CN105683731B - 包括可旋转壳体套筒的压力换能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于工艺测量领域的压力换能器，所述压力换能器起到测量工艺介质的压力的作用，所述压力换能器包括：用于与容纳所述工艺介质的容器机械连接的金属工艺配件(20)及包括壳体(10)，壳体(10)包括由金属片套筒(11)制成的圆柱状壳体部，所述壳体连接至工艺配件(20)。壳体(10)与工艺配件(20)之间的连接至少对喷水是不可渗透的，以便保护设置于壳体(10)内部的压力测量单元(2)与测量及评估电子设备(3)。为了壳体能够相对工艺配件旋转，并且同时压力换能器能够简单地被生产，根据本发明的金属片套筒(11)的一部分(12)在重叠区域(4)中突出超过工艺配件(20)的圆柱部，并且工艺配件(20)具有在重叠区域(4)中的第一环形沟槽(25)，通过使金属片套筒(11)定形产生的变形(15)突出到所述第一环形沟槽(25)中，由此壳体(10)相对于工艺连接连接件(20)能旋转，但在轴向方向上是固定的。

Description

包括可旋转壳体套筒的压力换能器

技术领域

本发明涉及一种根据实施例前序所述的压力换能器以及生产这样的压力换能器的方法，所述压力换能器适合于测量工艺介质的压力的工艺测量技术。

背景技术

要讨论的类型的压力换能器已经很早被知道并被使用，例如，在用于计量工艺监控的工艺测量技术的许多领域中。这些测量设备由申请人生产，例如，以名字为“PNxx”并投放于市场的设备。测量范围目前通常扩展到400巴。

在实际应用中，通常这种情况发生在测量设备连接至容器后，例如容纳有待测介质的水槽，管道或者类似的未按预设方向排列。然后，例如，很难将线缆连接至侧向地设置于测量设备上的插头连接器，或者不方便读取显示器。但是即使采用旋转对称的测量设备，它也难以将线缆连接至具有角度的接线盒。在这种情况下，有必要能够旋转该测量设备，并因此将该测量设备按需要对准，不需要移除测量设备与容器之间已经建立的连接。

在那一方面，DE102011050455A1提出固定该工艺配件及相互轴向推动的壳体，通过环形槽及与该环形槽配合的推力环。然而，这有一个缺点，就是非常复杂的构造，这最终导致生产成本的增加。

类似的版本可以从DE10232088A1中找到。这里，同样，一个环被提供用于轴向固定互相可旋转的两部分，环对应地配合于环形沟槽中，为此目的而提供。

从DE10212767A1已知一换能器，其壳体相对工艺配件可旋转。所述旋转除了通过一锁环来实现，也可以通过一搭锁连接来实现，例如，将壳体向内突出的端部边缘配合于工艺配件的环形沟槽内。然而，这样的搭锁连接仅仅可能存在于具有足够弹性的塑胶壳体中。相反地，通过金属片制成的壳体，这样的搭锁连接不太可能，因为此后在将壳体装配于工艺配件的工艺中，会有相当大的磨损，并且在装配工艺中，将会产生加速力到一种程度，以至于换能器壳体内的灵敏的电子元件可能会被损坏。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种包括金属壳体的压力换能器，其具有能旋转性的优点并且同时容易生产。

本发明的目的通过包括实施例的特征的压力换能器以及包括实施例的特征的压力换能器的生产方法来实现。优选的实施例规定于示例中。

本发明的关键方面是壳体的金属片套筒由于形成工艺导致变形，延伸进工艺配件的第一环形沟槽。因此，有必要使壳体与工艺配件在至少一区域重叠。由于这些变形，具有外围的、朝内的定向珠形式，壳体相对工艺配件的轴向移动被限制了，也就是，它在轴向上固定，但是同时壳体可相对工艺配件旋转。

由于材料应力，工艺配件通常作为一巨大的旋转部件实施。然而，由于壳体本质上仅需要为压力测量元件以及设置于其内的测量及评估电子设备实现保护及密封功能，为了这个目的，由金属片制成的薄壁套筒可以被提供。术语“薄壁”，例如，意思是厚度大约0.5毫米。金属片的弹性模量大约200GPa。

本发明的优点在于这些变形能够通过一个无芯片的、生产的、非常简单的形成工艺来生产，并且因此，期望的功能-壳体的旋转性以及轴向固定能够实现。相应地，材料与生产成本是最低的。

当金属片自然地产生一定的变形，通常会发生非预期的弹性或者弹簧效果。然而，在本案中这个效果是有利的，由于易于抓住的结果，壳体套筒相对工艺配件的旋转会减少。

为了经常密封测量设备的必要，该工艺配件包括第二环形槽，其优选设置于第一环形槽下。一密封环被插入第二环形槽，其中通过它在尺寸及材料上的特殊设计，不仅可以达成单纯的密封功能，同时可以影响到为旋转运动提供的扭矩。

根据本发明先进的实施，一停止元件提供于该第一环形沟槽内，通过该停止元件，该壳体相对工艺配件的旋转角度能够被限制。通过针状或球状的形式的停止元件，超过360度的旋转运动可以被组织，仅仅可以允许，例如，至多 350度。

根据另一优选的、先进的实施，它在第一环形沟槽中间提供一环形部件，包括提供的环向沟槽，其材料与该工艺配件的材料不同。该附加元件可以由，例如塑料，比如具有自润滑属性因而动摩擦较低的特氟隆塑料制成，或者由软金属比如铜制成，并被插入第一环形沟槽，壳体套筒变形后的延伸插入其内。在本案中，第一环形沟槽的尺寸可以略大，因此被附加元件充满，其提供优点，因此该旋转性可以进一步被优化。另外，通过这额外的元件，现存的在沟槽内的轴向和/或径向变形能够被补偿。该附加元件然后包括在其外侧的合适尺寸的圆周环形沟槽，变形延伸在该环形沟槽内。

根据一特别优选、先进的实施，它提供所述工艺配件在顶端外缘具有凹陷，其延伸至第一环形沟槽，并且在设置于第一环形沟槽内的环形部件上形成有一沿轴向突出的停止元件。其中，所述停止元件贯穿该工艺配件内的凹陷并进入壳体套筒。为了这个目的，该壳体套筒包括计数元件，优选设置为金属片条并焊接于壳体壁内侧。用这种方法，前述限制超过360度的旋转运动的功能一方面，以及减少或防止易于抓住能够有利地被合并，通过将一分离的环形部件插入第一环形沟槽内。

根据一特别优选、先进的实施，它提供该工艺配件包括在其外侧的沿轴向方向延伸的纵向沟槽。这个问题的原因在于，由于换能器材料和/或构造的缺陷导致压力能够进入壳体的内部。如前言已提及的，压力超过100巴是不常见的。在许多压力换能器中，在壳体套筒上与工艺配件相对的一端设置有显示及控制元件，用于显示测量结果及控制或参数化换能器。然而，这个显示及控制元件以及连接至壳体套筒，尤其，并没有准备应对这些力。在这种情况下，如果需要，纵向沟槽用作压力释放槽，介质可以通过压力释放槽被排出，因此，内部压力相应地降低。优选地，各自沿径向方向测量，该沟槽的深度等于或者小于该第二环形沟槽的深度。这样，尽管有纵向沟槽，它也可以确保密封环在任何时候可靠地密封壳体于工艺配件上，除非发生了上述的故障。这也是较优的，如果工艺配件在纵向沟槽下方生产得稍微窄于重叠区域。由于这些措施，一旦发生故障，逃逸的介质可以较易地推开密封环。

本发明的第二方面，上述目的通过生产这样的压力换能器的方法来实现。在这里，壳体套筒的成型工艺是由滚压制成的，这是决定性的。滚筒抛光工具从外侧在工艺配件的第一环形沟槽压于工件上，工件是以壳体滑动于工艺配件上的形式。其中，该压紧力使得壳体的片材料开始流动，并向该第一环形沟槽内位移。该工件以及滚筒抛光工具因此相对旋转，也就是，仅仅工具能够旋转并且工件是静止的，或者仅仅工件旋转并且工具是静止的，或者工件与工具都旋转。

根据另一特别优选的实施实现该停止元件，它提供压花在壳体的金属片材料中，在变形的部位以形成一停止元件，例如，柱状或者球状的形式，阻止壳体相对工艺配件超过360度的旋转运动。

作为滚筒抛光工具的替代，但是未写入权利要求，它也可以通过几个，比如四个爪压入套筒中对变形压花。在这种情况下，不要求在工具与工件之间有相对的旋转运动，工具的爪被从外侧向内驱动进入工件，也就是，朝向滑动于工艺配件上的壳体，将变形压花进入套筒。

附图说明

然后，本发明根据附图以及示例性实施例作出更详细的说明。

图1示出根据本发明的压力换能器；

图2a示出根据本发明的第一实施例的压力换能器的截面图；

图2b示出图2a所示部分的放大图；

图3a示出根据本发明的第二实施例的压力换能器的截面图

图3b示出图3a所示部分的放大图；

图4a示出根据本发明的第三实施例的压力换能器的截面图

图4b示出图4a所示部分的放大图；

图4c示出根据本发明的第三实施例的压力换能器的工艺配件的立体透视图；

图5a示出根据本发明的第四实施例的压力换能器的截面图；

图5b示出图5a所示部分的放大图；

图5c示出根据本发明的第四实施例的压力换能器的工艺配件的立体透视图。

在下图中，除非另作说明，相同标号指代具有相同意义的部分。

主要元件符号说明：

1 压力换能器

2 压力测量单元

3 测量及评估电子设备

4 重叠区域

5 密封环

6 环形部件

6a 环形部件中的沟槽

6b 环形部件处的停止元件

7 显示及控制单元

8 插头连接器

10 壳体

11 金属片套筒

12 圆柱形壳体部

13 金属片条

15 变形

20 工艺配件

21 工艺配件处的凹陷

25 第一环形沟槽

26 第二环形沟槽

27 纵向沟槽

L 纵向轴线

具体实施方式

图1示出根据本发明的压力换能器。壳体10安装于工艺配件20上。显示及控制元件7安装于壳体10上，通过显示及控制元件7，测量结果被显示，操作者可以做出各种设置，比如，设置开关点或者在不同单元显示测量结果。然而，本发明也可以包含所谓的发射装置，其不具有显示或者控制元件，并可替代地采用高级控制单元来操作及配置参数。在壳体10的一侧安装有插头连接器8，通过插头连接器8，压力换能器1供应上电，插头连接器8还作为电子接口。产生的测量信号可以被用于在高级控制单元中进一步处理，例如，在PLC中。

压力换能器通过工艺配件20连接至容器，也就是导管、储槽或者类似物中，其中包含待测介质。尤其，在采用螺纹建立连接的情况下，有可能导致插头连接器8和/或显示及控制单元7不方便连接工艺或者显示的可读性。为了使得壳体10能够相对工艺配件20旋转。壳体10包括在其底部的环形沟槽状变形15。在下图中，变形15将被详细地描述。

图2a及图2b示出根据本发明第一实施例的压力换能器1的截面图。图2b 示出图2a中包围区域的放大图。压力换能器1大体上包括工艺配件20、压力测量单元2、测量与评估单元3以及保护测量单元2与电子3的壳体10。在这里，仅示意性地示出压力测量单元2与电子单元3，因为本发明的焦点在于壳体10 与工艺配件20之间的连接(机械的)。

工艺配件20用于将测量设备1连接至包含有待测介质的容器或者类似物，并由于其材料应力被设计为巨大的旋转部件。壳体10，然而，基本上仅需要为处于其内的压力测量单元2以及测量及评估电子设备3实现保护及密封功能，并且因此，以金属片的薄壁套筒实施。该套筒通常由深拉工艺制成。术语“薄壁”，例如，意思是厚度大约0.5毫米。金属片的弹性模量大约200GPa。

以金属片套筒11实施的壳体10的圆柱段12在重叠区域4突出出工艺配件 20的圆柱部。在重叠区域4，工艺配件20包括两个圆周环形沟槽25、26，沿周缘朝内侧的珠状形式的且由金属片套筒11形成的变形15朝环形上部沟槽25突出。这样，壳体10能够相对工艺配件20旋转但是固定在轴向方向。下部环形沟槽26用于收容环形密封元件5，通过环形密封元件5，壳体10或者金属套筒 11密封于工艺配件20上。通过密封元件5的特殊设计，也就是，合适的尺寸及材料选择，除了单纯的密封功能，还能影响为了旋转运动必要的扭矩。

为了产生金属片套筒的变形15，首先有必要使得壳体10通过间隙滑动于工艺配件20上，因此圆柱状壳体部12在重叠区域4突出出工艺配件20的同样的圆柱部。滚筒抛光工具以一定的力在工艺配件20的第一环形沟槽25的水平通过壳体10上的滑动从外侧压采用工艺配件20的形式的工件，该力足以使得壳体10的金属片材料开始流动并移动至第一环形沟槽25的内侧。工件以及滚筒抛光工具彼此相对旋转，也就是，工具能够旋转并且工件是静止的，仅工件旋转且工具是静止的，或者工件与工具都旋转。

图2a所示的实施例具有壳体10这一层级的外径34毫米，在这个区域变形为32.5毫米，因此，变形15具有0.75毫米的深度。壳体1的金属片套筒1具有的壁厚大约0.5毫米。

图2b示出放大图，金属片套筒11的变形15突出于工艺配件的沟槽25中。

图3a示出根据本发明第二示例性实施例的压力换能器的截面图，其中，为了图示清楚，并且同样地，在以下附图中，压力测量单元2与测量及评估电子单元3被省略了。

与图2a相反，该实施例具有环形部件6，环形部件6包括圆周槽6a。圆周槽6a设置于第一环形沟槽25中。元件6的材料不同于工艺配件20的材料，且由塑胶制成，例如，特氟隆，具有自润滑属性并且因此减少滑动摩擦，或者由铜之类的软金属制成。第一环形沟槽25，取决于元件6的尺寸，相对于图2a的实施稍大些。

在该实施例中，为了在旋转运动中易于抓住，已通过变形15的弹性降低了，可以进一步被提高，理想上的甚至被阻止了。此外，通过额外的元件6，先前存在的变形15的轴向和/或径向的间隙能够被补偿。为了这个目的，元件6的周边具有圆周的环形沟槽6a，在其中，变形15延伸进入，环形沟槽6a可根据周边确定尺寸。

图3b示出放大图，显示环形部件6如何插入环形沟槽25，金属片套筒11 的变形15如何突出进入环形部件6的沟槽6a。

图4a示出根据本发明的第三示例性实施例的压力换能器1的截面图，其中，为了图示清楚，并且同样地，在以下附图中，不仅压力测量单元2与测量及评估电子单元3被省略了，参考标号也被限制于相对于先前实施例变化了的部件。

工艺配件20在上部外边缘包括凹部21，凹部21延伸至第一环形沟槽25。设置于第一环形沟槽25内的环形部件6相比图2a所示的实施例，包括轴向突出的停止元件6b。停止元件6b突出超过在工艺配件20内的凹部21，并穿入壳体套筒10的内部。壳体套筒10为了这个目的包括金属片条13形式的计数元件，计数元件被配置成L形，并被焊接至壳体壁或者金属片套筒11的内侧。在停止元件6b绕金属片带材13或者金属片带材13由于L形而突出的直角边旋转的工艺中，阻止了壳体10相对工艺配件20超过360度的旋转运动。除了在本实施例中的旋转运动的限制，更多的，图3a所示的抓住的敏感性可以被减少或者避免，通过将分离的环形部件插入第一环形沟槽。

图4b示出放大图，环形部件6如何插入环形沟槽25，以及金属片套筒11 的变形15如何突出进入环形部件6的沟槽6a中。

图4c示出工艺配件20的立体透视图。附图展示了凸起停止元件6b以及实际上连接至壳体10的金属片带材13，凸起停止元件6b与金属片带材13互相抵压，并防止壳体10的进一步旋转运动。

图5a示出根据本发明第四示例性实施例的压力换能器1的截面图。工艺配件20包括在其外侧沿轴向方向27延伸的纵向沟槽。这个问题的原因在于压力换能器的材料和/或构造的缺陷，压力可以进入壳体10的内部。如已在前言中所述的超过100巴的压强是不常见的。然而，将显示及控制单元7附接至壳体10 上没有构造这些力。在这种情况下，纵向沟槽27作为一个压力释放槽，如果需要的话，通过它介质可以被排除，因此内部压力也相应降低。密封环5暴露于纵向沟槽27的区域，并且在描述的这种情况下，密封环5被介质的压力推开，因此纵向沟槽27内的路径是未被阻拦的。特别优选地，当纵向沟槽27深度等于或者小于第二环形沟槽26。这样，可以确保，不管纵向沟槽27，密封环5可以在任何时候可靠地将壳体10压持于工艺配件20上，除非一旦发生上述的故障。同样优选地，如果工艺配件20，如图5a所示，以比重叠区域4略窄于纵向沟槽27下方来实施。由于这一措施，一旦发生故障，密封环5可以轻易地被推开。

图5b示出纵向沟槽7的放大图，通过缺少切割边，因此没有阴影。虽然工艺配件20包括第一环形沟槽25和突出到第一环形沟槽25内的金属片套筒11 的变形15。在纵向沟槽27下方设置有密封环5，一旦发生故障，密封环6可以被流入的工艺介质从上向下推动通过纵向沟槽27。

图5c示出工艺配件20的透视图，在工艺配件20的外侧实施有纵向沟槽27。

Claims (10)

1.用于测量工艺介质压力的工艺测量技术的压力换能器，包括：用于与容纳所述工艺介质的容器的机械连接的金属工艺配件(20)及壳体(10)，所述壳体(10)包括由金属片套筒(11)制成的圆柱壳体部，所述圆柱壳体部连接至所述工艺配件(20)，

其中，所述壳体(10)与所述工艺配件(20)之间的连接至少是对喷水是不可渗透的，以保护设置在所述壳体(10)内部的压力测量单元(2)与测量及评估电子设备(3)；其特征在于，

所述金属片套筒(11)的一部分(12)在重叠区域(4)中突出超过所述工艺配件(20)的圆柱部；以及

所述工艺配件(20)包括在所述重叠区域(4)中的第一环形沟槽(25)，所述金属片套筒(11)的变形(15)突出到所述第一环形沟槽(25)中，所述变形(15)通过由所述壳体(10)的金属片材料向内地位移到所述第一环形沟槽(25)中形成所述金属片套筒(11)来产生，由此所述壳体(10)相对于所述工艺配件(20)能旋转，但在轴向方向是固定的；

所述工艺配件(20)包括在所述工艺配件(20)的外侧处的在轴向方向上延伸的纵向沟槽(27)。

2.根据权利要求1所述的压力换能器，其特征在于，所述工艺配件(20)包括用于收容密封环(5)的第二环形沟槽(26)。

3.根据权利要求1或2所述的压力换能器，其特征在于，在所述第一环形沟槽(25)中设置采用销或者球形式的第一停止元件，以便限制所述壳体的旋转运动最大为360度。

4.根据权利要求1或2所述的压力换能器，其特征在于，在所述第一环形沟槽(25)内设置包括圆周沟槽(6a)的环形部件(6)，所述环形部件(6)的材料与所述工艺配件(20)的材料不同。

5.根据权利要求4所述的压力换能器，其特征在于，所述环形部件(6)由塑料或者由软金属构成。

6.根据权利要求5所述的压力换能器，其特征在于，所述环形部件(6)由特氟隆或者由铜构成。

7.根据权利要求4所述的压力换能器，其特征在于，所述工艺配件(20)包括在上部外边缘的凹部(21)，所述凹部(21)延伸至所述第一环形沟槽(25)，以及

在设置于所述第一环形沟槽(25)内的所述环形部件(6)处形成轴向突出的第二停止元件(6b)，

其中，所述第二停止元件(6b)突出超过所述工艺配件(20)内的凹部(21)到所述壳体套筒(10)中。

8.根据权利要求2所述的压力换能器，其特征在于，所述纵向沟槽(27)在径向方向上相应地测量的深度等于或者小于所述第二环形沟槽(26)的深度。

9.用于生产根据权利要求1至8中任一项所述的压力换能器的方法，其特征在于，以下工艺步骤：

-所述壳体(10)通过间隙滑动至所述工艺配件(20)上，使得圆柱壳体部(12)在重叠区域(4)中突出超过所述工艺配件(20)的圆柱部；

-滚筒抛光工具以一定的力在所述工艺配件(20)的所述第一环形沟槽(25)的水平通过所述壳体(10)上的滑动从外侧压采用所述工艺配件(20)的形式的工件，所述力足以使得所述壳体(10)的金属片材料开始流动，并向内地位移到所述第一环形沟槽(25)中；

其中，所述工件与所述滚筒抛光工具彼此相对旋转。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，提供另外的方法步骤，其中在变形(15)的区域中在所述壳体(10)的所述金属片材料中设置压花。