DE102005035931A1 - Hydraulic diaphragm seal and pressure sensor with hydraulic diaphragm seal - Google Patents
Hydraulic diaphragm seal and pressure sensor with hydraulic diaphragm seal Download PDFInfo
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Abstract
Ein Druckmittler zum Übertragen des Drucks eines Prozessmediums umfasst einen Grundkörper (1), der eine Oberfläche (2) aufweist; und eine Trennmembran (3), die an der Oberfläche (2) befestigt ist, wobei zwischen der Trennmembran und der Oberfläche eine Druckkammer (4) gebildet wird, welche über eine Öffnung (6) in der Oberfläche mit einem hydraulischen Pfad (7) kommuniziert, die Trennmembran mit dem Prozessmedium beaufschlagbar ist, die Druckkammer (4) und der hydraulische Pfad (5) mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt sind, um den Druck des Prozessmediums zu übertragen; die Trennmembran (3) eine Ringmembran mit einem umlaufenden inneren Rand (31) und einem umlaufenden äußeren Rand (32) ist und sowohl der innere Rand als auch der äußere Rand druckdicht mit der Oberfläche (2) des Grundkörpers (1) verbunden sind; wobei der Druckmittler weiterhin einen Sensor (20) für eine zweite Messgröße umfasst, der in dem von dem inneren Rand (31) der Trennmembran (3) umgebenen Bereich angeordnet ist.A pressure transmitter for transmitting the pressure of a process medium comprises a base body (1) which has a surface (2); and a separating membrane (3) which is attached to the surface (2), a pressure chamber (4) being formed between the separating membrane and the surface which communicates with a hydraulic path (7) via an opening (6) in the surface , the separating membrane can be acted upon by the process medium, the pressure chamber (4) and the hydraulic path (5) are filled with a transfer fluid in order to transfer the pressure of the process medium; the separating membrane (3) is an annular membrane with a circumferential inner edge (31) and a circumferential outer edge (32) and both the inner edge and the outer edge are connected to the surface (2) of the base body (1) in a pressure-tight manner; wherein the pressure transmitter further comprises a sensor (20) for a second measured variable, which is arranged in the area surrounded by the inner edge (31) of the separating membrane (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Druckmittler und einen Druckaufnehmer mit einem hydraulischen Druckmittler.The The present invention relates to a hydraulic diaphragm seal and a pressure transducer with a hydraulic diaphragm seal.
Hydraulische Druckmittler umfassen gewöhnlich einen Grundkörper, der eine Oberfläche aufweist, an dem eine Trennmembran mit ihrem Rand druckdicht befestigt ist, so dass zwischen der Trennmembran und der Oberfläche eine Druckkammer gebildet wird, die über eine Öffnung in der Oberfläche des Grundkörpers mit einem hydraulischen Pfad kommuniziert. Die Druckkammer und der hydraulische Pfad sind mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt.hydraulic Diaphragm seals usually include a basic body, which has a surface, on which a separating membrane is fastened pressure-tight with its edge, so that formed between the separation membrane and the surface of a pressure chamber that's over an opening in the surface of the basic body communicates with a hydraulic path. The pressure chamber and the hydraulic path are with a transmission fluid filled.
Insoweit als temperaturabhängige Verformungen der Trennmembranen mit einem Trennmembranfehler bei der Druckmessung einhergehen, ist es für präzise Druckmessungen von grundsätzlichem Interesse, die Temperatur des Druckmittlers im Bereich der Druckkammer bzw. der Trennmembran möglichst genau zu kennen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen weisen einen Temperatursensor auf, der entweder neben der Trennmembran angeordnet ist, oder von hinten in den Grundkörper des Druckmittlers eingeführt ist, um die Temperatur des Grundkörpers in der Nähe der Druckkammer zu messen. Diese Sensorpositionen sind grundsätzlich fehlerbehaftet, denn die thermische Masse des Grundkörpers verhindert eine unverzügliche Anpassung der Grundkörpertemperatur an die Temperatur der Übertragungsflüssigkeit in der Druckkammer, die sich bei schnellen Änderungen der Medientemperatur und konvektivem Wärmetransport durch ein strömendes Medium sehr schnell ändern kann. Ein neben der Trennmembran angeordneter ggf. medienberührender Temperatursensor erfordert dagegen entweder eine zusätzliche Öffnung im Medienbehälter oder der medienführenden Leitung, durch welche der Temperatursensor eingesetzt werden kann, oder bei gegebener Trennmembranfläche muss der Radius des Grundkörpers um einen solchen Wert vergrößert werden, dass auf dem Rand des Grundkörpers noch Platz für die Montage eines Temperatursensors neben der Trennmembran vorhanden ist.in this respect as a temperature-dependent Deformation of the separation membranes with a separation membrane error at pressure measurement, it is of fundamental interest for precise pressure measurements, the temperature of the diaphragm seal in the pressure chamber or the separation membrane as possible to know exactly. The solutions known from the prior art have a temperature sensor, either next to the separation membrane is arranged, or is inserted from behind into the main body of the diaphragm seal, around the temperature of the body near to measure the pressure chamber. These sensor positions are fundamentally defective, because the thermal mass of the body prevents immediate adaptation the body temperature to the temperature of the transfer fluid in the pressure chamber, resulting in rapid changes in the temperature of the medium and convective heat transport by a pouring Change medium very quickly can. A next to the separation membrane arranged possibly touching the media Temperature sensor, however, requires either an additional opening in the media container or the media-leading one Line through which the temperature sensor can be inserted, or at a given separation membrane area must be the radius of the body be increased by such a value that on the edge of the main body still room for the installation of a temperature sensor next to the separation membrane available is.
Sollte in anderen Messaufgaben neben dem Prozessdruck eine zweite Messgröße mit einem zweiten Sensor erfasst werden, stellt sich das gleiche konstruktive Problem. D.h. es muss wieder ein Montageplatz für den zweiten Sensor vorgesehen werden.Should In other measuring tasks, in addition to the process pressure, a second measured variable with a second Sensor detected, poses the same constructive problem. That it must again provided a mounting space for the second sensor become.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckmittler und einen Druckwandler mit einem Druckmittler bereit zu stellen, der die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.It is therefore the object of the present invention, a pressure transmitter and to provide a pressure transducer with a diaphragm seal, which overcomes the mentioned disadvantages of the prior art.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Druckmittler gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 und des Druckwandlers gemäß des unabhängigen Anspruchs 8.The The object is achieved by the pressure transmitter according to the independent claim 1 and the pressure transducer according to the independent claim 8th.
Der erfindungsgemäße Druckmittler zum übertragen eines Drucks eines Prozessmediums umfasst:
- – einen Grundkörper, der eine Oberfläche aufweist;
- – und eine Trennmembran, die an der Oberfläche befestigt ist, wobei zwischen der Trennmembran und der Oberfläche eine Druckkammer gebildet wird, welche über eine Öffnung in der Oberfläche mit einem hydraulischen Pfad kommuniziert, die Trennmembran mit dem Prozessmedium beaufschlagbar ist, die Druckkammer und der hydraulische Pfad mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt sind, um den Druck des Prozessmediums zu übertragen; die Trennmembran eine Ringmembran mit einem umlaufenden inneren Rand und einem umlaufenden äußeren Rand ist und sowohl der innere Rand als auch der äußere Rand druckdicht mit der Oberfläche des Grundkörpers verbunden sind; wobei der Druckmittler weiterhin einen Sensor für eine zweite Messgröße umfasst, der in dem von dem inneren Rand der Trennmembran umgebenen Bereich angeordnet ist.
- A base body having a surface;
- - And a separation membrane which is attached to the surface, wherein between the separation membrane and the surface, a pressure chamber is formed which communicates via an opening in the surface with a hydraulic path, the separation membrane is acted upon by the process medium, the pressure chamber and the hydraulic Path are filled with a transfer fluid to transfer the pressure of the process medium; the separation membrane is a ring membrane having a circumferential inner edge and a peripheral outer edge and both the inner edge and the outer edge are pressure-tightly connected to the surface of the base body; wherein the pressure transmitter further comprises a sensor for a second measurement, which is arranged in the region surrounded by the inner edge of the separation membrane.
Der Sensor für eine zweite Messgröße kann beispielsweise ein Temperatursensor ein Feuchtesensor, ein potentiometrischer Sensor, insbesondere ein pH-Sensor, ein photometrischer, spektrometrischer oder ein anderer analytischer Sensor sein.Of the Sensor for a second measurand may be, for example a temperature sensor a humidity sensor, a potentiometric sensor, in particular a pH sensor, a photometric, spectrometric or another analytical sensor.
Der Grundkörper kann beispielsweise eine durchgehende, zentrale Bohrung aufweisen, in welche der zweite Sensor von der medienabgewandten Rückseite des Grundkörpers eingesetzt wird. Gleichermaßen kann der Sensor von der Vorderseite, d.h. der Seite an welcher die Trennmembran befestigt ist an dem Grundkörper bzw. in einer zentralen Öffnung des Grundkörpers befestigt werden.Of the body may for example have a continuous, central bore, into which the second sensor from the back side facing away from the media of the basic body is used. equally For example, the sensor can be viewed from the front, i. the side at which the Separating membrane is attached to the body or in a central opening of the the body be attached.
Vorzugsweise weisen der Grundkörper und die Trennmembran ein metallischen Werkstoff auf, wobei die Trennmembran mit der Oberfläche des Grundkörpers verschweißt oder verlötet sein kann, gegebenenfalls können zwischen der Trennmembran und dem Material des Grundkörpers Zwischenschichten vorgesehen sein, um die Befestigung der Trennmembran zu erleichtern.Preferably show the basic body and the separation membrane comprises a metallic material, wherein the separation membrane with the surface of the basic body welded or soldered can be, if necessary between the separation membrane and the material of the body intermediate layers be provided to facilitate the attachment of the separation membrane.
Die Trennmembran weist beispielsweise Edelstahl, Tantal, oder beschichtete metallische Membranen auf.The separation membrane includes, for example, stainless steel, tantalum, or coated metallic Membranes on.
Zwischen dem inneren Randbereich und dem äußeren Randbereich der Trennmembran erstreckt sich der so genannte Arbeitsbereich, d.h. der Bereich der auslenkbar ist, um temperaturbedingte Volumenänderungen der Übertragungsflüssigkeit in der Druckkammer aufnehmen zu können. Dieser Arbeitsbereich, sowie ggf. der damit fluchtende Bereich der Oberfläche des Grundkörpers, das so genannte Membranbett, kann eine Wellenstruktur aufweisen, wodurch der maximale Volumenhub der Trennmembran vergrößert wird.Between the inner edge area and the outer edge area the separating membrane extends the so-called work area, i.e. the range is deflectable to temperature-related volume changes the transmission fluid to be able to record in the pressure chamber. This workspace, as well as possibly the aligned area of the surface of the Body, the so-called membrane bed, may have a wave structure, whereby the maximum volume stroke of the separation membrane is increased.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Trennmembran zwischen dem inneren und/oder äußeren Rand und dem Arbeitsbereich jeweils eine umlaufende Sicke auf, die vorzugsweise tiefer ist als die Amplituden der Wellenstruktur des Arbeitsbereiches.In a development of the invention, the separation membrane between the inner and / or outer edge and the work area in each case a circumferential bead, preferably is deeper than the amplitudes of the wave structure of the work area.
Weiterhin kann die Trennmembran, die, abgesehen von der ggf. vorgesehenen Wellenstruktur und ggf. vorgesehenen Sicken, im wesentlichen abschnittsweise eben gestaltet ist, als Napfmembran ausgebildet sein, d. h., die Trennmembran weist einen inneren Randbereich und einen äußeren Randbereich sowie einen Arbeitsbereich auf, der sich zwischen dem inneren und dem äußeren Randbereich erstreckt, wobei der Arbeitsbereich, bezogen auf eine Ebene, die durch den äußeren Randbereich der Trennmembran definiert ist, tiefer liegt. Die Oberfläche des Grundkörpers ist entsprechend gestaltet, d. h. sie weist einen, axial hervorstehenden äußeren Randbereich und ein entsprechenden axial vorstehenden inneren Bereich auf sowie ein dazwischenliegendes Membranbett, über dem sich der Arbeitsbereich der Trennmembran erstreckt, wobei die Trennmembran mit ihrem äußeren Randbereich und ihrem inneren Randbereich an entsprechenden äußeren und inneren Randbereich in der Oberfläche befestigt ist. Die als Napfmembran gestaltete Trennmembran weist vorzugsweise geneigte Übergangsflächen auf, die sich zwischen dem Arbeitsbereich und den Randbereichen erstrecken.Farther can the separating membrane, which, apart from the possibly provided Wave structure and possibly provided beads, in sections substantially just designed, be designed as a cup membrane, d. h., the Separating membrane has an inner edge region and an outer edge region as well as a workspace that extends between the inner and the extends to the outer edge region, the working area, relative to a plane passing through the outer edge area the separation membrane is defined, lies lower. The surface of the the body is designed accordingly, d. H. it has an axially projecting outer edge region and a corresponding axially projecting inner portion and an intermediate membrane bed over which the working area the separation membrane extends, wherein the separation membrane with its outer edge region and its inner edge region at corresponding outer and inner edge region in the surface is attached. The designed as Napfmembran separation membrane has preferably inclined transition surfaces, the extending between the work area and the edge areas.
Sofern die zuvor erwähnten Sicken bei Napfmembranen realisiert werden sollen, verlaufen sie vorzugsweise zwischen den Übergangsflächen und dem Arbeitsbereich.Provided the aforementioned Beading to be realized in Napfmembranen, they are preferably between the transitional surfaces and the Workspace.
Der erfindungsgemäße Druckwandler umfasst einen erfindungsgemäßen Druckmittler und eine Druckmesszelle, die über den hydraulischen Pfad mit dem Druck des Prozessmediums beaufschlagbar ist, sowie eine elektronische Schaltung, um aus einem Primärsignal der Druckmesszelle ein aufbereitetes druckabhängiges Signal zu erzeugen.Of the Pressure transducer according to the invention comprises a pressure transmitter according to the invention and a pressure cell over the hydraulic path with the pressure of the process medium acted upon is, as well as an electronic circuit, from a primary signal the pressure measuring cell to produce a conditioned pressure-dependent signal.
Die Druckmesszelle kann nach sämtlichen, dem Fachmann geläufigen Prinzipien gestaltet sein, beispielsweise als kapazitive, resistive im Zusammenhang der piezoresistive Druckmesszelle, oder Messzelle nach einem Resonatorprinzip.The Pressure measuring cell can after all, the Professional common Be designed principles, such as capacitive, resistive in the context of the piezoresistive pressure measuring cell, or measuring cell according to a resonator principle.
In einer Weiterbildung der Erfindung verarbeitet die elektronische Schaltung des auch die Signale des Sensors für die zweite Messgröße.In a development of the invention processes the electronic Circuit of also the signals of the sensor for the second measurand.
Sofern der Sensor für die zweite Messgröße ein Temperatursensor ist, kann dessen Signal zur Korrektur eines Temperaturfehlers des Druckmesswerts verwendet werden.Provided the sensor for the second measurand is a temperature sensor is, its signal for correcting a temperature error of the Pressure reading can be used.
Der Begriff des Druckwandlers bezieht sich im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung auf Absolutdruckwandler, Relativdruckwandler und Differenzdruckwandler, wobei selbstverständlich ist, dass für einen Differenzdruckwandler zwei Druckmittler vorzusehen sind, von denen mindestens einer als erfindungsgemäßer Druckmittler gestaltet sein muss.Of the Term of the pressure transducer refers in the context of the present Invention on absolute pressure transducer, relative pressure transducer and differential pressure transducer, of course is that for a differential pressure transducer two pressure transmitters are to be provided by which at least one designed as a diaphragm seal according to the invention have to be.
Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:The The invention will now be described with reference to an embodiment shown in the drawing explained. It shows:
Der
dargestellte Druckwandler umfasst einen Grundkörper
Die
bisher beschriebenen Komponenten betreffen mit anderen Worten ein
Druckmittlermodul, welches mit einem Sensormodul kombiniert ist,
um den erfindungsgemäßen Druckwandler
zu bilden. Das Sensormodul umfasst einen Sensorträgerkörper
Das
Primärsignal
der Druckmesszelle
Der
erfindungsgemäße Druckwandler
umfasst weiterhin einen Temperatursensor
Der
Grundkörper
Zwischen
dem Flansch
Der
Druckmittler gemäß
Die
Trennmembran dieses Ausführungsbeispiels
ist als Napfmembran gestaltet. D.h., die Trennmembran umfasst einen
auslenkbaren Arbeitsbereich
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20130830 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |