DE102007010589A1

DE102007010589A1 - Pressure measurement transducer for use as field device of process instruments, has channels, where length and diameter of channels are guided by boring such that it forms ignition breakdown protection section between two parts

Info

Publication number: DE102007010589A1
Application number: DE200710010589
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof. Balzer; Hans Graff; Friedrich Grassel; Christian Schlinck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-09-11

Abstract

The pressure measurement transducer has a process connection that is provided for supplying a pressure for measuring. The process connection has a measuring chamber, which is charged with a pressure transmission unit and is separated from the process medium by a separated membrane. The length and the diameter of the channels (21) are guided by boring in such a manner that it forms an ignition breakdown protection section between both parts (5) of the measuring chamber without other measurements.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer zur Verwendung als Feldgerät der Prozessinstrumentierung, der einen Prozessanschluss zur Zuführung eines zu messenden Drucks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.The The invention relates to a pressure transmitter for use as field instrument of process instrumentation, the one process connection for supplying a pressure to be measured according to the generic term of claim 1.

Ein derartiger Prozessanschluss ist bereits von Druckmessumformern der Baureihe SITRANS P DSIII der Siemens AG bekannt. Zur Verdeutlichung des Standes der Technik ist in 2 ein Messaufnehmer mit dem bekannten Prozessanschluss dargestellt. Der Prozessanschluss ist aus Fertigungsgründen zweiteilig ausgeführt und besteht aus einer Sensoraufnahme 1 und einer Flanschaufnahme 2, die eine mit einem Druckübertragungsmittel, beispielsweise Silikonöl, gefüllte Messkammer enthalten. Ein erster Teil 3 der Messkammer befindet sich unter einer Trennmembran 4, welche im eingebauten Zustand des Prozessanschlusses das Druckübertragungsmittel vom Prozessmedium, dessen Druck zu messen ist, trennt. Ein zweiter Teil 5 der Messkammer, in dem ein druckempfindlicher Sensor 6 angeordnet ist, befindet sich in der Sensoraufnahme 1. Ein Referenzdruck wird der Rückseite des Sensors 6 durch eine Rohrleitung 7 zugeführt. Weitere Teile des Druckmessumformers, beispielsweise eine Auswerteeinrichtung, die oft auch als Transmitter bezeichnet wird, oder ein Messumformergehäuse, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die Sensoraufnahme 1 und die Flanschaufnahme 2 sind durch eine Schweißverbindung 8 hermetisch dicht miteinander verschweißt. Als Transportschutz ist die Trennmembran 4 durch eine Staubschutzkappe 9 abgedeckt, die vor Anbringung eines Befestigungsflansches, der in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt ist, entfernt wird. Nach Entfernen der Kappe 9 liegt ein Außengewinde 10 des Prozessanschlusses frei, auf welches an das Außengewinde 10 und einen Anschlag 11 angepasste Flansche verschiedenen Durchmessers aufgeschraubt werden können, so dass die Trennmembran 4 beispielsweise frontbündig mit der Vorderseite des Flansches abschließt. Der erste Teil 3 der Messkammer ist mit dem zweiten Teil 5 über einen mit Druckübertragungsmittel befüllten Kanal 12 verbunden.Such a process connection is already known from pressure transmitters of the SITRANS P DSIII series from Siemens AG. To clarify the state of the art is in 2 a sensor with the known process connection shown. The process connection is designed in two parts for manufacturing reasons and consists of a sensor holder 1 and a flange receptacle 2 containing a measuring chamber filled with a pressure transmitting means, for example silicone oil. A first part 3 the measuring chamber is located under a separating membrane 4 which, in the installed state of the process connection, separates the pressure transmission medium from the process medium whose pressure is to be measured. A second part 5 the measuring chamber, in which a pressure-sensitive sensor 6 is located in the sensor receptacle 1 , A reference pressure is the back of the sensor 6 through a pipeline 7 fed. Other parts of the pressure transducer, such as an evaluation, which is often referred to as a transmitter, or a transmitter housing, are not shown for clarity. The sensor holder 1 and the flange receptacle 2 are through a welded joint 8th hermetically sealed together. As a transport protection is the separation membrane 4 through a dust cap 9 covered, which is removed prior to attachment of a mounting flange, which is also not shown in the drawing. After removing the cap 9 lies an external thread 10 free of the process connection to which the external thread 10 and a stop 11 adapted flanges of different diameters can be screwed on, leaving the separation membrane 4 for example, flush with the front of the flange flush. The first part 3 the measuring chamber is with the second part 5 via a channel filled with pressure transfer means 12 connected.

Beim Einsatz des Druckmessumformers in explosionsgefährdeten Bereichen müssen Leitungsdurchführungen, wie beispielsweise der Kanal 12, so genannte Zünd- oder Flammensperren aufweisen, die im Falle einer Entzündung eines Gases innerhalb des Geräts eine Übertragung der Flamme durch die Leitung hindurch aus dem Gerät heraus verhindern. Bei üblichen Zündsperren wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass Flammen beim Durchlaufen von engen Kanälen an Energie verlieren und nicht mehr reaktionsfähig sind, somit zum Erlöschen gebracht werden. Das Auslöschen der Flammen wird dabei durch einen innigen Kontakt der Flamme mit den kühlenden Wänden der Kanäle und durch Druckabfall erzielt.When using the pressure transmitter in potentially explosive areas, cable bushings, such as the duct 12 , so-called ignition or flame arrestors, which prevent the transmission of the flame through the conduit out of the device in the event of ignition of a gas within the device. In conventional ignition locks the realization is exploited that flames lose energy when passing through narrow channels and are no longer reactive, thus be extinguished. The extinction of the flames is achieved by intimate contact of the flame with the cooling walls of the channels and pressure drop.

Zur Realisierung einer zünddurchschlagsicheren Strecke ist der Kanal 12 mit einer Bohrung 13 mit 4 mm Durchmesser an seiner dem zweiten Teil 5 der Messkammer zugewandten Seite versehen, die eine Länge von etwa 10 mm besitzt. In diese Bohrung 13 ist ein Stopfen 14 aus Stealit eingepresst, der 6,1 mm Länge und eine zentrale Aussparung 15 mit 0,3 mm Durchmesser besitzt. Die Aussparung 15 wird durch Formgebung beim Sintern des Stopfens 14 geschaffen. Der Stopfen 14 wirkt aufgrund seiner engen Aussparung 15 als flammenrückschlagsichere Strecke. Nachteilig bei dieser Ausführung ist das hohe, mit Druckübertragungsmittel gefüllte Volumen in der freibleibenden Bohrung 13 vor und hinter dem Stopfen 14. Bei Temperaturänderungen führen Abweichungen der Ausdehnungskoeffizienten des Druckübertragungsmittels und des Materials Stahl, aus welchem der Prozessanschluss gefertigt ist, zu einer Volumenverschiebung und damit zu einer Veränderung der Lage der Trennmembran 4. Aufgrund der elastischen Eigenschaften der Trennmembran 4 verursacht dies eine Veränderung des Drucks in der Messkammer und damit einen Messfehler des Druckmessumformers. Weiterhin nachteilig ist der hohe Herstellungsaufwand, den die Fertigung der Bohrung 13, das Einpressen des Stopfens 14 sowie der Stopfen 14 selbst als zusätzlich erforderliches Bauteil verursachen.To realize a flameproof route is the channel 12 with a hole 13 with 4 mm diameter at its the second part 5 provided the measuring chamber facing side, which has a length of about 10 mm. In this hole 13 is a stopper 14 made of stealite, the length of 6.1 mm and a central recess 15 with 0.3 mm diameter. The recess 15 is by shaping during sintering of the plug 14 created. The stopper 14 acts due to its narrow recess 15 as a flashback safe route. A disadvantage of this design is the high, filled with pressure transfer medium volume in the remaining free hole 13 in front of and behind the stopper 14 , In the case of temperature changes, deviations of the expansion coefficients of the pressure-transmitting means and of the material steel, from which the process connection is made, lead to a volume shift and thus to a change in the position of the separating membrane 4 , Due to the elastic properties of the separation membrane 4 this causes a change in the pressure in the measuring chamber and thus a measurement error of the pressure transmitter. Another disadvantage is the high production cost, the production of the bore 13 , the pressing of the plug 14 as well as the stopper 14 even as an additional required component cause.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessumformer zur Verwendung als Feldgerät der Prozessinstrumentierung zu schaffen, der mit einem vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand verbunden ist und sich gleichzeitig durch eine verbesserte Messgenauigkeit auszeichnet.Of the Invention is based on the object, a pressure transducer for Use as field device to create process instrumentation that compares with a low production costs and at the same time characterized by improved measurement accuracy.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Druckmessumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.to solution this task, the new pressure transducer of the aforementioned Type specified in the characterizing part of claim 1 features on. In the dependent claims Advantageous developments of the invention are described.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine zünddurchschlagsichere Strecke mit Hilfe des Kanals zwischen den beiden Teilen der Messkammer bereits erzielt wird, ohne dass eine Bohrung größeren Durchmessers in den Kanal eingebracht und mit einem Stopfen zur Realisierung der zünddurchschlagsicheren Strecke eingepresst werden muss. Damit entfallen auch die störenden, mit Druckübertragungsmittel befüllten Volumina vor und hinter dem Stopfen, welche das Messkammervolumen bisher in nachteiliger Weise vergrößerten. Mit dem verringerten Volumen der Messkammer ist in vorteilhafter Weise eine höhere Messgenauigkeit des Druckmessumformers erreichbar, da Temperaturschwankungen eine geringere Verschiebung der Trennmembranlage und somit einen geringeren Messfehler verursachen.The invention has the advantage that an ignition-puncture-proof path with the aid of the channel between the two parts of the measuring chamber is already achieved, without a larger diameter bore having to be introduced into the channel and pressed with a plug to realize the ignition-puncture-proof path. This eliminates the disturbing, filled with pressure transfer medium volumes before and after the plug, which previously increased the measuring chamber volume disadvantageously. With the reduced volume of the measuring chamber, a higher measuring accuracy of the pressure transducer can be achieved in an advantageous manner, since temperature fluctuations are clotting gere displacement of Trennmembranlage and thus cause a lower measurement error.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es mit dem modernen Verfahren des funkenerosiven Rohrens möglich ist, nachträglich in einen aus Stahl bestehenden Körper bei der Fertigung des Prozessanschlusses einen Kanal einzubringen, dessen Länge und dessen Durchmesser so ausgeführt sind, dass er eine zünddurchschlagsichere Strecke bildet. Diese Bedingung ist bereits bei einem Kanal erfüllt, der mindestens 6,3 mm lang ist und dessen Durchmesser maximal 0,35 mm beträgt. Eine derartige Bohrung war mit einem herkömmlichen Span abhebenden Bohrverfahren nicht erzeugbar.The Invention is based on the recognition that it is with the modern method the spark erosive pipe possible is, retrospectively in a body made of steel to introduce a channel during the production of the process connection, its length and its diameter is carried out in this way are that he is a flameproof Distance forms. This condition is already met with a channel that is at least 6.3 mm long and its maximum diameter is 0.35 mm is. Such a bore was with a conventional chip removing drilling method not producible.

Mit dem Verfahren des funkenerosiven Rohrens sind in vorteilhafter Weise Bohrungen von sehr hoher Maßgenauigkeit und sehr kleinem Durchmesser möglich. Die als zünddurchschlagsichere Strecke dienende kleine Bohrung hat vorteilhaft einen Durchmesser von 0,3 mm und wird durch funkenerosives Bohren des Kanals an seiner dem zweiten Teil der Messkammer zugewandten Seite über eine Länge von 7 mm hergestellt. Damit befindet sich die zünddurchschlagsichere Strecke unmittelbar an der dem Gehäuseinnenraum des Druckmessumformers zugewandten Kanalseite. Diese Seite ist zudem zur Fertigung der feinen Bohrung mit einer Funkenerosionsmaschine, beispielsweise des Typs K1BL der Firma Sodik, gut zugänglich. Die Funkenerosion ist ein thermisches, abtragendes Fertigungsverfahren für leitfähige Materialien, das auf elektrischen Entladevorgängen (Funken) zwischen einer Elektrode (Werkzeug) und dem leitenden Werkstück (Prozessanschluss) beruht. Die Bearbeitung findet in Öl als nichtleitendem Medium (Dielektrikum) statt. Ein großer Vorteil der funkenerosiven Bearbeitung ist die sehr hohe Maßgenauigkeit und ihre Eignung für harte Werkstoffe, wie zum Beispiel Stahl.With The method of spark erosion pipe are in an advantageous manner Holes of very high dimensional accuracy and very small diameter possible. The as ignition-proof Route serving small bore advantageously has a diameter of 0.3 mm and is made by spark erosive drilling of the channel at his the second part of the measuring chamber facing side over a length of 7 mm made. This is the ignition-proof route directly at the housing interior the pressure transmitter facing channel side. This page is also for the production of the fine bore with a spark erosion machine, for example, the type K1BL Sodik, easily accessible. Spark erosion is a thermal, abrasive manufacturing process for conductive materials, that on electrical discharges (Spark) between an electrode (tool) and the conductive workpiece (process connection) based. The processing takes place in oil as a non-conductive medium (Dielectric) instead. A large The advantage of spark erosive machining is the very high dimensional accuracy and their suitability for hard materials, such as steel.

Anhand des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Based on the in 1 illustrated embodiment of the invention, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.

1 zeigt eine neue Sensoraufnahme, 2 einen Prozessanschluss mit einer Sensoraufnahme gemäß dem Stand der Technik. 1 shows a new sensor recording, 2 a process connection with a sensor receptacle according to the prior art.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In The figures are the same parts with the same reference numerals.

Die Ausführung eines aus dem Stand der Technik bekannten Prozessanschlusses eines Druckmessumformers zur Verwendung als Feldgerät der Prozessinstrumentierung gemäß 2 wurde bereits eingangs beschrieben. Der neue Prozessanschluss, von welchem in 1 lediglich eine Sensoraufnahme 20 dargestellt ist, unterscheidet sich von der bekannten Ausführung wesentlich durch die Gestaltung eines Kanals 21, der zwischen dem ersten Teil 3 (1) und dem zweiten Teil 5 der Messkammer angeordnet ist.The execution of a known from the prior art process connection of a pressure transmitter for use as a field device of process instrumentation according to 2 was already described at the beginning. The new process connection, of which in 1 only a sensor recording 20 is shown, differs significantly from the known design by the design of a channel 21 that is between the first part 3 ( 1 ) and the second part 5 the measuring chamber is arranged.

Anstatt der bekannten Bohrung 13 (2) mit eingepresstem Stopfen 14 (2) als zünddurchschlagsichere Strecke bildet nun eine Bohrung 22 einen Abschnitt des Kanals 21, deren Durchmesser 0,3 mm und deren Länge 7 mm beträgt. Länge und Durchmesser der mit einem funkenerosiven Bohrverfahren erstellten Bohrung 22 sind daher so gemessen, dass diese ohne weitere Maßnahmen eine zünddurchschlagsichere Strecke bildet. Ein weiterer Abschnitt 23 des Kanals 21 wurde in seinem Durchmesser gegenüber dem bekannten Kanal 12 (2) auf 0,6 mm reduziert. Im Abschnitt 23 ist die Bohrung durch ein Span abhebendes Verfahren erzeugt. Bei einem Vergleich des Kanals 21 in der Sensoraufnahme 20 mit dem Kanal 12 (2) der bekannten Sensoraufnahme 1 (2) wird besonders deutlich, dass nun die Menge des Druckübertragungsmittels aufgrund des verringerten Volumens der Bohrung 22 und des Kanalabschnitts 23 erheblich reduziert ist. Dadurch werden bessere Messeigenschaften und eine höhere Messgenauigkeit des Druckmessumformers erzielt. Zudem zeichnet sich der neue Druckmessumformer, bei welchem die neue Sensoraufnahme 20 in der gleichen Weise wie die bekannte Sensoraufnahme 1 (2) montiert werden kann, durch Logistikvorteile, Kosteneinsparungen beim Lieferanten und geringere Fertigungskosten durch Wegfall des Stopfens 14 (2) und verbesserte Fertigungsqualität aus, da ein Entstehen von Spänen aufgrund des entfallenen Einpressvorgangs ausgeschlossen werden kann. Durch Verwenden eines so genannten High Speed funkenerosiven Bohrverfahrens können die Herstellungskosten der feinen Bohrung 22 des Kanals 21 weiter reduziert werden.Instead of the known hole 13 ( 2 ) with pressed stopper 14 ( 2 ) as Zünddurchschlagsichere route now forms a hole 22 a section of the canal 21 whose diameter is 0.3 mm and whose length is 7 mm. Length and diameter of the bore created with an EDM drilling method 22 are therefore measured in such a way that they form an ignition-proof path without any further measures. Another section 23 of the canal 21 was in its diameter opposite the known channel 12 ( 2 ) reduced to 0.6 mm. In the section 23 the bore is produced by a chip-removing process. When comparing the channel 21 in the sensor holder 20 with the channel 12 ( 2 ) of the known sensor receptacle 1 ( 2 ) becomes particularly clear that now the amount of pressure transmitting means due to the reduced volume of the bore 22 and the channel section 23 is considerably reduced. This results in better measuring characteristics and a higher measuring accuracy of the pressure transmitter. In addition, there is the new pressure transmitter, in which the new sensor holder 20 in the same way as the known sensor holder 1 ( 2 ) can be mounted, by logistics advantages, cost savings at the supplier and lower manufacturing costs by omission of the plug 14 ( 2 ) and improved manufacturing quality, since the formation of chips can be excluded due to the omitted pressing-in process. By using a so-called high-speed spark-erosive drilling method, the manufacturing cost of the fine hole 22 of the canal 21 be further reduced.

Claims

Pressure transmitter for use as field instrument of process instrumentation, with a process connection ( 1 . 2 . 20 ) for supplying a pressure to be measured, wherein the process connection is a measuring chamber ( 3 . 5 . 12 . 21 ), which is filled with a pressure transfer medium and from the process medium through a separating membrane ( 4 ), the measuring chamber having a channel ( 12 . 21 ) for connecting a first part ( 3 ) of the measuring chamber, which is located below the separating membrane, with a second part ( 5 ) of the measuring chamber in which a pressure-sensitive sensor ( 6 ), characterized in that the length and the diameter of the channel ( 21 ) are carried out by drilling in such a way that, without further measures, they provide an ignition-puncture-proof route between the two parts ( 3 . 5 ) forms the measuring chamber.

Pressure transmitter according to claim 1, characterized in that the channel ( 21 ) has a diameter of at most 0.35 mm over a length of at least 6.3 mm.

Pressure transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that the process connection ( 1 . 2 . 20 ) consists of steel and the channel ( 21 ) at its second part ( 5 ) of the measuring chamber facing side over a length of 7 mm with a diameter of 0.3 mm is produced by spark erosion drilling.