CN112689748B - 液压隔膜密封件和具有液压隔膜密封件的压力换能器 - Google Patents

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Abstract

一种用于传递过程介质的压力的隔膜密封件，该隔膜密封件包括：主体(1)，该主体具有表面(2)；以及隔离膜(3)，该隔离膜固定到所述表面(2)，并且在该隔离膜与该表面之间形成压力腔室(4)，该压力腔室经由该表面中的开口(6)与液压通路(5)连通，该隔离膜能够在第一隔离膜侧(33)上暴露于所述过程介质，该压力腔室和液压通路填充有传输流体(7)，以便传递该过程介质的所述压力；该隔离膜是具有外围边沿(32)的平面膜，并且通过单个外围焊缝(10)以压力密闭的方式结合到该主体，并且该隔离膜具有中央中间区域(12)，其中，该隔膜密封件包括温度换能器(20)，该温度换能器用于确定该过程介质的温度测量变量，该温度换能器在该隔离膜的第二隔离膜侧(34)上固定在所述中间区域中，并且该主体结合到该隔离膜，以使得所述传输流体不与该温度换能器接触。

Description

液压隔膜密封件和具有液压隔膜密封件的压力换能器
技术领域
本发明涉及一种液压隔膜密封件和一种具有液压隔膜密封件的压力换能器。
背景技术
液压隔膜密封件通常包括主体，该主体具有表面，具有至少两个焊缝的隔离膜以压力密闭的方式固定到该表面，从而在该隔离膜和该表面之间形成压力腔室，并且该压力腔室经由该主体的该表面中的开口与液压通路连通。压力腔室和液压通路填充有传输流体。
通常，了解过程温度对于控制工业过程是至关重要的。当使用液压隔膜密封件时，通常通过两种不同的可能性来检测过程温度。在第一种可能性中，压力换能器中的电阻器的电阻变化被用于确定过程温度，而在第二种可能性中，与压力换能器分开形成的温度换能器被用于确定该过程温度。
但是，这两种可能性都具有缺点，即由于传输流体的惯性，无法进行实时温度检测。
只要在压力测量期间该隔离膜的温度相关的变形伴随着隔离膜误差，那么对于精确的压力测量，同样重要的就是须了解该隔膜密封件在压力腔室或隔离膜的区域中的温度，并且由此尽可能精确地了解该过程的温度。从现有技术已知的解决方案具有温度换能器，该温度换能器被布置在隔离膜的附近或者从背部引入到隔膜密封件的主体中，以便测量该主体在压力腔室附近的温度。这些传感器位置原则上是易于出错的，这是因为该主体的热质量阻碍主体温度立即适应压力腔室中的传输流体的温度，而由于介质温度快速变化以及通过流动介质的对流热传输，该压力腔室中的传输流体的温度能够极快地变化。相反，被布置在隔离膜的附近并且可选地是与介质接触的温度换能器在介质容器或介质运送管路中需要附加的开口，该温度换能器能够插入通过该开口，或者在给定的隔离膜面积的情况下，必须将该主体的半径扩大这样一个数值，以至于在该主体的边沿上仍然存在空间，以便用于将温度换能器安装在隔离膜的附近。
如果在其它测量任务中，除了过程压力之外，还应利用第二传感器来检测第二测量变量，则会出现相同的设计问题。这意味着必须再次提供用于安装该第二传感器的空间。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种隔膜密封件和一种具有隔膜密封件的压力换能器，其克服了现有技术的所述缺点。
根据本发明，该目的通过根据本发明第一方面所述的隔膜密封件和根据本发明第二方面所述的压力换能器来实现。
用于传递过程介质的压力的根据本发明所述的隔膜密封件包括：
主体，该主体具有表面；
以及隔离膜，该隔离膜固定到该表面，并且在该隔离膜与该表面之间形成压力腔室，该压力腔室经由该表面中的开口与液压通路连通，该隔离膜能够在第一隔离膜侧上暴露于该过程介质，该压力腔室和液压通路填充有传输流体，以便传递该过程介质的所述压力；该隔离膜是具有外围边沿的平面膜，并且该平面膜通过单个外围焊缝以压力密闭的方式结合到该主体的所述表面，并且该隔离膜具有中央中间区域；其中，该隔膜密封件还包括温度换能器，该温度换能器用于确定该过程介质的温度测量变量，该温度换能器在该隔离膜的与第一隔离膜侧相对的第二隔离膜侧上固定在中间区域中，并且该主体在该中间区域中结合到该隔离膜，以使得传输流体不与该温度换能器接触。
根据本发明的隔膜密封件的有利实施例规定，该温度换能器在第二隔离膜侧上于中间区域中、通过导热层结合到该隔离膜。该导热层能够例如由导热粘合剂、软焊料连接部或导热膏形成。优选地是，该导热粘合剂在硬化状态下的导热率大于0.1、优选地是大于0.5W/(m·K)。该导热膏优选地是具有0.8到10W/(m·K)的导热率。软焊料层优选地是具有大于50W/mK的导热率。
根据本发明的隔膜密封件的另一有利实施例规定，该主体具有连续中央凹部(特别是孔)，该温度换能器从该主体的背对该介质的背面插入到该连续中央凹部中。特别地是，该实施例可以规定，在温度换能器和中央孔的孔壁之间的间隙至少部分地覆盖有隔热材料，优选地是除了空气以外的隔热材料。
根据本发明的隔膜密封件的另一有利实施例规定，该主体在中间区域中通过外围粘合剂连接部结合到该隔离膜，从而使得该传输流体不与该温度换能器接触。优选地是，将环氧树脂粘合剂用作用于粘合剂连接部的粘合剂，该环氧树脂粘合剂具有与周围的主体相比较小或近似相同的热膨胀系数并且/或者与传输流体的相互作用较小。
根据本发明的隔膜密封件的另一有利实施例规定，该主体和该隔离膜(3)每个均具有金属材料。
根据本发明的隔膜密封件的另一有利实施例规定，该隔离膜在界定中间区域的外围线和外围边沿之间具有可偏转的工作区域，并且至少一个外围卷边设置在该外围线和外围边沿之间。
根据本发明的隔膜密封件的另一有利实施例规定，在界定中间区域的外围线与中央凹部(特别是孔)之间施加所述外围粘合剂连接部。
根据本发明的压力换能器包括根据本发明的隔膜密封件和压力测量单元以及电子电路，该压力测量单元能够经由隔膜密封件的液压通路而经受该过程介质的所述压力，该电子电路用于根据压力测量单元的主信号来生成经调节的压力相关信号。
在压力换能器的有利实施例中规定，该电子电路包括用于处理该温度换能器中的针对温度测量变量的信号的装置。特别地是，该实施例可以规定，在校正电路的输入处存在温度换能器的信号，该校正电路用于校正压力相关信号的温度误差。
根据本发明的压力换能器的另一有利实施例规定，该压力换能器是绝对压力换能器、相对压力换能器或压差换能器。
附图说明
根据以下附图更详细地解释本发明。显示了以下附图：
图1：根据本发明的压力换能器的纵剖面；以及
图2：根据本发明的隔膜密封件的纵剖面的一部分，该隔膜密封件是压力换能器的一部分。
具体实施方式
图1中所示的压力换能器包括主体1，该主体具有表面2，盘状隔离膜3在其外围边沿32上利用单个外围焊缝固定到该表面2，由此在该主体与隔离膜3之间形成压力腔室4。该示例性实施例的隔离膜3具有两个外围卷边(bead)19。孔从压力腔室4延伸穿过该主体1，以形成液压通路并将压力传递到压力接收器。为了还可以对应地传递压力，该压力腔室填充有传递流体7(例如油)。
换言之，迄今为止描述的部件涉及一种隔膜密封件模块，该隔膜密封件模块与压力测量单元组合，从而形成根据本发明的压力换能器。该压力测量单元包括承载体111，压阻式压力测量元件11固定到该承载体。该压力测量单元能够被设计成为相对压力测量单元、压差测量单元或绝对压力测量单元。在图1中所示的实施例中，该压力测量单元被设计成为相对压力测量单元。在这种情况下，待测量的压力经由通道112被施加到压力测量单元，该通道集成在承载体111中并且通过该主体结合到孔。为此，压力测量单元11用作由孔和通道112实现的液压通路的压力接收器。
压力测量单元11的主信号首先由电路板14上的电路进行预处理，然后再经由通用协议(例如4到20mA或数字现场总线协议)进行进一步调节以及调节后通信。
此外，根据本发明的压力换能器包括温度换能器20，该温度换能器通过隔膜密封模块的主体1被引入到中央孔8中，直到背面、即隔离膜的背对过程介质的那一侧为止，以检测该过程介质的温度。在这种情况下，中央孔意指沿着旋转轴线延伸的孔，该旋转轴线与该主体的外部轮廓有关。由于温度换能器20不直接与过程介质接触，因此能够避免温度换能器20对介质的污染、温度换能器的腐蚀以及介质与温度换能器20之间的相互作用，从而使得这种设计特别适合于卫生应用和/或腐蚀性化学物质。为了能够可靠地确定该过程介质的快速温度变化，通过导热粘合剂15将该温度换能器胶合到隔离膜3的背面，从而提供良好的热耦合。该隔离膜优选地是具有在大约20到60μm的范围内的极小厚度，使得温度换能器20能够检测到该过程介质的温度的大致实时波动。为了使得该温度换能器20与传输流体热解耦，该隔离膜3在中间区域12中结合到该主体，该中间区域围绕旋转轴线18延伸。这例如可以借助特定粘合剂、通过外围粘合剂层或粘合剂连接部13来进行，与导热粘合剂相比，该特定粘合剂具有较低的导热率。此外，为了还使得该温度换能器20与该主体热隔断，可以将隔热材料9引入到孔壁81与温度换能器20之间的间隙中。
该温度换能器(例如，PT1.000传感器)的主信号经由电线17供应到电路板14，从而被调节为测量信号并且可选地是被用于补偿该压力换能器的主信号。
附图标记列表
1 主体
2 表面
3 隔离膜
31 外围线
32 外围边沿
33 隔离膜的第一侧
34 隔离膜的第二侧
4 压力腔室
5 液压通路
6 开口
7 传输流体
8 孔
81 孔的孔壁
9 隔热材料
10 焊缝
11 压力测量单元
111 承载体
112 通道
12 中间区域
13 外围粘合剂连接部
14 电子电路
15 导热粘合剂
16 校正电路
17 电线
18 旋转轴线
19 卷边
20 温度换能器

Claims (17)

1.一种用于传递过程介质的压力的隔膜密封件，所述隔膜密封件包括：
主体(1)，所述主体具有表面(2)；
以及隔离膜(3)，所述隔离膜固定到所述表面(2)，并且在所述隔离膜与所述表面之间形成压力腔室(4)，所述压力腔室经由所述表面中的开口(6)与液压通路(5)连通，所述隔离膜(3)能够在第一隔离膜侧(33)上暴露于所述过程介质，所述压力腔室(4)和所述液压通路(5)填充有传输流体(7)，以便传递所述过程介质的所述压力；所述隔离膜(3)是具有外围边沿(32)的平面膜，并且通过外围焊缝(10)以压力密闭的方式结合到所述主体(1)的所述表面(2)，并且所述隔离膜(3)具有中央中间区域(12)，其中，所述隔膜密封件还包括温度换能器(20)，所述温度换能器用于确定所述过程介质的温度测量变量，所述温度换能器在所述隔离膜(3)的与所述第一隔离膜侧(33)相对的第二隔离膜侧(34)上固定在所述中间区域(12)中，并且所述主体(1)在所述中间区域(12)中结合到所述隔离膜(3)，以使得所述传输流体(7)不与所述温度换能器(20)接触。
2.根据权利要求1所述的隔膜密封件，其中，所述温度换能器(20)在所述第二隔离膜侧上于所述中间区域中、通过导热层(15)结合到所述隔离膜。
3.根据权利要求1或2所述的隔膜密封件，其中，所述主体(1)具有连续中央凹部，所述温度换能器(20)从所述主体(1)的背对所述介质的背面插入到所述连续中央凹部中。
4.根据权利要求3所述的隔膜密封件，其中，所述中央凹部是中央孔(8)。
5.根据权利要求4所述的隔膜密封件，其中，在所述温度换能器(20)和所述中央孔(8)的孔壁(81)之间的间隙至少部分地覆盖有隔热材料(9)。
6.根据权利要求4所述的隔膜密封件，其中，所述主体通过外围粘合剂连接部在所述中间区域中结合到所述隔离膜，以使得所述传输流体(7)不与所述温度换能器(20)接触。
7.根据权利要求1或2所述的隔膜密封件，其中，所述主体(1)和所述隔离膜(3)各自均包括金属材料。
8.根据权利要求6所述的隔膜密封件，其中，所述隔离膜在界定所述中间区域的外围线(31)与所述外围边沿(32)之间具有可偏转的作业区域，并且至少一个外围卷边(19)设置在所述外围线(31)和所述外围边沿(32)之间。
9.根据权利要求8所述的隔膜密封件，其中，所述外围粘合剂连接部被施加在界定所述中间区域的所述外围线(31)与所述中央凹部之间。
10.根据权利要求1所述的隔膜密封件，其中，所述隔离膜(3)通过单个外围焊缝以压力密闭的方式结合到所述主体(1)的所述表面(2)。
11.根据权利要求2所述的隔膜密封件，其中，所述导热层是导热粘合剂层、软焊料连接层或者导热膏层。
12.根据权利要求5所述的隔膜密封件，其中，所述隔热材料(9)是除了空气以外的隔热材料。
13.根据权利要求8所述的隔膜密封件，其中，所述外围粘合剂连接部被施加在界定所述中间区域的所述外围线(31)与所述中央孔(8)之间。
14.一种压力换能器，包括：
根据权利要求1到13中任一项所述的隔膜密封件和压力测量单元(11)以及电子电路(14)，所述压力测量单元能够经由所述隔膜密封件的所述液压通路而经受所述过程介质的所述压力，并且所述电子电路用于根据所述压力测量单元(11)的主信号来生成经调节的压力相关信号。
15.根据权利要求14所述的压力换能器，其中，所述电子电路(14)包括用于处理所述温度换能器(20)中的针对所述温度测量变量的信号的装置。
16.根据权利要求15所述的压力换能器，其中，所述温度换能器的信号被施加到校正电路(16)的输入，所述校正电路用于校正所述压力相关信号的温度误差。
17.根据权利要求14到16中任一项所述的压力换能器，其中，所述压力换能器是绝对压力换能器、相对压力换能器或者压差换能器。
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