DE102015216624A1 - Drucksensoranordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung - Google Patents

Drucksensoranordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102015216624A1
DE102015216624A1 DE102015216624.4A DE102015216624A DE102015216624A1 DE 102015216624 A1 DE102015216624 A1 DE 102015216624A1 DE 102015216624 A DE102015216624 A DE 102015216624A DE 102015216624 A1 DE102015216624 A1 DE 102015216624A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
membrane
pressure sensor
sensor arrangement
pressure
legs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102015216624.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Klehr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102015216624.4A priority Critical patent/DE102015216624A1/de
Priority to EP16706176.1A priority patent/EP3344967B1/de
Priority to PCT/EP2016/053820 priority patent/WO2017036608A1/de
Priority to CN201680046978.9A priority patent/CN107923808B/zh
Priority to US15/755,943 priority patent/US10612990B2/en
Publication of DE102015216624A1 publication Critical patent/DE102015216624A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0048Details about the mounting of the diaphragm to its support or about the diaphragm edges, e.g. notches, round shapes for stress relief
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007Fluidic connecting means
    • G01L19/0023Fluidic connecting means for flowthrough systems having a flexible pressure transmitting element
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007Fluidic connecting means
    • G01L19/0038Fluidic connecting means being part of the housing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0618Overload protection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627Protection against aggressive medium in general

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drucksensoranordnung (1) mit einem Rohr (2), in dessen Querschnitt eine mit dem zu messenden Druck beaufschlagte Membran (3) angeordnet ist. Die Membran (3) weist im mittleren Bereich eine hohe Biegesteifigkeit auf und ist im Randbereich (6) in axialer Richtung federnd im Rohr (2) gelagert. Zur federnden Lagerung dienen vorzugsweise zwei Schenkel (7, 8; 17, 18), die an ihren einander zugewandten Seiten mit Dehnungsaufnehmern (9, 10) zur Erfassung einer axialen, vom zu messenden Druck abhängigen Verschiebung der Membran (3) versehen sind. Das hat den Vorteil, dass die Aufnehmer (9, 10) nicht in Kontakt zum Prozessmedium sind und keine druckdichte Durchführung für elektrische Signale erforderlich ist. Die Drucksensoranordnung (1) zeichnet sich durch einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau aus und ist vorteilhaft bei Messumformern zur Prozessinstrumentierung verwendbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drucksensoranordnung mit einem Rohr, in dessen Querschnitt eine mit dem zu messenden Druck beaufschlagte Membran angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 9.
  • In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Messumformer dienen zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge, Füllstand, Dichte oder Gaskonzentration eines Mediums. Durch Stellglieder kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer beispielsweise von einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder einer Leitstation vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt. Insbesondere in verfahrenstechnischen Anlagen stellen Druckmessumformer wesentliche sensorische Komponenten im Rahmen von automatisierten Produktionsabläufen dar. Im Hinblick auf ein optimales Anlagenverhalten und eine dauerhaft hohe Produktqualität sind qualitativ hochwertige Messumformer notwendig, die auch unter extremen Bedingungen langzeitstabile und wenig fehlerbehaftete Messwerte liefern.
  • Aus der DE 196 08 321 C2 ist eine Drucksensoranordnung mit einem Überlastschutzsystem bekannt, die als Aufnehmer oder Messzelle in einem Messumformer für Differenzdruck eingesetzt werden kann. Die bekannte Messzelle ist ölbefüllt, sodass der eigentliche Drucksensor von einem eventuell aggressiven Prozessmedium getrennt ist. Das Überlastschutzsystem besteht aus mehreren zueinander korrespondierenden Membranen sowie einer exakt daran angepassten Ölbefüllung. Die Konstruktion einer derartigen Messzelle ist daher vergleichsweise aufwendig und es werden zur Herstellung der Messzelle eine Vielzahl von Schweißprozessen benötigt. Zudem unterliegen die Toleranzketten der Teilegeometrie, der Materialeigenschaften und der Schweißparameter hohen Genauigkeitsanforderungen. Die elektrischen Kontaktierungen des eigentlichen Drucksensors müssen beispielsweise über hochdruckfeste Glasdurchführungen aus dem druckbeaufschlagten Innenraum der Messzelle nach außen zu einer Elektronikeinheit geführt werden, in welcher die Signalverarbeitung zur Bestimmung des Druckmesswerts durchgeführt wird. Die Messzelle ist zudem nur bedingt vakuumfest und auch nur für einen vergleichsweise eingeschränkten Temperaturbereich einsetzbar. Bei Hygieneanwendungen, in denen die Gefahr einer Ölkontamination des Prozessmediums unbedingt vermieden werden muss, kann die Messzelle nicht verwendet werden.
  • Eine weitere Drucksensoranordnung ist aus der EP 2 294 376 B1 bekannt. Dort wird zur Druckerfassung eine Membran mit mehreren zueinander abgewinkelten Membranabschnitten verwendet. Ein Membranabschnitt ist als Trennmembran im Querschnitt eines Druckrohrs angeordnet und ein dazu abgewinkelter Membranabschnitt als Seitenwandmembran im Bereich der Druckrohrwandung. Eine an der Trennmembran anliegende Druckdifferenz führt zu deren Deformation, die sich aufgrund eines festen Winkels zwischen den beiden Membranabschnitten auf die Seitenwandmembran überträgt, sodass die dadurch bedingte Deformation der Seitenwandmembran ebenfalls die Druckverhältnisse innerhalb des Druckrohrs wiedergibt. Mittel zum Erfassen einer Membrandeformation werden auf der Außenseite der Seitenwandmembran angeordnet, damit diese nicht in Kontakt zum Medium, dessen Druck gemessen werden soll, stehen. Aufgrund der Anordnung des ersten Membranabschnitts als Trennmembran im Querschnitt des Rohrs kann die bekannte Drucksensoranordnung sowohl als Absolutdrucksensor eingesetzt werden als auch als Differenzdrucksensor, je nachdem, ob auf der einen Seite der Trennmembran ein definierter Referenzdruck anliegt oder die Trennmembran beidseitig mit einem Messdruck beaufschlagt wird. Die bekannte Drucksensoranordnung ist für einen Einsatz im Rahmen der Überwachung von Dieselpartikelfiltern vorgesehen, um den Abgasdruck vor und hinter dem Partikelfilter zu messen und so den Stand seiner Beladung zu ermitteln. Dabei tritt, im Unterschied zur Prozessinstrumentierung, ein allenfalls geringer statischer Druck auf. Bei der beschriebenen Drucksensoranordnung ist jedoch die Differenzdruckmessung vom statischen Druck, der insbesondere zu einer Deformation der Seitenwandmembran führt, in nachteiliger Weise stark abhängig und dessen Kompensation nur unzureichend möglich, da diese eine exakte Positionierung der auf der Rohraußenwand applizierten Dehnungsaufnehmer voraussetzt, die in der Praxis kaum mit der erforderlichen Genauigkeit erreichbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drucksensoranordnung zu schaffen, die sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet und gleichzeitig für einen Einsatz in einem Messumformer zur Prozessinstrumentierung geeignet ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Drucksensoranwendung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, in Anspruch 9 ein Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung beschrieben.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine axiale Verschiebung der Membran, die biegesteif ausgeführt und im Randbereich in axialer Richtung federnd im Rohr gelagert ist, in der Nähe der Rohrwand auftritt und es dadurch möglich ist, diese axiale Verschiebung quasi von außen messtechnisch zu erfassen.
  • Insbesondere gegenüber der Drucksensoranordnung, welche aus der bereits eingangs genannten DE 196 08 321 C2 bekannt ist, hat die neue Anordnung mit einem Rohr, in dessen Querschnitt eine mit dem zu messenden Druck beaufschlagte Membran angeordnet ist, den Vorteil, dass ihr konstruktiver Aufbau erheblich einfacher ist, da keine Ölfüllung, kein korrespondierendes Überlastschutzsystem, keine druckfeste Glasdurchführung und weniger Schweißverbindungen erforderlich sind. Ein Sensor zur Erfassung der axialen Verschiebung der Membran kann in vorteilhafter Weise außerhalb des medienberührten Raumes angeordnet werden, sodass es zu keiner Interaktion zwischen Sensor und Füllöl oder Prozessmedium kommen kann. Dadurch wird eine Drucksensoranordnung mit hoher Langzeitstabilität und robustem Design erhältlich.
  • Da kein Füllöl verwendet wird, treten bei der neuen Drucksensoranordnung die genannten Probleme einer beschränkten Vakuumfestigkeit, eines vergleichsweise eingeschränkten Temperaturbereichs und einer fehlenden Eignung für Hygieneanwendungen bei einem mit der neuen Drucksensoranordnung ausgestatteten Messumformer nicht mehr auf.
  • Eine vorteilhaft einfache Gestaltung einer in axialer Richtung, d. h. in einer Richtung parallel zur Rohrachse, federnden Lagerung der Membran im Rohr, kann erhalten werden, wenn diese durch eine Aufhängung mit zwei im Wesentlichen parallel zur Membranebene verlaufenden, bezüglich der Rohrachse rotationssymmetrisch ausgeführten Schenkeln realisiert ist.
  • Alternativ dazu können die beiden Schenkel der Membranaufhängung um einen Winkel gegenüber der Membranebene geneigt sein. Das kann beispielsweise erreicht werden, indem zwei ursprünglich parallele Schenkel durch eine mechanische Vorspannung aus ihrer parallelen Lage, die auch als Nulllage bezeichnet werden kann, verschoben werden. Damit sind die beiden Schenkel immer außerhalb ihrer Nulllage, sowohl bei Nulldruck als auch über den gesamten Druckmessbereich. Eine derartige Winkellage der Schenkel hat den Vorteil, dass einem möglichen Knackfroscheffekt, d. h. einer sprungförmigen axialen Verschiebung der Membran bei Überschreiten der Nulllage, vorgebeugt werden kann. Der beschriebene Knackfroscheffekt könnte ohne diese Maßnahme eventuell zu einer Hysterese in einem durch die Mittel zur Erfassung der Verschiebung gewonnenen Messsignal führen.
  • Wenn die Stirnseite der Membran zur Ausbildung der beiden Schenkel mit einer in radialer Richtung in die Membran hineinragenden Nut versehen ist, hat dies den Vorteil, dass bei besonders einfacher Konstruktion und aufwandsarmer Herstellung eine Aufhängung mit zwei flachen, im Wesentlichen parallel zueinander liegenden bzw. – bei der oben beschriebenen Vorspannung der Schenkel – angewinkelten Ringscheiben als Federung erhalten wird, deren Anordnung in Schnittansicht ähnlich einem Parallelogramm bzw. ähnlich einem Trapez mit kleinem Öffnungswinkel der Schenkel ist.
  • Prinzipiell können verschiedenste Messmethoden zur Erfassung der axialen, vom zu messenden Druck abhängigen Verschiebung der Membran verwendet werden. Beispielsweise kann eine optische Messung mittels Laser, eine kapazitive Messung mit geeignet angebrachten Elektroden, eine magnetische oder eine Ultraschallmessung zum Einsatz kommen. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch eine Ausgestaltung der Erfindung erwiesen, bei welcher Dehnungsaufnehmer auf den beiden Innenseiten der Schenkel, d. h. den einander zugewandten Schenkelseiten, zur Erfassung der von der Verschiebung der Membran abhängigen Biegung der Schenkel appliziert werden. Das hat den Vorteil, dass die beiden Dehnungsaufnehmer, die in der vorliegenden Anmeldung auch als Sensoren bezeichnet werden, in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt werden. Während der eine Sensor nämlich eine Dehnung erfährt, wird der auf der gegenüberliegenden Seite applizierte Sensor gestaucht. Die beiden Sensoren erzeugen somit ein gegenläufiges Messsignal, das zur Bestimmung der Verschiebung und damit des zu messenden Drucks durch eine sich anschließende Signalverarbeitung ausgewertet werden kann. Damit wird in vorteilhafter Weise eine Kompensation von Temperatureinflüssen oder des statischen Drucks ermöglicht.
  • Ein Überlastschutz, durch welchen bei starker Druckbelastung eine plastische Verformung oder ein Bersten der Schenkel verhindert werden kann, ist mit besonders einfachen konstruktiven Mitteln erhältlich, wenn zur Begrenzung der Membranverschiebung über den Umfangsbereich der Membran verteilte mechanische Anschläge vorgesehen sind. In besonders vorteilhafter Weise sind die Maßnahmen zum Überlastschutz vom Prozessmedium getrennt und insbesondere bei aggressiven Medien geschützt, wenn die mechanischen Anschläge zwischen den Schenkeln angeordnet und mit Zapfen oder Stegen realisiert sind, die mit dem Rohr mechanisch steif verbunden sind und in dazu korrespondierende Ausnehmungen an der Stirnseite der Membran hineinragen. Ebenso getrennt vom Prozessmedium und zudem mit einem besonders geringen Herstellungsaufwand verbunden ist ein Überlastschutz gemäß einer Ausführungsform, bei welcher die Membran an ihrer Stirnseite eine umlaufende Nut aufweist, in welche ein dazu korrespondierender Steg, der am Rohr befestigt ist, zur Realisierung eines mechanischen Anschlags hineinragt.
  • Aufgrund der Robustheit, Druck- und Vakuumfestigkeit sowie ihrer Unempfindlichkeit gegenüber statischem Druck und Temperatur ist die neue Drucksensoranordnung besonders für einen Einsatz als Messzelle oder Aufnehmer in einem Messumformer zur Prozessinstrumentierung geeignet.
  • Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Drucksensoranordnung,
  • 2 einen Randbereich einer Drucksensoranordnung im Längsschnitt
  • 3 den Randbereich gemäß 2 bei Belastung,
  • 4 den Randbereich gemäß 2 bei Überlast,
  • 5 einen Randbereich einer Drucksensoranordnung mit vorgespannten Schenkeln,
  • 6 einen Längsschnitt eines Schenkels zur Verdeutlichung des Verhaltens bei statischem Druck,
  • 7 einen Längsschnitt eines Schenkels mit Überlastschutz bezüglich statischem Druck und
  • 8 eine Explosionszeichnung zur Verdeutlichung einer Montagemöglichkeit einer Drucksensoranordnung.
  • In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In der perspektivischen Ansicht gemäß 1 ist die prinzipielle Form einer Drucksensoranordnung 1 mit einem Rohr 2, in dessen Querschnitt eine mit dem zu messenden Druck beaufschlagte Membran 3 angeordnet ist, gut erkennbar. Bei einer Verwendung der dargestellten Drucksensoranordnung 1 in einem Druckmessumformer zur Prozessinstrumentierung können die beiden Enden 4 und 5 des Rohrs 2 jeweils mit einer in 1 nicht dargestellten Kappe verschlossen werden, über welche Prozessmedium mit dem zu messenden Druck einer Seite der Membran 3 bei einem Absolutdrucksensor oder beiden Seiten der Membran 3 bei einem Differenzdrucksensor zugeführt werden kann. Eine Elektronikeinheit zur Auswertung der durch die Drucksensoranordnung 1 erzeugten, vom jeweils zu messenden Druck abhängigen elektrischen Signale kann auf herkömmliche Art und Weise gestaltet sein und ist ebenfalls in 1 nicht dargestellt. In 1 wird deutlich, dass sich der konstruktive Aufbau einer Differenzdruckmesszelle bei Verwendung einer Membran 3, die im Randbereich 6 in axialer Richtung federnd im Rohr 2 gelagert ist, gegenüber einer herkömmlichen Messzelle mit Überlastschutzsystem und Füllöl als Druckmittler erheblich vereinfacht. Das Prozessmedium wird im Falle eines Differenzdruckmessumformers direkt auf beide Seiten der Membran 3 geführt, es wird keine Ölfüllung und keine aufwendige Konstruktion eines Überlastschutzsystems benötigt, Schweißprozesse sind in nur geringem Umfang erforderlich und eine druckfeste Glasdurchführung für elektrische Signale kann entfallen. Zudem können Rohr 2 und Membran 3 überwiegend durch Drehen gefertigt werden. Die Abmessungen der Messzelle können so gestaltet werden, dass sie im Hinblick auf ihre mechanischen Schnittstellen zu den übrigen Komponenten eines Messumformers kompatibel zu herkömmlichen Messzellen ist, sodass lediglich die Messzelle, d. h. die gezeigte Drucksensoranordnung 1, ausgetauscht werden muss und Flanschteile, Gehäuse etc. vom herkömmlichen Messumformer übernommen werden können. Bei der Membran 3 handelt es sich um eine vergleichsweise dicke Membranscheibe mit im mittleren Bereich hoher Biegesteifigkeit, die im Randbereich 6 mit einer Nut versehen ist. Durch die mittig angebrachte Nut entstehen zwei Schenkel gleicher Dicke, von denen in 1 lediglich ein Schenkel 7 sichtbar ist. Die beiden Schenkel haben eine geringere Biegesteifigkeit und sorgen so für die erwähnte, in axialer Richtung federnde Lagerung der Membran 3.
  • In 2 sind in dem gezeigten Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Anordnung 1 die beiden Schenkel 7 und 8, die im Schnittbild ähnlich einem Parallelogramm sind, gut sichtbar. Zwei Dehnungsaufnehmer 9 und 10 sind auf den einander zugewandten Seiten der Schenkel 7 und 8 an Orten appliziert, die bei einer axialen Verschiebung der Membran 3 hohen mechanischen Spannungen ausgesetzt sind. Die beiden Schenkel 7 und 8 verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen parallel zur Mittenebene der Membran 3. Ein mechanischer Anschlag zur Begrenzung der Verschiebung bei Überlast ist durch eine in die Stirnseite der Membran 3 eingearbeitete, umlaufende Nut 11 realisiert, in welche ein dazu korrespondierender Steg 12, der eine geringere Breite hat, hineinragt. Der Steg 12 ist biegesteif ausgeführt und Bestandteil eines Überlastrings 13, der mit dem Rohr 2 fest verbunden ist.
  • Liegt beispielsweise auf der linken Seite der Membran 3 ein höherer Druck 14 als auf der rechten Seite an, erfährt die Membran 3 eine Verschiebung in Richtung parallel zur Rohrachse, wie sie in 3 dargestellt ist. Dabei werden die beiden Dehnungsaufnehmer 9 und 10 mechanischen Spannungen ausgesetzt, die unterschiedliche Vorzeichen besitzen. Während der linke Dehnungsaufnehmer 9 eine Stauchung erfährt, wird der rechte Dehnungsaufnehmer 10 gestreckt. Liegt abweichend von der dargestellten Situation auf der rechten Seite der Membran 3 ein höherer Druck an, verhält es sich entsprechend umgekehrt und der linke Sensor 9 wird gestreckt, während der rechte Sensor 10 gestaucht wird. Die beiden Sensoren oder Dehnungsaufnehmer 9 und 10 erzeugen somit gegenläufige Messsignale, die in üblicher Weise ausgewertet werden können. Fehler aufgrund von Störgrößen, beispielsweise der Temperatur oder des statischen Drucks, können somit weitgehend kompensiert werden.
  • Bei Belastung der Membran 3 mit einem Druck 15, der die Grenze zur Überlast überschreitet, wird eine übermäßige Bewegung der Membran 3 durch einen mechanischen Anschlag verhindert, da der biegesteife Steg 12 an einer Seitenwand der Nut 11 anschlägt. Eine übermäßige Verschiebung der Membran 3 in entgegengesetzter Richtung wird auf analoge Weise verhindert. Sensoren 9 und 10 sowie mechanischer Anschlag zum Überlastschutz kommen vorteilhaft mit einem Prozessmedium nicht in Berührung.
  • Die Druckempfindlichkeit der beschriebenen Anordnung 1 ist unter anderem abhängig von der Fläche der Membran 3, die aufgrund ihrer rotationssymmetrischen Ausführung durch den Membrandurchmesser gekennzeichnet ist, der Wandstärke der Schenkel 7 und 8, mit welchen die Membran 3 im Rohr 2 in axialer Richtung verschiebbar aufgehängt ist, sowie der Länge der Schenkel 7 und 8 in bezüglich der Geometrie der Membran 3 radialer Richtung. Durch Dimensionierung dieser Parameter können weitgehend beliebig wählbare Druckmessbereiche realisiert werden. Die Messzelle ist trocken, d. h. ohne Ölfüllung, hat einen relativ einfachen Aufbau und kann bei segmentierter Ausführung des Überlastrings 13 (2) weitgehend aus einem Stück gedreht werden. Ferner ist die Messzelle in vorteilhafter Weise vakuumfest und kann in einem weiten Temperaturbereich betrieben werden, der vorwiegend durch die Eigenschaften der Sensoren 9 und 10 begrenzt wird.
  • Gemäß der in 5 gezeigten alternativen Ausgestaltung der Drucksensoranordnung besteht die Möglichkeit, die federnde Lagerung einer Membran 16 mit zwei Schenkeln 17 und 18 zu realisieren, die gegenüber der Ebene der Membran 16 um einen kleinen Winkel geneigt sind. Zur Aufrechterhaltung der dazu erforderlichen Vorspannung kann ein Überlastring 19, der beidseitig mit einem Rohr 21 verbunden ist, mit einem kleinen Vorsprung 22 versehen sein, durch welchen die Schenkel 17 und 18 gespreizt werden. Die beschriebene Vorspannung kann nachträglich beim Zusammenbau der Drucksensoranordnung realisiert werden, basierend auf Drehteilen, die ähnlich den bereits zuvor beschriebenen sind.
  • Zur Vermeidung des Knackfroscheffekts können Schenkel abweichend von dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel auch um einen Winkel mit entgegengesetztem Vorzeichen gegenüber der Membranebene geneigt sein, sodass der Abstand der beiden Schenkel mit steigender Entfernung von der Rohrachse kleiner wird.
  • Statischer Druck liegt gleichzeitig auf beiden Seiten der Membran 3 an und führt zu einer im Wesentlichen S-förmigen Verformung der Schenkel, wie sie am Beispiel des Schenkels 7 in 6 verdeutlicht ist. Die beschriebene Drucksensoranordnung ist vorteilhaft in der Lage, auch den statischen Druck zu messen. Dies ist möglich, da sich unter statischem Druck beide Schenkel der Membranaufhängung zueinander spiegelsymmetrisch verbiegen. Beide Druckaufnehmer, nämlich der in 6 dargestellte Druckaufnehmer 9 sowie der nicht dargestellte Druckaufnehmer des gegenüberliegenden Schenkels, erfahren dabei eine Stauchung und geben somit ein gleichgerichtetes Sensorsignal ab, welches auch als Common Mode Signal bezeichnet wird. Die Membran 3 selbst bleibt währenddessen an derselben Stelle, solange der Differenzdruck unverändert ist.
  • Anhand 7 wird ein erweiterter Überlastschutz erläutert. Dieser begrenzt die Verformung des Schenkels 7, wenn bei sehr großem Druck der Schenkel 7 der Membranaufhängung droht, sich übermäßig durchzubiegen. In diesem Fall legt sich der Schenkel 7 auf eine dafür vorgesehene Stützkontur 24 eines Stegs 23 auf und eine weitere Verbiegung wird vermieden.
  • Anhand 8 wird ein mögliches Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoranordnung erläutert: Zunächst werden durch Drehen zwei rotationssymmetrische Rohrhälften 2a und 2b mit Membranhälften 3a bzw. 3b sowie der Überlastring 13 mit dem Steg 12 als jeweils einteilige Bauelemente hergestellt. Auf den Seiten der Schenkel 7 und 8, die im montierten Zustand einander zugewandt sind, werden Dehnungsaufnehmer 9 bzw. 10 appliziert. Zu dem in 8 dargestellten Montagezeitpunkt ist bereits der Überlastring 13 auf die Rohrhälfte 2a aufgeschoben und dort durch eine umlaufende Schweißnaht 24, die beispielsweise mittels Laserschweißen erzeugt wurde, fixiert. Wie in 8 mit Pfeilen angedeutet, wird anschließend die zweite Rohrhälfte 2b mit der Membranhälfte 3b angefügt. Daraufhin werden die beiden Membranhälften 3a und 3b durch eine Punktschweißung an Vertiefungen 25 und 26 miteinander verschweißt. Schließlich werden der Überlastring 13 und die Rohrhälfte 2b durch eine weitere umlaufende Laserschweißnaht an der von außen zugänglichen Stoßstelle miteinander verschweißt. Durch die Punktschweißung werden die beiden Membranhälften 3a und 3b zu einer Membran 3 verbunden. Da die Membran 3 steif ist, sind durch die Punktschweißung keine negativen Einflüsse auf die Messeigenschaften der Drucksensoranordnung zu erwarten, denn die Membran 3 erfährt keine Durchbiegung. Die nötige Präzision beim Zusammenbau kann durch definierte Maßtoleranzen der Drehteile erreicht werden. Durch definierte Anschläge und Verwendung einer geeigneten Schweißvorrichtung ist ein einfacher Zusammenbau bei hoher Präzision möglich.
  • Gemäß einem alternativen Herstellungsverfahren werden Rohr 2 und Membran 3, wie es in 1 dargestellt ist, als einteiliges Drehteil und der Überlastschutz als mehrere Formteile hergestellt. In das Drehteil werden die beiden Sensoren auf den einander zugewandten Seiten der Schenkel appliziert. Anschließend werden die Formteile des Überlastschutzes, die zur Bildung eines mechanischen Anschlags im Randbereich 6 der Membran 3 wie oben beschrieben in die Nut hineinragen, eingepasst und mit dem Rohr 2 verschweißt. Die Formteile können aus zwei Halbkreishälften bestehen, die zusammengesetzt dem oben beschriebenen Überlastring 13 entsprechen, oder aus mehreren, beispielsweise drei, über den Umfangsbereich verteilten Einpassstücken mit jeweils einem in die Nut hineinragenden Zapfen zur Bildung mechanischer Anschläge.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19608321 C2 [0003, 0008]
    • EP 2294376 B1 [0004]

Claims (9)

  1. Drucksensoranordnung mit einem Rohr (2), in dessen Querschnitt eine mit dem zu messenden Druck beaufschlagte Membran (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) im mittleren Bereich eine hohe Biegesteifigkeit aufweist und im Randbereich (6) in axialer Richtung federnd im Rohr (2) gelagert ist und dass Mittel (9, 10) zur Erfassung einer axialen, vom zu messenden Druck (14) abhängigen Verschiebung der Membran (3) vorhanden sind.
  2. Drucksensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Lagerung durch eine Aufhängung mit zwei im Wesentlichen parallel zur Ebene der Membran (3) verlaufenden, bezüglich der Rohrachse rotationssymmetrischen Schenkeln (7, 8) realisiert ist.
  3. Drucksensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Lagerung durch eine Aufhängung mit zwei um einen Winkel gegenüber der Ebene der Membran (3) geneigten, bezüglich der Rohrachse rotationssymmetrischen Schenkeln (17, 18) realisiert ist.
  4. Drucksensoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite der Membran (3) zur Ausbildung der beiden Schenkel (7, 8; 17, 18) mit einer in radialer Richtung in die Membran hineinragenden Nut (11) versehen ist.
  5. Drucksensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schenkel (7, 8; 17, 18) auf ihren einander zugewandten Seiten mit Dehnungsaufnehmern (9, 10) zur Erfassung der von der Verschiebung der Membran (3) abhängigen Biegung der Schenkel (7, 8; 17, 18) versehen sind.
  6. Drucksensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Membranverschiebung über den Umfangsbereich der Membran verteilte mechanische Anschläge vorgesehen sind.
  7. Drucksensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Anschläge mit Zapfen oder Stegen (12, 20) realisiert sind, die mit dem Rohr (2, 21) mechanisch steif verbunden sind und in dazu korrespondierende Ausnehmungen (11) an der Stirnseite der Membran (3, 16) hineinragen, die zwischen den Schenkeln (7, 8; 17, 18) angeordnet sind.
  8. Drucksensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Membranverschiebung die Membran (3, 16) zwischen den Schenkeln (7, 8; 17, 18) eine umlaufende Nut (11) aufweist, in welche ein dazu korrespondierender Steg (12), der mit dem Rohr (2) mechanisch steif verbunden ist, zur Realisierung eines mechanischen Anschlags hineinragt.
  9. Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer Drucksensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
DE102015216624.4A 2015-08-31 2015-08-31 Drucksensoranordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung Ceased DE102015216624A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015216624.4A DE102015216624A1 (de) 2015-08-31 2015-08-31 Drucksensoranordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung
EP16706176.1A EP3344967B1 (de) 2015-08-31 2016-02-24 Drucksensoranordnung sowie messumformer zur prozessinstrumentierung mit einer derartigen drucksensoranordnung
PCT/EP2016/053820 WO2017036608A1 (de) 2015-08-31 2016-02-24 Drucksensoranordnung sowie messumformer zur prozessinstrumentierung mit einer derartigen drucksensoranordnung
CN201680046978.9A CN107923808B (zh) 2015-08-31 2016-02-24 压力传感器装置以及具有这种压力传感器装置的用于过程仪表设备的测量变换器
US15/755,943 US10612990B2 (en) 2015-08-31 2016-02-24 Pressure sensor assembly and measurement converter for process instrumentation comprising the pressure sensor assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015216624.4A DE102015216624A1 (de) 2015-08-31 2015-08-31 Drucksensoranordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015216624A1 true DE102015216624A1 (de) 2017-03-02

Family

ID=55411383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015216624.4A Ceased DE102015216624A1 (de) 2015-08-31 2015-08-31 Drucksensoranordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10612990B2 (de)
EP (1) EP3344967B1 (de)
CN (1) CN107923808B (de)
DE (1) DE102015216624A1 (de)
WO (1) WO2017036608A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017202896A1 (de) 2017-02-22 2018-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Durchflussmessanordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Durchflussmessanordnung
DE102017125333A1 (de) 2017-10-27 2019-05-02 Samson Ag Drucksensoranordnung
DE102018215851B3 (de) 2018-09-18 2019-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Druck- oder Durchflussmesszelle

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015223784A1 (de) * 2015-11-30 2017-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Drucksensoranordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung
RU2733509C2 (ru) * 2018-05-28 2020-10-02 Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа-Югры "Сургутский государственный университет" Мембранный узел датчика давления
JP6968121B2 (ja) * 2019-04-26 2021-11-17 株式会社鷺宮製作所 圧力センサ

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3108017C2 (de) * 1981-03-03 1988-07-07 Fissler Gmbh, 6580 Idar-Oberstein Druckanzeigeeinrichtung an einem Dampfdruckkochtopf
DE9300776U1 (de) * 1993-01-21 1993-05-06 Reime, Gerd, 7542 Schömberg Drucksensor zur Messung eines Gas- oder Flüssigkeitsdrucks
DE19608321C2 (de) 1996-02-22 2002-01-24 Abb Patent Gmbh Differenzdruckmeßumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem
DE60126726T2 (de) * 2000-12-08 2007-11-08 Gambro Industries S.A.S. Druckmessvorrichtung mit einem motorisierten Kraftsensor und Steuerverfahren dafür
EP2294376B1 (de) 2008-06-26 2012-06-20 Robert Bosch GmbH Drucksensoranordnung
DE102013101177A1 (de) * 2013-02-06 2014-08-07 Borgwarner Beru Systems Gmbh Brennraumdruckmessgerät
DE202015100525U1 (de) * 2014-10-22 2015-02-26 Peter Lell Trennschalter für hohe Gleich- oder Wechselströme bei hohen Spannungen

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4333753A1 (de) * 1993-10-04 1994-05-11 Bosch Gmbh Robert Kapazitiver Differenzdrucksensor
US5796007A (en) * 1996-09-23 1998-08-18 Data Instruments, Inc. Differential pressure transducer
EP1254356A1 (de) * 2000-02-11 2002-11-06 Rosemount, Inc. Ölfreier differenzdrucksensor
JP3845615B2 (ja) * 2002-03-12 2006-11-15 アドバンス電気工業株式会社 流量センサー
DE202004009330U1 (de) * 2004-06-07 2004-08-19 EBM Brosa Messgeräte GmbH & Co. KG Drucksensor für abrasive Medien
CN101464198B (zh) * 2007-12-18 2011-01-19 上海朝辉压力仪器有限公司 一种隔膜式耐高温压力传感器
JP5897940B2 (ja) * 2012-03-14 2016-04-06 アズビル株式会社 圧力センサチップ
CN102967408B (zh) * 2012-11-27 2014-05-28 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种具有应力消除作用的电容薄膜压力传感器
CN103471760B (zh) * 2013-09-18 2015-06-10 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种力敏谐振元件的制造方法
CN103759880B (zh) * 2014-01-27 2016-03-02 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种采用无引线封装结构的soi绝压敏感器件
DE102015100525A1 (de) 2015-01-14 2016-07-14 SCHÜCO International KG Verfahren zur Montage einer Pfosten-Riegel-Konstruktion und Pfosten-Riegel-Konstruktion

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3108017C2 (de) * 1981-03-03 1988-07-07 Fissler Gmbh, 6580 Idar-Oberstein Druckanzeigeeinrichtung an einem Dampfdruckkochtopf
DE9300776U1 (de) * 1993-01-21 1993-05-06 Reime, Gerd, 7542 Schömberg Drucksensor zur Messung eines Gas- oder Flüssigkeitsdrucks
DE19608321C2 (de) 1996-02-22 2002-01-24 Abb Patent Gmbh Differenzdruckmeßumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem
DE60126726T2 (de) * 2000-12-08 2007-11-08 Gambro Industries S.A.S. Druckmessvorrichtung mit einem motorisierten Kraftsensor und Steuerverfahren dafür
EP2294376B1 (de) 2008-06-26 2012-06-20 Robert Bosch GmbH Drucksensoranordnung
DE102013101177A1 (de) * 2013-02-06 2014-08-07 Borgwarner Beru Systems Gmbh Brennraumdruckmessgerät
DE202015100525U1 (de) * 2014-10-22 2015-02-26 Peter Lell Trennschalter für hohe Gleich- oder Wechselströme bei hohen Spannungen

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017202896A1 (de) 2017-02-22 2018-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Durchflussmessanordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Durchflussmessanordnung
DE102017202896B4 (de) 2017-02-22 2019-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Durchflussmessanordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Durchflussmessanordnung
US10571317B2 (en) 2017-02-22 2020-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Flow measurement arrangement including a flow tube and an elastically deformable orifice plate with strain sensors
DE102017125333A1 (de) 2017-10-27 2019-05-02 Samson Ag Drucksensoranordnung
DE102018215851B3 (de) 2018-09-18 2019-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Druck- oder Durchflussmesszelle
WO2020058315A1 (de) 2018-09-18 2020-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Druck- oder durchflussmesszelle
US11898889B2 (en) 2018-09-18 2024-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Pressure and flow rate measuring cell

Also Published As

Publication number Publication date
EP3344967A1 (de) 2018-07-11
US20180252605A1 (en) 2018-09-06
US10612990B2 (en) 2020-04-07
EP3344967B1 (de) 2020-01-01
WO2017036608A1 (de) 2017-03-09
CN107923808B (zh) 2019-12-06
CN107923808A (zh) 2018-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015216624A1 (de) Drucksensoranordnung sowie Messumformer zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Drucksensoranordnung
EP3344966B1 (de) Drucksensoranordnung sowie messumformer zur prozessinstrumentierung mit einer derartigen drucksensoranordnung
EP3384263B1 (de) Drucksensoranordnung sowie messumformer zur prozessinstrumentierung mit einer derartigen drucksensoranordnung
DE102008033337A1 (de) Druckmittler und Druckmessgerät mit einem solchen Druckmittler
DE2709834A1 (de) Kapazitiver druckfuehler
WO2007143986A1 (de) Drehmomentmessflansch
DE102014201529A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Druckmessumformers sowie Druckmessumformer
DE102014102719A1 (de) Differenzdruckmessaufnehmer
DE102018002221A1 (de) Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Formveränderung eines Batteriekörpers einer Fahrzeugbatterie sowie Verfahren zum Erfassen einer Formveränderung eines Batteriekörpers einer Fahrzeugbatterie
DE102015104365A1 (de) Drucksensor
DE102006034086B4 (de) Kraftmessdose
DE2631025B2 (de) Differenzdruck-Mefiumformer
DE102009024576B4 (de) Differenzdrucksensor
DE102017105969A1 (de) Kraftsensorvorrichtung
EP0686839A2 (de) Anhängerkupplung mit einem Kraftaufnehmer
DE102015220755A1 (de) Kugelgelenk
DE102011002900A1 (de) Druckmessumformer
DE2429124C3 (de) Differenzdruck-Meßgerät
DE102012217390A1 (de) Wegaufnehmermodul und Kraftmessdose
DE102007057694B4 (de) Leckageerkennung bei einem Gehäuse eines elektronischen Steuergeräts
DE102008000439B4 (de) Druckwandler mit einer Membran
DE102020129183A1 (de) Druckmessgerät und Verfahren zur Herstellung eines Druckmessgeräts
EP2920495B1 (de) Dichtring und druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen dichtring
DE102010035965A1 (de) Druckmessumformer
DE102014212766A1 (de) Differenzdruckmessumformer mit einem Überlastschutzsystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final