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Gebiet der
Erfindung
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Das
Gebiet der Technik, auf das sich die Erfindung bezieht, beinhaltet
das Einstellen der Linearität
bei Druckwandlern, die eine aufgehängte Feder-Übertragungseinrichtung aufweisen,
nach deren Zusammenbau.
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Hintergrund
der Erfindung
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Druckwandler
des Typs, die eine Kombination aus einem Federrohr und einer aufgehängten Feder-Übertragungseinrichtung
beinhalten, stellen normalerweise eine Spann-Einstellung zur Verfügung, mit Hilfe derer genaue
Anfangs- und Endpunkte über den
Druckbereich der Anzeigeskala erhalten werden. Andererseits haben
solche Wandler allgemein den Nachteil, dass sie keine Einstellung
der Linearität entlang
der zwischen den Enden liegenden Punkten ermöglichen.
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National
Standart ASME B-40.1 betrifft den Standard der Genauigkeit, durch
den Wandler von Typ mit aufgehängter Übertragungseinrichtung
für eine
Genauigkeit von "Grad
A" oder besser qualifiziert
werden können.
Gemäß diesem
Standard ist eine Zeigerdrehung erforderlich, um genau angepasst
zu sein, um der Anordnung von Inkrementen zu entsprechen, die auf
der Anzeigefläche
dargestellt sind. Frühere
Versuche bezüglich
der Linearisierung haben spezielle, teuere und unpraktische Konstruktionsänderungen
bei dem segmentförmigen
Zahnrad erforderlich gemacht. Außerdem konnte eine Einstellung
nur mit einem gewissen Ausmaß an
Demontage durchgeführt
werden, wobei das Gehäuse
entfernt werden musste, was es notwendig machte, eine endgültige Inspektion
hinsichtlich der Genauigkeit nach vollständiger erneuter Montage aller
Wandlerkomponenten durchzuführen.
Diese zusätzlichen
Schritte haben daher eine lineare Einstellung hinsichtlich der Kosten
des Produkts unpraktisch gemacht.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Kommerzielle
Ausgestaltungen von Druckwandler vom Typ mit aufgehängter Feder-Übertragungseinrichtung
sind zum Beispiel in den US-Patenten 4,005,085; 4,246,796 und 4,444,057
offenbart. Die aufgehängte
Feder-Übertragungseinrichtung bzw.
deren Verstärker
ist an dem freien Ende von einem Federrohr montiert, um sich mit
diesem zusammen schwebend zu bewegen. Ein entfernt angekoppeltes
Verbindungsdraht-Betätigungsmittel
verläuft
in dem Bewegungspfad, um eine Schenkachse für einen gelenkig angebrachten
Zahnradsegment-Schenkel des Verstärkers zu definieren. Beim Verschwenken
um die Achse des Betätigungsmittels
treibt der Zahnradsegment-Schenkel eine drehbare Ausgangswelle an,
an der ein Zeiger oder eine ähnliche Einrichtung
angebracht ist, der gegenüberliegend
einer graduierten Anzeigefläche
vorgesehen ist. Bei einer typischen Konstruktion wird eine gewisse
Form der Linearität
des Instruments während
der Herstellung voreingestellt. Dies bestand allgemein aus der Voreinstellung
der Höhe
des Verstärkers über dem Anschlussrohr,
um im wesentlichen an die Betriebcharakteristiken des Federrohrs
angepasst zu werden, und zwar unabhängig von Variationen hinsichtlich
der Betriebscharakteristiken, die einen Einfluss haben könnten. Dies
wurde durch vertikale Positionierung der Betätigungsverbindung in eine gewünschte,
aber willkürliche
Höhe bewirkt,
bevor die Verbindung an dem Anschlussrohr befestigt wird.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren hat jedoch zu großen Ungenauigkeiten
hinsichtlich der Linearität
geführt,
da der Wandler für
eine Kalibrierung nicht betätigbar
ist, bis der Verbindungsdraht befestigt ist. Nachdem aber die Verbindung
hergestellt ist, ist es nicht so leicht möglich, die vordefinierte Beziehung
zu verändern,
die zur Verbesserung der Linearität hätte beitragen können.
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Obwohl
die vorstehenden Probleme erkannt wurden, war bisher keine Lösung bekannt.
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Die
US 4,237,738 offenbart eine
Druckmesser-Unterbaugruppe für
einen Druckwandler, die ein Federrohr aufweist und eine vollständige Unterstützung für den Wandler-Verstärker bereitstellt,
der funktional gekoppelt ist, um die Welle von einem Ausgabezeiger
anzutreiben. Die Unterbaugruppe kann als eine Einheit in einem Wandlergehäuse installiert sein,
wodurch eine selbstabstützende
Einlassverbindung für
das Federrohr bewirkt wird. Jedoch beschreibt dieses Dokument kein
Betätigungsmittel, das
einen länglichen
Bereich mit einem distalen Ende, das sich außerhalb des Wandlergehäuses befindet,
wobei der längliche
Bereich teilweise in einem Sockel befestigt ist, und einen Zugriffsanschluss
hat, der an dem Anschlussrohr außerhalb des Gehäuses angeordnet
ist, um das Verlagern des länglichen
Bereiches des Betätigungsmittels
zu ermöglichen.
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Aufgaben der
Erfindung
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Druckwandler mit
einer aufgehängten Übertragungseinrichtung
zur Verfügung
zu stellen, der für
eine Kalibrierung der Linearität
nach der Montage ausgestaltet ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die vorstehend genannte
Aufgabe zu lösen,
indem ermöglicht
wird, dass nach dem Zusammenbau eine Verlagerung der Verbindung
ermöglicht
wird, durch die die Schwenkachse der aufgehängten Übertragungseinrichtung definiert
ist.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, die vorstehend genannten
Aufgaben durch kostengünstige
Merkmale zu lösen,
wodurch Einstellungen der Linearität über die Funktionsbandbreite des
Druckwandlers ermöglicht
werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Druckwandler von dem Typ, die eine aufgehängte Übertragungseinrichtung
haben. Speziell betrifft die Erfindung einen solchen Druckwandler,
bei dem die aufgehängte Übertragungseinrichtung
für eine
Kalibrierung bezüglich der
Linearität
nach dem Zusammenbau möglich
ist, um so die Anzeigegenauigkeit der Ablesung des Wandlers zu verbessern.
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Der
Wandler gemäß der Erfindung
ist der Wandler von einem Typ mit einer aufgehängten Übertragungseinrichtung, wie
er beispielsweise in der Offenbarung des US-Patents 4,246,789 erwähnt wird.
Der Wandler beinhaltet ein Federrohr, das intern mit einer Einlasshülse kommuniziert,
die sich aus dem Wandlergehäuse
nach außen
erstreckt und in dem Fluid enthalten ist, dessen Druck überwacht werden
soll. Die aufgehängte Übertragungseinrichtung
ist an dem freien Ende von dem Federrohr befestigt und beinhaltet
einen Zahnradsegment-Schenkel, der durch das distale Ende von einer
länglichen Verbindung
schwenkbar gehalten ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei
dem die Verbindung bei dem anfänglichen
Zusammenbau sicher befestigt wird, ist hier die Verbindung lediglich
unbestimmt an einem gesteuerten Widerstand befestigt, wodurch eine
Verlagerung der Verbindung von außen nach dem Zusammenbau ermöglicht wird.
Die normale Kalibrierung wird zuerst unter Verwendung der Einrichtungen
vorgenommen, und zwar wie in American National Standard ASME B40.1
Abschnitt 6 empfohlen. Die Daten, die während dieser Prozedur gesammelt werden,
geben das Ausmaß der
Einstellung der Linearität
an, das erforderlich ist, um den Grad der Genauigkeit des getesteten
Wandlers zu verbessern. Indem die Verbindung dann in dem geforderten
Ausmaß verlagert
wird, werden Veränderungen
hinsichtlich der Linearität
der Zeigeranzeige in Reaktion auf die Druckeingabe erreicht. Das
Ergebnis besteht darin, eine verbesserte lineare Genauigkeit der
späteren
Ablesung des Wandlers zu erreichen.
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Um
die Einstellung der Linearität
zu ermöglichen,
ist in dem Wandler-Anschlussrohr eine seitliche Aussparung vorgesehen,
die sich an dem Ende der Verbindung befindet. Während bei Verwendung eines
kommerziell erhältlicher
Kalibrierungs-Mechanismus die Einstellung der Linearität unter
Verwendung einer kleinen Zange oder eines anderen geeigneten Handwerkzeugs
durchgeführt,
dessen Spitze in die Aussparung eingeführt wird, um das untere Ende
der Verbindung zu greifen. Dadurch wird eine Hebelwirkung für das Werkzeug
erreicht, so dass die Verbindung in linearer Richtung parallel zur
Achse des Anschlussrohrs verlagert werden kann, bis eine optimale
Linearität
erreicht ist. Die Wirkung der Verlagerung der Verbindung auf diese
Weise besteht darin, die Position der Achse zu verändern, um
die der Zahnradsegment-Schenkel der Übertragungseinrichtung schwenkt,
um so eine verbesserte lineare Genauigkeit über den Betriebsbereich des
Instruments zu erreichen. Danach kann die Verbindung sicherer befestigt
werden, falls gewünscht.
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Als
eine Folge des vorstehend beschriebenen Vorgangs ermöglicht ein
wirksames konstruktives Merkmal nicht nur die Verbesserung der Genauigkeit
des Wandlers an sich, sondern ermöglicht gleichzeitig die Übereinstimmung
mit der National Standards ASME B 40.1, wodurch eine Hochstufung des
Produkts auf dem Markt erreicht wird.
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Die
oben genannten Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie weitere
vorteilhafte Aspekte davon werden für den Fachmann beim Lesen der
detaillierten Beschreibung noch offensichtlicher, die nun in Verbindung
mit den Zeichnungen folgt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 und 2 sind
eine bruchstückhafte Vorderansicht
bzw. Seitenansicht von einem Druckwandler gemäß Stand der Technik, bei dem
eine aufgehängte Übertragungseinrichtung
verwendet wird;
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3 und 4 sind
eine bruchstückhafte Vorderansicht
bzw. Seitenansicht, in denen die konstruktiven Veränderungen
zur Durchführung
einer Kalibrierung nach dem Zusammenbau gemäß der Erfindung gezeigt sind;
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5 ist
eine bruchstückhafte
Vergrößerung von
dem eingekreisten Bereich aus 3, in der
die Art und Weise gezeigt ist, wie eine Kalibrierung des Wandlers
bezüglich
der Linearität
nach dem Zusammenbau durchgeführt
wird;
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6(A) und 6(B) sind
graphische Darstellungen, die beispielhaft die Leistungsfähigkeit
der Linearität
von einem Druckwandler darstellen, der gemäß Stand der Technik "hergestellt" ist; und
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6(C) ist eine graphische Darstellung, die beispielhaft
die Linearität
von einem Druckwandler nach dessen Kalibrierung zeigt.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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In
der nun folgenden Beschreibung sind gleich Teile in der Beschreibung
und in den Zeichnungen mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht,
und in einigen Ansichten können
einigen Teile zum Zwecke der Verdeutlichung vergrößert sein.
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Es
wird nun auf 1 und 2 Bezug
genommen, in denen eine Wandler-Konstruktion mit aufgehängter Übertragungseinrichtung
von einem Typ gezeigt ist, der zuvor in dem US-Patent 4,246,796
offenbart wurde. Der mit 10 bezeichneten Druckwandler beinhaltet
ein Anschlussrohr bzw. eine Hülse 12,
in der Fluid, dessen Druck gemessen werden soll, in einem Einlass 14 aufgenommen
wird, der Schraubgewinde 16 aufweist, um den Wandler mit
einem System zu verbinden, mit dem zusammen er verwendet werden
soll. Der Druck des Fluids, das in dem Einlass 14 aufgenommen
wird, steht mit einem Federrohr 18 in Beziehung, das ein
freies Ende 19 hat, das in bekannter Weise in Reaktion
auf eine inkrementale Druckveränderungen,
die am Einlass 14 aufgenommen wird, eine kurvenförmige Verlagerungsbewegung
durchläuft.
Die Bewegung von dem Ende 19 des Rohrs wird auf einen Verstärker 20 übertragen,
um eine korrelierte, aber verstärkte
Ausgangsbewegung zur Betätigung
eines Zeigers 22 relativ zu Druckwerten 24 an
der Anzeigefläche 26 zu bewirken.
Mit Ausnahme des Anschlussrohrs 12 beinhaltet jede der
vorstehend genannten Komponenten den Betriebsmechanismus des Wandlers,
der im wesentlichen in einem geschlossenen Gehäuse 28 enthalten ist.
Das Gehäuse
beinhaltet eine tassenförmige,
schalenähnliche
Rückseite 30,
die mit Hilfe von Schrauben 32 an dem Anschlussrohr 12 befestigt
ist. Ein Deckelring 34 ist teleskopartig auf die Rückseite 30 aufgesetzt
und trägt
ein transparentes Glas 36, um die Zeigerposition relativ
zu der Anzeigefläche 26 sehen
zu können.
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Der
Verstärker 20 weist
einen mittleren, hochstehenden U-förmigen Käfig oder Rahmen 38 auf,
der über
einen U-förmigen
Träger 40 befestigt
ist, der an dem Verlagerungsende 19 des Federrohrs 18 angebracht
ist, beispielsweise durch Schweißen, Löten, Hartlöten oder ähnliches. Durch eine derartige Anbringung
sind der Käfig
und die Komponenten, die er abstützend
hält, Gegenstand
einer schwebenden Bewegung, die durch die Verlagerungs verbiegung von
dem Ende 19 des Rohrs als eine Folge von Druckänderungen
bewirkt wird, die an dem Einlass 14 empfangen werden.
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In
dem Rahmen 38 sind zwei in Längsrichtung verlagerbare drehbare
Wellen 42 und 44 montiert, von denen die erste
eine gelenkige Halterung für einen
Zahnradsegment-Schenkel 46 bildet, wohingegen letztere
die Ausgangsantriebswelle 44 für den Betätigungs-Zeiger 22 bildet.
Eine Drehung der Welle 94 wird durch ein Ritzel 48 bewirkt,
das an dem Ritzel befestigt ist und mit dem Zahnradsegment 50 des Schenkels 46 kämmt.
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Um
die Verstärkungsfunktion
zu bewirken, ist ein Betätigungsmittel
in Form eines länglichen,
relativ steifen Metallfederdrahts bzw. eine Verbindung 52 vorgesehen,
die sich mit einem Ende in eine Aussparung 53 des Anschlussrohrs
erstreckt, wo sie bei 54 fest an dem Anschlussrohr befestigt
ist. Kurz über dem
Versatz 56 in dem Betätigungsdraht 52 greift das
Betätigungsmittel
mit einer konisch geformten Nase 58 (4)
von einer verstellbaren Einstellschraube 60 ein, die in
das Anschlussrohr 12 eingeschraubt ist. In vertikaler Richtung über dieser
Position erstreckt sich das Betätigungsmittel
mit einem Versatz bzw. einer Biegung 62, die in einem länglichen
Schlitz 64 des Zahnradsegment-Schenkels 46 aufgenommen
ist, um dessen Schwenkachse zu bilden. Unter der Voraussetzung,
dass das Betätigungsmittel 52 in
federähnlicher
Anlage gegen die Nase der Schraube 50 gebogen ist, kann
eine spannende Einstellung in Richtung des Pfeils 78 auf
einfacher Weise bewirkt werden.
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Bei
der vorstehend erläuterten
Anordnung ist der gesamte Verstärker 20 in
einer Feder-Aufhängung
mit Hilfe des Federrohr-Endes 40 gehalten, das eine Federverbindung
mit dem Verstärker
und der Betätigungsverbindung 52 bildet,
die eine weitere Federverbindung mit dem Verstärker bewirkt. Es ist offensichtlich,
dass bei der gesamten Konstruktion, die bisher beschrieben wurde,
einschließlich
der Aufnahme 54, die Voreinstellung der Linearität während des normalen
Verlaufs der Herstellung erfolgt. Die anschließende Linearität beim Betrieb
kann daher Gegenstand von Veränderung
sein, und zwar als Folge von Veränderungen
der Eigenschaften der einzelnen Komponenten, die funktional daran
beteiligt sind. Typische Linearitäts-Eigenschaften nach der Herstellung
sind beispielsweise in 6(A) und 6(B) für Bedingungen "wie hergestellt" gezeigt, wobei der
Abstand "X" zwischen der Krümmung 62 und
der Oberfläche 66 der
Hülse 12 0,540
Zoll bzw. 0,504 Zoll beträgt.
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Die
Verbesserung, um auf einfache Weise eine Einstellung der Linearität gemäß der Erfindung zu
bewirken, kann am besten unter Bezugnahme auf 3–5 und 6(C) verstanden werden, wobei eine Einstellung
nach dem Zusammenbau ermöglicht
wird, und zwar durch Einstellung in Kombination mit einem Wandler-Kalibrierungsmittel
(wie vorstehend beschrieben). Um eine Einstellung in dieser Weise
zu ermöglichen,
ist ein unterer Bereich von dem Verbindungsdraht in einem Messinghülsen-Material 68 aufgenommen,
in das der Draht kontrollierbar eingestemmt ist, und zwar mit einem
kontrollierten Widerstand, der durch Erhöhen oder Vermindern der Kraft,
die auf das Verstemmungsloch aufgebracht wird. Dies beinhaltet,
dass der Verbindungsdraht mit weniger als einem festen Griff gehalten
wird, was dazu führt,
dass der Draht darin linear verschiebbar ist.
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Für diesen
Zweck erstreckt sich das untere Ende des Drahts 52 in eine
ausgesparte Vertiefung bzw. in einen Zugriffsanschluss 72 in
der Seitenwand von dem Anschlussrohr 12. Der Zugriffsanschluss beinhaltet
eine relativ große
runde Öffnung 74,
die koaxial nach innen gerichtet mit einer relativ kleinen runden Öffnung 76 in
Verbindung steht, um so daran Gegenbohrungsschultern zu definieren.
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Um
die Linearität
zu kalibrieren, wird das Ausmaß des
Widerstandes kontrolliert, mit dem der Draht 52 in dem
Messinghülsen-Material 68 gehalten ist,
wie vorstehend erwähnt.
Folglich kann in einem Vorgang nach dem Zusammenbau, und ohne Entfernung
des Gehäuses 28,
der Verbindungsdraht 52 nach oben oder nach unten verlagert
werden, wie durch Pfeile 78 dargestellt ist (5).
Die Verlagerung des Verbindungsdrahts wird am besten unter Verwendung
eines Handwerkzeugs durchgeführt, wie
beispielsweise ein herkömmlicher
Seitenschneider 80, dessen Spitze 82 in die Gegenbohrungsöffnung 76 eingeführt wird,
während
er mit dem Draht 52 eingreift. Dadurch wird eine Hebelwirkung
zur manuellen Verlagerung des Drahts 52 in Richtung der Pfeile 78 bewirkt,
wie dies erforderlich ist. Da die Verlagerung in Kombination mit
einem Kalibrierungsmittel durchgeführt wird, werden die vorhandenen
Komponenten des Wandlers, unabhängig
von ihren Leistungscharakteristiken, die sie haben, relativ zueinander
verlagert, um eine Veränderung
bezüglich
des Anfangwinkels des Segment-Schenkels 46 zu bewirken,
um so die Einstellung der Linearität zu optimieren.
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Die
Bedeutung der vorstehenden Erläuterungen
wird durch deren Vereinfachung und durch die Tatsache offensichtlich,
dass die Kalibrierung vollständig
außerhalb
des Wandlers als ein Vorgang nach der Montage durchgeführt werden
kann. Durch einfaches Vorsehen eines Zugriffsanschlusses bzw. einer
Vertiefung wird das Einsetzen und Anwenden eines Handwerkzeugs ermöglicht,
das dazu ausgestaltet ist, um mit dem Verbindungsdraht einzugreifen und
diesen nach oben oder nach unten zu verschieben, wodurch die Einstellung
mit minimaler Anstrengung in einem minimalem Zeitraum durchgeführt werden.
Das Ergebnis ist eine Einstellung der Linearität, bei der der Anfangswinkel
des Zahnradsegments verändert
wird, indem lediglich die Verbindung angehoben oder abgesenkt wird,
wie dies für
jede einzelne Wandlerbaugruppe erforderlich ist.
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Durch
die vorstehende Beschreibung ist eine neuartige Konstruktion zum
Bewirken einer Linearitätseinstellung
von einem Druckwandler mit aufgehängter Übertragungseinrichtung in ökonomischer und
einfacher Weise möglich.
Obwohl die Einstellung einfach ist, wird nur eine minimale Anzahl
von Komponenten benötigt,
um diese Einstellung auf einfache Weise und mit minimalen Kosten
durchzuführen,
wodurch die Vorteile einer verbesserten Genauigkeit des Wandlers
realisiert werden können.
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Bezüglich der
obigen Konstruktion können viele
Abwandlungen erfolgen, und viele offensichtlich breite andere Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung können
erfolgen, ohne von derer Schutzbereich abzuweichen, der durch die
beiliegenden Patentansprüche
definiert ist.