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Patent Searching and Data


Title:
ELECTROPNEUMATIC CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1982/001041
Kind Code:
A1
Abstract:
The electropneumatic converter comprises a control part (10) responsive to a pressure difference, connectable to conduits (4, 5) of a pneumatic circuit and having a device with capillary tubes (12, 13) arranged in a casing (35) and partially filled with a liquid (11) under the pressure of the pneumatic circuit. The device with capillary tubes (12, 13) cooperates with a proximity switch (20), of which the measuring area is above the balancing level (30) of the liquid (11) present in the device with capillary tubes (12, 13). Between each of the mouthpieces (16, 17) of the capillary tubes and the mouthpiece (44, 45) of the corresponding conduit (4, 5) there is arranged an expansion chamber (14, 15) comprising baffles (18, 19). This converter is of a simple construction, free of maintenance, has a substantially unlimited useful life and has an absolute reliability and an improved sensitivity.

Inventors:
KAEGI R (CH)
Application Number:
PCT/CH1981/000101
Publication Date:
April 01, 1982
Filing Date:
September 08, 1981
Export Citation:
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Assignee:
UNIBOARD AG (CH)
KAEGI R (CH)
International Classes:
G01L13/04; (IPC1-7): F15B5/00; G01L13/04
Foreign References:
GB1023042A1966-03-16
GB901210A1962-07-18
US3745348A1973-07-10
Other References:
ATM Messtechnische Praxiz, issued 474/475 (July/August 1975) "Hochgenause Druckmessergerat mit nur 0.005 % Fehlergrenze" see page R119
IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume 20, Nr. 10, published in March 1975 (New York, US) F. HENDRIKS u.a. "Electrical Micromanometer" see the whole article
ATM Archiv fur Technisches Messen, page J132-6, published in October 1971, A. GUYH "Eine Automatische Digitale Vielfach-Druckmessvorrichtung Teil I" pages 209-212, see page 212, 3.5. Scanning Devices
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Claims:
Patεntansprüchε
1. Pneumatischelektrischer Wandler mit einem an einen pneumatischen Kreis anschliessbarεπ, auf Druckdiffe¬ renzen im pneumatischen Kreis ansprεchenden Steuεr tεil und mit einem, vom Stεuεrtεil εrregbaren εlek trischen Signalteil, dadurch gekennzeichnet, dass der druckdiffεrεntε Stεuεrteil (10) einε Kapillar¬ rohranordnung (12,13) umfasst, die wenigstens teil¬ weise mit einer, unter den Druck des gasförmigen Me¬ diums im pneumatischεn Krεis (4,5) stεllbaren Flüssig¬ keit (11) gefüllt ist; und dass der elεktrischε Signal¬ teil (20) mindestens eine kapazitive oder induktive oder optoelektrische Messzellε umfasst, derεn Mess¬ zone von der Flüssigkeitssäulε in dεr Kapillarrohr¬ anordnung (12,13) durchsetzbar ist.
2. Pneumatischelεktrischer Wandler nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass sich zwischen dam pneu¬ matischen Kreis (4,5) und dem Kapillarrohr (12,13) eine Expansionskammeranordnung (14,15) erstreckt.
3. Pnεumatischεlεktrischεr Wandlεr nach Anspruch 1 odεr 2. dadurch gεkennzeichπet, dass das Kapillarrohr (12,13') Ufδrmig ausgebildet ist, wobei jedεr Kapil larrohrschenkel (12 bzw. 13) in eine eigene Expansions¬ kammer (14 bzw. 15) ausmündet, in welchε, distaπziεrt von und obεrhalb der betreffendεn Kapillarrohrmun¬ dung (16 bzw. 17) eine der Druckleitungen (4 bzw. 5) des pneumatischen Kreisεs εinmündεt.
4. Pnεumatischεlεktrischεr Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Strömungsweg der Expansionskammer (14 bzw. 15) zwischen der Ka¬ pillarrohrmundung (16 bzw. 17) und dεr Mündung (44 bzw. 55) dεr bεtreffendεn Drucklεitung (4 bzw. 5) Schikanεn (18 und 19) bεfindεn.
5. Pneumatischelektrischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Schikanεπ (18) Strδ ungsteiler und ein anderer Teil der Schi¬ kanen (19) Fangräume bildeπdε Spεrrεn sind.
6. Pneumatischelektrischεr Wandlεr nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schikanen (18 und 19) gegen die Kapillarrohrmundungen (16,17) gerichtete Schneiden (18' bzw. 19') aufweisen.
7. Pneumatischelektrischer Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Expansions¬ kammern (14 und 15) von den Kapillarrohrmundungen (16,17) her zur Mündung (44 bzw. 55) der Drucklei tungεn (4,5) hin sowohl seitlich als auch in der Höhe erweitern.
8. Pneumatischelektrischer Wandler nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Kapillarrohranordnung (12,13) sowie die Expansionskammern (14,15) samt deren Schikanen (18,19) in einem Gehäuse (35), vor¬ zugsweise Kunststoffgehäusε eingeformt sind.
9. Pneumatischεlektrischer Wandler nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, da¬ durch gekennzeichnet, dass sich im Bereich der Ka¬ pillarrohranordnung (12,13), oberhalb des Niveaus (30) der sich im Glεichgεwicht bεfindlichen Flüssig¬ keitssäulen in den Kapillarrohrschenkeln die Mess zonε des βlεktrischen Sigπalteilεs (20) εrstrεckt.
10. Pnεu atischεlektrischer Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzεichnεt, dass dar elektrische Signal¬ teil (20) ein Annäherungsschaltεr ist.
Description:
Pneu atiach-elektrischer Wandler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatisch- elektrischen Wandler mit einem an einen pneumatischen Kreis aπschliessbaren, auf Druckdif erenzen im pneuma¬ tischen Kreis ansprechenden Steuerteil und mit einem, vom Steuerteil erregbaren elektrischen Signalteil.

Wandler dieser Art sind im "Taschenbuch Maschinenbau" l/II 1980, VEB Verlag Technik, Berlin / Seiten S79 und 930 zusammenfassend dargestellt und dienen der Lösung einer grossen Anzahl Steuerprobleme in den verschieden¬ sten Bereichen der Technik, beispielsweise der Uεbertra- gung von Signalen über lange Entfernungen oder beispiels¬ weise als Umformer für pneumatisch-elektrische Steuer¬ systeme zur Niveauregulierung von flüssigen oder gas¬ förmigen Medien, zur Ueberdruckanzeige etc.

Wesentlicher Bestandteil von solchen bekannten pneuma¬ tisch-elektrischen Wandlern ist ein an die Druckleitungen des pneumatischen Kreises anschliessbares Doppelmembraπ- relais, welches direkt mit einem Kontaktsatz oder mit einem Elektromagneten des elektrischen Signalteiles zu-

sammenwirkt.

Solche Wandler sind allerdings konstruktiv sehr aufwen¬ dig, insbesondere, was die Einspanntechnik an den Mem¬ branen anbetrifft, und somit relativ teuer. Die Funktions¬ dauer solcher Wandler ist zudem insbesondere wegen Er¬ müdungserscheinungen an den Membranen beschrankt. Ferner ist die Nachweisεmp indlichkεit relativ niedrig und die Schaltsequeπz relativ trage. Zudem sind für reversible Signale zusätzliche Mittel notwendig.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen pneumatisch- elektrischen Wandler der vorgenannten Art zu schaffen, welcher von einfachster Bauart, wartungsfrei, von prak¬ tisch unbegrenzter Lebensdauer und absolut funktions¬ sicher bei einer höchsten Nachweisempfiπdlichkeit und optimal hoher Ansprechgeschwindigkeit ist.

Dies wird nun srfindungsgemass dadurch erreicht, dass der druckdifferente Steuerteil eine Kapillarrohranord¬ nung umfasst, die wenigstens teilweise mit einer, unter den Druck des gasförmigen Mediums im pneumatischen Kreis stellbaren Flüssigkeit gefüllt ist; und dass der elek-

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trische Signalteil mindestens eine kapazitive oder in¬ duktive oder optoεlektrische Messzelle umfasst, deren Messzone von der Flüssigkeitssäule in der Kapillarrohr- aπordnuπg durchsetzbar ist.

Aus der Physik ist bekannt, dass die Flüssigkeitssäule im Kapillarrohr auf die geringsten Druckändεrungen rea¬ giert, was eine höchste Nachweisempfindlichkeit und optimalste Ansprechgeschwindigkεit garantiert. Zudem ist die Kapill≤rrohraπordnung einfach herzustellen, absolut funktionssicher und wartungsfrei.

Allerdings ist ein solcher, als kapillarer Druckdiffe- reπzschalter bezeichenbarer Wandler vorzugsweise nur in Steuersysteme eiπsetzbar, in denen relativ langsamε Druckänderungeπ erfolgen. Schnelle Druckänderungen, so¬ genannte Drucksprünge, können hingegen dann kritisch sein, wenn die unter dem Drucksprung hochgeschleuderte Flüssigkεitssäule teilweise in die betreffende Druck¬ leitung eindringt, woraus sich erhebliche Störungen im druckdifferenten Steuerteil ergεben können, insbesondere, wεnn sich dεr in diε Druckleitung eindringende Teil der Flüssigkeitssäule vom übrigen Teil trennt.

An sich kann dem durch entsprechende Längen der Kapil- larrohrschenkel begegnet werden, was aber in der Regel zu unsinnigen Baugrδssen führen dürfte.

Zweckmässig wird dεshalb der erfindungsgemässe pneuma¬ tisch-elektrische Wandler so ausgestaltet, dass sich zwischen dem pneumatischen Kreis und dem Kapillarrohr eine Expansionskammeranordnung erstreckt.

Hierbei ist die Ausgestaltung zweckmässig derart, dass das Kapillarrohr U-fδrmig ausgebildet ist, wobei jeder Kapillarrohrschenkel in eiπε, εigenε Expansionskammεr ausmündet, in welche, distanziert von und oberhalb der betreffεndεn Kapillarrohrmündung eine der Drucklεitungεn des pneumatischen Kreises einmündet.

Um dabei das Bauvolumen nicht nur der Kapillarrohran¬ ordnung, sondern auch der Expansionskammern möglichst auf ein Minimum zu halten, wird die Ausgestaltung fer¬ ner so getroffen, dass sich im Strömungsweg der Expan¬ sionskammer zwischen der Kapillarrohrmundung und der Mündung der betreffenden Druckleitung Schikanen be¬ finden. Zweckmässig ist es dann, wenn ein Teil der Schi-

kanen Strömungsteiler und ein anderer Teil der Schikanen Fangräume bildende Sperren sind.

Es ist bekannt, dass bei der Expansion einer Flüssigkeit unter Druck diese schäumt und Blasen bildet. Um wenig¬ stens einεn Tεil dieser Blasen zu zerstören, weisen die Schikanen zweckmässig gegen die Kapillarrohrmündungeπ gerichtete Schneiden auf.

Ferner ist es von Vorteil, wenn sich die Expansions- kammsrn von den Kapillarrohrmündungen her zur Mündung der Druckleitungen hin sowohl seitlich als auch in der Höhe erweitern, was eine weitere Verringerung des Bau¬ volumens gestattet.

Für eine optimale Herstellung des druckdifferenten Steuerteils ist es von Vorteil, wenn die Kapillarrohr¬ anordnung sowie die Expaπsionskammern samt deren Schi¬ kanen in einem Gehäuse, vorzugsweise Kunststoffgshäuse eingeformt sind. Hierbei wird der Wandler durch den elektrischen Signalteil derart ergänzt, dass sich im Bereich der Kapillarrohranordnung, oberhalb des Niveaus der sich im Gleichgewicht befindlichen Flüssigkεits-

säulεn in den Kapillarrohrschεnkεlπ die Messzoπε dεs elektrischen Signaltεiles erstreckt, wobei der elektri¬ sche Signalteil zweckmässig ein Annäheruπgsschalter ist. Diese Anordnung gestattet dann eine reversible Signal¬ gabe. Dabei ist es natürlich auch möglich, dass nur ein Kapillarrohrschenkel im oder aber beide je in einem eigenen Messfeld des elektrischen Signalteilεs liegen.

Durch diesε Massnahmen ist es nunmehr möglich, εinen pneumatisch-elektrischen Wandler von sehr einfacher, kompakter und absolut funktiαnssicherεr Bauwεisε zu konzipieren, der sich universell einsetzen lässt und der sich durch eine bisher nicht εrrεichtε hohε Nach¬ weis- und Ansprechempfiπdlichkeit auszeichnet.

Beispielsweise Ausführungs ormen des Erfindungsgegeπ- standεs sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher er¬ läutert.. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemässen pneumatisch-elektrischen Wandlers;

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Fig. 2 eine Draufsicht auf eine praktische Ausführungs¬ form eines pneumatisch-elektrischen Wandlers, entlang der Schnittlinie II - II in Fig. 3; und

Fig. 3 einen Schnitt durch die Anordnung gemäss Fig. 2 entlang der Schπittliniε III - III in Fig. 2.

Dεr in Fig. 1 schεmatisch dargestellte pneumatisch-elek¬ trische Wandler umfasst einen, auf Druckdifferenzen in einen durch Druckleitungen 4 und 5 angedεuteten pneu¬ matischen Arbeitskrais ansprεchεπdεn druckdifferenten Steuerteil 10, welcher hier mit einem optoelektrischen Signalteil 20, der auch kapazitiv oder induktiv sein kann, zusammenwirkt.

Der druckdiffereπte Steuerteil 10 wird im wesentlichen von einer Kapillarrohranordnung gebildet, die hier aus einem U-förmigen Kapillarrohr mit den Kapillarrσhr- schenkeln 12 und 13 gebildet ist. Dieses Kapillarrohr, das im Gebrauch natürlich im wesentlichen senkrecht steht, ist bis zum Nivεau 30 mit einer Steuerflüssig¬ keit 11, beispielsweise Wasser, destilliertes Wasser o.dgl. gefüllt, wobei die beiden Flüssigkeitssäulen in

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den Kapillarrohrschenkeln ' 12 und 13 im Gleichgewichts¬ zustand der Einrichtung unter dem gleichen Druck des Mediums des angeschlossenen pneumatischen Arbeitskrei¬ ses stehen. Dieser Arbeitskreis bzw. dessen Drucklei¬ tungen 4 und 5 sind über geeignete Kupplungsmittel 6 jeweils mit dem Ende der Kapillarrohrschεnkεl 12 bzw. 13 verbunden.

Der mit dem druckdifferεntεn Stεuertεil 10 zusammenwir¬ kende optoelektrischε Ξignaltεil 20 umfasst εinε Licht¬ emitter-Diode 21, welchε ihrε εmittierten Lichtimpulse an eine Photozelle 22 abgibt, an welcher ein rεgistrier- bares Ausgangssignal 23 erscheint. Die Messzone der so gebildeten Messzεllε 21,22 wird hiεr vom Kapillarrαhr- schenkel 13 durchsetzt, wobei sich die Messzoπε unmittel- bar über dem Gleichgewichtsniveau 30 befindet.

Ein Druckabfall in der Druckleitung 4 bzw. ein Druck¬ anstieg in der Druckleitung 5 bewirkt nun eine Erhöhung der Flüssigkeitssäule im Kapillarrohrscheπkel 13 über das Niveau 30 hinaus, welcher Teil der Flüssigkeits- säulε nun die Messzonε der Messzelle 21,22 durchsetzt und eine Signaländerung am Ausgang der Photozelle 22 bewirkt.

An dieser Stelle s.ei üemerkt, daas für eine reversible Signalgebung eine weitere Messzelle 21,22 auch im Be¬ reich des anderen Kapillarrohrschenkels 12 angeordnet sein kann. Weiter ist es ohne weiteres möglich, dass beide Kapillarrohrscbenkεl 12 und 13 gεmeinsam die Mess¬ zone der Mεsszεllε 21,22 durchsεtzεn.

Aus den Figuren 2 und 3 ist nun eine praktische Ausfüh¬ rungsform des erfindungsgemassen pneumatisch-εlektrischen Wandlers erkennbar.

Bei diesem Wandler wird der druckdiffεrente Steuerten 10 von einem Gehäuse 35, vorzugsweise aus wenigstens teilweise transparentem Kunststoff umgeben, in dessen unterem Berεich wiεder das U-fδrmige Kapillarrohr mit dεπ Kapillarrohrschεnkεln 12 und 13 hiεr εingεformt ist.

Auch hiεr ist der mit dem druckdifferenten Steuεrteil 10 zusammenwirkende Steuεrteil 20 mit seiner Messzαne un¬ mittelbar über dem Glεichgewichtsniveau 30 der Flüssig¬ keitssäulen in den Kapillarrohrschenkeln 12 und 13 an¬ geordnet. Dieser Steuerteil 20 ist hier ein üblicher kapazitiver Annäherungsschalter mit einem Speisekrεis 24

und einem Leiter 25, an dεm das Ausgangssignal 23 er¬ scheint.

Wie nun insbesondere Fig. 2 erkennen lässt, münden die Kapillarrohrschenkel 12 und 13 an den Stellεn 16 bzw. 17 in eine Expansionskammer 14 bzw. 15 ein, welche Kam¬ mern ebenfalls im Gehäuse 35 eingeformt sind. Wesent¬ lich distanziert von den Kapillarrohrmündungen 16 und 17 münden dann die Expansionskammern 14 bzw. 15 je in eine Druckleitung 4 bzw. 5 aus, die wieder über gεεig- netε Kupplungsmittεl 6 am Gehäuse 35 angeflanscht sind.

Wie Fig. 2 zεigt, erweitεrn sich die Expansionskammern 14 und 15 von den Kapillarrohrmundungen 16 bzw. 17 her zur Mündung 44 bzw. 55 der betrεffendeπ Druckleitung 4 bzw. 5 hin seitlich und zudem, wie Fig. 3 deutlich zeigt, auch in der Höhe.

Weiter lässt Fig. 2 auch erkennen, dass sieb im Strö¬ mungsweg der Expansionskammern 14 und 15 zwischen den Kapillarrohrmundungen 16 bzw. 17 und den Mündungen 44 bzw. 55 der bεtrεffεndεn Druckleitungen 4 bzw. 5 Schi¬ kanen 18 und 19 befinden. Die Schikanen 18 bilden dabei

Strömungstεilεr, wogegen die Schikanen 19 Faπgr≤umε bil¬ dende Sperren sind. Wie deutlich aus Fig. 2 erkennbar, weisen diε Schikanεn 18 und 19 gεgεn diε Kapillarrohr¬ mundungen 16 bzw. 17 gerichtεte Schneiden 18' bzw. 19' auf, welche dem "Aufbrechεπ" von sich bildεndεn Blasen dienen.

Selbstverständlich beschränkt sich der erfindungsgemässε pnεu atisch-εlektrische Wandler nicht auf die vorbe¬ schriebenen Aus ührungs ormεn. Beispielsweise liegt ohne weiteres im Rahmen des Erfindungsgedaπkens jede belie¬ bige Ausgestaltung der Expansionska mεrn sowie die Art und Anordnung der Schikanεn in dεn Expansionskammεrn.

Wesεntlich ist, dass für eine geringste Bauhöhe des Wandlers und iπsbesondεre der Kapillarrohranordnung ohne die Gefahr eines Hineinschleuderns eines Teiles der unter einεm Drucksprung hochgedrückten Flüssigkeitssäulε in eine der Druckleitungen eine Expansiαnskammer mit vorzugswεisε Schikanen zwischen Kapillarrohrmundung und Druckleitungsmündung angeordnet wird.

Aus dem Vorbeschriebenen ergibt sich somit ein pneu-

matisch-elektrischεr Wandlεr, wεlchεr geεignεt ist, alle an solche Wandler zu stellεnden Bedingungεn zu εrfüllεn. Insbesondere ergibt sich ein Wandler von hoher Ansprech- ε pfindlichkεit und optimalster Nachweisempfindlichkeit bei insgesamt einer robusten, εinfachεn, raumsparεndεn und praktisch wartungsfrεiεn Konzεption.