DE10155839B4

DE10155839B4 - Drucksensor

Info

Publication number: DE10155839B4
Application number: DE10155839A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Imai
Original assignee: Surpass Industry Co Ltd
Current assignee: Surpass Industry Co Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: DE10155839A1; KR20020038475A; US6622564B2; US20020059833A1; JP2002156302A

Abstract

Drucksensor mit einem Durchlass zur Durchleitung eines Fluids, umfassend: einen Sensorkopf (14) mit einem druckempfindlichen Bereich, der auf Fluiddruck anspricht, und eine Membran (2) mit einer Druckaufnahmefläche zur direkten Erfassung des Fluiddrucks, wobei der druckempfindliche Bereich des Sensorkopfes (14) der Druckaufnahmefläche der Membran (2) gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckaufnahmefläche in das Innere des Durchlasses (10a) ragt und die Druckaufnahmefläche an der Membran (2) als dünnwandiger Bereich (2a) ausgebildet ist, der unter Bildung eines konkaven Bereiches (10b) von einer Ringwandung als Abdeckbereich (2b) umgeben ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruches 1.
Ein derartiger Drucksensor ist aus der WO 97/13132 A1 bekannt und besitzt einen Durchlass zur Durchleitung eines Fluids, wie z. B. einer Chemikalie. Dabei wird in einem Teil des Durchlasses häufig ein Spalt oder Totraum gebildet. Bei solch einem Aufbau wird der Druck im Durchlass zum druckempfindlichen Bereich eines Sensorkopfs über das im Totraum eingeschlossene Fluid und eine Membran übertragen. Bei Einsatz dieses Drucksensors werden zunächst die Enden eines Leitungsrohrs an eine Zuleitung zur Durchleitung eines Fluids (z. B. einer Chemikalie) angeschlossen. Wenn dann das Fluid durch den Durchlass fließt, wird das Fluid im Totraum eingefangen. Der Fluiddruck wird über die eingeschlossene Fluidmenge auf die Membran übertragen und dann der auf die Membran wirkende Druck vom druckempfindlichen Bereich des Sensorkopfs erfasst.
Da bei diesem konventionellen Drucksensor der Totraum in einem Bereich des Durchlasses gebildet ist und die Membran über diesem Totraum angeordnet ist, kann Luft oder Fluid in dem Totraum verbleiben, wenn Fluid durch den Durchlass strömt. Demzufolge sollte der Totraum beseitigt werden, da ein Drucksensor ohne Totraum gefordert wird.
Aus der DE 198 02 771 A1 ist weiterhin ein kombiniertes Mano-Thermometer bekannt, welches derart an einer Fluidleitung, insbesondere Fernwärmesysteme angebracht ist, dass seine Druckaufnahmefläche in das Innere der Druckleitung ragt. Hierbei ist jedoch ebenfalls ein Totraum zwischen einer Verschiebehülse und Öffnungen einer Schutzhülse vorhanden.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Drucksensor zu schaffen, bei dem kein Totraum gebildet wird und daher weder Luft noch Fluid im Sensor verbleiben kann.
Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Drucksensor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Da bei dem vorgeschlagenen Drucksensor die Druckaufnahmefläche in das Innere des Durchlasses ragt, wird unter der Membran kein Totraum gebildet. Bei diesem Aufbau verbleibt somit weder Luft noch Fluid im Sensor, wobei hier unter Fluid sowohl Gas als auch Flüssigkeit verstanden wird. Weiterhin ist beim Drucksensor gemäss der vorliegenden Erfindung die Druckaufnahmefläche an der Membran als dünnwandiger Bereich ausgebildet, der unter Bildung eines konkaven Bereiches von einer Ringwandung umgeben ist.
Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor der Sensorkopf von der Membran vollständig abgedeckt. Bei dem Drucksensor gemäss der vorliegenden Erfindung ist zudem bevorzugt, dass ein Entlüftungsloch zur Entlüftung nach außen nahe dem Sensorkopf an der Membran ausgebildet ist. Auf diese Weise wird Fluiddruck genau detektiert werden. Der Drucksensor gemäss der vorliegenden Erfindung kann außerdem ein Leitungsrohr enthalten, das den Durchlass formt. Bevorzugt ist dabei dieses Leitungsrohr mit dem Gehäuse des erfindungsgemäßen Drucksensors verbunden. Weiterhin ist bei dem Drucksensor gemäss der vorliegenden Erfindung von Vorteil, dass das Gehäuse eine Querbohrung aufweist, die in den lichten Querschnitt des Durchlasses hineinragt und die Membran sowie den Sensorkopf aufnimmt.
In zweckmäßiger Weise ist bei dem Drucksensor gemäss der vorliegenden Erfindung das Leitungsrohr beidseitig an eine Zuleitung zur Durchleitung eines Fluids angeschlossen. Bevorzugt besteht die Membran und/oder das Gehäuse bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor aus PTFE.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Drucksensors gemäss der vorliegenden Erfindung;
2 eine Seitenansicht des in 1 dargestellten Drucksensors;
3(A) eine Unteransicht der in 1 dargestellten Membran; und
3(B) eine Schnittdarstellung entlang der Linie 12b-12b in 3(A).
Wie in 1 und 2 dargestellt, weist der Drucksensor ein Leitungsrohr 10 auf, das einen Durchlass 10a zur Durchleitung von Fluid (z. B. Chemikalien) von einem Ende zum anderen Ende bildet. Das Leitungsrohr 10 ist integral mit einem Gehäuse 1 (bevorzugt aus PTFE) ausgebildet. Der von einer zur anderen Seite führende Durchlass 10a besteht somit aus dem Gehäuse 1 und dem Leitungsrohr 10. Die Innenwand des rohrförmigen Durchlasses 10a ist aus chemikalienbeständigem Material gefertigt.
Das Gehäuse 1 besitzt in seinem Mittelteil einen konkaven Bereich 10b, der in den lichten Querschnitt des allgemein zylindrischen Durchlasses 10a hineinragt. Eine bevorzugt aus PTFE gefertigte Membran 2 ist in dem konkaven Bereich 10b angeordnet und ebenfalls chemikalienbeständig. Wie in 3(A) und (B) näher dargestellt, verfügt die Membran 2 über einen dünnwandigen Bereich 2a mit einer Druckaufnahmefläche zur direkten Fluiddruckerfassung und einen ringförmigen Abdeckbereich 2b zur Umhüllung des Sensorkopfes 14.
Die Membran 2 ist schalen- oder tassenförmig gestaltet, wobei der mittlere, dünnwandige Bereich 2a als dünne Scheibe und der Abdeckbereich 2b am Umfang des dünnwandigen Bereichs 2a als Ringwandung mit schrägen Außenseiten ausgebildet ist. Mit diesem Aufbau wird der Sensorkopf 14 bei Kontakt mit dem dünnwandigen Bereich 2a vom Abdeckbereich 2b strömungsgünstig umschlossen. Die Druckaufnahmefläche des dünnwandigen Bereichs 2a ist dabei so positioniert, dass sie in konkaver Weise in das Innere des Querschnittes des Durchlasses 10a hineinragt, wie in 1 und 2 gezeigt.
Der auf den Fluiddruck ansprechende, druckempfindliche Bereich ist am Sensorkopf 14 ausgebildet, um mit dem dünnwandigen Bereich 2a in Berührung zu stehen. Der druckempfindliche Bereich des Sensorkopfs 14 ist somit auf dem Durchlass 10a über dem dünnwandigen Bereich 2a angeordnet, wobei der Fluiddruck im Durchlass 10a über den dünnwandigen Bereich 2a übertragen werden kann.
Auf dem Sensorkopf 14 ist ein Sensorhalter 3 angeordnet, um den Sensorkopf 14 im Innern des Gehäuses 1 zu fixieren. Dabei ist ein O-Ring 16 zwischen dem Gehäuse 1 und dem Abdeckbereich 2b der Membran 2 angeordnet, wodurch der Sensorkopf 14 von dem durch den Durchlass 10a strömenden Fluid isoliert ist. Der Sensorhalter 3 und das Gehäuse 1 werden hier zwischen einer Oberplatte 7 und einer Unterplatte 6 eingesetzt, wobei die Oberplatte 7, das Gehäuse 1 und die Unterplatte 6 mit mehreren Schrauben 18 zusammengespannt werden.
Am Sensorhalter 3 ist eine Klammer 9 mit einer Schraube 20 fixiert. Ein Ende eines Kabels 13 ist elektrisch mit einem Anschluss 15 verbunden, der mit einer Schraube 21 an der Klammer 9 befestigt ist. Der Anschluss 15 wird von einem Abschirmgehäuse 4 umgeben, das von einem Gehäusedeckel 5 abgedeckt ist. Das Abschirmgehäuse 4 ist durch eine Schraube 19 am Sensorhalter 3 befestigt. Der obere Bereich des Gehäusedeckels 5 weist zudem einen Inspektionspfropfen 12 und eine Kabelschutztülle 8 auf. Am Sensorhalter 3 ist weiterhin ein Entlüftungsloch 11 vorgesehen, das vom Sensorkopf 14 ausgehend durch den Abdeckbereich 2b hindurch nach außen führt.
Bei Einsatz des Drucksensors werden zunächst die beiden Enden des Leitungsrohrs 10 an eine Fluidzuleitung angeschlossen, so dass dann das Fluid, beispielsweise eine Chemikalie in den Durchlass 10a einströmt. Folglich wird der Fluiddruck über den dünnwandigen Bereich 2a der Membran 2 auf die Druckaufnahmefläche übertragen und der auf die Druckaufnahmefläche wirkende Druck vom druckempfindlichen Bereich des Sensorkopfs 14 erfasst.
Bevorzugt ist die Membran 2 im konkaven Bereich 10b angeordnet, so dass die Druckaufnahmefläche des dünnwandigen Bereich 2a der Membran 2 in das Innere des Durchlasses 10a hineinragt. Mit diesem Aufbau wird ein sonst bei herkömmlichen Drucksensoren auftretender Totraum unter dem dünnwandigen Bereich 2a vermieden, so dass weder Luft noch Fluid im Sensor verbleiben kann. Demgemäss wird der Fluiddruck im Durchlass 10a von der Druckaufnahmefläche genau erfasst und dann an den druckempfindlichen Bereich des Sensorkopf 14 übertragen, wodurch die Messgenauigkeit des Drucksensors verbessert wird.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Sensorkopf 14 durch den ringförmigen Abdeckbereich 2b der Membran 2 umschlossen. Gemäss der vorliegenden Erfindung ragt hierbei die Druckaufnahmefläche der Membran 2 in den Durchlass 10a hinein. Demzufolge wird unter der Membran 2 kein Totraum gebildet, wodurch, wie oben erwähnt, weder Luft noch Fluid im Drucksensor verbleiben kann.

Claims

Drucksensor mit einem Durchlass zur Durchleitung eines Fluids, umfassend: einen Sensorkopf (14) mit einem druckempfindlichen Bereich, der auf Fluiddruck anspricht, und eine Membran (2) mit einer Druckaufnahmefläche zur direkten Erfassung des Fluiddrucks, wobei der druckempfindliche Bereich des Sensorkopfes (14) der Druckaufnahmefläche der Membran (2) gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckaufnahmefläche in das Innere des Durchlasses (10a) ragt und die Druckaufnahmefläche an der Membran (2) als dünnwandiger Bereich (2a) ausgebildet ist, der unter Bildung eines konkaven Bereiches (10b) von einer Ringwandung als Abdeckbereich (2b) umgeben ist.
Drucksensor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (14) von der Membran (2) vollständig bedeckt ist.
Drucksensor gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Membran (2) benachbart zum Sensorkopf (14) ein Entlüftungsloch (11) zur Entlüftung an die Außenseite gebildet ist.
Drucksensor gemäss Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Leitungsrohr (10) im Anschluss an den Durchlass (10a).
Drucksensor gemäss Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (1), das integral mit dem Leitungsrohr (10) ausgebildet ist.
Drucksensor gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) eine Querbohrung aufweist, die mit dem Durchlass (10a) in Verbindung steht sowie die Membran (2) und den Sensorkopf (14) aufnimmt.
Drucksensor gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsrohr (10) zur Durchleitung eines Fluids an eine Zuleitung angeschlossen ist.
Drucksensor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) aus PTFE besteht.