DE102006057829A1 - Differential manometric sensor for recording differential pressure and for industrial measuring technique, has base body and recess is divided into two pressure measuring chamber, which are connected with overload chambers - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessaufnehmer.The The invention relates to a differential pressure transducer.
Differenzdruckmessaufnehmer dienen zur Erfassungen von Differenzdrücken und werden in der industriellen Messtechnik eingesetzt. Dort werden sie beispielsweise zur Füllstandsmessung oder zur Durchflussmessung verwendet. Bei der Füllstandsmessung wird beispielsweise die Differenz zwischen einem unten in einem Behälter wirkenden ersten Druck und einem oberhalb des Füllguts herrschenden zweiten Druck gemessen. Die Differenz ist proportional zu einem füllstands-abhängigen hydrostatischen Druck im Behälter und damit zum Füllstand. Bei der Durchflussmessung wird beispielsweise ein Strömungswiderstand in eine Leitung eingesetzt und mittels eines Differenzdruckmessaufnehmers eine Differenz eines vor dem Widerstand herrschenden ersten Druck und eines hinter dem Widerstand herrschenden zweiten Druck ermittelt. Dieser Differenzdruck ist ein Maß für den Durchfluss durch die Leitung.Differenzdruckmessaufnehmer serve for the detection of differential pressures and are used in industrial Measuring technology used. There they become, for example, level measurement or used for flow measurement. For level measurement, for example the difference between a first pressure acting down in a container and one above the contents prevailing second pressure measured. The difference is proportional to a level-dependent hydrostatic Pressure in the container and thus to the level. In flow measurement, for example, a flow resistance inserted into a conduit and by means of a differential pressure transducer a difference of a first pressure prevailing before the resistance and a prevailing behind the resistance second pressure determined. This differential pressure is a measure of the flow through the Management.
In der Druckmesstechnik werden gerne so genannte Halbleiter-Sensoren, z.B. Silizium-Chips mit eindotierten Widerstandselementen, als druckempfindliche Elemente eingesetzt. Entsprechende Differenzdrucksensoren weisen typischer Weise eine Messmembran auf, deren eine Seite im Messbetrieb einem ersten Druck und deren zweite Seite einem zweiten Druck ausgesetzt wird. Die einwirkenden Drücke bewirken eine resultierende Auslenkung der Messmembran, die dem zu messenden Differenzdruck entspricht. Drucksensor-Chips sind in der Regel sehr empfindlich und werden deshalb nicht direkt einem Medium ausgesetzt, dessen Druck aufgenommen werden soll. Stattdessen werden mit einer Flüssigkeit gefüllte Druckmittler vorgeschaltet.In pressure measurement technology is often called semiconductor sensors, e.g. Silicon chips with doped resistive elements, as pressure-sensitive Elements used. Corresponding differential pressure sensors have Typically, a measuring diaphragm, one side of the measuring operation a first pressure and its second side exposed to a second pressure becomes. The acting pressures cause a resulting deflection of the measuring membrane, the corresponds to differential pressure to be measured. Pressure sensor chips are in the Usually very sensitive and therefore not directly a medium suspended, whose pressure is to be recorded. Instead, become with a liquid filled Isolator upstream.
Differenzdruckmessaufnehmer weisen hierzu regelmäßig einen massiven typischer Weise mehrteiligen Messaufnehmerblock auf, auf dem außenseitlich eine erste und eine dieser parallel dazu gegenüberliegend angeordnete zweite Trennmembranen angeordnet sind. Dabei schließt die erste Trennmembran eine erste Druckempfangskammer ab, die über eine Druckübertragungsleitung mit einer ersten Druckmesskammer verbunden ist. Entsprechend schließt die zweite Trennmembran eine zweite Druckempfangskammer ab, die über eine Druckübertragungsleitung mit einer zweiten Druckmesskammer verbunden ist. Die erste und die zweite Druckmesskammer sind durch die Messmembran des Differenzdrucksensors voneinander getrennt.Differenzdruckmessaufnehmer have one regularly massive typical way multipart sensor block on, on the outside one first and one of these parallel thereto arranged second opposite Separating membranes are arranged. The first separation membrane closes a first Pressure receiving chamber off, over a pressure transmission line is connected to a first pressure measuring chamber. Accordingly, the second closes Separation membrane from a second pressure receiving chamber, which has a Pressure transmission line is connected to a second pressure measuring chamber. The first and the second Pressure measuring chamber are through the measuring diaphragm of the differential pressure sensor separated from each other.
Die beiden Druckempfangskammern, die beiden Druckmesskammern sowie die Druckübertragungsleitungen sind mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit gefüllt, die dazu dient, den von außen auf die jeweilige Trennmembran einwirkenden Druck auf die jeweils zugeordnete Seite der Messmembran zu übertragen.The two pressure receiving chambers, the two pressure measuring chambers and the Pressure transmission lines are transferring with a pressure liquid filled, which serves the outside acting on the respective separation membrane pressure on each assigned side of the diaphragm to transmit.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, in denen zumindest kurzzeitig Drücke auf den Differenzdruckmessaufnehmer einwirken können, die einen Messbereich, für den der Differenzdruckmessaufnehmer ausgelegt ist, überschreiten. Dies kann insb. im Fall einer einseitigen Überlast zu einer Beschädigung oder sogar zu einer Zerstörung der Messmembran führen.It There are a variety of applications in which, at least for a short time pressures can act on the differential pressure transducer, a measuring range, for the the differential pressure transducer is designed to exceed. This can esp. in the case of a one-sided overload to damage or even to destruction lead the measuring membrane.
Um dies zu vermeiden werden Differenzdruckmessaufnehmer regelmäßig mit einem Überlastschutz ausgestattet. Ein Beispiel hierfür ist eine im Messaufnehmerblock eingespannte scheiben- oder ringscheibenförmige Überlastmembran, an deren erste Seite eine von der Überlastmembran abgeschlossene erste Überlastkammer angrenzt, und an deren zweite Seite eine von der Überlastmembran abgeschlossene zweite Überlastkammer angrenzt. Die erste Überlastkammer ist über entsprechende Druckübertragungsleitungen mit der ersten Druckempfangskammer und mit der ersten Druckmesskammer verbunden, und die zweite Überlastkammer ist über entsprechende Druckübertragungsleitungen mit der zweiten Druckempfangskammer und mit der zweiten Druckmesskammer verbunden.Around To avoid this, differential pressure transducers are used regularly equipped with overload protection. An example of this is a disk-shaped or annular disk-shaped overload diaphragm clamped in the sensor block, at the first side of which closed by the overload diaphragm first overload chamber adjacent, and on the second side one of the overload diaphragm completed second overload chamber borders. The first overload chamber is over corresponding pressure transmission lines with the first pressure receiving chamber and with the first pressure measuring chamber connected, and the second overload chamber is over corresponding pressure transmission lines with the second pressure receiving chamber and with the second pressure measuring chamber connected.
Eine einseitig auf eine der Trennmembranen einwirkende Überlast wird durch eine entsprechende Auslenkung der Überlastmembran aufgefangen.A one-sided on one of the separation membranes acting overload is absorbed by a corresponding deflection of the overload membrane.
Diese sehr wirksame Form des Überlastschutzes führt jedoch dazu, dass Druckmessaufnehmer in der Regel aus mehreren Einzelteilen bestehen, deren Herstellung aufgrund der Vielzahl der erforderlichen Druckübertragungsleitungen sehr aufwendig ist.These very effective form of overload protection leads however This pressure transducer usually consists of several parts exist whose production due to the large number of required Pressure transmission lines very expensive.
In
der
- – einem Grundkörper, – auf dem ein erster Träger angeordnet ist, auf dessen Außenseite eine erste Trennmembran angeordnet ist, – auf deren Außenseite im Messbetrieb ein erster Druck einwirkt, und – die eine im ersten Träger integrierte erste Druckempfangskammer abschließt, – auf dem auf dessen dem ersten Träger gegenüberliegenden Seite ein zweiter Träger angeordnet ist, auf dessen Außenseite parallel zur ersten Trennmembran eine zweite Trennmembran angeordnet ist, – auf deren Außenseite im Messbetrieb ein zweiter Druck einwirkt, und – die eine im zweiten Träger integrierte zweite Druckempfangskammer abschließt,
- – einer zwischen dem Grundkörper und dem ersten Träger eingespannten ringscheibenförmigen Überlastmembran, – an deren erste Seite eine im Grundkörper integrierte von der Überlastmembran abgeschlossene erste Überlastkammer angrenzt, – die über eine erste Druckübertragungsleitung mit der ersten Druckempfangskammer verbunden ist, – an deren zweite Seite eine im ersten Träger integrierte von der Überlastmembran abgeschlossene zweite Überlastkammer angrenzt, – die über eine zweite Druckübertragungsleitung mit der zweiten Druckempfangskammer verbunden ist, und
- – einem in einer Ausnehmung im Grundkörper angeordneten Differenzdrucksensor, – der eine druckempfindliche Messmembran aufweist, – die die Ausnehmung in eine mit der ersten Überlastkammer verbundene erste Druckmesskammer und eine mit der zweiten Überlastkammer verbundene zweite Druckmesskammer unterteilt.
- A base body, on which a first support is arranged, on whose outside a first separation membrane is arranged, - On whose outer side in measurement operation, a first pressure acts, and - which terminates in the first carrier integrated first pressure receiving chamber, - on the opposite side of the first carrier, a second carrier is arranged on the outside parallel to the first separation membrane arranged a second separation membrane is, - acts on the outside in the measuring operation, a second pressure, and - terminates a second support integrated in the second pressure receiving chamber,
- An annular disk-shaped overload diaphragm clamped between the base body and the first carrier, at the first side of which a first overload chamber, which is integrated in the main body and adjoined by the overload diaphragm, is connected to the first pressure receiving chamber via a first pressure transmission line; first carrier integrated integrated by the overload diaphragm second overload chamber adjacent - which is connected via a second pressure transmission line to the second pressure receiving chamber, and
- - A arranged in a recess in the body differential pressure sensor, - having a pressure sensitive diaphragm, - dividing the recess in a first pressure chamber connected to the first pressure measuring chamber and a second pressure chamber connected to the second pressure measuring chamber.
Die Ausnehmung für den Differenzdrucksensor mündet auf einer dem zweiten Träger zugewandten Außenseite des Grundkörpers in einer in den zweiten Träger integrierten Kammer die Teil der ersten Druckmesskammer ist. Die Messmembran ist in der Ausnehmung parallel zur ersten und zur zweiten Trennmembran angeordnet. Es sind elektrische Anschlussleitungen für den Differenzdrucksensor vorgesehen, die durch entsprechende im Grundkörper angeordneten Durchführungen auf einer vom zweiten Träger abgewandten Seite der Ausnehmung aus dem Grundkörper heraus geführt sind.The Recess for the differential pressure sensor opens on a second carrier facing outside of the basic body in one in the second carrier integrated chamber which is part of the first pressure measuring chamber. The Measuring diaphragm is in the recess parallel to the first and second Separating membrane arranged. They are electrical connection cables for the Differential pressure sensor provided, which is arranged by appropriate in the body bushings on one of the second carrier opposite side of the recess are guided out of the main body out.
Da hier eine ringscheibenförmige Überlastmembran eingesetzt wird, ist es möglich die Druckübertragungsleitung, die von der im ersten Träger integrierten ersten Überlastkammer zur ersten Druckmesskammer führt durch die Mitte der ringscheibenförmigen Trennmembran zu führen. Dies bietet den Vorteil, dass die Leitungsführungen im Grundkörper sich hierdurch wesentlich vereinfacht. Insb. sind keine komplizierten Umlenkungen der Druckübertragungsleitungen erforderlich.There here an annular disc-shaped overload diaphragm is used, it is possible the pressure transmission line, those of the first carrier integrated first overload chamber leads to the first pressure measuring chamber to pass through the center of the annular disc-shaped separation membrane. This offers the advantage that the cable guides in the body itself This significantly simplifies. Esp. are not complicated Deflections of the pressure transmission lines required.
Ein Nachteil des dort beschriebenen Differenzdruckmessaufnehmers besteht darin, dass die erste Druckmesskammer hydraulisch parallel zur ersten Überlastkammer geschaltet ist. Im Hinblick auf den Überlastschutz wäre es jedoch günstiger, wenn die erste Druckmesskammer der erste Überlastkammer hydraulisch nachgeschaltet wäre. Dies wäre jedoch bei dem beschriebenen Differenzdruckmessaufnehmer nur mit einer erheblich aufwendigeren Leitungsführung möglich.One Disadvantage of the differential pressure transducer described therein exists in that the first pressure measuring chamber is hydraulically parallel to the first overload chamber is switched. In terms of overload protection, it would be cheaper when the first pressure measuring chamber of the first overload chamber hydraulically downstream would. This would be, however in the described differential pressure transducer only with a considerable more complicated wiring possible.
Um die Leitungsführung zu vereinfachen werden daher alternativ auch Varianten eingesetzt, bei denen der Differenzdrucksensor auf einer in der Regel scheibenförmigen Überlastmembran platziert wird. Diese Variante weist jedoch den Nachteil auf, das eine aufwendige elektrische Adaptierung notwendig ist, um einen elektrischen Anschluss des Differenzdrucksensors zu gewährleisten.Around the cable routing Therefore, variants are also used as an alternative as an alternative. in which the differential pressure sensor on a generally disc-shaped overload diaphragm is placed. However, this variant has the disadvantage that a complex electrical adaptation is necessary to an electric Ensure connection of the differential pressure sensor.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen kompakten, einfach aufgebauten Differenzdruckmessaufnehmer mit einem wirksamen Überlastschutz anzugeben.It An object of the invention is a compact, simply constructed Specify differential pressure transducer with an effective overload protection.
Hierzu besteht die Erfindung in einem Differenzdruckmessaufnehmer mit
- – einem Grundkörper,
- – einer auf dem Grundkörper angeordneten ersten Trennmembran, – auf deren Außenseite im Messbetrieb ein erster Druck einwirkt, und – die eine im Grundkörper integrierte erste Druckempfangskammer abschließt,
- – einem auf einer der ersten Trennmembran gegenüberliegenden Außenseite des Grundkörpers aufgebrachten Träger,
- – einer auf dem Träger parallel zu der ersten Trennmembran angeordneten zweiten Trennmembran, – auf deren Außenseite im Messbetrieb ein zweiter Druck einwirkt, und – die eine im Träger integrierte zweite Druckempfangskammer abschließt,
- – einer zwischen dem Grundkörper und dem Träger eingespannten ringscheibenförmigen Überlastmembran, – an deren erste Seite eine im Grundkörper integrierte von der Überlastmembran abgeschlossene erste Überlastkammer angrenzt, – die über eine erste Druckübertragungsleitung mit der ersten Druckempfangskammer verbunden ist, – an deren zweite Seite eine im Träger integrierte von der Überlastmembran abgeschlossene zweite Überlastkammer angrenzt, – die über eine zweite Druckübertragungsleitung mit der zweiten Druckempfangskammer verbunden ist, und
- – einem in einer Ausnehmung im Grundkörper angeordneten Differenzdrucksensor, – der eine druckempfindliche Messmembran aufweist, – die in einer Ebene liegt, die senkrecht zu den Ebenen verläuft, in denen die Trennmembranen liegen, und – die die Ausnehmung in eine mit der ersten Überlastkammer verbundene erste Druckmesskammer und eine mit der zweiten Überlastkammer verbundene zweite Druckmesskammer unterteilt.
- A basic body,
- A first separation membrane arranged on the base body, on the outside of which a first pressure acts during measuring operation, and a closure of a first pressure-receiving chamber integrated in the base body,
- A carrier applied on an outer side of the base body opposite the first separating membrane,
- A second separation membrane arranged parallel to the first separation membrane on the support, on the outside of which a second pressure acts in measurement operation, and a second pressure receiving chamber integrated in the support terminates,
- A diaphragm-shaped overload diaphragm clamped between the base body and the carrier, on the first side of which a first body integrated in the main body and closed by the overload diaphragm is provided Adjacent overload chamber, - which is connected via a first pressure transmission line to the first pressure receiving chamber, - on the second side of which a carrier integrated in the integrated from the overload diaphragm second overload chamber adjacent, - which is connected via a second pressure transmission line to the second pressure receiving chamber, and
- A differential pressure sensor arranged in a recess in the main body, having a pressure-sensitive measuring diaphragm, lying in a plane perpendicular to the planes in which the separating diaphragms are located, and the first end connected to the first overload chamber Pressure measuring chamber and a second pressure chamber connected to the second overload chamber divided.
Gemäß einer Weiterbildung mündet die Ausnehmung für den Differenzdrucksensor in einer senkrecht zur Ebene der Trennmembranen verlaufenden Außenwand des Grundkörpers, durch die der Differenzdrucksensor in die Ausnehmung einsetzbar ist, und die Ausnehmung nach außen von einem in deren Mündung eingesetzten Verschluss abgeschlossen.According to one Continuing education the recess for the differential pressure sensor in a direction perpendicular to the plane of the separation membranes extending outer wall of the basic body, can be used by the differential pressure sensor in the recess is, and the recess to the outside from one in their mouth completed closure completed.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist im Grundkörper mindestens eine gerade Bohrung vorgesehen, die von der Ausnehmung aus dem Grundkörper heraus führt, und in der mindestens eine Anschlussleitung des Differenzdrucksensors verläuft.According to one further development is in the body at least one straight Bore provided by the recess of the main body out leads, and in the at least one connecting line of the differential pressure sensor runs.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Druckübertragungsleitung, die die erste Druckempfangskammer mit der ersten Überlastkammer verbindet, eine durch den Grundkörper hindurch führende gerade Bohrung.According to one preferred embodiment, the first pressure transmission line, the first pressure receiving chamber connects to the first overload chamber, a through the main body Leading straight through Drilling.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Druckübertragungsleitung, die die zweite Druckempfangskammer mit der zweiten Überlastkammer verbindet, eine durch den Träger hindurch führende gerade Bohrung.According to one preferred embodiment is the second pressure transmission line, the second pressure receiving chamber connects to the second overload chamber, a through the carrier Leading straight through Drilling.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Druckmesskammer mit der ersten Überlastkammer durch eine dritte Druckübertragungsleitung verbunden, wobei die dritte Druckübertragungsleitung eine gerade ausschließlich im Grundkörper verlaufende Bohrung ist.According to one Another preferred embodiment is the first pressure measuring chamber with the first overload chamber through a third pressure transmission line connected, wherein the third pressure transmission line a straight exclusively in the main body extending bore is.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die zweite Druckmesskammer mit der zweiten Überlastkammer durch eine vierte Druckübertragungsleitung verbunden, die sich zusammensetzt aus
- – einer im Grundkörper verlaufenden Bohrung, die von der Ausnehmung senkrecht zur Ebene der Messmembran ins Innere des Grundkörpers führt,
- – einer daran anschließenden geraden Bohrung, die parallel zur Ebene der Messmembran in Richtung des Trägers verläuft, und in einer von der ringscheibenförmigen Überlastmembran eingeschlossene Mitte des Grundkörpers mündet, und
- – einer im Träger verlaufenden Nut, die von der zweiten Überlastkammer in eine von der ringscheibenförmigen Überlastmembran eingeschlossene Mitte des Trägers führt.
- A bore extending in the main body and leading from the recess perpendicular to the plane of the measuring diaphragm into the interior of the main body,
- - An adjoining straight bore, which runs parallel to the plane of the measuring diaphragm in the direction of the carrier, and opens into an enclosed by the annular disk-shaped overload diaphragm center of the body, and
- - A groove extending in the carrier, which leads from the second overload chamber in an enclosed by the annular disk-shaped overload diaphragm center of the carrier.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der erfindungsgemäße Druckmessaufnehmer einen Messaufnehmerblock aufweist, der nur zwei Bauteile, nämlich den Grundkörper und den Träger, umfasst.One Advantage of the invention is that the pressure transducer according to the invention a Messaufnehmerblock having only two components, namely the body and the wearer, includes.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es aufgrund der Anordnung der Messmembran senkrecht zur Ebene der Trennmembranen, mittels einer sehr einfachen Leitungsführung der Druckübertragungsleitungen eine hydraulische Reihenschaltung der jeweiligen Überlastkammern und der Druckmesskammern besteht. Es sind ausschließlich gerade Bohrungen im Grundkörper für die Druckübertragungsleitungen erforderlich.One Another advantage is that it due to the arrangement of the Measuring membrane perpendicular to the plane of the separation membranes, by means of a very simple cable routing the pressure transmission lines a hydraulic series connection of the respective overload chambers and the pressure measuring chambers consists. They are exclusive straight holes in the base body for the Pressure transmission lines required.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figur der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.The Invention and further advantages will now be with reference to the figure of the drawing, in the one embodiment is shown, closer explained.
Auf
dem Grundkörper
Der
erste und der zweite Druck p1, p2 werden dem Differenzdruckmessaufnehmer,
wie bei herkömmlichen
Differenzdruckmessaufnehmern auch, über in
Der
erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer
weist einen Überlastschutz
auf, der eine zwischen dem Grundkörper
An
eine zweite dem Träger
Im
Grundkörper
Der
Differenzdrucksensor
Die
Ausnehmung
Nach
dem Einbau des Differenzdrucksensors
Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass der Grundkörper
Die
erste Druckmesskammer
Ein
durch den Sockel
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die vierte Druckübertragungsleitung
Der
elektrische Anschluss des Differenzdrucksensors
Die
vier Druckübertragungsleitungen
Aufgrund
der kompakten Bauform des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers
können kurze
Druckübertragungsleitungen
eingesetzt werden. Damit reduziert sich das mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit
zu befüllende
Innenvolumen des Differenzdruckmessaufnehmers. Je geringer die erforderliche Flüssigkeitsmenge
ist, umso geringer ist auch die Temperaturabhängigkeit des erzielbaren Messergebnisses.
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ID=39363142
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