CN115943297A - 液压传递设备以及具有液压传递设备的压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于传递过程介质的压力的压力传递设备，包括：主要部分(1)；以及分离膜(3)，该分离膜被固定到该主要部分，其中，压力腔室(4)被形成在分离膜和表面之间，所述压力腔室经由该表面中的开口(6)与液压通路(5)连通；该分离膜能够从第一分离膜侧(33)供应有过程介质；该压力腔室和液压通路被填充有传递流体(7)；该分离膜压力被紧密地连接到该主要部分；并且该分离膜具有中心区域(12)。该压力传递设备附加地包括温度传感器(20)和用于该温度传感器的安装件，并且该温度传感器(20)至少部分地被引导到该安装件中或者被附连到该安装件。安装件(130)在分离膜(3)的中心区域(12)后面被引入并且被布置在该主要部分的中心空腔(80、82)中，以使得该安装件的面向分离膜(3)的表面(133)在所述中间区域中相对于所述分离膜位于一平面内，从而当被施加压力时，使得安装件的表面(133)用作用于分离膜(3)的邻抵件。

Description

液压传递设备以及具有液压传递设备的压力传感器

技术领域

本发明涉及一种液压传递设备以及具有液压传递设备的压力传感器。

背景技术

液压传递设备通常包括主体，该主体具有这样的表面，分离膜利用至少两个焊缝以压力紧密的方式被紧固到该表面，以使得压力腔室被形成在该分离膜和表面之间，并且经由该主体的表面中的开口与液压通路连通。压力腔室和液压通路被填充有传递流体。

通常，了解过程温度对于控制工业过程至关重要。当使用液压传递设备时，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，压力传感器中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，与压力传感器分开形成的温度传感器被用于确定该过程温度。

由于在压力测量期间该分离膜的温度相关变形伴随着分离膜误差，因此对于精确的压力测量，同样重要的是须了解压力传递设备在压力腔室或分离膜的区域中的温度，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传感器，该温度传感器靠近于分离膜加以布置或者从后部被插入到压力传递设备的主体中，以便测量该主体在压力腔室附近的温度。这些传感器的位置原则上是易于出错的，因为该主体的热质量会阻碍主体温度立即适应压力腔室中传递流体的温度，而该压力腔室中传递流体的温度会随着介质温度的快速变化以及通过流动介质的对流热交换而迅速变化。

相反，靠近于分离膜被布置并且可选地与介质接触的温度传感器在介质容器或介质载送管路中需要附加的开口，该温度传感器能够穿过该开口被插入，或者在给定的分离膜表面的情况下，必须将该主体的半径扩大这样的值，以至于在该主体的边缘上仍然存在空间，以便靠近于分离膜来安装该温度传感器。

然而，上述所有的可能性都具有这样的缺点，即不可能进行近乎实时的温度记录。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种压力传递设备和带有压力传递设备的压力传感器，其提供了进行近乎实时温度测量的可能性。

根据本发明，该目的通过根据独立权利要求1所述的压力传递设备和根据独立权利要求13所述的压力传感器来实现。

用于传递过程介质的压力的根据本发明压力传递设备包括：

主体，该主体具有表面；

以及分离膜，该分离膜被紧固到该表面，其中，压力腔室被形成在该分离膜和表面之间，该压力腔室经由表面中的开口与液压通路连通，该分离膜可以从第一分离膜侧、由过程介质加压，该压力腔室和液压通路被填充有传递流体，以传递过程介质的压力；该分离膜是具有周向边缘的板形膜，并且该板形膜经由一个、优选地是单个周向焊缝以压力紧密的方式连接到该主体的表面，并且该分离膜具有中心中间区域，其中，该压力传递设备进一步包括温度传感器和用于该温度传感器的安装件，该温度传感器用于确定过程介质的温度测量变量，并且该安装件用于改善过程介质和温度传感器之间的热传递，其中，该温度传感器至少部分地被插入或被附连到安装件，其中，该安装件在分离膜的中间区域后面被插入并被布置在主体中的中心凹槽内，以使得该安装件的面向分离膜的表面在中间区域中相对于分离膜位于一平面内，从而当被施加压力时，使得该安装件的表面用作用于分离膜的止挡表面。

根据本发明，提出将导热的温度传感器的安装件(例如，由铜或类似材料制成)在过程膜后面插入到主体中。该温度传感器被附连到或至少部分地被插入到该安装件中。这也可以通过导热粘合剂来支持。该安装件被设计成使得该过程膜在安装件上也具有止挡表面，该过程膜可以支承或搁抵于该止挡表面，从而可以防止分离膜例如由于过程侧的高压而产生的不期望压花。

根据本发明的压力传递设备的一个有利实施例规定，该中心凹槽和安装件相互匹配，以使得该安装件与主体直接接触的接触表面小于该安装件的在中间区域中相对于分离膜位于一平面内的表面。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该安装件由热导率大于200W/(m*K)、优选地大于300W/(m*K)、最优选地大于400W/(m*K)的材料形成。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该安装件由铜形成。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该安装件利用面向分离膜的表面、优选地通过导热粘合剂层被固定到分离膜。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该安装件包括优选旋转对称的板形基座和优选旋转对称的圆柱形部分，该圆柱形部分与基座邻接并且具有用于接纳温度传感器的凹槽，其中，该安装件被插入并被布置在该主体中，以使得该板形基座沿分离膜的方向定向。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该安装件进一步被形成为，使得该板形基座的直径大于该圆柱形部分的直径，从而形成突起，该突起用作针对该安装件的止挡表面，并且其中，该主体进一步被形成为，使得在面向分离膜的一侧的中心凹槽具有阶梯形开口，该阶梯形开口被形成为使得该阶梯形开口的踏面表面用作针对该安装件的止挡表面的对立止挡表面。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该安装件进一步包括通风口，该通风口被制造在安装件中，以使得在分离膜和安装件的用作止挡表面的表面之间的空气可以逸出、优选地通过中心凹槽逸出。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该主体和该分离膜各自包括金属材料。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该安装件利用面向分离膜的表面、通过导热粘结层、优选地是导热粘合剂层、软焊粘结层或导热粘贴层连接在该分离膜上。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，该中心凹槽通过多个具有不同直径的孔实现，并且优选地延伸穿过整个主体。

根据本发明的压力传递设备的另一有利实施例规定，在安装件和中心凹槽的壁之间的中间空间至少部分地被填充有隔热材料，优选地是空气以外的隔热材料。

本发明进一步涉及一种压力传感器，包括：

根据先前描述的实施例之一的压力传递设备、压力测量单元以及电子电路，过程介质的压力可以经由该压力传递设备的液压通路被施加到该压力测量单元，并且该电子电路用于从压力测量单元的主要信号生成条件化的压力相关信号。

在压力传感器的有利实施例中规定，该电子电路包括用于针对温度测量变量、处理该温度传感器中的信号的装置。

在压力传感器的另一有利实施例中，规定将来自温度传感器的信号应用于校正电路的输入，以校正压力相关信号的温度误差。

附图说明

基于以下附图对本发明进行更详细地解释。附图中：

图1示出了根据本发明的压力传感器的纵剖视图，

图2示出了根据本发明的压力传递设备的纵剖视图的细节，该压力传递设备是压力传感器的一部分，

图3示出了安装件的详细图示，以及

图4示出了通过模拟获得的数据，以说明安装件对热传递的影响。

具体实施方式

图1所示的压力传感器包括主体1，该主体优选地是金属的、特别地包括不锈钢，该主体具有表面2，圆盘形分离膜3在其周向外边缘32处利用单个周向外焊缝36被紧固到该表面2，由此在该主体与分离膜3之间形成压力腔室4。本实施例的分离膜3通过示例示作扁平的圆盘。该分离膜也可以仅仅具有波浪形的轮廓，即该轮廓可以具有周向卷边。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。为了也可以相应地传递压力，该压力腔室被填充有传递流体7(例如，油)。

换言之，迄今为止描述的部件涉及一种压力传递设备模块，其与压力测量单元组合，以形成根据本发明的压力传感器。例如，压力测量单元110可以包括承载体111，压阻式压力测量元件113被紧固到该承载体。压力测量元件113优选地被形成为测量膜，该测量膜在压力差的作用下偏转。该压力测量单元110可以被形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所示的实施例中，该压力测量单元被形成为相对压力测量单元。在这种情况下，待测量的压力经由集成在承载体111中的通道112、被施加到该压力测量单元。在这方面，压力测量单元11用作由通道112和将通道112连接到压力腔室4的孔5实现的液压通路的压力接收器。

来自压力测量单元110的主要信号最初由电路板14上的电路进行预处理，然后进一步处理并准备经由通用协议(例如，4-20mA或数字现场总线协议)进行通信。

根据本发明的压力传感器进一步包括温度传感器20，该温度传感器通过压力传递设备模块的主体1被插入到中心凹槽80、82中，直到背面34，即分离膜的背离过程的一侧，以检测该过程介质的温度。中心凹槽在这里意指相对于主体的外轮廓、沿着旋转轴线延伸的凹槽。例如，该中心凹槽可以通过一个或多个孔来实现。在图1和图2所示的示例性实施例中，该中心凹槽由沿着主体的中心轴线的多个孔实现。

该温度传感器20(例如，PT1000传感器)的主信号经由电线17馈送到电路板14，从而被处理为测量信号并且如果有必要则用于补偿该压力传感器的主信号。

温度传感器20通过压力传递设备模块的主体1被插入至背面，因此不与过程介质直接接触这一事实，意味着可以排除温度传感器20对介质的污染、温度传感器的腐蚀以及介质与温度传感器20的相互作用。这样的结构特别适用于卫生应用和/或具有腐蚀性的化学品。

为了能够可靠地检测过程介质的快速温度变化，根据本发明，温度传感器20经由安装件130被插入到分离膜3的背面上，该安装件至少部分地接纳或包围温度传感器20。安装件130由特别良好的导热材料制成。例如，安装件130可以由热导率大于200[W/(m*K)]、优选大于300[W/(m*K)]、最优选大于400[W/(m*K)]的材料形成。由于铜具有良好的导热性，因此已发现铜是针对安装件130的特别优选材料。

为了实现甚至更佳的热传递，安装件130可以利用面向分离膜的表面133、经由导热粘结层15连接到分离膜34的背面。

安装件130可以是旋转对称的。例如，安装件130可以包括基本旋转对称的板形基座131和圆柱形部分132。圆柱形部分132优选地对中邻接该板形基座131。换言之，该安装件在横截面上可以具有基本T形的外轮廓。

安装件的圆柱形部分132具有凹槽136，来用于接纳该温度传感器。凹槽136从该安装件的与板形基座相对的端部延伸至所限定的深度T。例如，凹槽136可以延伸至板形基座。例如，凹槽136可以通过孔来实现。温度传感器20可以通过导热粘合剂固定在该凹槽中。

安装件130进一步被形成为使得该板形基座的直径D1大于圆柱形部分的直径D2。板形基座131的突起可以限定止挡表面134，安装件130可以利用该止挡表面134被插入到主体中，直至被形成在主体中的对立的止挡表面11为止。例如，对立的止挡表面11可以在面向分离膜的一侧上、由中心凹槽的阶梯形开口83来实现，其中，踏面表面用作对立的止挡表面。在图3中，阶梯形开口由圆圈指示。

中心凹槽80、82和安装件130进一步相互匹配，以使得安装件与主体直接接触的接触表面小于安装件的在中间区域中相对于分离膜位于一平面内的表面。在附图所示的示例性实施例中，该接触表面由此包括对立的止挡表面11以及该阶梯形开口的垂直于该对立的止挡表面延伸的侧表面12。

另外，安装件130可以具有通风口135，例如呈孔的形式的通风口。通风口135被制造在安装件130中，以使得在压力传递设备的填充过程期间，空气可以通过通风口135从分离膜和板形基座之间产生的气隙逸出，上述填充过程通常在真空中进行。

该分离膜3优选地具有在大约20到60μm的范围内的非常小厚度，以使得能够由温度传感器20检测到该过程介质的温度的大致实时变化。为了使温度传感器20与传递流体热解耦，分离膜3在中间区域12周围被结合到主体。例如，这可以通过周向焊缝来完成。在图1和图2中，周向焊缝由两个三角形和附图标记35指示。替代地，周向接头也可以通过周向粘合剂连接13来进行。

为了将温度传感器20与主体1热解耦，隔热材料9位于中心凹槽81的壁和温度传感器20之间的中间空间内。在这种情况下，该隔热材料可以是空气。替代地，可以包含隔热凝胶。该隔热凝胶可以是硅凝胶，例如，来自Wacker Chemie AG的SilGel 612。

图4示出了通过模拟获得的数据，以说明安装件对过程介质和温度传感器之间热传导的影响。为此，示出了根据本发明形成的压力传递设备的温度传感器的温度曲线、与其中的温度传感器在没有安装件情况下被固定到分离膜的压力传递设备的温度传感器的温度曲线。图4示出了，利用安装件被插入到压力传递设备中的温度传感器(在测量曲线中由带有填充矩形的线指示)比无安装件情况下被插入到压力传递设备中的温度传感器(在测量曲线中由带有填充圆圈的线指示)更迅速达到温度设定点。

附图标记列表

1主体

11针对安装件的对立的止挡表面或阶梯形开口的踏面表面

12阶梯形开口的侧表面

2表面

3分离膜

32周向边缘

33分离膜的第一侧或正面

34分离膜的第二侧或背面

35周向内焊缝

36周向外焊缝

4压力腔室

5液压通路

6中间空间

7传递流体

80第一孔

81第一孔的壁

82第二孔

83阶梯形开口

9隔热材料，例如空气

110压力测量单元

111承载体

112通道

113压力测量元件，例如呈能够由压力偏转的测量膜的形式

12中间区域

130安装件

131安装件的基座

132安装件的圆柱形部分

133面向分离膜的表面

134安装件的止挡表面

135通风口

136用于接纳温度传感器的凹槽

14电子电路

15导热粘结层

16带有校正电路的印刷电路板

17电线

18旋转轴线

20温度传感器

D1安装件的板形基座的直径

D2安装件的圆柱形部分的直径

T用于接纳温度传感器的凹槽的深度

Claims (15)

1.一种用于传递过程介质的压力的压力传递设备，包括：

主体(1)，所述主体具有表面(2)；

以及分离膜(3)，所述分离膜被紧固到所述表面(2)，其中，压力腔室(4)被形成在所述分离膜和所述表面之间，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，所述分离膜(3)能够从第一分离膜侧(33)利用所述过程介质加压，所述压力腔室(4)和所述液压通路(5)被填充有传递流体(7)，以传递所述过程介质的压力；所述分离膜(3)是具有周向边缘(32)的板形膜，并且所述板形膜经由一个、优选地是单个周向焊缝(10)以压力紧密的方式连接到所述主体(1)的所述表面(2)，并且所述分离膜(3)具有中心中间区域(12)，其中，所述压力传递设备进一步包括温度传感器(20)和针对所述温度传感器的安装件，所述温度传感器用于确定所述过程介质的温度测量变量，并且所述安装件用于改善所述过程介质和所述温度传感器之间的热传递，其中，所述温度传感器(20)至少部分地被插入或被附连到所述安装件，其中，所述安装件(130)在所述分离膜(3)的所述中间区域(12)后面被插入并被布置在所述主体中的中心凹槽(80、82)中，以使得所述安装件的面向所述分离膜(3)的表面(133)在所述中间区域中相对于分离膜位于一平面内，从而当被施加压力时，所述安装件的所述表面(133)用作针对所述分离膜(3)的止挡表面。

2.根据权利要求1所述的压力传递设备，其中，所述中心凹槽(80、82)和所述安装件(130)相互匹配，以使得所述安装件与所述主体直接接触的接触表面小于所述安装件的在所述中间区域(12)中相对于所述分离膜位于一平面内的所述表面。

3.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述安装件(130)由热导率大于200W/(m*K)、优选大于300W/(m*K)、最优选大于400W/(m*K)的材料形成。

4.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述安装件(130)由铜形成。

5.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述安装件(130)利用面向所述分离膜的表面(133)、优选地通过导热粘合剂层被固定到所述分离膜。

6.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述安装件(130)包括优选旋转对称的板形基座(131)和优选旋转对称的圆柱形部分(132)，所述圆柱形部分与所述基座(131)邻接并且具有用于接纳所述温度传感器(20)的凹槽，其中，所述安装件被插入并被布置在所述主体中，以使得所述板形基座沿所述分离膜的方向定向。

7.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述安装件(13)进一步被形成为，使得所述板形基座的直径(D1)大于所述圆柱形部分的直径(D2)，从而形成突起，所述突起用作针对所述安装件的止挡表面，并且其中，所述主体进一步被形成为，使得在面向所述分离膜的一侧上的所述中心凹槽具有阶梯形开口，所述阶梯形开口被形成为使得所述阶梯形开口的踏面表面用作针对所述安装件的止挡表面的对立止挡表面。

8.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述安装件进一步包括通风口(135)，所述通风口被制造在所述安装件中，以使得在所述分离膜和所述安装件的用作止挡表面的表面之间的空气能够优选地通过所述中心凹槽逸出。

9.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述主体(1)和所述分离膜(3)各自包括金属材料。

10.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述安装件利用面向所述分离膜的所述表面、通过导热粘结层(15)、优选地通过导热粘合剂层、软焊粘结层或导热粘贴层连接在所述分离膜上。

11.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，所述中心凹槽(80、82)由具有不同直径的多个孔实现，并且优选地延伸通过整个主体(1)。

12.根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备，其中，在所述安装件和所述中心凹槽(80、82)的壁(81)之间的中间空间(6)至少部分地被填充有隔热材料(9)，优选地是除了空气以外的隔热材料。

13.一种压力传感器，包括：

根据前述权利要求中一项或多项所述的压力传递设备、压力测量单元(11)以及电子电路(14)，所述过程介质的压力能够经由所述压力传递设备的液压通路被施加到所述压力测量单元，并且所述电子电路用于从所述压力测量单元(11)的主要信号生成条件化的压力相关信号。

14.根据上一权利要求所述的压力传感器，其中，所述电子电路(14)包括用于针对所述温度测量变量处理所述温度传感器(20)中的信号的装置。

15.根据权利要求13或14所述的压力传感器，其中，所述温度传感器(20)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。

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