DE102014212765A1 - Differential pressure transmitter with an overload protection system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessumformer mit einem Überlastschutzsystem für einen Drucksensor (7), wobei das Überlastschutzsystem ein Gehäuse (2) mit einer Ausnehmung aufweist, die durch eine Überlastmembran (3) in zwei Kammern (4, 5) unterteilt ist. Damit ein Drucksensor (7) mit asymmetrischer Messspanne eingesetzt werden kann, ist die Überlastmembran (3) mit zumindest einer Versteifungsscheibe (8) versehen, so dass die Steifigkeit der Überlastmembran (3) bei einer Durchbiegung in der einen Biegerichtung größer als bei einer Durchbiegung in der anderen Biegerichtung ist und das Überlastsystem je nach Vorzeichen des Differenzdrucks bei unterschiedlichen Grenzwerten eingreift.The invention relates to a differential pressure transmitter with an overload protection system for a pressure sensor (7), wherein the overload protection system comprises a housing (2) with a recess which is divided by an overload diaphragm (3) into two chambers (4, 5). So that a pressure sensor (7) with asymmetrical measuring span can be used, the overload diaphragm (3) is provided with at least one stiffening disc (8), so that the stiffness of the overload diaphragm (3) is greater with a deflection in the one bending direction than with a deflection in the other bending direction and the overload system intervenes depending on the sign of the differential pressure at different limits.
Description
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessumformer mit einem Überlastschutzsystem für einen Drucksensor, wobei das Überlastschutzsystem ein Gehäuse mit einer Ausnehmung aufweist, die durch eine Überlastmembran in zwei Kammern unterteilt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a differential pressure transmitter with an overload protection system for a pressure sensor, wherein the overload protection system comprises a housing with a recess which is divided by an overload membrane into two chambers, according to the preamble of claim 1.
Ein derartiger Differenzdruckmessumformer ist bereits aus der
Ein besonderes Problem bei derartigen Differenzdruckmessumformern mit Überlastschutzsystem ist, dass ihre Messspanne durch die elastischen Eigenschaften der Überlastmembran und insbesondere deren mechanische Beanspruchung nach oben begrenzt ist. Die Volumensteifigkeit der Überlastmembran, die durch das Verhältnis einer Druckänderung dP zu einem Verschiebevolumen dV einer Druckübertragungsflüssigkeit bestimmt wird, ist unter anderem vom Durchmesser, der Dicke sowie dem für die Überlastmembran verwendeten Material abhängig. Das maximale Verschiebevolumen wird auch als Volumenkapazität der Überlastmembran bezeichnet. Das aus der oben genannten
Häufig können Drucksensoren, die zur Messung eines Differenzdrucks ausgelegt sind, einem deutlich höheren Differenzdruck ohne Gefahr einer Beschädigung ausgesetzt werden, wenn der höhere Druck auf der Messseite, die auch als +Seite bezeichnet wird, anliegt. Bei einem Differenzdruck mit entgegengesetztem Vorzeichen, das heißt wenn der auf der Referenzseite, die auch als –Seite bezeichnet wird, anliegende Druck größer als der Druck auf der Messseite ist, kann dagegen nur ein wesentlich geringerer Überlastdruck ohne Gefahr von Beschädigungen auf dem Drucksensor zugelassen werden. Zudem gibt es in prozesstechnischen Anlagen Anwendungsfälle, in welchen ein Einsatz von Differenzdruckmessumformern mit unsymmetrischer Messspanne vorteilhaft ist. Für derartige Einsatzfälle, könnte eine Lösung darin gesehen werden, zur Messung des Differenzdrucks zwei getrennte Absolutdrucksensoren vorzusehen und die Differenz der beiden Absolutdruckmesswerte zu berechnen. Eine derartige Lösung wäre jedoch mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden. Frequently, pressure sensors designed to measure a differential pressure can be subjected to a significantly higher differential pressure without the risk of damage if the higher pressure on the measurement side, also referred to as the + side, is applied. In the case of a differential pressure of opposite sign, that is to say when the pressure applied to the reference side, which is also referred to as the side, is greater than the pressure on the measuring side, only a considerably lower overload pressure can be permitted without danger of damage to the pressure sensor , In addition, there are application cases in process engineering plants, in which the use of differential pressure transmitters with unbalanced measuring range is advantageous. For such applications, a solution could be seen to provide two separate absolute pressure sensors for measuring the differential pressure and to calculate the difference between the two absolute pressure readings. Such a solution would be associated with a relatively high cost.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Differenzdruckmessumformer zu schaffen, dessen Überlastschutzsystem asymmetrische Eigenschaften besitzt und bei welchem die oben genannten Nachteile weitgehend vermieden werden. The invention has for its object to provide a differential pressure transducer whose overload protection system has asymmetric properties and in which the above-mentioned disadvantages are largely avoided.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Differenzdruckmessumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beschrieben. To solve this problem, the new differential pressure transmitter of the type mentioned in the characterizing part of claim 1 features. In
Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit vergleichsweise geringem Aufwand ein Überlastschutzsystem für Drucksensoren bereitgestellt wird, die eine einseitig höhere, das heißt unsymmetrische, Messspanne besitzen. Da das asymmetrische Eingreifen des Überlastschutzsystems gemäß der Erfindung durch eine asymmetrische Volumensteifigkeit der Überlastmembran und nicht wie im Stand der Technik durch asymmetrische Gestaltung der Kammern erreicht wird, wird zudem in vorteilhafter Weise der bisherige Nachteil ungleicher Volumina in den beiden Kammern vermieden. Bisher erforderliche Maßnahmen zur Temperaturkompensation beispielsweise durch Vermeidung unterschiedlicher temperaturabhängiger Auslenkungen der Trennmembranen können daher vorteilhaft entfallen. Drucksensoren mit einer Vorzugsmessrichtung können daher ohne großen Mehraufwand gegenüber herkömmlichen, symmetrischen Überlastschutzsystemen mit einem entsprechend asymmetrischen Überlastschutz ausgestattet werden, der die Leistungsfähigkeit des Drucksensors kaum beeinträchtigt. The invention has the advantage that with comparatively little effort, an overload protection system for pressure sensors is provided, which have a one-sided higher, that is unbalanced, span. Since the asymmetric intervention of the overload protection system according to the invention by an asymmetric volume stiffness of the overload membrane and not achieved as in the prior art by asymmetric design of the chambers, also advantageously the previous disadvantage of unequal volumes in the two chambers is avoided. Previously required measures for temperature compensation, for example, by avoiding different temperature-dependent deflections of the separation membranes can therefore be advantageously eliminated. Pressure sensors with a preferred measuring direction can therefore without much additional effort compared to conventional, symmetrical overload protection systems with a correspondingly asymmetric overload protection be equipped, which hardly affects the performance of the pressure sensor.
Die Asymmetrie der Volumensteifigkeit der Überlastmembran wird durch eine beispielsweise kreis- oder kreisringförmige Versteifungsscheibe erhalten, welche bei einer vorzugsweise kreisförmigen Überlastmembran koaxial auf dieser angeordnet sein kann. Bei dieser Art der Anordnung gibt es prinzipiell mehrere Möglichkeiten zum Erhalt einer asymmetrischen Volumensteifigkeit der Überlastmembran, bei welcher die Steifigkeit der Überlastmembran in einer Biegerichtung größer als in der anderen Biegerichtung ist. Beispielsweise ist eine Überlastmembran, auf deren einen Seite eine kreisringförmige Versteifungsscheibe angeordnet ist, wobei die Versteifungsscheibe lediglich am äußeren Rand beispielsweise durch Schweißen auf der Überlastmembran befestigt ist, steifer bezüglich Durchbiegungen in Richtung zur Versteifungsscheibe, da bei derartigen Durchbiegungen die Versteifungsscheibe zum vollständigen Auffliegen auf der Überlastmembran kommt und diese insbesondere im mittleren Bereich stützt. In der entgegengesetzten Richtung bleiben die Biegeeigenschaften der Überlastmembran jedoch weitgehend von einer derartigen Versteifungsscheibe unbeeinflusst, da sich dann die Versteifungsscheibe im inneren Bereich von der Überlastmembran abhebt und somit nur die Überlastmembran mit ihren elastischen Eigenschaften als Federelement wirksam ist. Wird dagegen eine kreisrunde Versteifungsscheibe lediglich in ihrer Mitte mit der Überlastmembran fest verbunden, so ist in umgekehrter Weise die Überlastmembran weicher bei Durchbiegungen in Richtung der Seite, auf welcher sich die Versteifungsscheibe befindet, in der entgegengesetzten Richtung aufgrund der nun aufliegenden Versteifungsscheibe steifer. The asymmetry of the volume stiffness of the overload membrane is obtained by an example circular or annular reinforcing disk, which may be arranged coaxially on a preferably circular overload diaphragm on this. With this type of arrangement, there are in principle several possibilities for obtaining an asymmetric volume stiffness of the overload diaphragm, in which the rigidity of the overload diaphragm is greater in one bending direction than in the other bending direction. For example, an overload membrane, on one side of an annular reinforcing disc is arranged, wherein the stiffening plate is attached only at the outer edge, for example by welding on the overload diaphragm, stiffer with respect to deflections towards the stiffening disk, since in such deflections, the stiffening disc to fully fly on the Overload membrane comes and this supports in particular in the middle area. In the opposite direction, however, the bending properties of the overload membrane largely remain unaffected by such a stiffening disk, since then the stiffening disc in the inner region of the overload diaphragm stands out and thus only the overload diaphragm with its elastic properties as a spring element is effective. If, on the other hand, a circular stiffening disk is firmly connected only in its center to the overload diaphragm, the overload diaphragm is, in the opposite direction, softer for deflections in the direction of the side on which the stiffening disk is stiffer in the opposite direction due to the now resting stiffening disk.
Besonders einfach herstellbar ist ein Überlastschutzsystem mit asymmetrischen Eigenschaften, wenn die Versteifungsscheibe kreisförmig und in ihrer Kreismitte punktuell mit der Überlastmembran beispielsweise durch eine Punktschweißung verbunden ist. Ein derartiges Überlastschutzsystem zeichnet sich durch besonders geringe Herstellungskosten aus. Die Versteifungsscheibe besitzt dabei einen kleineren Durchmesser als die Überlastmembran, so dass ihr Rand bei einer Durchbiegung der Überlastmembran in Richtung der Seite, auf welcher die Versteifungsscheibe befestigt ist, in der Kammer axial beweglich ist, ohne die Innenwand der Kammer zu berühren. An overload protection system with asymmetrical properties is particularly easy to produce if the stiffening disk is connected in a circular manner and in its circular center at points to the overload diaphragm, for example by spot welding. Such an overload protection system is characterized by particularly low production costs. The stiffening disk has a smaller diameter than the overload diaphragm, so that its edge is axially movable in the chamber during a deflection of the overload diaphragm in the direction of the side on which the stiffening disk is mounted, without touching the inner wall of the chamber.
Falls eine weitere Steigerung der Asymmetrie des Überlastschutzsystems erforderlich ist, können zusätzliche Versteifungsscheiben auf derselben Seite nach Art eines Schichtaufbaus ergänzt werden oder es kann auf der gegenüberliegenden Seite der Überlastmembran eine kreisringförmige Versteifungsscheibe aufgelegt werden, welche dann, wie bereits oben beschrieben, in ihrem Randbereich mit der Überlastmembran fest verbunden ist. If a further increase in the asymmetry of the overload protection system is required, additional stiffening discs can be added on the same side in the manner of a layer structure or it can be placed on the opposite side of the overload diaphragm, an annular stiffening disc, which then, as already described above, in its edge region the overload diaphragm is firmly connected.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert. With reference to the drawings, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.
Bei großem Überdruck beispielsweise auf der Seite der Messdruckkammer
Die Funktion der Versteifungsscheibe
Ist dagegen, wie in
In vorteilhafter Weise wird somit ein Überlastschutzsystem erhalten, welches je nach Vorzeichen des zu messenden Differenzdrucks bei unterschiedlichen Druckgrenzwerten eingreift und dennoch aufgrund der weitgehend symmetrischen Gestaltung der Kammern
Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel können in einem Schichtaufbau mehrere Versteifungsscheiben übereinander angeordnet werden oder es können bei jeweils abweichender Art der Befestigung Versteifungsscheiben auf beiden Seiten der Überlastmembran angeordnet sein. Notwithstanding the embodiment shown, a plurality of stiffening discs can be arranged one above the other in a layer structure or stiffening discs can be arranged on both sides of the overload diaphragm in each case different type of attachment.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19608321 A1 [0002, 0003] DE 19608321 A1 [0002, 0003]
- EP 1714126 B1 [0005] EP 1714126 B1 [0005]
Claims (2)
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DE102014212765.3A DE102014212765A1 (en) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Differential pressure transmitter with an overload protection system |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102014212765A1 true DE102014212765A1 (en) | 2015-01-29 |
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DE102014212765.3A Ceased DE102014212765A1 (en) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Differential pressure transmitter with an overload protection system |
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- 2014-07-02 DE DE102014212765.3A patent/DE102014212765A1/en not_active Ceased
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