CN106062526A - 压差测量敏感元件 - Google Patents

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Abstract

一种压差测量敏感元件(1)，包括测量敏感元件主体(10)；以及设置在测量敏感元件主体(10)中的压差传感器(40)，其中测量敏感元件主体具有带有第一压力输入开口和第二压力输入开口的过程接口表面(11)，其中压差传感器(40)可以通过第一压力输入开口被加载第一压力和通过第二压力输入开口被加载第二压力，其中第一压力输入开口通过第一分离隔膜(16)而封闭，其中第二压力输入开口通过第二分离隔膜(16)而封闭，其中第一分离隔膜相对于周围通过第一密封件(50)被密封，以及其中第二分离隔膜相对于周围通过第二密封件(50)被密封，其中针对过程接口法兰，压差测量敏感元件在利用其过程接口表面的测量操作中是绷紧的，其中具有平行平面表面的至少一个盘状间隔元件(30)夹在过程接口法兰和过程接口表面中间，该间隔元件(30)限定了过程接口表面和过程接口法兰之间的间隔并限制了密封件(50)在过程接口表面和过程接口法兰之间的夹紧。

Description

压差测量敏感元件
技术领域
本发明涉及一种压差测量敏感元件(pickup)，其包括测量敏感元件主体和设置在测量敏感元件主体中的压差传感器，其中测量敏感元件主体具有带有第一压力输入开口和第二压力输入开口的过程接口表面，其中压差传感器可以通过第一压力输入开口被加载第一压力和通过第二压力输入开口被加载第二压力，其中第一压力输入开口通过第一分离隔膜而封闭，其中第二压力输入开口通过第二分离隔膜而封闭，其中第一分离隔膜相对于周围通过第一密封件被密封，以及其中第二分离隔膜相对于周围通过第二密封件被密封。
背景技术
例如在专利US5955675，US5922965，US6055863和US7080558中描述了通用的压差测量敏感元件。
在根据所提到的专利所描述的压差测量敏感元件中，特别地，使用的所述密封件是金属密封环，其像压力输入开口和分离隔膜一样设置在过程接口表面的凹处，其中如果假定压差测量敏感元件的过程接口表面针对法兰的互补配对表面在操作中是绷紧的，则凹陷的深度确定了密封环的压缩。
采用这种方法，密封环的表面压力在一方面必须足够高从而该密封件可以承受介质压力且在另一方面必须尽可能的低从而压差测量敏感元件的测量特性不被损坏，密封环的表面压力是由过程接口表面中的凹陷的深度主要限定的。
凹陷的制备特别地是通过切削测量敏感元件主体来实施的，具备需求的精度的制备是非常昂贵的，特别地是其中必须避免两个凹陷间的不对称。因此本发明的任务是找到一种补救方法。
根据本发明通过根据独立权利要求1的压差测量敏感元件实现了该目的。
发明内容
本发明涉及一种压差测量敏感元件，其包括测量敏感元件主体和设置在测量敏感元件主体中的压差传感器，其中测量敏感元件主体具有带有第一压力输入开口和第二压力输入开口的过程接口表面，其中压差传感器可以通过第一压力输入开口被加载第一压力和通过第二压力输入开口被加载第二压力，其中第一压力输入开口通过第一分离隔膜而封闭，其中第二压力输入开口通过第二分离隔膜而封闭，其中第一分离隔膜相对于周围通过第一密封件被密封，以及其中第二分离隔膜相对于周围通过第二密封件被密封，其中针对过程接口法兰，压差测量敏感元件在利用其过程接口表面的测量操作期间是绷紧的，其特征在于具有平行平面表面的至少一个盘状间隔元件夹在过程接口法兰和过程接口表面中间，该间隔元件限定了过程接口表面和过程接口法兰之间的间隔并限制了密封件在过程接口表面和过程接口法兰之间的夹紧。
通过盘状间隔元件的方式，在非操作状态下通过所限定的间隔以及第一密封件和第二密封件的轴向厚度限定密封件的压缩程度以及由此限定其表面压力。
利用根据本发明的压差测量敏感元件，可以更精确地和更容易地实现密封件的限定的和对称的表面压力，因为根据具有平行平面表面的盘状材料生产间隔元件比通过切削测量敏感元件主体实施的凹陷制备更容易实现。
在本发明的进一步发展中，所述盘状间隔元件包括至少第一连续贯穿开口，其形成第一密封件座且其被放置为与第一分离隔膜对准。优选地，盘状间隔元件包括两个连续贯穿开口，其分别形成密封件座且其分别被放置为与分离隔膜中的一个对准。
在本发明的进一步发展中，分离隔膜沿着分离隔膜的边缘区域中的圆周接合处分别接合到测量敏感元件主体，分离隔膜的边缘区域分别围绕压力输入开口中的一个，其中为了针对出现在分离隔膜处的过程介质保护接合处，密封件分别位于分离隔膜的边缘区域上。
在本发明的进一步发展中，密封件包括金属环形体，其包括面对过程接口表面的至少第一密封表面和背对过程接口表面的至少第二密封表面，其中通过在过程接口表面和过程接口法兰之间夹紧密封件，在第一密封表面和第二密封表面之间的轴向间隔至少成比例地弹性地减少至由间隔元件限定的间隔。
在本发明的进一步发展中，环形体至少在密封表面之一的区域中包括非金属的、特别是热塑性的涂层。
在本发明的进一步发展中，具有聚四氟乙烯(PTFE)，全氟烷氧基树脂(PFA)的热塑性的涂层包括不同的含氟聚合物或有机材料，该有机材料包含上述提到的含氟聚合物之一。
在本发明的进一步发展中，间隔元件具有平行平面表面之间的间隔，该间隔不超过5mm，特别地不超过2.5mm，优选地不超过1.5mm，以及特别优选地不超过1.0mm。
在本发明的进一步发展中，间隔元件中的贯穿开口具有不超过40mm的直径，特别地不超过30mm，并且优选地不超过25mm。
在本发明的进一步发展中，金属环形体被设计为焊接环，其分别被焊接到一个分离隔膜和测量敏感元件主体上。
在本发明的进一步发展中，密封件利用压入配合而被固定在间隔元件的贯穿开口中或者以松配合被放置在贯穿开口中。
在本发明的进一步发展中，间隔元件包括贯穿开口，其与分离隔膜对准，其中间隔元件的围绕贯穿开口的相应的一个边缘区域分别是塑性变形的，以便形成可轴向弹性变形的密封表面，该密封表面利用通过在过程接口表面和过程接口法兰之间夹紧间隔元件而限定的表面压力被夹紧。
在本发明的进一步发展中，间隔元件至少在可弹性变形的密封表面区域中包括非金属的、特别是热塑性的涂层。
在本发明的进一步发展中，具有PTFE、PFA的热塑性的涂层包括不同的含氟聚合物或有机材料，该有机材料包含上述提到的含氟聚合物之一。
附图说明
现在将基于附图中描述的示范性实施例更详细地解释本发明。所示的为：
附图1a：贯通根据本发明的压差测量敏感元件的示范性实施例的纵截面；
附图1b：来自附图1a的根据本发明的压差测量敏感元件的示范性实施例的顶视图；
附图2：来自附图1a和1b的根据本发明的压差测量敏感元件的示范性实施例的夹紧密封环的详细视图；
附图3：根据本发明的压差测量敏感元件的间隔元件的第二示范性实施例的空间表示；以及
附图4：根据附图3的间隔元件的纵截面的详细视图；
附图5：根据本发明的压差测量敏感元件的间隔元件的第三示范性实施例的纵截面的详细视图；以及
附图6：根据本发明的压差测量敏感元件的间隔元件的第三示范性实施例的纵截面的详细视图。
具体实施方式
附图1a，1b和2所示的压差测量敏感元件包括测量敏感元件主体10，其安装在过程接口法兰20上，其中在过程接口法兰20和测量敏感元件主体10之间夹有间隔元件30，该间隔元件的尺寸使得安置在间隔元件30的贯穿开口32中的密封环具有限定的表面压力。
测量敏感元件主体10包括压差传感器40设置在其中的传感器腔17，其中压差传感器40能够借助于两个毛细管42被加载第一压力和第二压力，压差传感器将会测量其差值，压差传感器通过毛细管被保持。第一压力和第二压力通过孔22被传递给压差测量敏感元件1，该孔穿过过程接口法兰20和间隔元件30的贯穿开口32延伸，其中毛细管42分别与一个压力输入开口连通，该压力输入开口从凹陷16延伸进入测量敏感元件主体10的内部，凹陷16位于测量敏感元件主体10的平坦正面的过程接口表面11中。压力输入开口分别利用柔性金属分离隔膜16封闭，其中金属分离隔膜16在其设置在平坦过程接口表面11上的边缘区域14中以压力密封的方式分别沿着圆周接合处接合到测量敏感元件主体10。
压差传感器40包括带有电容式差动电容器的换能器，其连接到现场电子组件44，现场电子组件44驱动换能器，确定差动电容器的电容和提供取决于压差的数字测量值。压差传感器40和现场电子组件44借助于压力密封式金属壳体部分46免受环境的影响，壳体部分46焊接到测量敏感元件主体10，其中壳体部分包括压力密封玻璃馈通，穿过该馈通现场电子组件44连接到上级电路——例如测量换能器的上级电路。
附图2展示了来自附图1a的细节A的细节。在包括基本上平面平行的板的间隔元件30的两个贯穿开口32中，密封环50被分别设置，其包括必须尺寸上严格的基体52，从基体52第一弹簧腿54和第二弹簧腿56沿径向向内延伸，使得密封环的横截面大约是K形。密封环50包括用非金属涂层(此处未示出)涂覆的金属核。密封环的轴向尺寸例如是大约1mm，其中非金属涂层的厚度例如是大约50μm到大约200μm。特别地，例如PTFE或PFA的含氟聚合物或含有此类含氟聚合物的复合材料值得考虑作为非金属涂层的材料。间隔元件30的材料厚度也大约是1mm，其中间隔元件30限定了测量敏感元件主体10的过程接口表面11和过程接口法兰20之间的间隔——以及由此两个弹簧腿54、56的末端位置。根据密封环50在非夹紧的非操作状态下两个弹簧腿54，56的轴向间隔，产生了分别与弹簧腿54，56的密封配合物临近的密封表面之间的压缩程度或表面压力。弹簧腿优选形成为使得表面压力确实导致非金属涂层的压缩，但不会导致它的破坏的尺寸。例如，一个PFA层可能由于弹簧腿的轴向压缩从其200μm的初始厚度被压缩到大约100μm。弹簧腿的轴向弹性保证了充分恒定的表面压力，其中非金属涂层和金属组件之间的明显热扩展差别也能够被补偿。
密封环50由此针对压力路径密封压差测量敏感元件1的周围，该压力路径穿过间隔元件30的贯穿开口32延伸到分离隔膜16。就第二弹簧腿56依靠在分离隔膜16的边缘区域14上来说，在分离隔膜16和测量敏感元件主体10之间的接合处也被保护免于与出现在压力路径中的介质的接触，该接合处沿径向在第二弹簧腿和分离隔膜之间的密封表面的外侧分布。
附图3-6展示了间隔元件的示范性实施例，其中密封件分别围绕间隔元件中的贯穿开口被整合。特别地，间隔元件包括金属材料以及至少在密封件的区域，特别是也覆盖由非金属涂层提供的密封件的全部表面，该非金属涂层例如包括热塑性材料，特别地是例如PTFE或PFA的含氟聚合物。该涂层的材料厚度例如是不小于50μm且特别地不大于200μm。
附图3所示的间隔元件130具有与根据第一示范性实施例的间隔元件的基本结构相同的基本结构，即它包括两个贯穿开口132，在间隔元件的安装状态下压力路径穿过该贯穿开口延伸。它进一步包括四个螺栓孔133，通过该螺栓孔螺栓被引导，利用该螺栓孔压差测量敏感元件被安装在过程接口法兰上。与第一示范性实施例形成对比的是，在这个和后续的间隔元件示范性实施例中，密封件被整合进间隔元件中。此处，如附图4中详细展示的，围绕贯穿开口132的边缘区域134通过相对于间隔元件130的平面平行表面的塑性变形分别被引导成新的、轴向移位的平衡位置，由此边缘区域134可以通过夹紧过程接口表面和过程接口法兰之间的间隔元件而被弹性移动。边缘区域的塑性变形可能发生在金属薄片的穿透制备时，例如，在金属薄片的螺纹制造时。在穿透制备后，平坦密封表面当然必须被准备，例如通过打磨。后续地，至少所述密封表面，然而特别是间隔元件的整个表面，必须用非金属材料被涂覆。
轴向外伸的边缘区域的内径135和外径136之间的表面部分IM，具有第一密封表面的作用，例如作用于分离隔膜的边缘区域。例如与外径136相对的在间隔元件的另一侧的表面区域用作临近过程接口法兰的第二密封表面。
附图5所示的间隔元件230的示范性实施例包括两个贯穿开口232，其中相对于贯穿开口232同心的环形圆周拱肋234、236通过塑性变形的方式形成在围绕贯穿开口232的间隔元件的两侧，其中圆周拱肋234、236相对于两个拱肋之间的沟槽的高度高于拱肋相对于间隔元件的平面平行表面的高度。在拱肋234、236的区域中，当间隔元件230在过程接口表面和过程接口法兰之间被夹紧时，其具有最高的表面压力。在间隔元件230的一侧的拱肋234，236按预期置于分离隔膜的边缘区域，其中优选地两个拱肋的半径小于圆周接合处的半径，由此分离隔膜附接到压差测量敏感元件的过程接口表面。特别地，通过在贯穿开口被引进间隔元件前实施压纹方法产生拱肋的轮廓。
附图6所示的间隔元件330的示范性实施例包括两个贯穿开口332，其中围绕压力开口的边缘区域在间隔元件材料厚度的一半的高度处分别包括圆周环形凹槽334，其形成在第一弹簧环336和第二弹簧环337之间，其中所述弹簧环具有朝向彼此的开口角度，该角度不大于60°，特别地不大于45°，并且优选地不大于30°。通过在过程接口法兰和压差测量敏感元件的过程接口表面之间夹紧间隔元件330，弹簧环336、337被轴向压缩，使得它们的外表面起到分别针对过程接口法兰和过程接口表面的密封表面的作用。
间隔元件330例如能够采用下述方式来制造：首先弹簧环通过边缘区域的塑性变形以围绕贯穿开口332的牵出件(pull-through)的形状形成在具有间隔元件一半的高度的板上，其中后续两个这样的板互相连接。在这个方面，例如借助于通过电阻焊接制备的圆周焊缝，必须要保证在环形沟槽334的外部半径335处的板之间有可靠的接合处，该沟槽形成在两个环形弹簧336、337中间，由此优选地限定了曲线半径，其不会低于最小值以便限制环形弹簧之间的切口压力。
类似地，在间隔元件的全厚度的片中可以借助于高速金刚石锯片箔将圆周间隙切入贯穿开口的壁，且后续地利用硬金属盘或类似物使之张开。
如上文已经提到的，间隔元件330也被非金属材料涂覆，其中特别地涂层包括含氟聚合物，其中特别地在环形沟槽334区域中的涂层被用于针对腐蚀保护在环形沟槽334的外部半径335处的两个板之间的接合处。

Claims (13)

1.一种压差测量敏感元件(1)，包括：
测量敏感元件主体(10)，以及
压差传感器(40)，其设置在所述测量敏感元件主体(10)中，其中，所述测量敏感元件主体(10)包括具有第一压力输入开口和第二压力输入开口的过程接口表面(11)，
其中，所述压差传感器(40)可以通过所述第一压力输入开口被加载第一压力和通过所述第二压力输入开口被加载第二压力，其中，所述第一压力输入开口通过第一分离隔膜(16)而封闭，其中，所述第二压力输入开口通过第二分离隔膜(16)而封闭，其中，所述第一分离隔膜(16)相对于周围通过第一密封件(50)被密封，以及其中，所述第二分离隔膜(16)相对于周围通过第二密封件被密封，其中，针对过程接口法兰，压差测量敏感元件在利用其过程接口表面的测量操作期间是绷紧的，
其特征在于：
具有平行平面表面的至少一个盘状间隔元件夹在所述过程接口法兰和所述过程接口表面中间，所述间隔元件限定了所述过程接口表面和所述过程接口法兰之间的间隔并限制了所述密封件(50)在所述过程接口表面和所述过程接口法兰之间的夹紧。
2.根据权利要求1的压差测量敏感元件，
其中，所述盘状间隔元件包括至少第一连续贯穿开口，所述第一连续贯穿开口形成第一密封件座且被放置与所述第一分离隔膜对准，其中，所述间隔元件优选地包括两个连续贯穿开口，所述两个连续贯穿开口分别形成密封件座且分别被放置为与所述分离隔膜的一个对准。
3.根据权利要求1或2的压差测量敏感元件，
其中，所述分离隔膜沿着所述分离隔膜的边缘区域中的圆周接合处分别被接合到所述测量敏感元件主体，所述分离隔膜的边缘区域分别围绕所述压力输入开口的一个，
其中，为了针对出现在所述分离隔膜处的过程介质保护所述接合处，所述密封件分别位于所述分离隔膜的边缘区域上。
4.根据权利要求1到3中的一项所述的压差测量敏感元件，
其中，所述密封件分别包括金属环形体，所述金属环形体包括面对所述过程接口表面的至少第一密封表面和背对所述过程接口表面的至少第二密封表面，
其中，通过在所述过程接口表面和所述过程接口法兰之间夹紧所述密封件，在所述第一密封表面和所述第二密封表面之间的轴向间隔至少成比例地弹性地减少至由所述间隔元件限定的间隔。
5.根据权利要求4的压差测量敏感元件，
其中，所述环形体至少在所述密封表面之一的区域中包括非金属的、特别是热塑性的涂层。
6.根据权利要求5的压差测量敏感元件，
其中，所述热塑性的涂层PTFE、PFA包括不同的含氟聚合物或有机材料，所述有机材料包含上述提到的含氟聚合物之一。
7.根据权利要求1到6中的一项所述的压差测量敏感元件，
其中，所述间隔元件在平行平面表面之间具有不超过5mm、特别地不超过2.5mm、优选地不超过1.5mm、以及特别优选地不超过1.0mm的间隔。
8.根据权利要求1到7中的一项所述的压差测量敏感元件，
其中，所述间隔元件中的贯穿开口具有不超过40mm、特别地不超过30mm并且优选地不超过25mm的直径。
9.根据权利要求4或根据从属于权利要求4的权利要求所述的压差测量敏感元件，
其中，所述金属环形体被设计为焊接环，所述焊接环分别被焊接到一个分离隔膜和所述测量敏感元件主体上。
10.根据权利要求2或根据从属于权利要求2的权利要求所述的压差测量敏感元件，
其中，所述密封件利用压入配合而被固定在所述间隔元件的贯穿开口中或者以松配合被放置在所述贯穿开口中。
11.根据权利要求1所述的压差测量敏感元件，
其中，所述间隔元件包括与所述分离隔膜对准的贯穿开口，
其中，所述间隔元件的围绕所述贯穿开口的相应的一个边缘区域分别是塑性变形的，以便形成能够轴向弹性移动的密封表面，所述密封表面利用通过在所述过程接口表面和所述过程接口法兰之间夹紧所述间隔元件而限定的表面压力被夹紧。
12.根据权利要求11所述的压差测量敏感元件，
其中，所述间隔元件至少在能够弹性移动的密封表面的区域中包括非金属的、特别是热塑性的涂层。
13.根据权利要求12所述的压差测量敏感元件，
其中，具有PTFE、PFA的所述热塑性的涂层包括不同的含氟聚合物或有机材料，所述有机材料包含上述提到的含氟聚合物之一。
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