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Die
Erfindung betrifft einen Druckmeßumformer für einen Drucksensor zur Ermittlung
wenigstens eines Drucks in einem Prozeßmedium mit einem Gehäuse, einer
Trennmembran, wenigstens einem ersten Druckmeßelement, einem Kontaktmedium,
wenigstens einem ersten Anschlußelement
und mit wenigstens einer ersten Dichtung, wobei die Trennmembran
das Prozeßmedium
von dem Kontaktmedium trennt, das Kontaktmedium den über die
Trennmembran vermittelten Druck des Prozeßmediums zu dem ersten Druckmeßelement überträgt, die
erste Dichtung das erste Anschlußelement aufnimmt und wobei
das Gehäuse,
die Trennmembran und die erste Dichtung eine erste Druckkammer bilden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Zustandsüberwachung
eines solchen Druckmeßumformers
als auch einen Drucksensor, der mit einem derartigen Druckmeßumformer
ausgestattet ist.
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Druckmeßumformer
der in Rede stehenden Art sind seit längerem bekannt und dienen zur
Wandlung des zu erfassenden Drucks in einem Prozeßmedium
in ein Meßsignal,
das weiterverarbeitet werden kann, beispielsweise zur Anzeige gebracht
wird oder im Rahmen von Prozeßsteuerungsaufgaben
im weitesten Sinne verwendet wird.
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Die
physikalischen Effekte, die grundsätzlich zur Erfassung eines
Drucks in einem Prozeßmedium bzw.
in der ersten Druckkammer des Druckmeßumformers genutzt werden,
und um den Druck in eine korrespondierende Größe zu wandeln, sind sehr unterschiedlich
und beruhen entweder auf mechanischen oder hydrostatischen Prinzipien,
häufig
aber auf Verfahren, die einen elektrisch auswertbaren Effekt zeigen
(z. B. elastische Druckmeßfühler, elektrische
Messung der Verformung, kapazitive Messung der Durchbiegung, Verformungsmessung
mit Dehnungsmeßstreifen,
induktive oder kapazitive Wegmessung oder piezoelektrische, magnetoelastische oder
Widerstands-Druckmeßfühler). Auf
das genaue Verfahren der Druckwandlung kommt es im Rahmen der hier
vorgestellten Erfindung nicht an. Auch ist es vorliegend ohne Bedeutung,
ob es sich bei dem Druckmeßumformer
um einen Umformer zur Absolut-, Referenz- oder Relativdruckmessung
handelt; die im folgenden dargelegten Überlegungen lassen sich auf
alle genannten Typen von Druckmeßumformern anwenden.
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Die
eingangs beschriebene Ausgestaltung des hier in Rede stehenden Druckmeßumformers
mit einer Trennmembran, die das außerhalb des Druckmeßumformers
befindliche Prozeßmedium
von dem Innenraum des Druckmeßumformers
trennt, dient in erster Linie dazu, den Innenraum des Druckmeßumformers,
insbesondere aber das Druckmeßelement im
Druckmeßumformer,
vor aggressiven Prozeßmedien
zu schützen.
Die Trennmembran ist aus diesem Grund üblicherweise aus einem sehr
korrosionsbeständigen
Material gefertigt, wie beispielsweise aus rostfreiem Stahl, Hastelloy
oder Tantal, wobei die Trennmembran sehr dünn ausgelegt sein muß, beispielsweise
im Bereich von 30 μm
bis 50 μm,
damit die Übertragung
des Drucks vom Prozeßmedium
auf das – meist
fluidische – Kontaktmedium
in der ersten Druckkammer möglichst
unbeeinflußt
durch die Trennmembran erfolgen kann, so daß die Dynamik des Druckmeßumformers
möglichst
wenig verringert wird.
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Druckmeßumformer
können
je nach Einsatzgebiet einer großen
mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sein, beispielsweise durch
Druckimpulse, Temperaturschwanken und chemisch aggressive Prozeßmedien,
so daß die
sehr dünne
und damit mechanisch empfindliche Trennmembran unter Umständen soweit
geschädigt
wird, daß sie
undicht wird und das Prozeßmedium
nicht mehr von dem Innenraum des Druckmeßumformers fernhalten kann.
Das Eindringen eines chemisch aggressiven Prozeßmediums in den Innenraum des
Druckmeßumformers
hat meist die Zerstörung
des Druckmeßumformers
zur Folge, was häufig
zu erheblichen Störungen
innerhalb des gesamten Prozesses führt, da die von dem Druckmeßumformer
bzw. dem Drucksensor, in dem der Druckmeßumformer eingesetzt wird,
bereitgestellten Zustandsgrößen meist
auf den Prozeß im Rahmen
einer Steuerung oder Regelung zurückwirken.
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Die
Folgen eines in den Druckmeßumformer eindringenden
Prozeßmediums
können
jedoch wesentlich gravierender sein, insbesondere dann, wenn das
Prozeßmedium
entzündlich
oder explosiv ist. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß sich das
Prozeßmedium
an dem in der ersten Druckkammer befindlichen ersten Druckmeßelement
entzündet,
wenn dies mit elektrischen Potentialen verbunden ist, was bei den
meisten Druckmeßumformern
der Fall ist. Die größte Gefahr
besteht darin, daß sich
die Flamme des in der ersten Druckkammer an dem ersten Druckmeßelement
entzündeten
Prozeßmediums über die
erste Druckkammer hinaus in die äußere Prozeßleitung
fortpflanzt, was zu einer Explosion der gesamten das Prozeßmedium
führenden
Bereiche des zuund ableitenden Prozesses führen kann. Eine solche Flammenausbreitung
kann durch geeignete konstruktive Maßnahmen im Bereich der ersten Druckkammer
verhindert werden; mit einer derartigen "Flammenbarriere" ausgestattete Druckmeßumformer
werden als "Ex-d" explosionssicher
bezeichnet.
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Aus
der Praxis sind jedoch weitere Fehlerfülle bekannt, die die zuvor
genannten Schutzmechanismen nicht abdecken. Ein dokumentierter gefährlicher
Fehlerfall besteht darin, daß die
erste Dichtung der ersten Druckkammer undicht wird, so daß das Kontaktmedium
aus der ersten Druckkammer entweichen kann und im Falle einer zusätzlichen
Verletzung der Trennmembran ein entzündliches Prozeßmedium
ungehindert durch die erste Druckkammer über die erste Dichtung in den
Bereich des Druckmeßumformers
gelangen kann, der auf jener Seite der ersten Dichtung liegt, die
der ersten Druckkammer abgewandt ist. Auf dieser, von der ersten
Druckkammer abgewandten Seite der ersten Dichtung befindet sich üblicherweise
eine – zum
Drucksensor gehörende – elektrische
Beschaltung des Druckmeßumformers,
so daß hier
eine erhöhte
Wahrscheinlichkeit der Entzündung
des Prozeßmediums
gegeben ist. Das entzündliche
Prozeßmedium
hat hier genügend Raum,
um sich in solchen Mengen zu entzünden, daß die eingangs geschilderten
Schutzmechanismen im Bereich der ersten Druckkammer keinen Schutz vor
einem Durchschlag der Explosion mehr gewährleisten. Zur Undichtigkeit
führende
Schwachstellen sind insbesondere die Durchführungen in der ersten Dichtung,
in denen Anschlußelemente
geführt
werden, mit denen z. B. eine elektrische Verbindung des ersten Druckmeßelements
von außerhalb
der ersten Druckkammer her möglich
ist.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Nachteile bei
den bekannten Druckmeßumformern – zumindest
teilweise – zu
vermeiden, insbesondere die Erkennung eines Fehlers im Bereich der
ersten Dichtung zu ermöglichen.
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Die
aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst und im wesentlichen bei
dem in Rede stehenden Druckmeßumformer
dadurch gelöst,
daß auf
der der ersten Druckkammer abgewandten Seite der ersten Dichtung
eine zweite Druckkammer vorgesehen ist, und in der zweiten Druckkammer
ein zweites Druckmeßelement
angeordnet ist. Durch diese konstruktive Maßnahme wird ermöglicht,
daß auch der
Raum bezüglich
des in dem Raum herrschenden Drucks her beobachtet werden kann,
der auf der der ersten Druckkammer abgewandten Seite der ersten Dichtung
liegt und der eine besondere Explosionsgefährdung mit sich bringt. Ein
Leck in der ersten Dichtung der ersten Druckkammer wird immer eine – unerwartete – Druckänderung
innerhalb der zweiten Druckkammer hervorrufen, die von dem zweiten Druckmeßelement
in der zweiten Druckkammer detektierbar ist.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Druckmeßumformer
so ausgestaltet, daß im
fehlerfreien, dichtenden Zustand der ersten Dichtung der Druck in
der zweiten Druckkammer im wesentlichen unabhängig vom Druck in der ersten
Druckkammer ist. In diesem Fall ist eine Undichtigkeit in der ersten
Dichtung folglich dadurch erkennbar, daß das zweite Druckmeßelement
einen Druck registriert, der eine Abhängigkeit vom Druck in der ersten
Druckkammer zeigt oder – im
einfachsten Fall – einfach
nur zeitveränderlich
ist.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
ist der erfindungsgemäße Druckmeßumformer
so ausgestaltet, daß im
fehlerfreien, dichtenden Zustand der ersten Dichtung der Druck in
der zweiten Druckkammer in einer bestimmten Abhängigkeit zum Druck in der ersten
Druckkammer steht. Dieses Ausführungsbeispiel
eröffnet
die Möglichkeit,
ein Leck in der ersten Dichtung der ersten Druckkammer zu erkennen,
wenn der von dem zweiten Druckmeßelement aufgenommene Druck
in der zweiten Druckkammer dem von dem ersten Druckelement in der ersten
Druckkammer aufgenommenen Druck nicht mehr in der erwarteten Weise
folgt. Dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
daß die
Druckübertragungsstrecke
von dem Prozeßmedium über die
erste Druckkammer, über
die erste Dichtung, über
die zweite Druckkammer bis zum zweiten Druckmeßelement eine Übertragungsstrecke
mit einem gewissen – dämpfenden – Übertragungsverhalten
darstellt. Dieses Übertragungsverhalten
wird durch Veränderung
in den mechanisch- geometrischen
Gegebenheiten der beteiligten Übertragungslemente – und so
auch durch eine Veränderung
in der Dichtigkeit der ersten Dichtung, die die erste Druckkammer
von der zweiten Druckkammer trennt – beeinflußt. Veränderungen in der Dichtigkeit
der ersten Dichtung sind jedenfalls daran erkennbar, daß der von
dem zweiten Druckmeßelement
aufgenommene Druck in der zweiten Druckkammer dem von dem ersten
Druckmeßelement
in der ersten Druckkammer aufgenommenen Druck schneller oder langsamer oder
auch mehr oder weniger gedämpft
folgt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Druckkammer
eine zweite Dichtung auf, wobei die zweite Dichtung wenigstens ein
zweites Anschlußelement
aufnimmt und über
das zweite Anschlußelement
das zweite Druckmeßelement
und/oder – mittelbar – das erste
Druckmeßelement
kontaktiert ist. insbesondere von außerhalb der zweiten Druckkammer.
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Wenn
davon die Rede ist, daß die
erste Druckkammer eine erste Dichtung und die zweite Druckkammer
eine zweite Dichtung aufweist, dann müssen diese Dichtungen nicht
zwingend separat von dem Gehäuse
ausgestaltet sein, sondern können
vielmehr auch in dem Gehäuse
bzw. in einer Gehäusewand
ausgestaltet sein, so daß das
Gehäuse dichtend
mit dem ersten Anschlußelement
bzw. dem zweiten Anschlußelement
abschließt.
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Bei
den Anschlußelementen
handelt es sich beispielsweise um elektrische Anschlüsse zur
Kontaktierung des ersten Druckmeßelements bzw. des zweiten
Druckmeßelements,
es können
jedoch auch Anschlüsse
für kommunizierende
Röhren
im Falle eines Differenzdrucksensors sein oder Befüllstutzen zum
Befühlen
der ersten Druckkammer mit dem Kontaktmedium. Gleichwohl können die
erste Dichtung und die zweite Dichtung auch als solche erkennbar separat
ausgeführt
sein, wobei die erste Dichtung und die zweite Dichtung in diesem
Fall bevorzugt aus einem Keramik- oder Glaswerkstoff hergestellt
sind, vorzugsweise durch Sinterung. Derartige Dichtungen weisen
je nach verwendetem Ausgangsstoff eine hohe Beständigkeit gegenüber auch
aggressiven Prozeßmedien
auf.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe ist auch gelöst durch ein Verfahren zur
Zustandsüberwachung des
erfindungsgemäßen Druckmeßumformers,
wobei der Druckmeßumformer
ein Gehäuse,
eine Trennmembran, wenigstens ein erstes Druckmeßelement, ein Kontaktmedium,
wenigstens ein erstes Anschlußelement
und wenigstens eine erste Dichtung umfaßt, wobei die Trennmembran
das Prozeßmedium
von dem Kontaktmedium trennt, das Kontaktmedium den über die
Trennmembran vermittelten Druck des Prozeßmediums zu dem ersten Druckmeßelement überträgt, die
erste Dichtung das erste Anschlußelement aufnimmt, wobei das
Gehäuse,
die Trennmembran und die erste Dichtung eine erste Druckkammer bilden
und wobei auf der der ersten Druckkammer abgewandten Seite der ersten
Dichtung eine zweite Druckkammer vorgesehen ist und in der zweiten
Druckkammer ein zweites Druckmeßelement
angeordnet ist. Angewandt auf einen solchen Druckmeßumformer
sieht das erfindungsgemäße Verfahren zunächst und
im wesentlichen vor, daß der
von dem zweiten Druckmeßelement
in der zweiten Druckkammer ermittelte Druckwert mit einem vorgegebenen Druckwert
verglichen wird und bei Überschreitung
einer vorgegebenen bzw. vorzugebenden Abweichung des für die zweite
Druckkammer ermittelten Druckwertes von dem vorgegebenen Druckwert
ein Überschreitungssignal
ausgegeben wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
macht sich den Umstand zu nutze, daß durch das zweite Druckmeßelement
in der zweiten Druckkammer erstmals die Möglichkeit geschaffen ist, eine
Druckmessung auf der von der ersten Druckkammer abgewandten Seite
der ersten Dichtung vorzunehmen und so einen Vergleich anzustellen,
zwischen dem Druck bzw. dem Druckverlauf in der zweiten Druckkammer und
einem vorgegebenen Druckwert.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nicht nur ein Überschreitungssignal
ausgegeben, sondern der Druckmeßumformer
bzw. das erste Druckmeßelement
und/oder das zweite Druckmeßelement
des Druckmeßumformers
wird bzw. werden elektrisch potentialfrei oder auf ein festes elektrisches
Potential geschaltet. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß sich ein
in die erste Druckkammer und/oder die zweite Druckkammer eingedrungenes
Prozeßmedium
an dem ersten Druckmeßelement
und/oder an dem zweiten Druckmeßelement
und/oder an weiteren, außerhalb
der ersten Druckkammer und außerhalb
der zweiten Druckkammer liegenden elektrischen Schaltungsteilen
aufgrund elektrischer Entladung entzündet.
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Wenn
der Druckmeßumformer
so ausgestaltet ist, daß im
fehlerfreien, dichtenden Zustand der ersten Dichtung der Druck in
der zweiten Druckkammer im wesentlichen unabhängig vom Druck in der ersten
Druckkammer ist, dann wird in einer bevorzugten Ausgestaltung des
Verfahrens als vorgegebener Druckwert ein im wesentlichen konstanter
Druckwert gewählt,
insbesondere jener Wert, den das zweite Druckmeßelement unter "normalen" – z. B. werksseitig vorgegebenen – Verhältnissen
erfaßt.
Als tolerierbare Abweichung von dem vorgegebenen Druckwert wird
bevorzugt nicht eine Null-Abweichung vorgegeben, sondern eine Abweichung
von dem vorgegebenen Druckwert, die innerhalb eines Toleranzbandes um
diesen vorgegebenen Druckwert liegt. Das Toleranzband ist insbesondere
so bemessen, daß alleine durch
Temperaturunterschiede bewirkte Druckschwankungen in der zweiten
Druckkammer nicht zu einer Ausgabe eines Überschreitungssignals führen.
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Wenn
der Druckmeßumformer
hingegen so ausgestaltet ist, daß im fehlerfreien, dichtenden
Zustand der ersten Dichtung der Druck in der zweiten Druckkammer
in einer bestimmten Abhängigkeit
vom Druck in der ersten Druckkammer steht, dann ist das in Rede
stehende Verfahren bevorzugt so ausgestaltet, daß der vorgegebene bzw. vorgebbare
Druckwert der von dem ersten Druckelement ermittelte Druck in der
ersten Druckkammer ist. So ist gewährleistet, daß durch
Vergleich des Drucks in der zweiten Druckkammer und des Drucks in
der ersten Druckkammer stets das Druck-Übertragungsverhalten der zweiten
Dichtung für
die Druckweiterleitung von der ersten Druckkammer in die zweite
Druckkammer beobachtet wird und so eine Undichtigkeit zwischen der ersten
Druckkammer und der zweiten Druckkammer detektiert wird.
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Insbesondere
bei dem letztgenannten Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn bei der Beurteilung der Abweichung des von dem zweiten
Druckmeßelement
in der zweiten Druckkammer ermittelten Druckwertes von einem vorgegebenen
Druckwert auch die dynamische Veränderung des in der zweiten
Druckkammer ermittelten Druckwertes und/oder des vorgegebenen Druckwertes
berücksichtigt
wird. Damit ist gemeint, daß das
Wissen über
das dynamische Übertragungsverhalten
eines Drucksignals von der ersten Druckkammer in die zweite Druckkammer
genutzt wird. Dabei ist es insbe sondere sinnvoll, zeitliche Ableitungen der
Druckwerte und/oder Totzeiten zwischen den zu vergleichenden Druckwerten
zu berücksichtigen.
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Letztlich
ist die zuvor aufgezeigte Aufgabe auch durch einen Drucksensor gelöst, der
einen Druckmeßumformer
der vorbeschriebenen Art umfaßt
und zusätzlich
eine elektronische Auswerteeinrichtung aufweist, die mit dem Druckmeßumformer bzw.
mit dem ersten Druckmeßelement
und/oder dem zweiten Druckmeßelement
signalmäßig verbunden
ist, so daß die
erfaßten
Druckwerte von der Auswerteeinrichtung weiterverarbeitet werden
können. Die
Auswerteeinrichtung ist dabei so ausgestaltet, daß mit ihr
die Durchführung
eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Zustandsüberwachung des
Druckmeßumformers
möglich
ist.
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Im
einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Druckmeßumformer,
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Zustandsüberwachung
des Druckmeßumformers
und den Drucksensor auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird
verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 5 nachgeordneten
Patentansprüche, andererseits
auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 einen
Drucksensor mit einem Druckmeßumformer
im fehlerfreien Zustand,
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2 einen
Drucksensor mit einem beschädigten
Druckmeßumformer,
dessen erste Dichtung in der ersten Druckkammer eine Undichtigkeit
aufweist,
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3 einen
Drucksensor mit einem Druckmeßumformer,
dessen Trennmembran beschädigt
ist und
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4 einen
Drucksensor mit einem Druckmeßumformer,
dessen Trennmembran und erste Dichtung in der ersten Druckkammer
beschädigt sind.
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In
den 1 bis 4 ist jeweils ein Druckmeßumformer 1 im
Zusammenhang mit einem vollständigen
Drucksensor 2 dargestellt, wobei es sich vorliegend um
einen kombinierten Absolut- und Differenzdrucksensor handelt. Der
Druckmeßumformer 1 dient
zur Ermittlung wenigstens eines Drucks pa,
pb in einem Prozeßmedium 3a, 3b.
Der Druckmeßumformer 1 weist
auf ein Gehäuse 4 mit
einer Trennmembran 5a, 5b, ein erstes Druckmeßelement 6a, 6b,
ein Kontaktmedium 7a, 7b, mehrere Anschlußelemente 8a, 8b und
eine erste Dichtung 9a, 9b. Da es sich bei dem
dargestellten Druckmeßumformer 1 – jedenfalls auch – um einen
Differenzdruckmeßumformer
handelt, sind praktisch alle mit dem Meßvorgang gekoppelten Strukturen
doppelt vorhanden, was jedoch nichts daran ändert, daß der beschriebene und dargestellte
Druckmeßumformer 1 sowie
der beschriebene und dargestellte Drucksensor 2 und das
anhand der Figuren beschriebene Verfahren genauso gut auch mit einem
einfachen (Absolut-)Drucksensor realisiert werden könnten.
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Die
Trennmembran 5a, 5b ist vorliegend aus Hastelloy
gefertigt und trennt das Prozeßmedium 3a, 3b von
dem Kontaktmedium 7a, 7b, wobei das Kontaktmedium 7a, 7b einerseits
der möglichst
ungedämpften Übertragung
des Drucks pa, pb im
Prozeßmedium 3a, 3b zu
dem ersten Druckmeßelement 6a, 6b gewährleisten
soll und andererseits als Sperre fungiert zwischen einem möglicherweise
aggressiven oder explosionsgefährlichen
Prozeßmedium 3a, 3b und
dem ersten Druckmeßelement 6a, 6b.
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Es
ist jeweils zu erkennen, daß das
Gehäuse 4,
die Trennmembran 5a, 5b und die erste Dichtung 9a, 9b eine
erste Druckkammer 10a, 10b bilden, wobei das Kontaktmedium 7a, 7b die
erste Druckkammer 10a, 10b vollständig ausfüllt.
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Die
erste Dichtung 9a, 9b nimmt das erste Anschlußelement 8a, 8b auf,
wobei in den 1 bis 4 das erste
Anschlußelement 8a und
das erste Anschlußelement 8b jeweils
mehrere Anschlußelemente
umfaßen,
nämlich
eine kommunizierende Röhre 11,
die den Druck von der ersten Druckkammer 10b zu dem ersten
Druckmeßelement 6a zwecks einer
Differenzdruckmessung überträgt, einen
Einfüllstutzen 12,
der zum Befüllen
der ersten Druckkammer 10a, 10b mit dem Kontaktmedium 7a, 7b dient
und elektrische Leitungen 13, die elektrische Potentiale
zu und von den ersten Anschlußelementen 8a, 8b leiten.
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In 1 ist
ein fehlerfreier Druckmeßumformer 1 dargestellt,
der intakte Trennmembranen 5a, 5b und intakte
erste Dichtungen 9a, 9b und damit geschlossene
erste Druckkammern 10a, 10b aufweist. Von besonderer
Gefährlichkeit
ist die in 4 dargestellte Fehlersituation,
bei der sowohl die Trennmembran 5a, 5b als auch
die erste Dichtung 9a, 9b defekt sind, so daß das Kontaktmedium 7a, 7b keine
Barriere mehr herstellt zwischen dem Prozeßmedium 3a, 3b und
dem Raum auf der der ersten Druckkammer 10a, 10b abgewandten
Seite der ersten Dichtung 9a, 9b, so daß – bei aus
dem Stand der Technik bekannten, hier nicht dargestellten – Druckmeßumformern die
Gefahr besteht, daß sich
ein entzündliches
Prozeßmedium
an der elektrischen Beschaltung und den elektrischen Anschlüssen der
ersten Druckmeßelemente 6a, 6b entzündet.
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Um
dies zu verhindern, ist der in den 1 bis 4 dargestellte
Druckmeßumformer 1 so
ausgestaltet, daß auf
der der ersten Druckkammer 10a, 10b abgewandten
Seite der ersten Dichtung 9a, 9b eine zweite Druckkammer 14 vorgesehen
ist, und in der zweiten Druckkammer 14 ein zweites Druckmeßelement 15 angeordnet
ist. Durch diese Maßnahme kann
ein auch durch die erste Dichtung 9a, 9b gelangtes
Prozeßmedium
nicht sofort mit elektrischen Schaltungsteilen des übergeordneten
Drucksensors 2 in Berührung
kommen, sondern gelangt zunächst
in die zweite Druckkammer 14, wobei das dort vorgesehene
zweite Druckmeßelement 15 grundsätzlich die Möglichkeit
eröffnet,
aufgrund der veränderten Druckverhältnisse
in der zweiten Druckkammer 14, den beschriebenen Fehlerfall
zu erkennen.
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Bei
den in den 1 bis 4 dargestellten Druckmeßumformern 1 steht
im fehlerfreien, dichtenden Zustand der ersten Dichtung 9a, 9b der
Druck p2 in der zweiten Druckkammer 14 in
einer bestimmten Abhängigkeit
vom Druck p1 in der ersten Druckkammer 10a, 10b.
Ferner weist die zweite Druckkammer 14 jeweils eine zweite
Dichtung 16 auf, wobei die zweite Dichtung 16 wenigstens
ein zweites Anschlußelement 17 aufnimmt
und über
das zweite Anschlußelement 17 das
zweite Druckmeßelement 15 und – mittelbar – das erste
Druckmeßelement 6a, 6b kontaktiert
ist.
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Bei
anderen – hier
nicht dargestellten – Ausführungsbeispielen
ist im fehlerfreien, dichtenden Zustand der ersten Dichtung 9a, 9b der
Druck p2 in der zweiten Druckkammer 14 im
wesentlichen unabhängig
vom Druck p1a, p1b in
der ersten Druckkammer 10a, 10b, was durch eine
besonders gute Abschottung der ersten Druckkammer 10a, 10b von
der zweiten Druckkammer 14 realisiert ist. In den in den 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispielen
sind sowohl die erste Dichtung 9a, 9b als auch
die zweite Dichtung 16 aus einem Glaswerkstoff hergestellt,
der sehr gute Eigenschaften hinsichtlich seiner Korrosionsbeständigkeit
hat.
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Bei
den in den 1 bis 4 dargestellten Druckmeßumformer 1 bzw.
Drucksensoren 2 wird zur Zustandsüberwachung des Druckmeßumformers 1 ein
Verfahren realisiert, bei dem der von dem zweiten Druckmeßelement 15 in
der zweiten Druckkammer 14 ermittelte Druckwert p2 mit einem vorgegebenen Druckwert verglichen
wird und bei Überschreitung
einer vorgegebenen Abweichung des für die zweite Druckkammer 14 ermittelten
Druckwertes p2 von dem vorgegebenen Druckwert
ein Überschreitungssignal ausgegeben
wird. Erst durch das zweite Druckmeßelement 15 in der
zweiten Druckkammer 14 ist es möglich, über eine unerwartete Druckänderung
einen Defekt im Übergang
zwischen der ersten Druckkammer 10, 10b und der
zweiten Druckkammer 14 festzustellen.
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Als
Reaktion auf eine unzulässige
Abweichung zwischen dem von dem zweiten Druckmeßelement 5 in der
zweiten Druckkammer 14 ermittelten Druckwert p2 und
dem vorgegebenen Druckwert wird bei den dargestellten Druckmeßumformern 1 nicht nur
ein Überschreitungssignal
ausgegeben, sondern der Druckmeßumformer 1 wird
elektrisch potentialfrei geschaltet, so daß ein in den Druckmeßumformer 1 eingedrungenes
Prozeßmedium 3a, 3b (siehe 4) sich
nicht mehr an unterschiedlichen elektrischen Potentialen entzünden kann.
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Da
es sich bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen um einen solchen
Druckmeßumformer 1 handelt,
bei dem im fehlerfreien, dichtenden Zustand der ersten Dichtung 9a, 9b der
Druck p2 in der zweiten Druckkammer 14 in
einer bestimmten Abhängigkeit
vom Druck p1a, p1b in
der ersten Druckkammer 10a, 10b steht, ist hier
vorgesehen, daß der vorgegebene
Druckwert im wesentlichen der von dem ersten Druckelement 6a, 6b ermittelte
Druck p1a, p1b in
der ersten Druckkammer 10a, 10b ist.
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In 2 ist
dargestellt, daß die
erste Dichtung 9a, 9b ein Leck aufweist, durch
das das Kontaktmedium 7a in die zweite Druckkammer 14 eindringen kann.
Die in 2 dargestellte erste Dichtung 9a weist
ein anderes Druckübertragungsverhalten
auf, als die intakte Dichtung 9a in 1, so daß sich insgesamt
ein Unterschied ergibt, bei den in den 1 und 2 dargestellten
Situationen, wenn der von dem zweiten Druckmeßelement 15 in der
zweiten Druckkammer 14 ermittelte Druckwert p2 mit
dem in der ersten Druckkammer 10a von dem ersten Druckmeßelement 6a erfaßten Druck
verglichen wird, woraus sich der in 2 dargestellte
Fehlerfall identifizieren läßt. Das
gleiche gilt auch für
den in 4 dargestellten Fehlerfall, bei dem zusätzlich die
Trennmembran 5a defekt ist.
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Aus
dem zuvor gesagten ergibt sich, daß in den 1 bis 4 vollständige Drucksensoren 2 dargestellt
sind, jeweils mit einem beschriebenen Druckmeßumformer 1 und zusätzlich mit
einer elektronischen Auswerteeinrichtung 18, die mit dem Druckmeßumformer 1 bzw.
mit dem ersten Druckmeßelement 6a, 6b und/oder
dem zweiten Druckmeßelement 15 signalmäßig verbunden
ist. Die Auswerteeinrichtung 18 ist in allen Ausführungsbeispielen
so ausgestaltet, daß mit
ihr das zuvor beschriebene Verfahren zur Zustandsüberwachung
des Druckmeßumformers 1 durchgeführt werden
kann.