CN112654846B

CN112654846B - 用于将压力转换成电信号的装置以及包括这种装置的电子压力测量装置

Info

Publication number: CN112654846B
Application number: CN201980058075.6A
Authority: CN
Inventors: 圭兜·诺尔
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2039-07-03
Also published as: CN112654846A; US20210293646A1; WO2020007936A1; US11614376B2; DE102019117976A1

Abstract

本发明涉及用于将压力转换成电信号的装置。该装置具有采用第一膜的形式的第一变形体，压力经由该第一膜能被引入该装置中；以及以第二膜的形式的第二变形体，所施加的压力经由该第二膜的偏转能被转换成电信号。该装置具有力传递装置，用于将压力和/或拉伸力从第一变形体传递到第二变形体。力传递装置的任一者被设计为单独的部分，并且两个膜具有孔，力传递装置至少部分地引入该孔中，并且力传递装置在孔处连接至相应的膜，或者力传递装置与两个膜之一整体地形成，并且对应的另一膜具有孔，力传递装置至少部分地引入该孔中，并且力传递装置在孔处连接至所述膜。

Description

用于将压力转换成电信号的装置以及包括这种装置的电子压力测量装置

技术领域

本发明涉及根据实施例的用于将压力转换成电信号的装置以及包括这种装置的电子压力测量装置。

背景技术

此类装置通常基于以下事实：压力引起为此目的在该装置中提供的变形体的变形，并且这种变形被转换成电信号。例如，可以提供用于纯粹的力测量的弯曲梁以及用于压力测量的膜。

对于某些应用，特别是在工艺和食品技术中，前齐平传感器或测量装置是有利的，其中，没有介质能够积聚在到该装置的变形体的其他常见连接通道中。对于这种类型的传感器，前齐平变形体(例如，前齐平膜)的变形通常经由不可压缩传递装置被传递至实际压力传感器结构，该实际压力传感器结构例如包括硅元件或应变仪。这样的传感器在生产方面关于所需要的油填充是复杂的并且具有进一步的缺点，例如在温度升高的情况下传递介质的膨胀对传感器信号的不期望的影响。

在此方面，EP 2 663847 B1公开了一种装置，该装置包括采用第一膜的形式的第一变形体，该第一变形体连接至采用第二膜的形式的第二变形体，该第二膜包括至少一个传感器元件。第一变形体可以通过要测量的压力的作用而变形。第一变形体的变形经由采用柱塞的形式的力传递装置被传递到该第二变形体上。这里，通过应变仪的使用将第二变形体的变形转换成电信号。该力传递装置配置成两个部分，其中这两个变形体各自形成该力传递装置的整体区段。力传递装置的两个部分然后借助于电阻焊接彼此连接。这里的缺点是相对复杂的制造工艺，因为具体地这些单独零件的制造中的精度必须满足高要求并且必须在接合和焊接工艺中以高精度进行机加工，因为该装置的结构设计实际上不允许公差。

发明内容

本发明的目的是提供一种装置，该装置一方面确保永久可靠的操作和高测量精度，并且另一方面可以容易地且成本效率高地生产。

该目的是通过具有实施例的特征的装置以及通过具有实施例的特征的电子压力测量装置来实现的。在其他实施例中提供了本发明的有利实施例。

根据本发明，力传递装置被设计为单独的部分，且两个膜均具有孔，力传递装置至少部分地插入该孔中，且在该孔处连接至相应的膜，或者该力传递装置与两个膜之一整体地形成，并且对应的另一膜具有孔，该力传递装置至少部分地插入该孔中并且在孔处连接至膜。通过该装置的这些配置之一的使用，生产(特别地两个变形体的结合)已经被大大简化，因为公差可以通过该孔内的力传递装置以简单的方式被补偿。

此外，在包括根据本发明的这种装置的电子压力测量装置中，保证了绝对前齐平的设计。此外，在装置和测量装置的工艺连接之间的连接点的区域中不需要任何密封元件。

附图说明

下面参考附图基于示例性实施例更详细地解释本发明。

附图示意性地示出：

图1是电子压力测量装置；

图2是穿过包括压力测量装置的工艺连接件的根据本发明的装置的第一示例性实施例的横截面；

图3是穿过包括压力测量装置的工艺连接件的根据本发明的装置的第二示例性实施例的横截面；

图4是穿过包括压力测量装置的工艺连接件的根据本发明的装置的第三示例性实施例的横截面；以及

图5是穿过包括压力测量装置的工艺连接件的根据本发明的装置的第四示例性实施例的横截面。

具体实施方式

在优选实施例的以下描述中，相同的附图标记表示相同或相当的部件。

图1示出了在工艺测量技术中使用的电子压力测量装置100，该装置以名称PNxxxx制造和销售。测量装置100基本上由壳体2组成，该壳体2被分成上部3和下部4。该下部(还被称为工艺连接件)一方面包括采用压力测量单元的形式的传感器单元，并且另一方面使得能够将测量装置100机械连接到容纳介质的容器或管上。在上部3中布置了电子单元，该电子单元被提供用于对由传感器单元提供的测量信号的评估和处理，该测量信号然后可以经由所示的插头连接而被分接并且被转发至例如PLC。

在其它物品中，包括显示器6和操作元件7的壳体头部5放置在上部3上。测量装置100经由操作元件7操作，即，实施参数化或基本关键数据(例如切换点)的设定。相应的动作经由显示器6显示至用户。

图2示出了穿过电子压力测量装置100内的根据本发明的装置1的第一示例性实施例的横截面，出于图示的原因(同样如在以下图3-5中)，仅示出了减小到工艺连接件4的截面。装置1包括整体地形成第一膜12的第一变形体10。该第一变形体10基本上是罐形的，因为它包括圆周边缘16。在优选地圆形的第一膜12的中心或中心点处设置了通孔12a。

装置1包括整体地形成第二、优选是圆形的膜22的第二变形体20、力传递装置30以及边缘26。力传递装置30形成为柱塞状并且优选地圆柱形，其中，原则上，其他形状(例如，膨胀或锥形构造)是可想到的。

要测量的压力p经由第二膜12的背离第二变形体20的表面引入。力传递装置30穿过第一膜12的通孔12a，并且优选地与第一膜12的面向要测量的介质的一侧齐平。通过将力传递装置30插入通孔12a中并且使力传递装置30穿过通孔12a，可以以简单的方式补偿在制造工艺期间已经出现的公差。

力传递装置30到第一膜12的连接优选地通过牢固地结合、特别是借助于焊接、替代地还通过焊合或胶合制成。因此，在压缩力的情况下以及在拉伸力的情况下两者，第一膜12的变形经由力传递装置30传递至第二膜22。

在第二膜22的背离第一变形体10的表面上，应用至少一个传感器元件32，借助于该至少一个传感器元件，第二膜22的偏转可以被转换成电信号。传感器元件32优选地是应变仪，其电阻值通过膨胀和压缩而改变。两个传感器元件32可以被连接以形成半桥或者四个传感器元件32可以被连接以形成全桥。除了应变仪之外，例如压电元件也是可想到的。

这两个变形体10、20被定位成彼此相对，其方式为使得第一变形体10的边缘16接合在该第二变形体20的边缘26周围。为此目的，第一变形体10在边缘16的区域中具有肩部状锥形，第二变形体20的边缘26搁置在该肩部状锥形上。由于力传递装置30在孔12a内的自由移动性，第二变形体20可以被放置在第一变形体10上，并且两个变形体10、20然后可以无张力地彼此连接。除了力传递装置30与膜12的焊接连接之外，这两个变形体10、20在彼此接触的侧表面上彼此焊接。然而，还可想到，这两个边缘16、26被焊接铺设在彼此的顶部上。

第一变形体10在边缘16的区域中包括阶梯状加宽部，工艺连接件4利用互补配对件搁置在该阶梯状加宽部上，使得在根据本发明的装置1和工艺连接件4之间的连接区域中形成圆柱形外轮廓。借助于这种配置，第一变形体10成为整个压力测量装置100的外表面的一部分。在面向压力介质的区域中，因此，不再需要任何密封件。此外，由此实现了压力测量装置100的绝对前齐平设计。

图3示出穿过电子压力测量装置100内的根据本发明的装置1的第二示例性实施例的横截面，其也出于图示的原因仅示出了减小到工艺连接件4。基本结构对应于图2中所示的图示，使得在下文中为了避免重复，仅讨论差异。

与根据图2的实施例的主要差异在于，现在除了第一膜和边缘16之外，第一变形体10也整体地形成力传递装置30。为此目的，力传递装置30穿过的通孔22a设置在第二膜22的中心。示意性指示的传感器元件32然后相应地围绕通孔22a延伸。

力传递装置30至第二膜22的连接再次优选地通过牢固结合、特别是借助于焊接、替代性地还通过焊合或胶合制成。在本实施例中，也可以通过螺纹实现。

同样在这个实施例中，确保了压力测量装置100的绝对前齐平配置。此外，在装置1的区域中不需要任何密封元件，并且通过将力传递装置30插入并穿过通孔22a，可以以简单的方式补偿任何产生的公差。

图4示出了从图2中已知的实施例的修改。这里，孔12a不是通孔而是盲孔。因此，力传递装置30现在不穿过该孔12a，而是仅插入该孔12a。例如，该实施例适于为了借助于螺接将力传递装置30连接至第一膜12。为此目的，膜12包括孔12a周围的相应的加宽部。替代性地，例如借助于激光焊接，可以考虑焊接连接，其中焊接是从下方穿过膜12实施的。

图5示出了另一实施例，其中力传递装置30不是如图2至图4中那样形成在这些膜12、22之一上，而是被形成为分离的部分。为此目的，这两个膜12、22各自包括通孔12a、22a或如图中所示的盲孔12a。力传递装置30相应地插入或穿过这些孔12a、22a。因此，该实施例在某种程度上是膜12、22与力传递装置30之间的以上在图2至图4中描述的连接选项的组合，并且进一步简化了制造工作。

附图标记清单

1 用于将压力转换成电信号的装置

2 壳体

3 上部

4 下部，工艺连接件

5 壳体头部

6 显示器

7 操作元件

10 第一变形体

12 第一膜

12a 第一膜中的孔

16 边缘

20 第二变形体

22 第二膜

22a 第二膜中的孔

26 边缘

30 力传递装置

32 传感器元件

100 压力测量装置

p 压力

Claims

1.用于将压力转换成电信号的装置，其中，所述装置包括采用第一膜（12）的形式的第一变形体（10），所述压力经由所述第一变形体（10）能被引入到所述装置中；以及采用第二膜（22）的形式的第二变形体（20），所施加的压力借助于所述第二变形体（20）的偏转能被转换成电信号，

其中所述装置包括用于将压缩力和/或拉伸力从所述第一变形体（10）传递到所述第二变形体（20）的力传递装置（30），

其特征在于

所述力传递装置（30）被设计为单独的部分，并且两个膜（12、22）包括孔（12a、22a），所述力传递装置（30）至少部分地插入所述孔（12a、22a）中，并且所述力传递装置（30）在所述孔处连接至相应的膜（12、22）。

2.用于将压力转换成电信号的装置，其中，所述装置包括采用第一膜（12）的形式的第一变形体（10），所述压力经由所述第一变形体（10）能被引入到所述装置中；以及采用第二膜（22）的形式的第二变形体（20），所施加的压力借助于所述第二变形体（20）的偏转能被转换成电信号，

其特征在于

所述力传递装置（30）与两个膜（12、22）之一整体地形成，并且对应的另一膜（12、22）包括孔（12a、22a），所述力传递装置（30）至少部分地插入所述孔（12a、22a）中并且在所述孔（12a、22a）处连接至所述膜（12、22）。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述力传递装置（30）将所述两个膜（12、22）在它们的中心处分别彼此连接。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述孔（12a、22a）被设计为通孔或盲孔。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述力传递装置（30）在所述孔（12a、22a）中通过螺接而连接至相应的膜（12、22）。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一变形体（10）是罐形的并且接合在所述第二变形体（20）周围。

7.电子压力测量装置，由工艺连接件（4）、放置在所述工艺连接件（4）上的壳体（2）以及用于检测在相邻介质中占主导的压力p的压力测量单元组成，

其特征在于

所述测量单元配置为根据权利要求1或2中任一项所述的装置。

8.根据权利要求7所述的电子压力测量装置，其特征在于，所述第一变形体（10）在其横向外表面上包括圆周的阶梯状加宽部，所述工艺连接件（4）在其面向所述装置的端部处搁置在所述阶梯状加宽部上，使得在所述装置与所述工艺连接件（4）之间的连接的区域中形成圆柱形的外轮廓。