DE102016209773A1 - Throttling element for damping pressure pulses of a fluid medium in a measuring chamber to a pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Drosselelement (40) zum Dämpfen von Druckpulsen eines fluiden Mediums in einem Messraum (34) auf einen Drucksensor (10) vorgeschlagen. Das Drosselelement (40) ist zum Anordnen in einer Öffnung (36) einer den Messraum (34) begrenzenden Wand (38) ausgebildet. Das Drosselelement (40) weist mindestens einen Dämpfungskanal (42) auf. Der Dämpfungskanal (42) ist zum Bilden einer Fluidverbindung des Messraums (34) mit einem Druckkanal (22) zum Zuführen des fluiden Mediums zu einem Sensorelement (30) des Drucksensors (10) ausgebildet.A throttle element (40) for damping pressure pulses of a fluid medium in a measuring space (34) to a pressure sensor (10) is proposed. The throttle element (40) is designed to be arranged in an opening (36) of a wall (38) delimiting the measuring space (34). The throttle element (40) has at least one damping channel (42). The damping channel (42) is designed to form a fluid connection of the measuring space (34) with a pressure channel (22) for supplying the fluid medium to a sensor element (30) of the pressure sensor (10).
Description
Stand der Technik State of the art
In verschiedenen Bereichen der Technik, wie beispielsweise den Naturwissenschaften oder der Medizintechnik, müssen eine oder mehrere Eigenschaften fluider Medien erfasst werden. Hierbei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften der fluiden Medien, also der Gase und/oder Flüssigkeiten, handeln, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Strömungseigenschaften oder Ähnliches. Ein wichtiges Beispiel, auf welches die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist die Erfassung eines Drucks des fluiden Mediums. Drucksensoren sind beispielsweise aus
Ein weiterer Drucksensor ist aus der
Solch ein Drosselelement ist zur Dämpfung von Druckpulsen vorgesehen, die auf den Drucksensor und insbesonderes das Sensorelement wirken. Eine Druck-Dämpfungsfunktion ist üblicherweise erforderlich zur Vermeidung von Vorschädigung und mechanischen Brüchen der empfindlichen Silizium- Chip-Membran des Drucksensors, insbesondere bei kritischen Applikationen mit hohen Druckspitzen, Pulsationen und Neigung zu Dampfblasenbildung in flüssigen Medien. Such a throttle element is provided for damping pressure pulses acting on the pressure sensor and in particular the sensor element. A pressure-damping function is usually required to avoid pre-damage and mechanical fractures of the sensitive silicon chip membrane of the pressure sensor, especially in critical applications with high pressure peaks, pulsations and tendency to vapor bubble formation in liquid media.
Trotz der durch diese Drosselelemente bewirkten Verbesserungen besteht nach wie vor ein Optimierungspotenzial. So muss bei dem zuletzt beschriebenen Drucksensor das Drosselelement zusätzlich mittels vier Laserschweißpunkten in dem Druckanschluss gegen unbeabsichtigtes Herausfallen bei Sensorbetrieb gesichert werden. Dies erhöht die Kosten für die Herstellung derartiger Sensoren deutlich. Nicht alle Anwendungen und Drucksensoren sind derart kritisch, dass sie ein solches Druck-Drosselelement direkt im Drucksensor brauchen. ln vielen Fällen ist diese Druck- Drosselfunktion im Drucksensor nicht erforderlich. Entsprechend mussten bislang Drucksensoren mit und ohne Dämpfungsfunktion hergestellt werden, was die Herstellungskosten erhöht. Despite the improvements brought about by these throttle elements, there is still an optimization potential. Thus, in the last-described pressure sensor, the throttle element must additionally be secured by means of four laser welding points in the pressure connection against unintentional falling out during sensor operation. This significantly increases the cost of manufacturing such sensors. Not all applications and pressure sensors are so critical that they need such a pressure throttle element directly in the pressure sensor. In many cases, this pressure-throttling function is not required in the pressure sensor. Accordingly, pressure sensors with and without damping function had previously to be produced, which increases the manufacturing costs.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es wird dementsprechend ein Drosselelement vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Drucksensoren zumindest weitgehend vermeidet, das kostengünstiger herzustellen ist und zugleich Druckspitzen und Kavitationseffekte durch Dampfblasenbildung an der Sensorchipmembran vermeidet. Accordingly, a throttle element is proposed which at least largely avoids the disadvantages of known pressure sensors, which is less expensive to produce and at the same time avoids pressure peaks and cavitation effects due to vapor bubble formation on the sensor chip membrane.
Erfindungsgemäß wird ein Drosselelement zum Dämpfen von Druckpulsen eines fluiden Mediums in einem Messraum auf einen Drucksensor vorgeschlagen. Das Drosselelement ist zum Anordnen in einer Öffnung einer den Messraum begrenzenden Wand ausgebildet. Mit anderen Worten weist das Drosselelement eine äußere Form auf, die ein Einsetzen des Drosselelements in die Öffnung des Messraumwand erlaubt. Die Form des Drosselelements, insbesondere dessen äußere Form, kann dabei derart gestaltet werden, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung und Form der Öffnung der Messraumwand das Drosselelement zum Montieren lose eingelegt, eingedrückt, eingepresst, verstemmt, eingeschraubt oder dergleichen wird. Das Drosselelement weist mindestens einen Dämpfungskanal auf. Der Dämpfungskanal ist zum Bilden einer Fluidverbindung des Messraums mit einem Druckkanal zum Zuführen des fluiden Mediums zu einem Sensorelement des Drucksensors ausgebildet. Mit anderen Worten erstreckt sich der Dämpfungskanal derart, dass er eine Verbindung zwischen dem Messraum und dem Druckkanal bildet, so dass das fluide Medium aus dem Messraum durch den Dämpfungskanal in den Druckkanal gelangen kann. According to the invention, a throttle element for damping pressure pulses of a fluid medium in a measuring space to a pressure sensor is proposed. The throttle element is designed to be arranged in an opening of a wall delimiting the measuring space. In other words, the throttle element has an outer shape that allows insertion of the throttle element into the opening of the measuring chamber wall. The shape of the throttle element, in particular its outer shape, can be designed such that depending on the particular application and shape of the opening of the measuring chamber wall, the throttle element for mounting loosely inserted, pressed, pressed, caulked, screwed or the like. The throttle element has at least one damping channel. The damping channel is designed to form a fluid connection of the measuring chamber with a pressure channel for supplying the fluid medium to a sensor element of the pressure sensor. In other words, the damping channel extends in such a way that it forms a connection between the measuring space and the pressure channel, so that the fluid medium can pass from the measuring space through the damping channel into the pressure channel.
Eine äußere Kontur des Drosselements kann einem Innenrand der Öffnung entsprechen. Mit anderen Worten kann die äußere Form des Drosselelements der inneren Form der Öffnung angepasst sein, so dass diese ineinander passen. An outer contour of the throttle element may correspond to an inner edge of the opening. In other words, the outer shape of the throttle element can be adapted to the inner shape of the opening so that they fit together.
Bevorzugt ist die äußere Kontur des Drosselements zum Ausbilden einer fluiddichten Verbindung mit dem Innenrand der Öffnung ausgebildet. Dadurch wird verhindert, dass das fluide Medium außerhalb des Drosselelements in den Druckkanal gelangen kann. Somit wird das gesamte fluide Medium, das in den Druckkanal gelangt, gedämpft. Preferably, the outer contour of the throttle element is formed to form a fluid-tight connection with the inner edge of the opening. This prevents that the fluid medium outside of the throttle element can get into the pressure channel. Thus, the entire fluid medium entering the pressure channel is damped.
Das Drosselelement kann zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, um eine Zylinderachse ausgebildet sein. Der Dämpfungskanal kann zumindest abschnittsweise parallel zu der Zylinderachse oder geneigt, insbesondere senkrecht, zu der Zylinderachse ausgebildet sein. Damit erfolgt eine Umlenkung des fluiden Mediums auf dem Weg von dem Messraum in den Druckkanal, was eine Druckdämpfung bewirkt. The throttle element may be cylindrical, in particular circular-cylindrical, formed around a cylinder axis. The damping channel may be formed at least in sections parallel to the cylinder axis or inclined, in particular perpendicular, to the cylinder axis. This results in a deflection of the fluid medium on the way from the measuring chamber into the pressure channel, which causes a pressure damping.
Das Drosselelement kann zylindrisch mit einer Zylinderform ausgebildet sein, dessen Höhe gleich, größer als oder kleiner als dessen Durchmesser ist. Damit kann das Drosselelement entsprechend den baulichen Vorgaben der Messraumwand ausgebildet sein. Ist die Höhe kleiner als der Durchmesser, ist das Drosselelement scheibenförmig. Unter einer Scheibenform ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Form ähnlich einer Scheibe zu verstehen. Unter einer Scheibe ist dabei ein Zylinder zu verstehen, dessen Radius deutlich größer als dessen Dicke ist. Beispielsweise ist der Radius um mindestens den Faktor 2 größer als die Dicke des Zylinders. The throttle element may be formed cylindrically with a cylindrical shape whose height is equal to, greater than or smaller than the diameter thereof. Thus, the throttle element according to the structural specifications of the measuring chamber wall be educated. If the height is smaller than the diameter, the throttle element is disk-shaped. In the context of the present invention, a disk shape is to be understood as meaning a shape similar to a disk. A disk is to be understood as meaning a cylinder whose radius is significantly greater than its thickness. For example, the radius is at least a factor of 2 greater than the thickness of the cylinder.
Das Drosselelement kann mindestens zwei abgerundete Seitenflächen und mindestens zwei sich gegenüberliegende abgeflachte Seitenflächen aufweisen, wobei sich der Dämpfungskanal parallel oder geneigt zu einer Richtung erstreckt, die die zwei abgeflachten Seitenflächen senkrecht verbindet. Dadurch wird das fluide Medium mehrfach umgelenkt und gedämpft. The throttle element may have at least two rounded side surfaces and at least two opposing flattened side surfaces, wherein the damping channel extends parallel or inclined to a direction perpendicularly connecting the two flattened side surfaces. As a result, the fluid medium is deflected and damped several times.
Das Drosselelement kann mehrere Dämpfungskanäle aufweisen. Die Dämpfungskanäle können versetzt bezüglich einer Außenfläche des Drosselements ausgebildet sein. Die Dämpfungskanäle können miteinander in Verbindung stehen. Dadurch wird das fluide Medium mehrfach gedämpft kann aber mit einem vergleichsweisen großen Volumenstrom durch das Drosselelement strömen. The throttle element may have a plurality of damping channels. The damping channels can be offset relative to an outer surface of the throttle element. The damping channels can communicate with each other. As a result, the fluid medium is damped several times but can flow with a comparatively large volume flow through the throttle element.
Das Drosselelement als Tiefziehbaueil ausgebildet ist. Dadurch kann das Drosselelement kostengünstig hergstellt werden. The throttle element is designed as Tiefziehbaueil. As a result, the throttle element can be manufactured inexpensively.
Das Drosselement kann ein Außengewinde aufweisen. Dadurch kann das Drosselelement durch Einschrauben sicher in der Wand des Messraums befestigt werden. The throttle element may have an external thread. Thereby, the throttle element can be securely fixed by screwing in the wall of the measuring chamber.
Das Drosselement kann ausgebildet sein, sich in einem Zustand, in dem der Drucksensor an oder in der Wand angebracht ist, außerhalb der Druckkanals angeordnet zu sein. Entsprechend ist das Drosselelement separat von dem Drucksensor vorgesehen. The throttle element may be configured to be located outside the pressure channel in a state in which the pressure sensor is mounted on or in the wall. Accordingly, the throttle element is provided separately from the pressure sensor.
Da ein Drucksensor und das Drosselelement als separate Bauteile oder als Set vertrieben werden können, wird auch ein Drucksensorsystem vorgeschlagen, das einen Drucksensor zum Erfassen eines Drucks eines fluiden Mediums in einem Messraum und ein Drosselelement umfasst. Der Drucksensor weist ein Sensorelement zum Erfassen des Drucks des fluiden Mediums, einen Druckanschluss, mittels dessen der Drucksensor an oder in einer den Messraum begrenzendend Wand anbringbar ist und einen Druckkanal zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Sensorelement auf. Das Drosselelement ist ausgebildet in einem Zustand, in dem der Drucksensor an oder in der Wand angebracht ist, außerhalb der Druckkanals angeordnet zu sein. Since a pressure sensor and the throttle element can be distributed as separate components or as a set, a pressure sensor system is also proposed, which comprises a pressure sensor for detecting a pressure of a fluid medium in a measuring space and a throttle element. The pressure sensor has a sensor element for detecting the pressure of the fluid medium, a pressure port, by means of which the pressure sensor can be attached to or in a wall delimiting the measuring chamber, and a pressure channel for supplying the fluid medium to the sensor element. The throttle element is formed in a state where the pressure sensor is mounted on or in the wall to be located outside the pressure passage.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, die Vielfalt an Drucksensortypen dadurch zu reduzieren, dass das Drosselelement als separates Bauteil vorgesehen wird, das an der Montageschnittstelle des Drucksensors angebracht wird. Dadurch kann ein und der selbe Sensortyp mit und ohne Drämpfungsfunktion versehen werden in Abhängigkeit davon, ob das Drosselelement installiert wird oder nicht. A basic idea of the present invention is to reduce the variety of pressure sensor types by providing the throttle element as a separate component which is attached to the mounting interface of the pressure sensor. As a result, one and the same sensor type can be provided with and without a drip function, depending on whether the throttle element is installed or not.
Das Drosselelement kann in den gängigen Ausführungen symmetrisch gestaltet werden, so dass eine gerichtete Zuführung bei der Montage nicht erforderlich ist. Das Drosselelement kann bei Bedarf, je nach Systemgeometrie auch an jeder anderen geeigneten Stelle im anwendungsseitigen Druckkanal eingebaut werden. Eine einfache Baukastengestaltung mit verschiedenen Baugrößen und Ausführungsformen möglich ist. The throttle element can be made symmetrical in the common designs, so that a directed feed during assembly is not required. If required, the throttle element can also be installed at any other suitable point in the application-side pressure channel, depending on the geometry of the system. A simple modular design with different sizes and embodiments is possible.
Systembedingt auftretende hohe Druckpulse werden durch die speziell gestaltete Geometrie eines vor dem Drucksensor eingebauten Drosselelements mehrfach umgelenkt und gedämpft und kommen so nur noch in stark abgeschwächter unschädlicher Druckhöhe an die empfindliche Silizium-Chip-Membran des Drucksensors. Due to the specially designed geometry of a throttle element installed in front of the pressure sensor, system-induced high pressure pulses are redirected and damped several times and thus only reach the sensitive silicon chip diaphragm of the pressure sensor at a considerably weaker harmless pressure level.
Das Drosselelementist bevorzugt aus korrosionsbeständigem Edelstahl hergestellt. Das Drosselelement kann als Präge- I Stanzteil hergestellt werden. Durch gegebenenfalls andere Herstellverfahren des Drosselelements können sich noch leichte Geometrieänderungen ergeben, die allerdings keinen signifikanten Einfluss auf die Funktion haben sollten. Alternativ kann auch ein entsprechend medienbeständiger formstabiler Kunststoff eingesetzt werden. The throttle element is preferably made of corrosion-resistant stainless steel. The throttle element can be produced as a stamped I stamped part. Optionally, other manufacturing methods of the throttle element may still slight changes in geometry result, but should have no significant effect on the function. Alternatively, a correspondingly media-resistant dimensionally stable plastic can be used.
Das Sensorelement kann Teil eines Drucksensormodul sein. Unter einem Drucksensormodul ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein vormontiertes Modul mit einem Sensorelement, welches die eigentlichen Messsignale bezüglich des Drucks und/oder der Messwerte liefert, die zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums genutzt werden, und weiteren Bauteilen zu verstehen. Beispielsweise kann das Sensorelement eine als Messbrücke ausgebildete Sensormembran mit einem oder mehreren piezoresistiven Elementen und/oder anderen Arten von sensitiven Elementen umfassen, wie dies bei Drucksensoren üblich ist. Für weitere mögliche Ausgestaltungen von derartigen Drucksensoren kann auf den oben beschriebenen Stand der Technik, insbesondere auf
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Further optional details and features of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.
Es zeigen: Show it:
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Der Druckanschluss
Das Sensorgehäuse
Der Drucksensor
Das Drosselelement
Es wird explizit betont, dass das Drosselelement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |