bourdonrohr aufweist, das auf einer Seite des beweglichen Bauteils des Sensorwandlers angeord­ net ist, und außerdem ein zweites Bourdonrohr, das auf der anderen Seite des beweglichen Elementes des Sensorwandlers liegt, daß je ein Ende der Rohre ab­ gedichtet und auf einem Ausgangshebel montiert ist, wobei das eine Ende der Rohre von den Rohren vor­ steht und die Hebel allgemein parallel angeordnet sind, daß Mittel vorgesehen sind, um die jeweiligen Ausgangshebel mit dem beweglichen Element des Sen­ sorwandlers elastisch zu verbinden, um im wesentli­ chen die Vorspannwirkung der Ausgangshebel auf das bewegliche Element des Sensorwandlers auszugleichen, daß Mittel vorgesehen sind, um den Drucksensor mit einer Druckquelle zu verbinden, wobei diese Mittel an den anderen Enden der Rohre angreifen und jeweils Teile umfassen, die getrennt mit getrennten Leitun­ gen verbunden sind, um die jeweiligen Rohre mit ge­ trennten Druckquellen zu verbinden, und daß einer der Ausgangshebel in Längsrichtung einstellbar ist, um seine wirksame Länge einstellen zu können, auf den die Rohre in äquivalenter Weise wirken, wenn sie beide den gleichen Strömungsmitteldrücken ausgesetzt werden.

2. Differentialdruckmesser nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rohre zwischen ihren Enden um Achsen aufgewickelt sind, die allgemein senkrecht zur Bewegungsebene des beweglichen Teils des Sensorwandlers verlaufen, und daß das Rohr, das den einstellbaren Hebel lagert, mit dem anderen Ende schwenkbar relativ zum Gehäuse um eine Achse einstellbar ist, die im wesentlichen parallel zur Wickelachse der Bourdonrohre verläuft.

3. Differentialdruckmesser nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungsmittel eine erste Druck­ schraubenfeder aufweisen, die zwischen einem Aus­ gangshebel und dem beweglichen Bauteil des Sensor­ wandlers liegt, und außerdem eine zweite Druckfeder, die zwischen dem anderen Ausgangshebel und dem be­ weglichen Bauteil des Sensors liegt.

4. Differentialdruckmesser nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß elastisch nachgebende Mittel den Ausgangshebel mit der ersten Druckfeder verbinden und daß der Aus­ gangshebel so ausgebildet ist, daß eine Einstellung seiner wirksamen Länge bei Freigabe der Befesti­ gungsmittel möglich wird.

5. Differentialdruckmesser mit einem Dehnungsmesser und einem eine Kammer definierenden Gehäuse, mit einer Blattfeder in der Kammer, mit einer Klemmvorrichtung zur Halterung der Blattfeder in der Kammer in der Nähe eines Endes der Feder, die auslegerartig über die Kammer geführt ist und eine wirksame Blattfeder­ länge bildet, und mit einem Drehpunkt, um den die Blattfeder von einer Seite nach der anderen in einer Ebene ausgelenkt werden kann, die normal zur Blattfeder verläuft, wobei die Blattfederlänge das bewegliche Element des Wandlers bildet und einen elektromechanischen Dehnungsfühler aufweist, der elektrisch mit einer Signalschaltung innerhalb der Kammer verbunden ist, die ein Signal gemäß dem Aus­ schlag der freien Blattfederlänge von einer Null­ stellung aus liefert, und mit Mitteln, die elek­ trisch die Schaltung an eine äußere Spannungsquelle anschließen, und mit einem Druckfühler in der Kammer und Mitteln, die den Druckfühler mit einer Druckmit­ telquelle verbinden, wobei der Drucksensor auf die Blattfeder in der Nähe eines Endes einwirkt, um den Dehnungsmeßstreifen auszulenken und ein Signal ver­ mittels der Schaltung zu erzeugen, das proportional der festgestellten Druckänderung ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein erstes Bourdon-Rohr auf einer Seite der Blattfeder und ein zweites Bourdon-Rohr auf der anderen Seite der Blattfeder aufweist, daß ein Ende eines jeden Rohres abgedichtet und an einem Ausgangs­ hebel festgelegt ist, daß die Hebel parallel zur Blattfeder verlaufen, daß Mittel vorgesehen sind, um elastisch die jeweiligen Ausgangshebel mit der Blattfeder benachbart zum anderen Ende der Blattfe­ der zu verbinden, um im wesentlichen die Vorspann­ wirkung der Ausgangshebel auf die Blattfeder auszu­ gleichen, daß Mittel vorgesehen sind, die den Druck­ sensor mit einer Druckmittelquelle verbinden, wobei jeweils Mittel vorgesehen sind, um einen getrennten Anschluß an getrennte Leitungen vorzunehmen, um so einen Anschluß an getrennte Druckmittelquellen vor­ nehmen zu können, und daß einer der Ausgangshebel in Längsrichtung einstellbar ist, um seine wirksame Länge einstellen zu können, mit der die Rohre in äquivalenter Weise zusammenwirken, wenn diese dem gleichen Flüssigkeitsdruck unterschiedlicher Quellen ausgesetzt werden.

6. Differentialdruckmesser nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rohre zwischen ihren Enden schraubenlinienförmig um Achsen aufgewickelt sind, die allgemein normal zur Bewegungsebene der Blattfedern verlaufen, wobei das Rohr, welches den einstellbaren Hebel haltert, mit seinem anderen Ende schwenkbar relativ zum Gehäuse um eine Achse gelagert ist, die im wesentlichen par­ allel zur Wickelachse verläuft.

7. Differentialdruckmesser nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungsmittel eine erste Druckfeder aufweisen, die zwischen einem Ausgangshebel und der Blattfeder angeordnet ist, und außerdem eine zweite Druckfeder, die zwischen dem anderen Ausgangshebel und der Blattfeder liegt.

8. Differentialdruckmesser nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß lös­ bare Verbindungsmittel einen Ausgangshebel mit der ersten Druckfeder verbinden, daß ein Ausgangshebel eine Einstellung der wirksamen Länge bei Freigabe der Verbindungsmittel zuläßt.

9. Differentialdruckmesser mit einem Dehnungsmeßstrei­ fen und einem Gehäuse, das eine Kammer definiert, mit einer Blattfeder in der Kammer und mit einer Klemmvorrichtung zur Halterung einer Blattfeder in der Kammer benachbart zu einem Ende der Feder, die auslegerartig fixiert ist und eine freie Länge bil­ det und um einen Schwenkpunkt verschwenkt werden kann, wobei die Blattfeder von einer Seite nach der anderen in einer Ebene beweglich ist, die normal zur Blattfeder verläuft und die freie Länge des bewegli­ chen Sensors bildet, und die Schaltungselemente einen elektromechanischen Dehnungsmeßstreifen auf­ weisen, der elektrisch mit einer Signalverarbeitungs­ stufe verbunden ist, wobei die Schaltung, die das Signal gemäß der Auslenkung der Blattfeder liefert, von einer Nullstellung aus beginnt, und mit Mitteln zur elektrischen Verbindung der Schaltung an eine äußere Spannungsquelle und mit einem Drucksensor innerhalb der Kammer und Mitteln, die den Druck­ sensor mit einer Druckmittelquelle verbinden, wobei der Drucksensor auf die Blattfeder benachbart zum anderen Ende einwirkt, um den Dehnungsmeßstreifen zu betätigen und ein Signal zu erzeugen, das proportio­ nal zur Änderung des Druckes ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein erstes Bourdon-Rohr auf einer Seite der Blattfe­ der und ein zweites Bourdon-Rohr auf der anderen Seite der Blattfeder umfaßt, daß ein Ende jedes Roh­ res abgedichtet und auf einem Ausgangshebel montiert ist, wobei der Hebel allgemein parallel zur Blattfe­ der verläuft, daß Mittel vorgesehen sind, um ela­ stisch die jeweiligen Ausgangshebel der Blattfeder benachbart zum anderen Ende der Blattfeder zu ver­ binden und die Vorspannwirkung der Ausgangshebel auf die Blattfeder im wesentlichen auszugleichen, daß Mittel vorgesehen sind, um den Drucksensor an eine Druckmittelquelle anzuschließen, und diese Mittel die anderen Enden der Rohre umfassen, die jeweils an getrennte Leitungen angeschlossen sind, um mit ge­ trennten Druckmittelquellen verbindbar zu sein, daß der Lagerblock fest im Gehäuse angeordnet ist und daß einer der Ausgangshebel einstellbar in Längs­ richtung ist, um die wirksame Länge einstellen zu können, bei der die Rohre in äquivalenter Weise wir­ ken, wenn beide Rohre dem gleichen Flüssigkeitsdruck von verschiedenen Druckmittelquellen ausgesetzt wer­ den.

10. Differentialdruckmesser nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rohre zwischen ihren Enden schraubenlinienförmig um Achsen aufgewickelt sind, die allgemein senkrecht zur Bewegungsebene der Blattfeder verlaufen, daß das Rohr, das den einstellbaren Hebel haltert, mit dem anderen Ende schwenkbar relativ zum Gehäuse um eine Achse ist, die im wesentlichen parallel zur Wickel­ achse der Feder verläuft, und daß der Lagerblock außerhalb des Gehäuses vorsteht, um eine Verbindung mit unterschiedlichen Druckmittelquellen herstellen zu können.

11. Differentialdruckmesser nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungsmittel eine erste Druck­ schraubenfeder umfassen, die zwischen dem einen Aus­ gangshebel und der Blattfeder angeordnet ist, und außerdem eine zweite Druckschraubenfeder, die zwi­ schen dem anderen Hebel und der Blattfeder liegt.

12. Differentialdruckmesser nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß lös­ bare Klemmittel vorgesehen sind, um den einen Aus­ gangshebel mit der ersten Druckfeder lösbar verbin­ den zu können, und daß der eine Ausgangshebel eine Einstellung der wirksamen Länge ermöglicht, wenn die Klemmittel freigegeben sind.

13. Differentialdruckmesser nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Lagerblock ein Ende der Blattfeder aufnimmt und ein Gewinde aufweist, um die Blattfederklemmlager zu bilden.

14. Differentialdruckmesser nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die lösbaren Klemmittel zur lösbaren Festklemmung des einen Ausgangshebels aus einer Schrauben-Mutter- Anordnung bestehen.