CN106461488B

CN106461488B - 均压元件

Info

Publication number: CN106461488B
Application number: CN201580026320.7A
Authority: CN
Inventors: 拉斐尔·舍恩哈特; 迈克尔·莱斯
Original assignee: Ndele J And Hauser European Two Cos
Current assignee: Ndele J And Hauser European Two Cos
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2035-04-20
Also published as: US10168240B2; EP3146303B1; EP3146303A1; CN106461488A; WO2015176890A1; US20170089794A1; DE102014107251A1

Abstract

本发明涉及一种传感器(1)，用于将待测压力(p)计量检测为相对于在传感器(1)环境中占主导的参考压力(p_ref)的相对压力(p_R)，包括：壳体(2)；布置在所述壳体(2)内的相对压力传感器(3)；压力源，待测压力(p)通过其被供应到所述相对压力传感器(3)，以及参考压力源(5)，参考压力(p_ref)通过其被供应到所述相对压力传感器，其中所述参考压力源(5)在壳体(2)的外壁(2a)的开口内开口，其中参考压力(p_ref)作用在外壁的外侧，其特征在于：压力补偿元件(6)被插入参考压力源(5)的开口内，并且压力补偿元件(6)具有紧固元件(7)、过滤器元件(8)以及保护帽(9)。

Description

均压元件

技术领域

本发明涉及一种测量变送器，用于将待测压力计量记录为与测量变送器的环境中的参考压力相对的相对压力值，包括：壳体；布置在壳体内的相对压力传感器；压力源，待测压力通过其被馈送到相对压力传感器，以及参考压力源，参考压力通过其被馈送到相对压力传感器，其中参考压力源的入口以及到参考压力源的入口与壳体外壁内的开口连通，参考压力作用在壳体外壁外部。

背景技术

现场设备，例如测量变送器广泛应用于过程和自动化技术中。现场设备用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是测量设备，例如压力测量变送器，其记录相应的过程变量——压力。为了影响过程变量，使用致动器，例如阀或者泵，管线内或者容器内的压力通过它们被改变。

在记录过程变量中发生错误的情况下，可能发生由于该错误，对过程变量的影响是有缺陷的。例如，如果测量变送器记录有缺陷的压力值，从而确定了与低于容器内实际压力的压力对应的压力测量值，可能发生的是与压力测量变送器连接的和与泵连接的控制单元通过控制系统照此控制泵，从而容器内的压力仍然进一步增加。这样的错误可能引起巨大的损失。

在压力测量设备或用于测量压力的变送器的情形下，一些应用中具有关于清洁的多个要求。现场设备，例如用于酸奶工厂的现场设备，必须是清洁的，从而满足卫生要求。除别的之外，这意味着压力测量设备采用特定方式清洁。在此过程中，参考压力源在相对压力测量变送器的壳体壁内的开口例如在清洁过程中必须保护防止水渗透。如果水或者其他材料定位到参考压力源内，其可以导致压力记录中的错误。

例如，由DE 20 2011 108 899 U1获知将PTFE膜结合进参考压力源。这使得气体可以渗透而阻挡液体。

压力测量设备应用在各种变化环境下。除别的之外，这意味着测量设备所安装的空间方位在制造测量设备时并不能知道。因此，发生的情况是所安装的PTFE膜具有凹陷或者与壳体壁形成口袋。当测量设备或测量变送器被安装为使得水可以被收集到该凹陷内时，这同样可能会导致记录压力时发生错误。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种用于计量记录待测压力的测量变送器，该测量变送器被建构为使得液体以及其他材料不会渗透参考压力源内，并且液体与测量变送器的空间方位无关地滚离参考压力源的开口。

根据本发明，该目的通过上述类型的自动化技术的测量变送器实现，其中均压元件(pressure equalizing element)应用在参考压力源的入口内，其中均压元件具有紧固元件、过滤器元件和保护帽，其中紧固元件具有轴孔并且用于将均压元件紧固在壁的开口内，其中过滤器元件以使得过滤器元件的内表面覆盖至少轴孔的方式设置在紧固元件上，其中保护过滤器元件不受环境影响的保护帽具有至少一个周边窗口(perimetralwindow)，该周边窗口被布置为使得至少一个窗口朝向过滤器元件的区域基本上位于过滤器元件的外表面的平面处。

过滤器元件被此布置在紧固元件上使得水和/或其他液体总是能流走。换句话说，均压元件没有凹陷。

有利地，均压元件可以被安装在所有方位上。对于均压元件布置在壳体上的固定位置处的情况，壳体可以被安装而不必将均压元件的空间方位考虑在内。

保护帽的至少一个周边窗口例如是在保护帽的壁内的椭圆形或圆形开口。

有利实施例中，过滤器元件可以是阻挡液体但透过气体的过滤器元件。一个这样的例子为现有技术已知的PTFE膜，例如由GORE公司在2014年提供的。因此，过滤器元件用于保护壳体的内部空间或参考压力源免受液体渗透，其中参考源的功能，也就是从壳体的外侧向内传输参考压力不会受到影响。

在进一步的开发中，过滤器元件为疏水或疏水化的过滤器元件。例如可以是由具有疏水特性的材料制造的过滤器元件。该过滤器元件然而还可以例如为已经被化学或生物学或采用其他方式处理过的材料，从而至少过滤器元件的外表面具有疏水特性。另外，过滤器元件可以由多种材料构成，其中形成过滤器元件的部分外表面的至少一种材料为疏水或者变得疏水。另外一个选择为疏水涂层。结果，水以及基于水的液体特别有效的被从过滤器元件外表面驱逐。换句话说，外表面的水分可以以小液滴的形式滚离。

优选实施例提供了：紧固元件和保护帽可以通过注塑成型方法由例如塑料的合成材料制成。应用注塑成型方法使得能够获得有利的制造工艺。

优选实施例提供了：紧固元件和保护帽由金属制成。由例如不锈钢的金属制成的紧固元件具有的特殊优点在于其是稳定的，并且对损害性的环境影响是鲁棒的。在例如使用高压喷射清洁器的清洁程序的情况下，金属结构是必要的，从而抵抗高压力。另外，用于保护帽和用于紧固元件的至少一个金属上层是有利的，从而在其中要求相对压力测量变送器的某些应用中满足卫生要求。

在有利的进一步开发情况下，提供了：均压元件的紧固元件具有城垛状(battlement-shaped)结构，其在过滤器元件背离相对压力传感器的一侧上围绕过滤器元件布置。这产生了围绕过滤器元件的保护。

在有利的进一步开发情况下，提供了：保护帽被固定在紧固元件上，使得保护帽的至少一个窗口与城垛状结构的城齿(merlon)相对地定位。另外，城垛状结构的垛口(crenel)与保护帽壁的没有放置窗口的部分相对地定位。这种情况下，形成曲折状迷宫结构(meander-shaped labyrinth structure)，使得从壳体外侧到参考压力源在参考压力源的面对开口端的入口、或者到覆盖入口的过滤器元件的空间线性进入是不可能的。

一个实施例提供了：保护帽通过采用止动器(detent)机构固定到紧固元件。因此，保护帽可以按预定位置和方位安装在紧固元件上。

一个实施例提供了：止动器机构被实施为使得保护帽和紧固元件彼此可释放地连接。该实施例使得能够快速解构/建构。因此，简化了制造过程，并且更换部件，例如新的过滤器元件可以以更简单的方式被替换。

一个实施例提供了：保护帽通过压入配合固定在固定元件上。该实施例对于金属制造的均压元件特别有利。

有利的进一步开发情况下，固定元件被螺纹旋入壳体壁内。另一个进一步开发的情况中，紧固元件插入进和/或焊接和/或粘结在壳体的壁上。优选的，提供密封环，密封性地密封紧固元件和壳体之间的连接。采用这一方式，在通过过滤器元件延伸的受控路径上进行气体交换。

附图说明

将基于附图更详细解释本发明。附图的各图中的相同元件采用相同的参考符号。附图如下所示：

图1是压力测量变送器的示意截面图，

图2是均压元件的第一变型的示意截面图，

图3是均压元件的第二变型的示意截面图，

图4是图3所示均压元件沿附图3所示截面X截取的示意截面图。

具体实施方式

附图1示出用于压力的测量变送器1的示意截面图。特别的，测量变送器1被示出为用于将待测压力p计量记录为与在测量变送器1环境中占主导的参考压力p_ref相对的相对压力p_R。

大多数应用情况中，参考压力p_ref为使用位置的大气压力。然而，如果测量变送器1被用于处于正压或负压的空间内，那么参考压力p_ref例如为空间的内部压力。

测量变送器1包括壳体2，其中布置相对压力传感器3。相对压力传感器3包括压力敏感元件4，特别是测量膜，其第一侧S1在测量操作中被提供有待测压力p，其第二侧S2在测量操作中被提供有参考压力p_ref。压力敏感元件4两端所施加的、在待测压力p和参考压力p_ref之间的压力差，使得压力敏感元件4发生取决于待计量记录的相对压力p_R而偏转。通过机电变送器的方式对此记录，并且转换成取决于待测相对压力p_R的电输出信号。该信号此后可用于进一步处理和/或评估。

适于此的例如是半导体传感器，例如硅芯片，其具有应用于平台P的压力敏感膜4和膜内掺杂的压阻电阻元件。这些压阻电阻元件例如相互连接在一起从而形成测量电桥电路。

然而可替换的，还可以使用其它传感器类型，例如电容的、陶瓷的相对压力测量单元。

提供压力源(没有示出)，待测压力p经由压力源被馈送到相对压力传感器3的压力敏感元件4。例如压力源为在前部连接并且填充有压力传送液体的压力传送装置。压力传送装置例如包括被隔离膜片向外闭合的压力接收腔，压力接收腔通过压力传送线路与测量腔连接，其中压力敏感元件4的第一侧S1暴露在测量腔中占主导的压力中。待测压力p被直接地或通过过程连接件馈送到隔离膜片的外侧，并且通过隔离膜片以及压力传送液体被传送到测量腔，其中该压力可以作用在相对压力传感器3的压力敏感元件4上。

还提供了参考压力源5，相对压力传感器3的压力敏感元件4的第二侧S2通过参考压力源5被输送有参考压力p_ref。为此，参考压力源5包括压力承载线路，其从相对压力传感器引到壳体2的外壁上，其中参考压力p_ref在外壁的外部占主导。参考压力源5与本发明的均压元件6连通，均压元件6固定在通过壳体2的壁2a的孔内。参考压力源5如图1所示直接与均压元件6联接。参考压力源例如可以为柔性软管。可以使用许多不同实施例的参考压力源5，并且本发明并不限于这些实施例中的任意特定一种。

附图2表示均压元件6的第一变型的示意截面图。均压元件6包括紧固元件7、过滤器元件8和保护帽9。紧固元件7通过螺纹10紧固在壳体2的壁2a内。为了密封紧固元件7和壳体2的壁2a之间的连接，提供密封环11，特别是O型环11。如图2所示还有轴孔12。过滤器元件8位于紧固元件7的被紧固元件7的边沿14围绕的空腔13内，从而如图2所示的过滤器元件8的外表面A1或上部区域A1位于紧固元件7的边沿14的高度处或者稍微高于紧固元件7的边沿14。因此，确保液体可以总是流出。

如图2所示保护帽9包括周边窗口15。当保护帽9安装在紧固元件7上时，如图2所示窗口15的下部区域位于过滤器元件8的外表面A1的高度处或者稍微低于过滤器元件8的外表面A1。

存在止动器机构16，其用于将保护帽9固定在紧固元件7上，使得保护帽9相对于紧固元件7固定在特定方位处。

通过由例如塑料的合成材料制成的保护帽9、过滤器元件8以及紧固元件7之间的配合，连同均压元件6的变型，作为整体的测量变送器1满足1993年德国工业标准DIN40050，第九部分保护类型IP66和/或IP67的多项要求。因此，例如即使在将测量变送器1间歇性浸入水中的情况下，也不会有足以引起损坏的水量进入壳体2中。

附图3示出均压元件6的第二变型的截面示意图。如第一变型一样，附图3也包括紧固元件7、过滤器元件8和保护帽9。

均压元件6的紧固元件7通过螺纹10安装在壳体2的壁2a内。紧固元件7包括轴孔12形式的气路12，其用于将位于测量变送器1环境中的参考压力p_ref引导穿过壳体2的壁2a。过滤器元件8如图3所示。过滤器元件8例如为阻挡液体但是透过气体的膜，其位于气路12内部。提供O型环用于密封紧固元件7与壳体壁2a的连接。提供保护帽9，通过压入配合布置在紧固元件7上。

附图3中还提供城垛状结构17，其布置在紧固元件7的上侧A1，如图3所示。该结构17被定位为使得过滤器元件8被部分环绕。过滤器元件8同样在图2中位于紧固元件的边沿13的高度或稍微高于紧固元件的边沿13的高度。在该变型中存在的城垛状结构17包括城齿17a和垛口，或者窗口17b，其中窗口17b在低侧被紧固元件7的边沿13约束。采用这一方式，产生用于过滤器元件8的保护类型，而不会产生其中可以收集水和/或其他液体的凹陷。

附图4示出沿附图3切面X截取的附图3所示的均压元件6的示意截面图。这示出保护帽9在紧固元件7上的有利布置。保护帽9的窗口15被定位为使得其与城垛状结构17的城齿17a相对地定位。因此形成迷宫结构，从而向保护帽9喷射的水不会直接到达通过过滤器元件8，因为城齿17a位于在保护帽9中存在窗口15的位置处，并且在城垛结构具有窗口17b的位置17b处，例如保护帽9的壁15a沿半径方向对置。因此，水喷射流没有会从均压元件6外侧直击过滤器元件8的直接通道。在使用高压喷射清洁器的清洁流程的情况下这尤其是有利的。

通过金属制造的保护帽9、紧固元件7的城垛状结构17以及过滤器元件8的配合，连同均压元件6的变型，测量变送器1作为整体满足1993年德国工业标准DIN 40050-9相应的保护类别IP69K提出的多个要求。因此该测量变送器还可以用于很多应用，其中使用例如高达每分钟15升的水量、在特别可以高达100bar的高压下、在给定多种情况下还在特别是高达80℃的温度的高温下的高压喷射器清洁作用在测量变送器1的壳体2上。

参考标记列表

1 测量变送器

2 壳体

2a 壳体壁

3 相对压力传感器

4 压力敏感元件

5 参考压力源

6 均压元件

7 紧固元件

8 过滤器元件

9 保护帽

10 螺纹

11 密封环

12 轴孔

13 紧固元件的腔

14 紧固元件的边沿

15 保护帽的窗口

15a 保护帽的壁

16 止动器机构

17 城垛状结构

17a 城齿

17b 城垛状结构的垛口或窗口

S1 压力敏感元件的第一侧

S2 压力敏感元件的第二侧

A1 过滤器元件的外表面

A2 过滤器元件的内表面

Claims

1.一种测量变送器(1)，用于将待测压力(p)计量记录为与在所述测量变送器(1)环境中占主导的参考压力(p_ref)相对的相对压力(p_R)，所述测量变送器(1)包括：

壳体(2)，

相对压力传感器(3)，所述相对压力传感器(3)布置在所述壳体(2)内，

压力源，待测压力(p)通过所述压力源被馈送到所述相对压力传感器(3)，以及

参考压力源(5)，参考压力(p_ref)通过所述参考压力源(5)被馈送到所述相对压力传感器(3)，

其中，所述参考压力源(5)的入口和到所述参考压力源(5)的入口与壳体外壁(2a)内的开口连通，所述参考压力(p_ref)作用在所述壳体外壁(2a)的外侧，

其特征在于

均压元件(6)被应用于所述参考压力源(5)的入口，

所述均压元件(6)具有紧固元件(7)、过滤器元件(8)以及保护帽(9)，

所述紧固元件(7)具有轴孔(12)，并且用于将所述均压元件(6)固定在所述壳体外壁(2a)的所述开口内，

所述过滤器元件(8)以使得所述过滤器元件(8)的内表面(A2)覆盖至少所述轴孔(12)的方式布置在所述紧固元件(7)上，

保护所述过滤器元件(8)不受环境影响的所述保护帽(9)具有至少一个周边窗口(15)，所述窗口(15)被布置为使得至少一个窗口(15)朝向所述过滤器元件(8)的区域基本上位于所述过滤器元件(8)的外表面(A1)的平面处，

其中，所述均压元件(6)的所述紧固元件(7)具有城垛状结构(17)，所述城垛状结构(17)在所述过滤器元件背离所述相对压力传感器(3)的一侧围绕所述过滤器元件(8)布置，

其中，所述保护帽(9)被固定在所述紧固元件(7)上，使得所述保护帽(9)的至少一个窗口(15)与所述城垛状结构(17)的城齿(17a)相对地定位。

2.根据权利要求1所述的测量变送器(1)，

其特征在于

所述过滤器元件(8)为阻挡液体但透过气体的过滤器元件(8)。

3.根据权利要求1所述的测量变送器(1)，

其特征在于

所述过滤器元件(8)为疏水的过滤器元件(8)。

4.根据权利要求1所述的测量变送器(1)，

其特征在于

所述紧固元件(7)和所述保护帽(9)通过注塑成形方法由复合材料制成。

5.根据权利要求1所述的测量变送器(1)，

其特征在于

所述紧固元件(7)和所述保护帽(9)由金属制成。

6.根据权利要求1所述的测量变送器(1)，

其特征在于

所述保护帽(9)通过止动器机构(16)固定到所述紧固元件(7)。

7.根据权利要求6所述的测量变送器(1)，

其特征在于

所述止动器机构(16)被实施为使得所述保护帽(9)和所述紧固元件(7)彼此可释放地连接。

8.根据权利要求1所述的测量变送器(1)，

其特征在于

所述保护帽(9)通过压入配合固定在所述紧固元件(7)上。

9.根据权利要求1-8中的一项所述的测量变送器(1)，

其特征在于

所述紧固元件(7)被螺纹旋入所述壳体(2)的所述壳体外壁(2a)内。