DE2835523C3

DE2835523C3 - Differenzdruck-Meßzelle

Info

Publication number: DE2835523C3
Application number: DE19782835523
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Krischker
Original assignee: Individual
Current assignee: Krischker Peter Dipl-Ing Dr 6806 Viernheim
Priority date: 1978-08-12
Filing date: 1978-08-12
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DE2835523A1; DE2835523B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Differenzdruck-Meßzelle nach dem Kompensationsprinzip zur Umwandlung von Druckdifferenz.η in elektrische Signale bestehend aus zwei surr über eine Verbindungsstange miteinander verkoppelten Membranen, zwiscnen denen eine Wegmeßeinrichtung und eine elektromagnetische Stelleinrichtung zur Kompensation der i.lembranauslenkung angeordnet sind, wobei das Kompensationssignal ein Maß für den Differenzdruck darstellt

Derartige Differenzdruck-Meßzellen werden vornehmlich zur Verfolgung chemischer, medizinischer und technologischer Prozesse eingesetzt, z. B. für die Durchflußmengenmessung.

Differenzdruck-Meßzellen, die mit einem Doppelmembransystem ausgestattet sind, haben große Verbreitung gefunden. Sie arbeiten überwiegend nach dem Ausschlagverfahren, wobei zur Meßwerterfassung einfach oder mehrfach aufgebaute Meßwertabgriffe zwischen den beiden Membranen angeordnet sein können. Eine Differenzdruck-Meßzelle mit paarweise symmetrisch zu den Membranen angeordneten Meßabgriffen ist z. B. in der US 36 80 387 beschrieben.

Meßsysteme, bei denen die Membranauslenkung kompensiert wird (Kompensationsprinzip) weisen gegenüber den zuvor genannten einige wesentliche Vorteile auf, wie Vermeidung von Volumenverschiebungen in den Meßkammern, kleinere Hysteresefehler und größere Meßempfindlichkeit. Dies wird jedoch mit einem etwas höherem mechanischen und elektrischen Aufwand erkauft

Es ist bekannt, daß zur Kompensation der Membranauslenkung elektromagnetische Stellglieder eingesetzt werden können, die eine dem Differenzdruck entsprechende Meßkraft erzeugen. Zur Kraftübertragung auf die Verbindungsstange der Membranen oder anderer elastischer Elemente bedient man sich vorwiegend mechanischer Übertragungseinrichtungen, wie Hebelsysteme (vgl. die DE-AS 12 62 626).

Meßeinrichtungen dieser oder ähnlicher Ausbildung leiden unter dem Mangel, daß die bei der Erzeugung der Gegenkraft entstehende Strorawärme sich ungleichmäßig auf die Meßwerkbestandteile überträgt und so Materialverschiebungen hervorrufen, die sich bei genauen Messungen auf das Meßergebnis übertragen und zu Meßfehlern führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mit der in der Meßzelle entstehenden Wärme verbundenen Temperatargradienten so zu kompensieret;, daß darauf beruhende Meßfehler ausgeschaltet werden.

to Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Differenzdruck-Meßzelle der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Stelleinrichtung in bezug auf die Membranen paarweise symmetrisch angeordnete elektromagnetische Stellglieder aufweist, deren zusammengeschaltete Kraftspulen an den Membranen oder an der Verbindungsstange befestigt sind und daß die Wegmeßeinrichtung zentral oder ebenfalls paarweise symmetrisch in bezug auf die Membranen angeordnet ist

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile zeigen sich insbesondere bei der Messung kleiner und kleinster Druckdifferenzen, indem diese genauer und störunanfälliger als bisher erfaßt werden könnea Auch wirkt sich die gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Meßzelle günstig auf das Verhalten des Membranwerkstoffes aus, so daß hier mit einer Gleichtaktunterdrückung gerechnet werden kana Hinzu kommt, daß die vorgeschlagene Meßzelle einfach zu fertigen und zu kalibrieren ist

Um die in der Meßzelle selbst entstehende Wärme möglichst schnell gleichmäßig zu verteilen und Temperatureinwirkungen von außen auf die Meßzelle zu erschweren, ist nach einer Ausbildung der Erfindung der Raum zwischen den Membranen nach außen abgeschlossen und mit einem gut wärmeleitenden Fluid gefüllt Hierbei handelt es sich um eine an sich bekannte Maßnahme zum örtlichen Temperaturausgleich, die jedoch im Zusammenhang mit dem Gegenstand nach Anspruch 1 zur Lösung der gestellte ί Aufgabe beiträgt Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Differenzdruck-Meßzelle.

Bei der dargestellten Meßzelle werden zwei gegensinnig konzentrisch gewellte radial eingespannte Membranen 1, 2 als Meßumformer (Druck-Weg) verwendet Die Membranen sind in ihrem Zentrum durch eine Verbindungsstange bzw. ein Röhrchen (Steg) 6 fest miteinander verbunden. Zur besseren Kraftübertragung (Membrane-Steg) sind kleine Verstärkungsscheiben 7 vorgesehen. Oberhalb oder unterhalb der jeweiligen

w Meßrnembrane befinden sich die Druckkammern 8, 9. Diese sind so ausgebildet, daß ihr Gehäuse demontierbar und über Schraubventile 10,11 leicht entlüftbar ist Die Druckkammern sind frei von Einbauten. Zwischen den beiden Membranen befinden sich die Wegmeßeinrichtung und die elektromagnetische Stelleinrichtung zur Kompensation der Membranauslenkung. Diese Einrichtungen können aus einem oder aus mehreren symmetrisch zueinander angeordneten Systemen bestehen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich eine Wegmeßeinrichtung 3 in der Mitte zwischen den beiden Membranen. Die Stelleinrichtung besteht dagegen aus zwei symmetrisch zueinander angeordneten, in Reihe geschalteten Kraftbzw. Tauchspulen S mit Topf magneten 13.

Die Topfmagnete sind untereinander und mit der Außenwand 12 der Meßzelle über eine Metallröhre 12 gut wärmeleitend verbunden, so daß die Stromwärme der Tauchspulen einerseits gleichmäßig verteilt und

andererseits gut nach außen abgeführt wird. Der Spulenstrom und damit die Stromwärme wird durch Verwendung von Magnetwerkstoffen mit einem sehr hohen Energieprodukt gering gehalten. Ein Nachlassen der Magnetkraft ist bei den neuen Permanentmagnet* werkstoffen (z. B. SmCo₅) als sehr gering und damit als vernachlässigbar anzusehen.

Die in der Meßzelle herrschende Temperatur überträgt sich auch auf die Membranen, deren Elastizitätsänderung unter der Voraussetzung gleicher Stoffeigenschaften keinen störenden Einfluß auf das Meßergebnis haben. Um Umwelteinflüsse und durch Eigenerwärmung erzeugte Temperaturspitzen zu mildern kann die Meßzelle mit einer thermostatisierten Schutzeinrichtung umgeben werden.

Je nach Einstellung des elektrischen Nullpunktes wird das Grundgewicht des beweglichen Teils im stromlosen Zustand von den Membranen aufgenommen oder es befindet sich im Gleichgewicht mit der durch die Kraftspulen bewirkten Kraft Im letzten Fall arbeitet die unbelastete Differenzdruck-Meßzelle nicht stromlos. Der lagekorrigierende Spulenstrom ist ein M,<ß für die

Druckdifferenz.

In den Freiraum zwischen den beiden Topfmagneten können verschiedene berührungslos arbeitende Wegmeßeinrichtungen 3 (induktiv, kapazitiv, optisch etc.)

eingesetzt werdea In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zwei Lichtschranken verwendet, deren Lochblenden fest mit dem Steg 6 verbunden sind. Durch Wahl einer optischen Wegerfassung ist das magnetische Streufeld der Stellglieder ohne Einfluß auf den

ίο Meßwert. Die Rückwirkung der Wegmeßeinrichtung auf den Membranhub ist vernarhlässigbar.

Die beschriebene Differenzdruck-Meßzelle weist nur eine geringe Massenträgheit auf, so daß rasch verlaufende Druckänderungen erfaßt werden können.

is Sie ist geeignet zur Differenzdruckmessung in Gasen und Flüssigkeiten.

Die Verarbeitung des Wegmeßsignals und die Erzeugung des elektrischen Stellsignals geschieht in bekannten elektronischen Schaltungen 4, die teilweise oder vollständig auch in der Differenzdruck-Meßzelle angeordnet sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Differenzdruck-Meßzelle nach dem Kompensationsprinzip zur Umwandlung von Druckdifferenzen in elektrische Signale bestehend aus zwei starr fiber eine Verbindungsstange miteinander verkoppelten Membranen, zwischen denen eine Wegmeßeinrichtung und eine elektromagnetische Stelleinrichtung zur Kompensation der Membranauslenkung angeordnet sind, wobei das Kompensationssignal ein Maß für den Differenzdruck darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (5, 13) in bezug auf die Membranen paarweise symmetrisch angeordnete elektromagnetische Stellglieder aufweist, deren zusammengeschaltete Kraftspulen (5) an den Membranen (1, 2) oder an der Verbindungsstange (6) befestigt sind und daß die Wegmeßeinrichtung zentral oder ebenfalls paarweise symmetrisch in bezug auf die Membranen (I₁2) angeot dnet ist

2. Diffcrenzdruck-Meßzelle nach Anspruch!. dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Membranen nach außen abgeschlossen und mit einem gut wärmeleitenden Fluid gefüllt ist