DD237900A1 - PRINTING DEVICE IN TRANSMITTERS FOR MEDIA WITH INCREASED SAFETY REQUIREMENTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Druckaufnahmeeinheit in Messumformern fuer Medien mit erhoehten Sicherheitsanforderungen, wie z. B. Sauerstoff. Aufgabengemaess soll durch geeignete konstruktive Massnahmen der gefahrlose Einsatz von Silikonoel als Uebertragungsfluessigkeit ermoeglicht werden, ohne dass eine wesentliche Verschlechterung der messtechnischen Eigenschaften eintritt. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass als Trennmembran eine Doppellagentrennmembran eingesetzt wird, die aus jeweils zwei Lagen duenner Metallmembranen besteht, zwischen denen sich eine den Reibwert beider Lagen aneinander herabsetzende Zwischenschicht befindet. Die Ausdrehungen in den Messwerksdeckeln sind so gestaltet, dass sich im Falle der Zerstoerung einer Trennmembran und des Druckwandlers die gegenueberliegende Trennmembran ohne mechanische Zerstoerung an den Messwerksdeckel anlegt. Die Druckeinleitung des Mediums in die Messkammer erfolgt ueber eine im Messwerksdeckel vorgesehene Drosselstelle. Eine weitere Drosselstelle ist im Membrantraeger vorgesehen, ueber die die Druckeinleitung in das Messwerksinnere erfolgt.The invention relates to a pressure receiving unit in transducers for media with increased security requirements, such. B. oxygen. In accordance with the task, the safe use of silicone oil as a transfer fluid is to be enabled by suitable constructional measures without a significant deterioration of the metrological properties occurring. According to the invention this is achieved in that a double-layer separation membrane is used as the separation membrane, which consists of two layers of thin metal membranes, between which there is an intermediate layer which reduces the coefficient of friction of the two layers. The rotations in the measuring mechanism covers are designed in such a way that, in the event of destruction of a separating diaphragm and the pressure transducer, the opposing separating diaphragm engages the measuring mechanism cover without mechanical damage. The medium is introduced into the measuring chamber via a throttle point provided in the cover of the measuring mechanism. Another restrictor is provided in the membrane carrier, via which the pressure is introduced into the inside of the measuring system.
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung betrifft eine Druckaufnahmeeinheit in Meßumformern für Medien mit erhöhten Sicherheitsanforderungen, z. B. wie Sauerstoff und leicht entflammbare Medien. Derartige Meßumformer werden speziell in Chemieanlagen zum Messen von Prozeßgrößen, die sich auf einen Druck bzw. Differenzdruck zurückführen lassen, eingesetzt.The invention relates to a pressure-receiving unit in transducers for media with increased safety requirements, eg. As oxygen and highly flammable media. Such transducers are used especially in chemical plants for measuring process variables, which can be attributed to a pressure or differential pressure.
Als gegenwärtiger Stand der Technik sind Meßumformer bekann^bei denen durch dünne Metallmembranen das Medium in den Meßkammern von der Druckübertragungsflüssigkeit (Silikonöl) im Meßwerksinneren getrennt wird. Handelt es sich um Medien, die erhöhte Sicherheitsforderungen bedingen, wie Sauerstoff oder leicht entflammbare Medien, dann stellen diese Meßumformer wegen der Möglichkeit der Zerstörung der dünnen Trennmembranen eine Gefährdung für die Anlage dar.As a current state of the art transmitters are known ^ in which by thin metal membranes, the medium in the measuring chambers of the pressure transfer fluid (silicone oil) is separated in the interior of the measuring. In the case of media which require increased safety requirements, such as oxygen or highly flammable media, these transmitters pose a risk to the system because of the possibility of destruction of the thin separating membranes.
Gründe für eine mögliche Zerstörung der Trennmembranen können Rißbildung durch Dauerwechselbeanspruchung und chemische Werkstoffabtragung durch das Meßmedium sein.Reasons for a possible destruction of the separation membranes can be cracking by continuous cycling and chemical material removal by the measuring medium.
Gefährdungen der Anlage können einerseits dadurch entstehen, daß das Medium (Sauerstoff bzw. leicht entflammbare Medien) mit der Druckübertragungsflüssigkeit (Silikonöl) ein explosives Gemisch bildet, das unter hoher Druck- und Temperaturbeanspruchung, die z. B. durch einen Druckstoß in der Anlage auftreten kann, im Meßwerk gezündet wird.Dangers to the system can arise on the one hand, that the medium (oxygen or easily inflammable media) with the pressure transfer fluid (silicone oil) forms an explosive mixture under high pressure and temperature stress, the z. B. may occur due to a pressure surge in the system is ignited in the measuring unit.
Das kann ein Ausbrennen des Meßumformers und ein Übergreifen auf die gesamte Anlage zur Folge haben.This can result in burnout of the transmitter and spill over to the entire system.
Andererseits kann im Falle der Zerstörung der Trennmembran das Medium den Meßumformer durchströmen und in den umgebenden Raum gelangen bzw. das Silikonöl wird durch die Meß leitung in die Folgeanlage geblasen. In jedem Fall entstehen hierbei hochexplosive Gemische, die eine Gefährdung für die gesamte Anlage darstellen.On the other hand, in the case of destruction of the separation membrane, the medium flow through the transmitter and get into the surrounding space or the silicone oil is blown through the measuring line in the subsequent system. In any case, this produces highly explosive mixtures that pose a risk to the entire system.
Folgende Maßnahmen zur Gewährleistung der erhöhten Sicherheit bzw. der Verhinderung der genannten Schadensfälle sind bekannt.The following measures to ensure increased safety or the prevention of the above cases of damage are known.
— Zur Verringerung der Gefahr der Zerstörung wird die Dicke der Trennmembran erhöht. Nachteil dieser Lösung ist die Vergrößerung des Meßfehlers des Meßumformers, da durch eine wesentliche höhere Federkonstante der Trennmembran der Temperatur- und Hysteresefehler des Meßumformers vergrößert wird. Auch mit dickeren Trennmembranen läßt sich die Gefahr des Undichtwerdens, z. B. im Bereich der Schweißnaht, nicht vollständig ausschließen.- To reduce the risk of destruction, the thickness of the separation membrane is increased. Disadvantage of this solution is the increase in the measurement error of the transmitter, as increased by a significantly higher spring constant of the separation membrane of the temperature and Hysteresefehler the transmitter. Even with thicker separation membranes can be the risk of leakage, z. B. in the weld, not completely exclude.
— Der Einsatz von nichtbrennbaren Druckübertragungsflüssigkeiten verhindert deren Entflammung beim Kontakt mit dem Medium (zerstörte Trennmembran) und hoher Druck- und Temperatureinwirkung. Es sind der Einsatz von Wasser und Flüssigkeiten auf Fluorbasis (z. B. Fluorolube) bekannt. Als Nachteil dieser Druckübertragungsflüssigkeiten ergeben sich die geringe Viskosität und damit die geringe Dämpfung von Druckstößen, bei Wasser der eingeschränkte Temperatureinsatzbereich > 00C, die unzureichende elektrische Isolationsfestigkeit, und bei den Flüssigkeiten auf Fluorbasis der sehr hohe Preis.- The use of non-combustible pressure transfer fluids prevents their ignition on contact with the medium (destroyed separation membrane) and high pressure and temperature. The use of water and fluorine-based fluids (eg Fluorolube) is known. As a disadvantage of these pressure transfer fluids, the low viscosity and thus the low attenuation of pressure surges, resulting in water limited temperature range> 0 0 C, the insufficient electrical insulation strength, and in the fluorine-based fluids of the very high price.
— Dem Meßumformer vorgeschaltete Sicherheitsventile verhindern bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des Mediums durch Schliessen das Durchströmen des Meßumformers. Diese hohen Strömungsgeschwindigkeiten können ebenfalls bei zerstgrterTrennmembran und einer Druckbelastung (Druckstoß) oberhalb der Übertragungsgrenze (zerstörtes Meßelement) des Meßumformers auftreten.- Prevent the transmitter upstream safety valves at high flow rate of the medium by closing the flow through the transmitter. These high flow velocities can also occur with the separation diaphragm disrupted and a pressure load (surge) above the transmission limit (destroyed sensing element) of the transmitter.
Neben dem relativ hohen Aufwand ist ein weiterer Nachteil die Zerstörung der mechanisch oder elektromechanisch arbeitenden Sicherheitsventile, in der z. B. die Übertragungsflüssigkeit schon in die Folgeanlage geblasen werden kann. — Die konstruktive Gestaltung des Meßwerkdeckels auf der Niederdruckseite wird derart ausgeführt, daß bei einer Zerstörung der Trennmembran auf der Hochdruckseite sich die Trennmembran auf der Niederdruckseite im Meßwerkdeckel anlegen kann, wie es in der PS GB 2031592 A beschrieben ist. Damit wird ein Durchströmen des Meßwerkes bzw. ein Herausblasen der Druckübertragungsflüssigkeit bei der Zerstörung der Membran auf der Hochdruckseite vermieden. Da aber dabei das Medium direkt auf die Druckübertragungsflüssigkeit trifft, kommt es bei hoher Druck-und Temperaturbelastung im Falle des Einsatzes von Silikonöl zur Entflammung. Auch diese Lösung erfordert eine nicht brennbare Druckübertragungsflüssigkeit (z. B. Fluorolube).In addition to the relatively high cost, another disadvantage is the destruction of mechanically or electromechanically operating safety valves, in the z. B. the transmission fluid can already be blown into the subsequent system. - The structural design of the Meßwerkdeckels on the low pressure side is carried out such that at a destruction of the separation membrane on the high pressure side, the separation membrane can create on the low pressure side in the Meßwerkdeckel, as described in the PS GB 2031592 A. Thus, a flow through the measuring mechanism or a blowing out of the pressure transfer fluid in the destruction of the diaphragm on the high pressure side is avoided. Since, however, the medium is directly on the pressure transfer fluid, it comes with high pressure and temperature stress in the case of the use of silicone oil to ignite. This solution also requires a non-flammable pressure transfer fluid (eg Fluorolube).
Ziel der Erfindung ist es, eine Druckaufnahmeeinheit in Meßumformern zu schaffen, die den Einsatz der sehr teuren Übertragungsflüssigkeit auf Fluorbasis vermeidet.The aim of the invention is to provide a pressure-receiving unit in transducers, which avoids the use of the very expensive fluorine-based transfer fluid.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckaufnahmeeinheit in Meßumformern für Medien mit erhöhten Sicherheitsanforderungen zu schaffen, die durch geeignete konstruktive Maßnahmen den gefahrlosen Einsatz von Silikonöl gestattet, ohne daß sich die meßtechnischen Eigenschaften des Meßumformers wesentlich verschlechtern. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß als Trennmembran eine Doopellagentrennmembran eingesetzt wird, die aus jeweils zwei Lagen einer entsprechend dünnen Metallfolie besteht, zwischen denen sich eine den Reibwert beider Lagen aneinander herabsetzende Zwischenschicht oder -lage befindet. Die Ausdrehungen in den Meßwerkdeckeln sind so gestaltet, daß sich im Falle der Zerstörung einer Doppellagentrennmembran und des Druckwandlers die gegenüberliegende Doppellagentrennmembran ohne mechanische Zerstörung an den Meßwerkdeckel anliegt. Die Druckeinleitung des Mediums in die Meßkammer erfolgt über eine im Meßwerkdeckel vorgesehene Drosselstelle, die durch eine entsprechend dünne Bohrung realisiert wird. Ebenso ist eine Drosselstelle in der Form einer dünnen Bohrung im Membranträger vorgesehen, über die die Druckeinleitung in das Meßwerksinnere erfolgt.The invention has for its object to provide a pressure-receiving unit in transducers for media with increased safety requirements, which allows the safe use of silicone oil by appropriate design measures without significantly degrade the metrological characteristics of the transmitter. According to the invention this is achieved in that a Doopellagentrennmembran is used as the separation membrane, which consists of two layers of a correspondingly thin metal foil, between which a friction coefficient of both layers together absetzende intermediate layer or layer is. The outbreaks in the Meßwerkdeckeln are designed so that in the case of destruction of a double-layer separation membrane and the pressure transducer, the opposite double-layer separation membrane rests without mechanical destruction of the Meßwerkdeckel. The pressure introduction of the medium into the measuring chamber via a provided in the meter cover throttle point, which is realized by a correspondingly thin bore. Likewise, a throttle point is provided in the form of a thin bore in the membrane carrier, via which the pressure is introduced into the interior of the meter.
In bevorzugter Ausführung besteht die genannte Zwischenschicht oder -lage aus MoIy bdändisulf id, das als Pulver in die Oberfläche der Trennmembran eingewalkt oder als Emulsion aufgesprüht wird. Ebenso kann die genannte Zwischenschicht oder-lage aus PTFE bestehen, daß als lose Folie zwischen die Metallmembran eingelegt ist oder mit dem dieiMembranoberfläche beschichtet wird.In a preferred embodiment, said intermediate layer or layer consists of MoIy bdändisulf id, which is infiltrated as a powder in the surface of the separation membrane or sprayed as an emulsion. Likewise, said intermediate layer or layer may consist of PTFE, which is inserted as a loose film between the metal membrane or is coated with the membrane surface.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung werden die genannten Drosselstellen im Meßwerksdeckel und im Membranträger durch eine Bohrung von ca. 1 mm Durchmesser und einer Länge von mindestens 5mm gebildet. Die Längsachse der Drosselstelle im Meßwerksdeckel ist im wesentlichen 90°zu der Richtung der Druckeinleitung angeordnet.According to another advantageous embodiment, said throttling points are formed in the Meßwerksdeckel and in the membrane carrier through a bore of about 1 mm in diameter and a length of at least 5mm. The longitudinal axis of the throttle in the Meßwerksdeckel is arranged substantially 90 ° to the direction of pressure introduction.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazugehörenden Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Differenzdruckmeßumformer mit der erfindungsgemäßen Druckaufnahmeeinheit und der1 shows a section through a Differenzdruckmeßumformer with the pressure-receiving unit according to the invention and the
Wandlereinheit Fig. 2 die vergrößert dargestellte Einzeleinheit Z aus Fig. 1Converter unit Fig. 2 shows the enlarged individual unit Z shown in FIG. 1
Figur 1 zeigt einen Differenzdruckmeßumformer mit der erfindungsgemäßen Druckaufnahmeeinheit, der den gefahrlosen Einsatz von Silikonöl als Druckubertragungsf lüssigkeit für Prozeßmedien, die erhöhte Sicherheitsanforderungen stellen, wie z. B. Sauerstoff, erlaubt. Das eigentliche Meßwerk 6 weist zwei mit Silikonöl gefüllte Druckkammern 1 und 2 auf, die voneinander durch einen relativ steifen Halbleiterdruckwandler 9 getrennt sind und nach außen, daß heißt gegenüber dem Prozeßmedium, durch je eine Trennmembran 7 abgeschlossen sind. Die Trennmembran 7, die der Druckübertragung dient und aus hochkorrosionsbeständigem Material, wie Edelstahl, Tantal usw., besteht, sollte eine möglichst geringe Federsteife besitzen, um das Meßverhalten des Meßumformers möglichst wenig zu beeinflussen. Um die erforderliche höhere .Sicherheit bei geringer Federsteife zu ermöglichen, besteht die Trennmembran 7 aus zwei Lagen, dünner Metallmembranen 11 und 12, zwischen denen sich eine den Reibwert der Membranen aneinander herabsetzende Zwischenlage 13 befindet. Dadurch wird gewährleistet, daß nach einer größeren Auslenkung der Trennmembran (Überlastung des Meßumformers) die Trennmembran besser in ihre exakte Ausgangslage zurückgeführt und damit der Hysteresefehler des Meßwerkes klein gehalten wird. Für diese Zwischenschicht oder-lage kommen Molybdändisulfid, das als Pulver in die Membranoberfläche eingewalkt oder als Emulsion aufgesprüht wird oder PTFE, mit dem die Membranoberfläche beschichtet oder das als lose Folie eingelegt wird, in Frage. Diese Zwischenschicht wirkt zusätzlich als Temperaturisolationsschicht und schränkt starke Temperaturschwankungen des Mediums in ihrer negativen Wirkung auf das Meßverhalten des Meßumformers ein, so daß sich der Temperaturfehler verringert. Beide Meßwerksdeckel 3 sind auf ihrer der Trennmembran 7 zugewandten Seite mit Ausdrehungen 14 versehen, die so gestaltet sind, daß sich im Falle der Zerstörung einer Trennmembran 7 und des Druckwandlers 9 die gegenüberliegende Trennmembran ohne mechanische Zerstörung an den Meßwerksdeckel anlegt. Dadurch wird ein Durchströmen des Meßumformers durch das Prozeßmedium und das Ausblasen des Silikonöls in die Folgeanlage vermieden. Dte Druckeinleitung in die Meßkammer 15 (Raum zwischen Meßwerksdeckel und Trennmembran) erfolgt über eine Drosselstelle 4 im Meßwerksdeckel, die durch eine Bohrung von etwa 1 mm Durchmesserund mindestens 5 mm Länge gebildet wird. Diese Drosselstelle 4 ist vorteilhafterweise senkrecht zu der Achse des Meßleitungsanschlusses 5 ausgeführt.Figure 1 shows a Differenzdruckmeßumformer with the pressure-receiving unit according to the invention, the risk-free use of silicone oil as Druckubertragungsf lüssigkeit for process media that provide increased safety requirements, such. As oxygen allowed. The actual measuring unit 6 has two filled with silicone oil pressure chambers 1 and 2, which are separated from each other by a relatively stiff semiconductor pressure transducer 9 and to the outside, that is opposite to the process medium, are terminated by a respective separation membrane 7. The separation membrane 7, which is used for pressure transmission and made of highly corrosion-resistant material, such as stainless steel, tantalum, etc., should have the lowest possible spring stiffness in order to influence the measurement behavior of the transmitter as little as possible. In order to allow the required higher .Sicherheit with low spring stiffness, the separation membrane 7 consists of two layers, thin metal membranes 11 and 12, between which there is a friction coefficient of the membranes together absetzende intermediate layer 13. This ensures that after a larger deflection of the separation membrane (overload of the transmitter), the separation membrane is better returned to its exact starting position and thus the hysteresis of the measuring mechanism is kept small. For this intermediate layer or layer molybdenum disulfide, which is infiltrated as a powder in the membrane surface or sprayed as an emulsion or PTFE, coated with the membrane surface or which is inserted as a loose film come into question. This intermediate layer additionally acts as a temperature insulating layer and limits severe temperature fluctuations of the medium in its negative effect on the measurement behavior of the transmitter, so that the temperature error is reduced. Both Meßwerksdeckel 3 are provided on their side facing the separation membrane 7 with recesses 14 which are designed so that in the case of destruction of a separation membrane 7 and the pressure transducer 9, the opposite separation membrane without mechanical damage to the Meßwerksdeckel applies. As a result, a flow through the transmitter is avoided by the process medium and the blowing out of the silicone oil in the subsequent system. Dte pressure introduction into the measuring chamber 15 (space between Meßwerksdeckel and separation membrane) via a throttle point 4 in the Meßwerksdeckel, which is formed by a bore of about 1 mm in diameter and at least 5 mm in length. This throttle 4 is advantageously carried out perpendicular to the axis of the Meßleitungsanschlusses 5.
Mit dieser Drosselung und Ablenkung des Mediendruckes werden Druckstöße, die in der Anlage auftreten können, stark abgebaut und die Gefahr der Entflammung des Silikonöls bei zerstörter Trennmembran wesentlich vermindert. Die Doppellagentrennmembranen 7 sind auf einen Membranträger 16 aufgeschweißt, der ein profiliertes Membranbett 10 aufweist, an das sich die Trennmembranen im Überlastfall anlegen, und den Druckwandler 9 in Verbindung mit einer nicht dargestellten Überlastschutzeinrichtung vor einer mechanischen Überlastung schützen. In dem Membranträger 16 ist ebenfalls eine Drosselstelle 8, ausgeführt als eine Bohrung von etwa 1mm Durchmesser und mindestens 5 mm Länge, vorgesehen, die im Fall der Zerstörung derTrennmembran 7 einen nur sehr geringen Teil des Silikonölvolumens des Merkwerkes in die Meßkammer 15 austreten und mit dem Prozeßmedium in Kontakt kommen läßt. Kommt es jetzt in der Meßkammer durch hohe Druck- und Temperatureinwirkung zu einer Entzündung dieser geringen Silikonölmenge, dann erfolgt nur ein in der Meßkammer begrenzter örtlicher Ausbrennvorgang, der sich nicht in das Meßwerksinnere fortsetzt und nach dem Verbrennen des wenigen ausgelaufenen Silikonöls sofort beendet ist und damit keine Gefährdung darstellt. Der experimentelle Nachweis der technischen Sicherheit der beschriebenen konstruktiven Maßnahmen konnte für das Prozeßmedium Sauerstoff für die Einsatzgrenzen Druck ρ = JOMPa, Temperatur θ = 600C erbracht werden. Bei extremen Versuchsbedingungen (Simulation des Havariezustandes durch Zerstörung der Trennmembran und eines Druckstoßes in der Anlage) kam es zu keiner Verbrennungsreaktion. Erst durch eine Initialzündung konnte eine Verbrennungsreaktion begrenzt auf die Meßkammer mit Verbrennungsrückständen des Silikonöls und einer Temperaturerhöhung der Meßwerksteile um 1 Grad festgestellt werden.With this restriction and diversion of the media pressure, pressure surges that can occur in the system are greatly reduced and the risk of ignition of the silicone oil when the separation membrane is destroyed is substantially reduced. The double-layer separation membranes 7 are welded onto a membrane support 16, which has a profiled membrane bed 10, against which the separation membranes abut in case of overload, and protect the pressure transducer 9 in conjunction with an overload protection device, not shown, from mechanical overload. In the membrane support 16 is also a throttle point 8, designed as a bore of about 1mm in diameter and at least 5 mm in length, provided that in the event of destruction of the separation membrane 7 a very small part of the silicone oil volume of Merkwerkes exit into the measuring chamber 15 and with the Process medium come into contact. If it comes in the measuring chamber by high pressure and temperature to an inflammation of this small amount of silicone oil, then only in the measuring chamber limited local Ausbrennvorgang that does not continue in the interior of the Meßwerks and after the burning of the few spilled silicone oil is terminated immediately and thus no danger. The experimental proof of technical safety of the constructional measures described could be provided for the process medium oxygen for the application limits pressure ρ = JOMPa, temperature θ = 60 0 C. In extreme test conditions (simulation of the accident state by destruction of the separation membrane and a pressure surge in the system), there was no combustion reaction. Only by an initial ignition could a combustion reaction limited to the measuring chamber with combustion residues of the silicone oil and a temperature increase of the measuring parts by 1 degree are determined.
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DD27684785A DD237900A1 (en) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | PRINTING DEVICE IN TRANSMITTERS FOR MEDIA WITH INCREASED SAFETY REQUIREMENTS |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0469913A1 (en) * | 1990-08-01 | 1992-02-05 | Photovac Incorporated | Fluid flow control valves |
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1985
- 1985-05-31 DD DD27684785A patent/DD237900A1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0469913A1 (en) * | 1990-08-01 | 1992-02-05 | Photovac Incorporated | Fluid flow control valves |
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