DE102004033813B4

DE102004033813B4 - pressure monitor

Info

Publication number: DE102004033813B4
Application number: DE200410033813
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dannhauer; Dietfried Burczyk
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: DE102004033813A1

Abstract

Druckmessgerät mit
– einem Messelement (1, 21) und
– einem Druckübertragungssystem,
– das dazu dient einen auf eine Trennmembran (9, 29, 33) einwirkenden Druck (p, p1, p2) mittels einer Übertragungsflüssigkeit (20, 36) auf das Messelement (1, 21) zu übertragen,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Übertragungsflüssigkeit (20, 36) eine von deren Dynamik abhängige Viskosität aufweist.Pressure gauge with
- A measuring element (1, 21) and
A pressure transmission system,
- This serves to a on a separation membrane (9, 29, 33) acting pressure (p, p1, p2) by means of a transfer fluid (20, 36) to the measuring element (1, 21) to transfer
characterized in that
- The transmission fluid (20, 36) has a dependent on their dynamics viscosity.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckmessgerät mit einem Messelement und mindestens einem Druckübertragungssystem, das dazu dient einen auf eine Trennmembran einwirkenden Druck mittels einer Übertragungsflüssigkeit auf das Messelement zu übertragen.The The invention relates to a pressure gauge with a measuring element and at least one pressure transmission system, this serves a pressure acting on a separating membrane by means of pressure a transmission fluid to transfer to the measuring element.

Druckmessgeräte werden heute in einer Vielzahl von Anwendungen in der Mess- und Regeltechnik in nahezu allen Industriezweigen zur Erfassung von Drücken eingesetzt. Dabei werden sowohl Absolutdrücke, Relativdrücke als auch Differenzdrücke aufgezeichnet.Become a pressure gauges today in a variety of applications in measurement and control technology used in almost all industries to detect pressures. There are both absolute pressures, relative pressures as well as differential pressures recorded.

Das Gebrauchsmuster DE 94 21 746 U1 offenbart einen Drucksensor zum Messen des Drucks von flüssigen oder gasförmigen Medien, welcher eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Messzelle aufweist, die aus einem ein Sensorelement enthaltenden mit einer Membran verschlossenen Gehäuse besteht, wobei die Membran mit einer Diffusionssperrschicht versehen ist.The utility model DE 94 21 746 U1 discloses a pressure sensor for measuring the pressure of liquid or gaseous media comprising a liquid-filled measuring cell consisting of a membrane-sealed housing containing a sensor element, the membrane being provided with a diffusion barrier layer.

Die Offenlegungsschrift DE 100 50 300 A1 offenbart eine Druckmesszelle mit einem Grundkörper, einer mit dem Grundkörper unter Bildung einer Messkammer verbundenen Membran, die im Betrieb eine von einem zu messenden Druck abhängige Auslenkung erfährt, die mittels eines elektromechanischen Wandlers erfasst und einer weiteren Auswertung zugänglich wird, und einer den Grundkörper durchdringenden Bohrung, in die ein Druckröhrchen druckfest und gasdicht eingelötet ist, über das ein Druck in die Messkammer eingeleitet ist, wobei der Druck mittels einer Übertragungsflüssigkeit durch die Druckröhrchen eingeleitet wird.The publication DE 100 50 300 A1 discloses a pressure measuring cell having a base body, a connected to the main body to form a measuring chamber membrane which undergoes a dependent of a pressure to be measured deflection during operation, which is detected by means of an electromechanical transducer and a further evaluation accessible, and the base body penetrating bore , in which a pressure tube is pressure-tight and gas-tight soldered, via which a pressure is introduced into the measuring chamber, wherein the pressure is introduced by means of a transfer fluid through the pressure tube.

Die Offenlegungsschrift DE 30 25 562 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Dispersionen mit enger Teilchengrößeverteilung mit breitem Konzentrationsbereich dilatanten Fließverhaltens. Diese Dispersionen weisen eine von der Dynamik abhängige Viskosität auf.The publication DE 30 25 562 A1 discloses a process for the preparation of narrow particle size distribution dispersions with a broad concentration range of dilatant flow behavior. These dispersions have a viscosity dependent on the viscosity.

US Patent 6,038,935 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum ortsaufgelösten Messen der Verteilung von Kräften auf die Sohle eines Hufes, wozu mit thixotropen Flüssigkeiten eine Anlagefläche für Kraft- bzw. Drucksensoren gefertigt wird. U.S. Patent 6,038,935 discloses a method and apparatus for spatially resolved measuring the distribution of forces on the sole of a hoof, for which thixotropic fluids make a contact surface for force or pressure sensors.

Bei der Erfassung eines einzelnen Drucks wird der zu messende Druck der Trennmembran zugeführt und über das Druckübertragungssystem mittels der Übertragungsflüssigkeit auf das Messelement übertragen. Das Messelement gibt ein Ausgangssignal ab, das proportional zu dem zu messenden Druck ist. Das Ausgangssignal steht zu einer weiteren Verarbeitung, Auswertung und/oder Anzeige zur Verfügung.at the detection of a single pressure becomes the pressure to be measured supplied to the separation membrane and over the pressure transmission system by means of the transfer fluid transferred to the measuring element. The measuring element outputs an output signal that is proportional to is the pressure to be measured. The output signal is another Processing, evaluation and / or display available.

Analog weisen Differenzdruckmessgeräte üblicherweise eine erste und eine zweite Trennmembran und ein erstes und ein zweites Druckübertragungssystem auf. Im Betrieb wirkt ein erster Druck auf die erste Trennmembran und ein zweiter Druck auf die zweite Trennmembran ein. Die ersten und zweiten Drücke werden jeweils über das der entsprechenden Trennmembran zugeordnete Druckübertragungssystem mittels der Übertragungsflüssigkeit auf das Messelement übertragen. Das Messelement gibt ein Ausgangssignal ab, das proportional zur zu messenden Differenz der beiden Drücke ist. Das Ausgangssignal steht zu einer weiteren Verarbeitung, Auswertung und/oder Anzeige zur Verfügung.Analogous have differential pressure gauges usually a first and a second separation membrane and a first and a second Pressure transmission system on. In operation, a first pressure acts on the first separation membrane and a second pressure on the second separation membrane. The first and second pressures are each about the pressure-release system associated with the respective separation membrane by means of the transfer fluid transferred to the measuring element. The measuring element outputs an output signal that is proportional to the to be measured difference of the two pressures. The output signal stands for further processing, evaluation and / or display to disposal.

Die Übertragungsflüssigkeit überträgt den auf die jeweilige Trennmembran einwirkenden Druck. Um optimale Übertragungseigenschaften zu erhalten wird vorzugsweise eine möglichst inkompressible Flüssigkeit mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgewählt. Gebräuchliche Übertragungsflüssigkeiten sind heute z. B. Siliconöl, Glycerin, polymeres Trifluormonochlorethylen oder Pflanzenöle.The transmission fluid transfers this the respective separation membrane acting pressure. For optimal transmission properties to obtain preferably a possible incompressible liquid selected with a low thermal expansion coefficient. Common transmission fluids are today z. Silicone oil, Glycerol, polymeric trifluoromonochloroethylene or vegetable oils.

Das Messelement weist ein druckempfindliches Element, insbesondere eine Membran, auf, die im Betrieb mit den entsprechenden Drücken beaufschlagt wird. Hierzu eignen sich insbesondere druckempfindliche Elemente aus Halbleitermaterialien. Diese sind jedoch empfindlich gegenüber Überlasten.The Measuring element has a pressure-sensitive element, in particular a Membrane, on, which acts in the operation with the appropriate pressures becomes. In particular, pressure-sensitive elements are suitable for this purpose from semiconductor materials. However, these are sensitive to overloads.

Zum Schutz des Messelements wird deshalb häufig eine mechanische Überlastschutzvorrichtung vorgesehen, bei der beim Einwirken einer Überlast eine Verschiebung von Übertragungsflüssigkeit stattfindet, derart, dass die betroffene Trennmembran zur Anlage kommt. Ein weiterer Druckanstieg wird hierdurch vermieden. Ein solcher mechanischer Überlastschutz bietet einen zuverlässigen Schutz vor statischen Überlasten.To the Protection of the measuring element is therefore often provided a mechanical overload protection device, at the time of exposure to an overload Displacement of transmission fluid takes place, such that the affected separation membrane for conditioning comes. A further increase in pressure is thereby avoided. Such a mechanical overload protection offers a reliable Protection against static overloads.

Ein anderes Problem stellen dynamische Überlastspitzen, z. B. in Form von Druckschlägen dar. Hier bedarf es einer Überlastschutzvorrichtung, die sehr kurze Reaktionszeiten aufweist.One another problem is dynamic overload peaks, e.g. B. in shape of pressure shocks. Here it requires an overload protection device, the has very short reaction times.

Als Schutz vor dynamischen Überlasten könnte man eine Übertragungsflüssigkeit mit hoher Viskosität einsetzen. Hierdurch wird im Druckübertragungssystem ein hoher Strömungswiderstand erzielt, der jeder Überlast unmittelbar entgegen wirkt.When You could protect against dynamic overloads a transmission fluid with high viscosity deploy. As a result, in the pressure transmission system, a high flow resistance scored, everyone's overload immediately counteracts.

Hochviskose Übertragungsflüssigkeiten lassen sich jedoch nur sehr schlecht oder gar nicht in das Druckübertragungssystem einfüllen. Druckübertragungssysteme weisen in der Regel enge Spalte oder Kanäle auf, die sich mit hochviskosen Flüssigkeiten nicht optimal füllen lassen.However, highly viscous transfer fluids can only be filled very poorly or not at all into the pressure transfer system. Pressure transmission systems generally have narrow gaps or channels that can not be filled optimally with highly viscous liquids.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass bei Druckmessgeräten mit mechanischen Überlastvorrichtungen in der Regel bereits innerhalb des Messbereiches eine Verschiebung der Übertragungsflüssigkeit erfolgt. Diese Verschiebung wird durch eine hochviskose Übertragungsflüssigkeit verlangsamt. Kurzzeitige Druckveränderungen werden durch hochviskose Flüssigkeiten zeitverzögert übertragen, was zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Messgenauigkeit führen kann.One Another problem is that with pressure gauges with mechanical overload devices usually already within the measuring range, a shift the transmission fluid he follows. This shift is caused by a highly viscous transfer fluid slowed down. Short term pressure changes are caused by high viscosity liquids Time delayed transfer what to a significant impairment lead the measuring accuracy can.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Druckmessgerät mit einem Druckübertragungssystem anzugeben, das einen Überlastschutz aufweist.It An object of the invention is a pressure gauge with a pressure transmission system specify that an overload protection having.

Hierzu besteht die Erfindung in Druckmessgerät mit

– einem Messelement und
– einem Druckübertragungssystem,
– das dazu dient einen auf eine Trennmembran einwirkenden Druck mittels einer Übertragungsflüssigkeit auf das Messelement zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Übertragungsflüssigkeit eine von deren Dynamik abhängige Viskosität aufweist.

For this purpose, the invention in pressure gauge with

A measuring element and
A pressure transmission system,
- This serves to transmit a force acting on a separation membrane pressure by means of a transfer liquid to the measuring element, characterized in that
- The transmission fluid has a dependent on their dynamics viscosity.

Gemäß einer ersten Weiterbildung ist die Übertragungsflüssigkeit eine thixotrope Flüssigkeit, insb. eine Flüssigkeit, der ein Thixotropiermittel zugesetzt ist.According to one first development is the transmission fluid a thixotropic liquid, esp. a liquid, a thixotropic agent is added.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das Thixotropiermittel hochdisperse Kieselsäure.According to one Embodiment is the thixotropic agent finely divided silica.

Gemäß einer zweiten Weiterbildung ist die Übertragungsflüssigkeit eine dilatante Flüssigkeit, deren Viskosität mit steigender Schergeschwindigkeit ansteigt, insb. eine Copolymerdispersion.According to one second development is the transmission fluid a dilatant fluid whose viscosity increases with increasing shear rate, esp. A copolymer dispersion.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine solche Übertragungsflüssigkeit unmittelbar als Überlastschutz fungiert.One Advantage of the invention is that such a transfer fluid directly as overload protection acts.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Übertragungsflüssigkeiten während des Befüllens des Druckübertragungssystems dünnflüssig sind und daher auch zum Befüllen schmaler Spalten und/oder enger Kanäle geeignet sind.One Another advantage is that the transmission fluids of the invention while of filling the pressure transmission system are fluid and therefore narrower for filling Columns and / or narrow channels are suitable.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele dargestellt ist, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The Invention and further advantages will now be described with reference to the drawing, in the two embodiments is shown, closer explained. Identical elements are indicated by the same reference numerals in the figures Mistake.

1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckmessgerät; und 1 shows a longitudinal section through a pressure measuring device according to the invention; and

2 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Differenzdruckmessgerät. 2 shows a longitudinal section through a differential pressure measuring device according to the invention.

1. zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckmessgerät. Es handelt sich hier um ein Gerät zur Erfassung eines absoluten Drucks p. Die Erfindung ist jedoch analog auch bei Relativdruckmessgeräten anwendbar. Kernstück des Druckaufnehmers ist ein Messelement 1, hier ein Absolutdrucksensor. 1 , shows a longitudinal section through a pressure measuring device according to the invention. This is a device for detecting an absolute pressure p. However, the invention is analogously applicable to relative pressure gauges. The heart of the pressure transducer is a measuring element 1 , here an absolute pressure sensor.

In der Druckmesstechnik werden gerne so genannte Halbleiter-Sensoren, z. B. Silizium-Chips mit eindotierten Widerstandselementen, als druckempfindliche Elemente eingesetzt. Ein heute üblicher Sensoraufbau ist in 1 dargestellt. Dort ist ein membran-förmiger Drucksensor-Chip auf einen Grundkörper 3 aufgebracht. Der Grundkörper 3 ist z. B. ein Substrat aus Glas oder ebenfalls aus Silizium. Der Grundkörper 3 ist auf einem metallischen Träger 5 angeordnet. Der metallische Träger 5 wird in ein Gehäuse 7 derart eingebaut, dass er das Gehäuse 7 rückseitig abschließt.In pressure measurement, so-called semiconductor sensors, eg. B. silicon chips with doped resistive elements, used as pressure-sensitive elements. A today usual sensor construction is in 1 shown. There is a membrane-shaped pressure sensor chip on a base body 3 applied. The main body 3 is z. As a substrate made of glass or silicon. The main body 3 is on a metallic carrier 5 arranged. The metallic carrier 5 gets into a housing 7 installed so that it the housing 7 closes at the back.

Das Druckmessgerät weist eine Trennmembran 9 auf, auf die im Betrieb der zu messende Druck p einwirkt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt die Trennmembran 9 eine dem metallischen Träger 5 gegenüberliegende Stirnseite des Gehäuses 7 frontbündig ab.The pressure gauge has a separation membrane 9 on which the pressure to be measured p acts during operation. In the illustrated embodiment, the separation membrane closes 9 a metallic carrier 5 opposite end face of the housing 7 flush with the front.

Weiter umfasst das Druckmessgerät ein Druckübertragungssystem, das dazu dient einen auf eine Trennmembran 9 einwirkenden Druck p auf das Messelement 1 zu übertragen. Das Druckübertragungssystem umfasst eine von der Trennmembran 9 und deren Membranbett 13 abgeschlossene Kammer 15, und eine Verbindung 17 zwischen dieser Kammer 15 und einem das Messelement 1 enthaltenden Gehäuseinnenraum 19. Die Kammer 15, die Verbindung 17 und der Gehäuseinnenraum 19 sind mit einer Übertragungsflüssigkeit 20 gefüllt, die dazu dient, einen auf die Trennmembran 9 einwirkenden Druck auf die druckempfindliche Membran des Messelements 1 zu übertragen.Furthermore, the pressure measuring device comprises a pressure transmission system, which serves to one on a separation membrane 9 acting pressure p on the measuring element 1 transferred to. The pressure transfer system comprises one of the separation membrane 9 and their membrane bed 13 closed chamber 15 , and a connection 17 between this chamber 15 and one the measuring element 1 containing housing interior 19 , The chamber 15 , the connection 17 and the housing interior 19 are with a transmission fluid 20 filled, which serves to one on the separation membrane 9 acting pressure on the pressure-sensitive membrane of the measuring element 1 transferred to.

Die Übertragungsflüssigkeit 20 weist eine Viskosität auf, die von deren Dynamik abhängig ist, d. h. die Viskosität ändert sich mit dem Bewegungszustand der Flüssigkeit. Die Übertragungsflüssigkeit weist folglich im Ruhezustand eine andere Viskosität auf, als wenn sie in Bewegung ist.The transmission fluid 20 has a viscosity which depends on its dynamics, ie the viscosity changes with the state of motion of the liquid. The transfer fluid thus has a different viscosity at rest than when in motion.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Übertragungsflüssigkeit 20 vorzugsweise eine thixotrope Flüssigkeit. Eine thixotrope Flüssigkeit ist im Ruhezustand dickflüssig. Sie weist also eine hohe Viskosität auf. Wird sie, z. B. durch Rühren, in Bewegung versetzt so wird sie dünnflüssig. Sie weist eine niedrige Viskosität auf.At the in 1 illustrated embodiment, the transmission fluid 20 preferably a thixotropic liquid. A thixotropic fluid is viscous at rest. So it has a high viscosity. Will she, for. B. by Stirring, set in motion so it becomes fluid. It has a low viscosity.

Die thixotrope Flüssigkeit wird z. B. hergestellt, indem einer Flüssigkeit ein Thixotropiermittel zugesetzt wird. Derartige Thixotropiermittel werden heute z. B. in Nahrungsmitteln, z. B. Ketchup, als Verdickungsmittel eingesetzt. Ebenso sind sie in Farben oder Körperpflegemitteln enthalten.The thixotropic liquid is z. Example, prepared by adding a thixotropic agent to a liquid becomes. Such thixotropic agents are z. In food, z. As ketchup, used as a thickener. They are the same in paints or personal care products contain.

Entsprechende Thixotropiermittel können heute in der Druckmesstechnik gebräuchlichen Übertragungsflüssigkeiten wie z. B. Siliconöl, Glycerin, polymeres Trifuormonochlorethylen oder Pflanzenölen, zugesetzt werden. Die Menge des zugesetzten Thixotropiermittels richtet sich nach der gewünschten Endviskosität.Appropriate Thixotropic agents can today in transmission technology commonly used transmission fluids such as Silicone oil, Glycerol, polymeric trifuormonochlorethylene or vegetable oils added become. The amount of added thixotropic agent depends according to the desired final viscosity.

Als Thixotropiermittel für in der Druckmesstechnik übliche Übertragungsflüssigkeiten ist hochdisperse Kieselsäure besonders gut geeignet. Die Verwendung von hochdisperser Kieselsäure bietet den Vorteil dass sich hierdurch der thermische Ausdehnungskoeffiezient und die Kompressionszahl der Übertragungsflüssigkeit verringert. Dies führt zu einer Verbesserung der erzielbaren Messgenauigkeit.When Thixotropic agent for in the pressure measurement usual transfer fluids is fumed silica especially suitable. The use of fumed silica provides the Advantage that thereby the thermal expansion coefficient and the compression ratio of the transfer fluid reduced. this leads to to an improvement of the achievable measurement accuracy.

Hochdisperse Kieselsäure ist ein sehr effizientes Thixotropiermittel. Kieselsäure weist die gleiche Zusammensetzung auf, wie Sand und Quarz. Es bestehen jedoch strukturelle Unterschiede. Im Siliziumdioxid ist jedes Silizium Atom von vier kovalent gebundenen Sauerstoffatomen umgeben. Während im Sand und Quarz diese SiO4 Tetraeder regelmäßig zu einem dreidimensionalen Kristallgitter angeordnet sind, bilden sie in einem Primärteilchen der hochdispersen Kieselsäure ein ungeordnetes amorphes System. Ein Primärteilchen enthält etwa 10000 SiO2 Einheiten, die ein so genanntes Nanopartikel mit einem Durchmesser von 5 mm bis 30 mm bilden. Im Ruhezustand lagern sich diese Nanopartikel zu größeren dreidimensionalen Netzwerken zusammen. Über Wasserstoffbrückenbindungen bilden sich Aggregate aus Nanopartikeln. Diese Wasserstoffbrückenbindungen sind quasi physikalische Bindungen. Es findet keine chemische Reaktion statt.highly dispersed silica is a very efficient thixotropic agent. Silica shows the same composition as sand and quartz. There are however, structural differences. In silicon dioxide is every silicon Atom surrounded by four covalently bound oxygen atoms. While in the sand and quartz these SiO4 tetrahedra regularly become a three-dimensional Crystal lattice are arranged, they form in a primary particle the highly dispersed silicic acid a disorderly amorphous system. A primary particle contains about 10000 SiO2 units, which is a so-called nanoparticle with a diameter from 5 mm to 30 mm. At rest, these nanoparticles store to larger three-dimensional Networks together. About hydrogen bonds aggregates of nanoparticles form. These hydrogen bonds are virtually physical bonds. There is no chemical reaction instead of.

In der Anwendung wird eine herkömmliche Übertragungsflüssigkeit entsprechend der gewünschten Endviskosität mit dem Thixotropiermittel gemischt. Anschließend wird die so gewonnene Übertragungsflüssigkeit durch Rühren in einen dünnviskosen Zustand versetzt, indem sie problemlos in das Druckübertragungssystem eingefüllt werden kann. Nach dem Befüllen kommt die Übertragungsflüssigkeit 20 zur Ruhe und wird dickflüssig.In use, a conventional transfer fluid of the desired final viscosity is mixed with the thixotropic agent. Subsequently, the transfer fluid thus obtained is added by stirring in a thin viscous state by being able to be easily introduced into the pressure transfer system. After filling, the transfer fluid comes 20 to rest and gets thick.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Thixotropiermittel chemisch und lebensmitteltechnisch unbedenkliche Zusatzstoffe sind. Dies ist besonders wichtig in der Lebensmittel- und in der Pharmaindustrie. Hier muss sichergestellt sein, dass auch bei einem Austreten der Übertragungsflüssigkeit 20 keine Gefahr, insb. keine Vergiftungsgefahr, für den Endverbraucher besteht.Another advantage is that the thixotropic agents are chemically and food safe additives. This is especially important in the food and pharmaceutical industries. Here it must be ensured that even if the transmission fluid leaks 20 no danger, esp. no danger of poisoning, exists for the end user.

Die hohe Viskosität der Übertragungsflüssigkeit 20 im Ruhezustand bietet weiter den Vorteil, dass bei einer Beschädigung der Trennmembran 9 keine oder nur eine sehr geringe Flüssigkeitsmenge austritt.The high viscosity of the transfer fluid 20 at rest offers the further advantage that in case of damage to the separation membrane 9 no or only a very small amount of liquid escapes.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgeräts dargestellt. Es handelt sich hier um ein Differenzdruckmessgerät mit einem Messelement 21 befindet. Das Messelement 21 ist z. B. ein Siliziumchip vom Membrantyp. Es grenzen eine erste und eine zweite Druckmesskammer 23, 25 an das Messelement 21 an. Ein in der ersten Druckmesskammer 23 herrschender Druck liegt an einer Seite der Membran, ein in der zweiten Druckmesskammer 25 herrschender Druck liegt an der gegenüberliegenden Seite der Membran an. Die resultierende Durchbiegung der Membran ist ein Maß für den auf sie einwirkenden Differenzdruck.In 2 a further embodiment of a pressure measuring device according to the invention is shown. This is a differential pressure gauge with a measuring element 21 located. The measuring element 21 is z. B. a silicon chip of the membrane type. It adjoin a first and a second pressure measuring chamber 23 . 25 to the measuring element 21 at. One in the first pressure measuring chamber 23 prevailing pressure is on one side of the membrane, one in the second pressure measuring chamber 25 prevailing pressure is applied to the opposite side of the membrane. The resulting deflection of the membrane is a measure of the differential pressure acting on it.

Das Differenzdruckmessgerät weist eine von einer ersten Trennmembran 29 abgeschlossene erste Druckempfangskammer 31 und eine von einer zweiten Trennmembran 33 abgeschlossene zweite Druckempfangskammer 35 auf. Im Betrieb wirkt auf die erste Trennmembran 29 ein erster Druck p1 und auf die zweite Trennmembran 33 ein zweiter Druck p2 ein.The differential pressure gauge has one of a first separation membrane 29 completed first pressure receiving chamber 31 and one of a second separation membrane 33 completed second pressure receiving chamber 35 on. During operation, it acts on the first separation membrane 29 a first pressure p1 and on the second separation membrane 33 a second pressure p2.

Das Differenzdruckmessgerät weist mindestens ein Druckübertragungssystem auf, das dazu dient einen auf eine der Trennmembranen 29, 33 einwirkenden Druck p1, p2 mittels einer Übertragungsflüssigkeit 36 auf das Messelement 21 zu übertragen. Das hier dargestellte Differenzdruckmessgerät weist zwei solche Druckübertragungssysteme auf, über die die jeweils auf die erste bzw. zweite Trennmembran 29, 33 einwirkenden Drücke p1, p2 auf die zugeordnete Seite der Membran des Messelements 21 übertragen wird. Dies geschieht durch enge Verbindungsleitungen 37 und 39 sowie 41 und 43, vorzugsweise durch Kapillarbohrungen, durch die die jeweiligen Druckempfangskammern 31, 35 mit den zugeordneten Druckmesskammern 23, 25 verbunden sind. Im Überlastfall wird die Übertragungsflüssigkeit 36 im Gerät verschoben, so dass sich die betroffene Trennmembran 29 bzw. 33 an ihr Membranbett anlegt und ein weiterer Druckanstieg vermieden wird.The differential pressure gauge has at least one pressure transmission system, which serves to one of the separation membranes 29 . 33 acting pressure p1, p2 by means of a transmission fluid 36 on the measuring element 21 transferred to. The differential pressure measuring device shown here has two such pressure transmission systems, via which the respectively on the first and second separation membrane 29 . 33 acting pressures p1, p2 on the associated side of the membrane of the measuring element 21 is transmitted. This happens through tight connection lines 37 and 39 such as 41 and 43 , preferably by capillary bores, through which the respective pressure-receiving chambers 31 . 35 with the associated pressure measuring chambers 23 . 25 are connected. In case of overload, the transmission fluid 36 moved in the device, so that the affected separation membrane 29 respectively. 33 attaches to her membrane bed and a further increase in pressure is avoided.

Zur Aufnahme des Flüssigkeitsvolumens, das hierbei verschoben wird, weist das Differenzdruckmessgerät vorzugsweise einen mechanischen Überlastschutz auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der mechanische Überlastschutz eine Überlastkammer 45 auf, die durch eine Überlastmembran 47 in eine erste und eine formgleiche zweite Teilkammer unterteilt ist. Die Verbindungsleitung 37 führt von der ersten Druckempfangskammer 31 zur ersten Teilkammer. Die Verbindungsleitung 39 führt von der ersten Teilkammer zur ersten Druckmesskammer 23. Entsprechend führt die Verbindungsleitung 41 von der zweiten Druckempfangskammer 35 zur zweiten Teilkammer und die Verbindungsleitung 43 führt von der zweiten Teilkammer zur zweiten Druckmesskammer 25.To accommodate the liquid volume, which is shifted here, the differential pressure measuring device preferably has a mechanical overload protection. In the illustrated Ausfüh For example, the mechanical overload protection has an overload chamber 45 on, passing through an overload membrane 47 is divided into a first and a same shape second sub-chamber. The connection line 37 leads from the first pressure receiving chamber 31 to the first compartment. The connection line 39 leads from the first part chamber to the first pressure measuring chamber 23 , The connection line leads accordingly 41 from the second pressure receiving chamber 35 to the second sub-chamber and the connecting line 43 leads from the second partial chamber to the second pressure measuring chamber 25 ,

Beide Druckübertragungssysteme, d. h. Druckempfangskammern 31, 35, die Verbindungsleitungen 37, 39, die beiden Teilkammern der Überlastkammer 45, die Verbindungsleitungen 39, 43 und die Druckmesskammern 23, 25, sind mit der Übertragungsflüssigkeit 36 gefüllt. Die Übertragungsflüssigkeit 36 weist eine von deren Dynamik abhängige Viskosität auf.Both pressure transmission systems, ie pressure receiving chambers 31 . 35 , the connection lines 37 . 39 , the two subchambers of the overload chamber 45 , the connection lines 39 . 43 and the pressure measuring chambers 23 . 25 , are with the transmission fluid 36 filled. The transmission fluid 36 has a viscosity dependent on its dynamics.

Gerade bei Differenzdruckmessgeräten kann in Abhängigkeit von der Dimensionierung der Druckübertragungssysteme auch innerhalb des Messbereichs eine Verschiebung der Übertragungsflüssigkeit innerhalb der Druckübertragungssystemen auftreten. In diesem Fall wird als Übertragungsflüssigkeit 36 vorzugsweise eine dilatante Flüssigkeit eingesetzt. Dilatante Flüssigkeiten zeichnen sich dadurch aus, dass deren Viskosität mit steigender Schergeschwindigkeit ansteigt. Dilatante Flüssigkeiten sind z. B. bestimmte Polymere, Dispersionen oder Flüssigkeiten mit hohem Feststoffanteil. Je nach Flüssigkeit kann dieser Anstieg der Viskosität mitunter sprunghaft sein. Dilatante Flüssigkeiten werden heute z. B. zur Bedämpfung von Schwingungssystemen, insb. in Stoßdämpfern eingesetzt. Besonders geeignet ist eine Copolymerdispersion, wie sie z. B. in der DE-A 30 25 562 der Firma BASF beschrieben ist.Especially with differential pressure gauges, depending on the dimensioning of the pressure transmission systems, a shift in the transmission fluid within the pressure transmission systems can also occur within the measuring range. In this case, as transmission fluid 36 preferably a dilatant liquid used. Dilatant liquids are characterized by the fact that their viscosity increases with increasing shear rate. Dilatant liquids are z. As certain polymers, dispersions or liquids with a high solids content. Depending on the fluid, this increase in viscosity can sometimes be erratic. Dilatant fluids are today z. B. for damping vibration systems, esp. Used in shock absorbers. Particularly suitable is a copolymer dispersion, as z. B. in the DE-A 30 25 562 BASF is described.

Sind die Trennmembranen 29, 33 einem langsamen Druckanstieg ausgesetzt, so wird der Druckanstieg durch die Druckübertragungssysteme, insb. durch die Verbindungen 37, 39, 41, 43 aufgrund der geringen Viskosität der Übertragungsflüssigkeit 36 hydraulisch auf das Messelement 21 übertragen. Bei einer schlagartigen Druckbelastung steigt die Fließgeschwindigkeit der Übertragungsflüssigkeit 36 im Druckübertragungssystem, insb. in engen Spalten und Kapillarbohrungen, hier den Verbindungen 37, 39, dagegen schlagartig an. Entsprechend steigt die Schergeschwindigkeit und damit die Viskosität der Übertragungsflüssigkeit 36 sprungartig. Das hat einen starken Anstieg des hydraulischen Widerstandes zur Folge. Der Druck baut sich hinter den Verbindungen 37, 39 nur langsam auf. Diese langsame Druckänderung wird vom mechanischen Überlastschutz aufgefangen.Are the separation membranes 29 . 33 exposed to a slow increase in pressure, so the pressure increase by the pressure transmission systems, esp. By the compounds 37 . 39 . 41 . 43 due to the low viscosity of the transfer fluid 36 hydraulically on the measuring element 21 transfer. At a sudden pressure load, the flow rate of the transfer fluid increases 36 in the pressure transfer system, esp. In narrow gaps and capillary holes, here the compounds 37 . 39 , abruptly against. Accordingly, the shear rate and thus the viscosity of the transfer fluid increases 36 suddenly. This results in a strong increase of the hydraulic resistance. The pressure builds up behind the connections 37 . 39 only slowly. This slow pressure change is absorbed by the mechanical overload protection.

Das Messelement 21 ist durch die variable Viskosität der Übertragungsflüssigkeit 36 zuverlässig auch vor plötzlichen Druckschlägen geschützt. Es besteht auch dann ein zuverlässiger Schutz, wenn ein Druckanstieg so rasch erfolgt, dass er aufgrund der mechanischen Trägheit des mechanischen Überlastschutzes nicht durch diesen aufgefangen werden kann.The measuring element 21 is due to the variable viscosity of the transfer fluid 36 reliably protected against sudden pressure surges. There is also a reliable protection when a pressure increase takes place so quickly that it can not be caught by the mechanical inertia of the mechanical overload protection.

Zur Verstärkung dieses Effektes kann in den Druckübertragungssystemen zusätzlich eine Drossel 49 vorgesehen sein, wie sie in der Verbindungsleitung 37 beispielhaft dargestellt ist. Die Drossel 49 ist vorzugsweise ein metallischer oder keramischer Sinterkörper mit poröser Struktur. Ist ein mechanischer Überlastschutz vorhanden, so befindet sich die Drossel 49, wie in 2 beispielhaft dargestellt, zwischen der betroffenen Trennmembran 29 und dem mechanischen Überlastschutz. Hierdurch wird bei Druckstößen die Geschwindigkeit des auf den mechanischen Überlastschutz übertragenen Druckanstiegs weiter herabgesetzt.To reinforce this effect can additionally in the pressure transmission systems a throttle 49 be provided as they are in the connecting line 37 is shown by way of example. The throttle 49 is preferably a metallic or ceramic sintered body with a porous structure. If a mechanical overload protection exists, the choke is located 49 , as in 2 exemplified, between the affected separation membrane 29 and the mechanical overload protection. As a result, the velocity of the pressure increase transferred to the mechanical overload protection is further reduced in the case of pressure surges.

Bei der Auslegung von Druckübertragungssystemen können Simulationsrechnungen durchgeführt werden, bei denen die einzelnen Komponenten des Druckübertragungssystems durch entsprechende elektrische Ersatzschaltbilder mit Kapazitäten, Widerständen und Induktivitäten nachgebildet werden. Hierdurch lässt sich sowohl das statische als auch das dynamische Verhalten sowohl im Messbetrieb, als auch bei statischer oder dynamischer Überlast nachvollziehen und die Dimensionierung des gesamten Messgeräts entsprechend optimieren. Das Verhalten von Übertragungsflüssigkeiten, deren Viskosität von deren Dynamik abhängt läßt sich hierbei durch variable Widerstände nachbilden.at the design of pressure transmission systems can Simulation calculations performed in which the individual components of the pressure transmission system by corresponding electrical equivalent circuits with capacitors, resistors and inductors be reproduced. This leaves Both static and dynamic behave both in measuring mode, as well as under static or dynamic overload and optimize the sizing of the entire meter accordingly. The behavior of transfer fluids, their viscosity depends on their dynamics let yourself here by variable resistances replicate.

Übertragungsflüssigkeiten 20, 36, deren Viskosität sich in Abhängigkeit von deren Bewegungszustand verändert, bieten den Vorteil, dass sie im niederviskosen, also dünnflüssigen Zustand in das Druckmessgerät eingefüllt werden können. Dabei ist sichergestellt, dass auch sehr enge Innenräume vollständig und blasenfrei befüllt werden können.transfer fluids 20 . 36 , whose viscosity varies depending on their state of motion, offer the advantage that they can be filled in the low-viscosity, so thin state in the pressure gauge. This ensures that even very narrow interiors can be filled completely and without bubbles.

Sowohl thixotrope als auch dilatante Übertragungsflüssigkeiten 20, 36 lassen sich in einer Vielzahl verschiedener Druckmessgeräte verwenden. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.Both thixotropic and dilatant transfer fluids 20 . 36 can be used in a variety of pressure gauges. The invention is not limited to the illustrated embodiments.

Bei der Auswahl der Übertragungsflüssigkeit wird vorzugsweise berücksichtigt, ob während des normalen Messbetriebs eine relevante Flüssigkeitsmenge im Inneren des Messgeräts verschoben wird. Ist dies der Fall, wird bevorzugt eine dilatante Übertragungsflüssigkeit 36 verwendet, die im normalen Messbetrieb eine schnelle hydraulische Druckübertragung gewährleistet. Hierdurch können auch schnelle Druckänderungen rasch übertragen und genau gemessen werden.In the selection of the transmission fluid, it is preferably taken into account whether a relevant amount of fluid is displaced inside the measuring device during the normal measuring operation. If this is the case, a dilatant transfer fluid is preferred 36 used, which ensures a fast hydraulic pressure transmission in normal measuring operation. This can also be done Rapid pressure changes are transmitted quickly and accurately measured.

Wird dagegen im normalen Betrieb keine oder nur eine unbedeutende Menge an Flüssigkeit verschoben, so wird vorzugsweise eine thixotrope Übertragungsflüssigkeit 20 eingesetzt, deren erhöhte Viskosität im Ruhezustand einen inhärenten Überlastschutz bildet.If, on the other hand, no or only an insignificant amount of liquid is displaced during normal operation, a thixotropic transfer fluid is preferably used 20 used whose increased viscosity at rest forms an inherent overload protection.

Claims

Pressure measuring device with - a measuring element ( 1 . 21 ) and - a pressure transmission system, - which serves one on a separation membrane ( 9 . 29 . 33 ) acting pressure (p, p1, p2) by means of a transmission fluid ( 20 . 36 ) on the measuring element ( 1 . 21 ), characterized in that - the transmission fluid ( 20 . 36 ) has a viscosity dependent on their dynamics.

Pressure measuring device according to claim 1, characterized in that the transmission fluid ( 20 ) is a thixotropic liquid.

Pressure measuring device according to claim 2, characterized in that the transmission fluid ( 20 ) is a liquid to which a thixotropic agent is added.

pressure monitor according to claim 3, characterized in that the thixotropic agent is highly dispersed silica is.

Pressure measuring device according to claim 1, characterized in that the transmission fluid ( 36 ) is a dilatant liquid whose viscosity increases with increasing shear rate.

Pressure gauge according to claim 5, characterized in that the transmission fluid ( 36 ) is a copolymer dispersion.