DE102012025070A1 - Hydraulic measuring unit with coplanar pressure inputs and differential pressure sensor with such a measuring unit - Google Patents
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Abstract
Ein hydraulisches Messwerk umfasst einen Messwerkkörper mit einer in eine Richtung orientierten Prozessanschlussfläche 16, welcher einen ersten und einen zweiten hydraulischen Pfad 32, 33 aufweist, die sich von der Prozessanschlussfläche 16 durch den Messwerkkörper zu einer rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers erstreckten; eine erste und eine zweite Trennmembran 28, 30, welche den ersten und zweiten hydraulischen Pfad 32, 33 verschließen; wobei die hydraulischen Pfad jeweils ein erstes bzw. zweites Druckrohr 20, 22 aufweisen, welche aus der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers herausragen, und druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden sind; wobei der Messwerkkörper eine erste und eine zweite Überlastkammer 34, 35, die mittels einer elastischen Überlastmembran 36 getrennt sind, wobei die beiden Überlastkammern 34, 35 jeweils mit einem hydraulischen Pfad 32, 33 kommunizieren.A hydraulic measuring mechanism comprises a measuring mechanism body with a unidirectionally oriented process connection surface 16, which has a first and a second hydraulic path 32, 33, which extend from the process connection surface 16 through the measurement mechanism body to a rear surface of the measurement mechanism body; a first and a second separation membrane 28, 30 which close the first and second hydraulic paths 32, 33; wherein the hydraulic paths each have a first and a second pressure tube 20, 22, which protrude from the rear surface of the measuring mechanism body, and are pressure-tightly connected to the measuring mechanism body; wherein the measuring mechanism body has a first and a second overload chamber 34, 35, which are separated by an elastic overload membrane 36, the two overload chambers 34, 35 each communicating with a hydraulic path 32, 33.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Messwerk zum Aufnehmen von Differenzdrücken und einen Differenzdrucksensor mit einem solchen Messwerk. Hydraulische Messwerke zum Aufnehmen von Differenzdrücken, umfassen gewöhnlich einen Messwerkkörper mit einer ersten Druckeingangsöffnung und einer zweiten Druckeingangsöffnung, von der sich jeweils ein hydraulischer Pfad zu einer Differenzdruckmesszelle erstreckt, um die Differenzdruckmesszelle mit dem ersten Druck und dem zweiten Druck zu beaufschlagen, deren Differenz durch die Differenzdruckmesszelle zu messen ist. Eine Differenzdruckmesszelle weist allgemein einen Messzellenkörper mit zwei Messkammern in seinem Innern auf, die durch eine Messmembran voneinander getrennt sind. Die beiden Messkammern sind jeweils durch eine Messkammeröffnung mit einem der beiden Drücke beaufschlagbar, so dass die Messmembran eine von der Differenz der beiden Drücke abhängige, elastische Verformung aufweist.The present invention relates to a hydraulic measuring unit for recording differential pressures and a differential pressure sensor with such a measuring unit. Hydraulic gauges for receiving differential pressures usually include a meter body having a first pressure input port and a second pressure input port, each of which extends a hydraulic path to a differential pressure cell for biasing the differential pressure gage cell to the first pressure and the second pressure, the difference thereof Differential pressure cell is to measure. A differential pressure measuring cell generally has a measuring cell body with two measuring chambers in its interior, which are separated from one another by a measuring diaphragm. The two measuring chambers can each be acted upon by a measuring chamber opening with one of the two pressures, so that the measuring diaphragm has an elastic deformation dependent on the difference between the two pressures.
Die Druckeingangsöffnungen des Messwerkkörpers sind gewöhnlich durch flexible metallische Trennmembranen verschlossen, welche jeweils einen an einer Außenseite der Trennmembran anstehenden Druck in den hydraulischen Pfad einleiten. Bei Messwerken mit koplanaren Druckeingangsöffnungen liegen die die Druckeingänge nebeneinander auf einer Prozessanschlussfläche des Messwerkkörpers. Solche Messwerke mit koplanaren Druckeingängen sind beispielsweise in
Die Kapillarleitungen sind beispielsweise durch eine umlaufende Schweißnaht druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden und damit jeweils an eine der Druckeingangsöffnungen hydraulisch gekoppelt.The capillary lines are connected, for example by a peripheral weld pressure-tight manner with the measuring body and thus hydraulically coupled to one of the pressure input ports.
Differenzdruckmesszellen sind gewöhnlich darauf optimiert geringe Druckdifferenzen p1–p2 bei großen statischen Drucken p1, p2 zu messen. Hierbei ist es wichtig, die richtige Balance zwischen Empfindlichkeit und Überlastfestigkeit zu finden. So kann beispielsweise für den Messbereich der Druckdifferenz |p1-p2| gelten |p1–p2|/p1 < 1%. Wenn in einer Prozessanlage einer der Drücke p1, p2 entfällt, wird die Messzelle mit dem 100-fachen des Messbereichs belastet. Es sind Differenzdruckmesszellen bekannt, die solchen überlasten standhalten, beruht ein bewährter Schutz der empfindlichen Differenzdruckmesszellen darauf, eine Überlastmembran zur Messzelle parallel zu schalten. Eine Überlastmembran weist eine hinreichend große hydraulische Kapazität auf, um im Falle einer einseitigen Überlast das Volumen einer Übertragungsflüssigkeit in einem hydraulischen Pfad so weit aufzunehmen, dass die Trennmembran dieses hydraulischen Pfads an einem Membranbett zur Anlage kommt, so dass ein weiterer Anstieg des auf die Differenzdruckmesszelle wirkenden Differenzdrucks zuverlässig verhindert ist. Beispiele für Differenzdrucksensoren mit Überlastmembranen sind in
Die genannten Schutzrechte betreffen Differenzdrucksensoren deren hydraulisches Messwerk zwei Trennmembranen an gegenüberliegenden Stirnseiten eines Messwerkkörpers aufweist, wobei eine Überlastmembran zwischen den Trennmembranen angeordnet ist. Dieses Konstruktionsprinzip ist nicht ohne weiteres auf hydraulische Messwerke mit koplanaren Trennmembranen übertragbar. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen, und ein hydraulisches Messwerk mit koplanaren Trennmembranen und einer Überlastmembran bereitzustellen, welches einfach und zuverlässig herzustellen ist.The named rights relate to differential pressure sensors whose hydraulic measuring unit has two separation membranes on opposite end faces of a measuring element body, wherein an overload membrane is arranged between the separation membranes. This design principle is not readily transferable to hydraulic metering stations with coplanar separation membranes. It is therefore the object of the present invention to remedy this situation, and to provide a hydraulic measuring device with coplanar separation membranes and an overload membrane, which is simple and reliable to manufacture.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Messwerk gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und den Differenzdrucksensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 8.The object is achieved by the measuring mechanism according to the independent claim 1 and the differential pressure sensor according to the independent claim. 8
Das erfindungsgemäße hydraulische Messwerk zum Aufnehmen von Differenzdrücken, umfasst:
einen Messwerkkörper mit einer in eine Richtung orientierten Prozessanschlussfläche,
wobei der Messwerkkörper einen ersten hydraulischen Pfad aufweist, der sich von der Prozessanschlussfläche durch den Messwerkkörper zu einer rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers erstreckt,
wobei der Messwerkkörper einen zweiten hydraulischen Pfad aufweist, der sich von der Prozessanschlussfläche durch den Messwerkkörper zu der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers erstreckt;
eine erste Trennmembran, welche den ersten hydraulischen Pfad auf der Seite der Prozessanschlussfläche verschließt;
eine zweite Trennmembran, welche den zweiten hydraulischen Pfad auf der Seite der Prozessanschlussfläche verschließt;
wobei der erste hydraulische Pfad ein erstes Druckrohr aufweist, welches mit aus der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers herausragt;
wobei der zweite hydraulische Pfad ein zweites Druckrohr aufweist, welches aus der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers herausragt;
wobei das erste und das zweite Druckrohr druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Messwerkkörper eine erste Überlastkammer; eine zweite Überlastkamme; und eine elastische Überlastmembran aufweist, wobei die Überlastmembran die erste Überlastkammer von der zweiten Überlastkammer trennt, wobei die erste Überlastkammer mit dem ersten hydraulischen Pfad kommuniziert, und wobei die zweite Überlastkammer mit dem zweiten hydraulischen Pfad kommuniziert.The hydraulic measuring device according to the invention for recording differential pressures comprises:
a measuring body with a unidirectionally oriented process interface,
wherein the meter body has a first hydraulic path extending from the process interface through the meter body to a rear surface of the meter body,
the meter body having a second hydraulic path extending from the process interface through the meter body to the back surface of the meter body;
a first separation membrane closing the first hydraulic path on the side of the process interface;
a second separation membrane closing the second hydraulic path on the side of the process interface;
wherein the first hydraulic path has a first pressure tube protruding from the rear surface of the measuring body;
wherein the second hydraulic path has a second pressure tube protruding from the rear surface of the measuring body;
wherein the first and the second pressure tube are pressure-tightly connected to the measuring body;
characterized in that
the measuring mechanism body a first overload chamber; a second overload comb; and an elastic overload diaphragm, wherein the overload diaphragm separates the first overload chamber from the second overload chamber, the first overload chamber communicating with the first hydraulic path, and the second overload chamber communicating with the second hydraulic path.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Überlastmembran mit einer umlaufenden Fügestelle mit einem Trägerkörper verbunden, wobei die Fügestelle in einer zur Prozessanschlussfläche parallelen Ebene verläuft.In one development of the invention, the overload diaphragm is connected to a peripheral joint with a carrier body, wherein the joint runs in a plane parallel to the process connection surface.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Messwerkkörper einen Grundkörper, einen ersten Trennmembrankörper und einen zweiten Trennmembrankörper,
wobei die erste Trennmembran mit dem ersten Trennmembrankörper unter Bildung einer ersten Trennmembrankammer zwischen dem ersten Trennmembrankörper und der ersten Trennmembran mit einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist,
wobei die zweite Trennmembran mit dem zweiten Trennmembrankörper unter Bildung einer zweiten Trennmembrankammer zwischen dem zweiten Trennmembrankörper und der zweiten Trennmembran mit einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist,
wobei der erste Trennmembrankörper mit einer der ersten Trennmembran abgewandten Rückseite voran in einer ersten Aufnahme des Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der erste hydraulische Pfad eine Bohrung umfasst, die sich von der ersten Trennmembrankammer durch den ersten Trennmembrankörper erstreckt, und
wobei der zweite Trennmembrankörper mit einer der zweiten Trennmembran abgewandten Rückseite voran in einer zweiten Aufnahme des Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der zweite hydraulische Pfad eine Bohrung umfasst, die sich von der zweiten Trennmembrankammer durch den zweiten Trennmembrankörper erstreckt.In a development of the invention, the measuring mechanism body comprises a main body, a first separating membrane body and a second separating membrane body,
wherein the first separation membrane is pressure-tightly connected to the first separation membrane body to form a first separation membrane chamber between the first separation membrane body and the first separation membrane with a circumferential joint,
wherein the second separation membrane is pressure-tightly connected to the second separation membrane body to form a second separation membrane chamber between the second separation membrane body and the second separation membrane with a peripheral joint,
wherein the first separation membrane body is disposed with a rear side facing away from the first separation membrane first in a first receptacle of the body and pressure-tightly connected to the body along a peripheral joint, wherein the first hydraulic path comprises a bore extending from the first separation membrane chamber through the first separation membrane body extends, and
wherein the second separation membrane body is arranged with a rear side facing away from the second separation membrane in a second receptacle of the body and pressure-tightly connected to the body along a peripheral joint, wherein the second hydraulic path comprises a bore extending from the second separation diaphragm chamber through the second separation membrane body extends.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen der erste und der zweite Trennmembrankörper jeweils ein korrugiertes Membranbett auf.According to one embodiment of the invention, the first and the second separation membrane body each have a corrugated membrane bed.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Trennmembranen jeweils auf dem Membranbett eines Trennmembrankörpers abgeprägt.According to one embodiment of the invention, the separation membranes are each imprinted on the membrane bed of a separation membrane body.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Messwerkkörper einen Verschlusskörper, der in einer komplementären Aufnahme des Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der Verschlusskörper eine Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als eine auslenkbare Fläche der Überlastmembran, und wobei durch den Verschlusskörper eine der beiden Überlastkammern verschlossen wird.In a further development of the invention, the measuring element body comprises a closure body, which is arranged in a complementary receptacle of the base body and pressure-tightly connected to the main body along a circumferential joint, wherein the closure body has a cross-sectional area which is greater than a deflectable surface of the overload membrane, and wherein is closed by the closure body one of the two overload chambers.
Insbesondere der Grundkörper oder der Verschlusskörper können als Trägerkörper für die Überlastmembran dienen.In particular, the main body or the closure body can serve as a carrier body for the overload membrane.
In einer Weiterbildung der Erfindung verläuft zumindest einer der hydraulischen Pfade durch eine Überlastkammer, d. h. die Überlastkammer weist eine erste Öffnung auf, über welche sie mit einer Trennmembran kommuniziert, und eine zweite Öffnung, über welche sie mit einem Druckrohr kommuniziert.In one development of the invention, at least one of the hydraulic paths passes through an overload chamber, d. H. the overload chamber has a first port through which it communicates with a separation diaphragm and a second port through which it communicates with a pressure tube.
In einer Weiterbildung der Erfindung ragt eines der Druckrohre auf der Rückseite des Messwerkkörpers aus dem Verschlusskörper heraus, wobei ein anderes der Druckrohre auf der Rückseite des Messwerkkörpers aus dem Grundkörper herausragt, wobei der Abstand der Druckrohre an der Rückseite des Messwerkkörpers geringer ist als der Durchmesser der auslenkbaren Fläche der Überlastmembran, insbesondere geringer als der halbe Durchmesser und bevorzugt geringer als ein Viertel des Durchmessers.In one development of the invention, one of the pressure pipes protrudes from the closure body on the rear side of the measuring unit body, another one of the pressure pipes protruding from the base body on the rear side of the measuring unit body, wherein the distance between the pressure pipes at the rear side of the measuring unit body is less than the diameter of the deflectable surface of the overload diaphragm, in particular less than half the diameter and preferably less than a quarter of the diameter.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind das erste Druckrohr und das zweite Druckrohr von der Seite der Prozessanschlussfläche her druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden, insbesondere im Bereich der ersten und der zweiten Aussparung.According to one embodiment of the invention, the first pressure tube and the second pressure tube from the side of the process connection surface forth pressure-tightly connected to the Meßwerkkörper, in particular in the region of the first and the second recess.
Durch das Herstellen der druckdichten Verbindung zwischen einem Druckrohr und dem Messwerkkörper von der Seite der Prozessanschlussfläche her, werden insbesondere umlaufende Verbindungsverfahren wie beispielsweise Schweißen nicht durch das jeweils andere Rohr, welches rückseitig aus dem Messwerkkörper herausragt, behindert.By producing the pressure-tight connection between a pressure tube and the measuring element body from the side of the process connection surface, in particular circumferential connection methods such as welding are not hampered by the respective other tube, which protrudes from the back of the measuring body.
Der erfindungsgemäße Differenzdrucksensor umfasst ein erfindungsgemäßes hydraulisches Messwerk; und eine Differenzdruckmesszelle, wobei die Differenzdruckmesszelle einen Messzellenkörper mit zwei Messkammern in seinem Innern aufweist, die durch eine Messmembran voneinander getrennt sind, wobei die Messkammern jeweils eine Messkammeröffnung aufweisen, wobei eine erste der Messkammern druckdicht an das erste Druckrohr angeschlossen und durch das erste Druckrohr mit einem ersten Druck beaufschlagbar ist, wobei eine zweite der Messkammern druckdicht an das zweite Druckrohr angeschlossen und durch das zweite Druckrohr mit einem zweiten Druck beaufschlagbar ist, wobei die Messmembran in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck elastisch verformbar ist, wobei die Differenzdruckmesszelle einen Wandler aufweist, zum Bereitstellen eines von der Verformung der Messmembran abhängigen Signals.The differential pressure sensor according to the invention comprises a hydraulic measuring mechanism according to the invention; and a differential pressure measuring cell, wherein the differential pressure measuring cell has a measuring cell body with two measuring chambers in its interior, which are separated by a measuring diaphragm, wherein the measuring chambers each have a measuring chamber, wherein a first of the measuring chambers pressure-tight connected to the first pressure tube and through the first pressure tube with a first pressure can be acted upon, wherein a second of the measuring chambers pressure-tightly connected to the second pressure tube and can be acted upon by the second pressure tube with a second pressure, wherein the measuring diaphragm in response to a difference between the first pressure and the second pressure is elastically deformable, wherein the differential pressure measuring cell comprises a transducer for Providing a dependent of the deformation of the measuring membrane signal.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Differenzdruckmesszelle von den Druckrohren gehalten.According to one embodiment of the invention, the differential pressure measuring cell is held by the pressure pipes.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen die beiden Druckrohre jeweils eine Verzweigung auf, wobei jeweils ein Zweig eines Druckrohrs an eine der Messkammern angeschlossen ist, und wobei der jeweils andere Zweig eines Druckrohrs eine verschließbare Befüllöffnung zum Befüllen der jeweils mit dem Zweig kommunizierenden Volumina des Differenzdrucksensors mit einer Übertragungsflüssigkeit aufweist.According to one embodiment of the invention, the two pressure pipes each have a branch, wherein in each case a branch of a pressure tube is connected to one of the measuring chambers, and wherein the respective other branch of a pressure tube a closable filling opening for filling each communicating with the branch volumes of the differential pressure sensor a transmission fluid.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist der Messwerkkörper zwei verschließbare Befüllöffnungen auf, von denen jeweils eine mit einer Druckeingangsöffnung kommuniziert, wobei die Befüllöffnungen vorgesehen sind zum Befüllen der jeweils mit ihnen kommunizierenden Volumina des Differenzdrucksensors mit einer Übertragungsflüssigkeit.According to another embodiment of the invention, the measuring mechanism body has two closable filling openings, one of which in each case communicates with a pressure input opening, wherein the filling openings are provided for filling the respectively communicating with them volumes of the differential pressure sensor with a transmission liquid.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:The invention will now be explained with reference to the embodiments illustrated in the drawings. It shows:
Das in
Die zweite Überlastkammer
Die asymmetrische Führung der hydraulischen Pfade
Das Ausführungsbeispiel in
Um die Differenzdruckmesszelle
Die zweite Überlastkammer
Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, weshalb die Ausführungen zum zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend für das dritte Ausführungsbeispiel gelten, wobei sich die Bezugszeichen entsprechender Komponenten des dritten Ausführungsbeispiels von denen des zweiten Ausführungsbeispiels um 100 unterscheiden. Der Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen besteht nun darin dass im dritten Ausführungsbeispiel die Druckrohre
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