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Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks eines Prozessmediums.
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Druckmessgeräte dienen zur Messung des Drucks und/oder zur Steuerung, Regelung und/oder Automatisierung eines in einer Automatisierungsanlage ablaufenden Prozesses. Druckmessgeräte werden in der Automatisierungstechnik in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt, z.B. in der Chemie und in der Lebensmittelindustrie, um nur einige wichtige Anwendungsgebiete zu nennen.
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Ein Druckmessgerät weist üblicherweise eine Druckmesszelle und eine mit der Druckmesszelle verbundene Sensorelektronik auf. Die Druckmesszelle umfasst einen elektromechanischen Wandler, der die Reaktion eines druckempfindlichen Elementes in ein elektrisches Signal umwandelt, das über die Sensorelektronik aufgenommen und einer weiteren Auswertung und/oder Verarbeitung zugänglich ist.
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Das Druckmessgerät kann als Absolutdruckmessgerät oder als Relativdruckmessgerät ausgestaltet sein. Während bei einem Absolutdruckmessgerät ein zu messender Druck absolut, d. h. als Druckunterschied gegenüber dem Vakuum erfasst wird, erfasst ein Relativdrucksensor den Druck eines Prozessmediums relativ zu einem Referenzdruck. Üblicherweise handelt es sich bei dem Referenzdruck um den Atmosphärendruck, der am Installationsort des Druckmessgeräts herrscht.
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In zunehmendem Maße werden zur Druckmessung der halbleiter-, insbesondere siliziumbasierte druckempfindliche Messelemente eingesetzt, deren Auslenkung infolge der Druckeinwirkung piezoresistiv, kapazitiv oder optoelektronisch bestimmt wird. Da siliziumbasierte druckempfindliche Messelemente nicht inert gegenüber aggressiven und korrosiven Prozessmedien sind, liegt der zu messende Druck nicht unmittelbar an dem druckempfindlichen Element an, sondern wird über einen Druckmittler, bestehend aus einer Trennmembran und einem Grundkörper, hydraulisch zum druckempfindlichen Element der Druckmesszelle übertragen. Damit der Druck möglichst unverfälscht zum druckempfindlichen Element übertragen wird, ist zwischen der Trennmembran und dem Membranbett eine Druckkammer ausgebildet, die mit einer inkompressiblen Übertragungsflüssigkeit, insbesondere einem Hydrauliköl, gefüllt ist. Über einen sich anschließenden hydraulischen Pfad bzw. über eine Kapillare wird der auf die Trennmembran wirkende Druck auf das drucksensitive Element übertragen.
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Während der Messdruck des Prozessmediums über die Trennmembran an der dem Prozess zugewandten Fläche des drucksensitiven Elements des Relativdrucksensors anliegt, wird die dem Prozess abgewandte Fläche des drucksensitiven Elements mit Vakuum oder dem Atmosphären-/Relativdruck beaufschlagt. Die Beaufschlagung des drucksensitiven Elements mit einem gasförmigen Medium, üblicherweise Luft, erfolgt über eine geeignete Zuführöffnung bzw. über einen Referenzkanal.
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Gasförmige Medien haben üblicherweise einen gewissen Feuchtigkeitsanteil, der abhängig ist von der am Messort herrschenden Temperatur. Zwar ist der Referenzluftkanal im Außenbereich üblicherweise durch ein Filter verschlossen, jedoch sind handelsübliche Filter nicht in der Lage, die Feuchtigkeit vollständig aus dem gasförmigen Medium herauszufiltern. Folglich gelangt mit der Luft Feuchtigkeit in den Innenraum des Relativdrucksensors und zu dem drucksensitiven Element und der Messschaltung. Je größer der für das gasförmige, feuchte Medium zu Verfügung stehende Innenraum des Gehäuses ist (also je größer das sog. Pumpvolumen ist), umso größer ist die Menge des gasförmigen Mediums und somit die in dem Gehäuse befindliche Feuchtigkeitsmenge.
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Ist die Temperatur in der Umgebung des Messorts höher als die Temperatur im Innenraum des Gehäuses, so besteht die Gefahr, dass im Innenraum des Gehäuses der Taupunkt unterschritten wird und Kondensatbildung auftritt. Das Kondensat sammelt sich im Innenraum des Gehäuses. Da das drucksensitive Element und die im Innenraum des Gehäuses befindlichen elektronischen Komponenten der Sensorelektronik sehr empfindlich gegenüber Feuchtigkeit sind, ist es wichtig, einen Drucksensor kondensatfest auszugestalten, also derart auszugestalten, dass keine Kondensatbildung im Innenraum des Drucksensors erfolgt. Lagert sich im Innenraum des Gehäuses nämlich Kondensat ab, so hat dies negative Auswirkungen auf die Messperformance des Drucksensors.
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Eine Möglichkeit, das Eindringen von Feuchtigkeit in den Innenraum eines Drucksensors zu verhindern, ist aus der
DE 103 16 033 A1 bekannt geworden. Bei der bekannten Lösung besteht der Zuführkanal für die Referenzluft aus mehreren Komponenten: zwei Röhrchen, die an definierten Bereichen im Innenraum des Drucksensors angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Röhrchen ein Schlauch angeordnet ist. Über einen Spalt im Innenraum des Drucksensors und eine im Gehäuse vorgesehene Bohrung steht die vom Prozess abgewandten Oberfläche des drucksensitiven Elements mit der Atmosphäre im Außenraum des Drucksensors in Verbindung.
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Bei der Lösung, die aus der
DE 10 2011 080 142 A1 bekannt geworden ist, wird die Kondensatsperre durch eine relativ lange Eingangskapillare und ein Zeolith-Modul realisiert. Auch hier weist der Referenzluftkanal eine Bohrung im Gehäuse und einen Schlauch auf. Der Referenzluftkanal verläuft im Gehäuseinnern durch einen Formkörper, der aus einem die Feuchtigkeit adsorbierenden Material gefertigt ist. Der Formkörper ist so ausgestaltet, dass er mindestens 40% des freien Volumens des Innenraums des Drucksensor ausfüllt. Der Formkörper ist in der Lage, die über die Referenzluftzuführung eindringende Feuchtigkeit zu adsorbieren und somit eine Kondensation von Wasser im Innenraum des Drucksensors über Jahre hinweg effektiv zu verhindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach zu fertigenden, kondensatfesten Referenzdrucksensor vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Drucksensor zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks eines Prozessmediums mit einer Druckmesszelle mit einem drucksensitiven Element und mit einem der Druckmesszelle vorgelagerten Druckmittler, über den der Druck des Prozessmediums auf die dem Prozess zugewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements der Druckmesszelle übertragen wird. Die Druckmesszelle ist in einem becherförmigen Gehäuse angeordnet, wobei das becherförmige Gehäuse mit der Druckmesszelle und der Druckmittler in einem Prozessadaptergehäuse angeordnet sind. Die vom Prozess abgewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements ist über einen Referenzluftkanal, bestehend aus einer Zuführöffnung in dem becherförmigen Gehäuse, einem ringförmigen Luftspalt und einer Referenzluftöffnung in der Wandung eines Gehäuseadapters, mit Referenzluft beaufschlagbar. Ein Dichtsystem ist zwischen dem becherförmigen Gehäuse und dem Prozessadaptergehäuse und/oder dem Gehäuseadapter derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass ein mit Referenzluft beaufschlagter Volumenbereich im Innenraum des Drucksensors unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt. Alternativ ausgedrückt, ist der mit Referenzluft beaufschlagte Volumenbereich minimiert.
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Minimiert heißt in diesem Zusammenhang, dass die in dem durch das Dichtsystem räumlich beschränkten Volumenbereich vorhandene Referenzluft, die üblicherweise einen gewissen Feuchteanteil aufweist, so gering ist, dass unter keinen Bedingungen eine Kondensatbildung in dem Volumenbereich und insbesondere im Bereich des drucksensitiven Elements und einer entsprechenden Messschaltung auftritt. Oder in anderen Worten: Durch die Minimierung/Reduzierung des Referenzluftkanals im Innenraum des Drucksensors ist es möglich, das Pumpvolumen so zu reduzieren, dass eine Kondensatbildung im Innenraum des Drucksensors - möglichst - vollständig vermieden wird bzw. auf ein tolerierbares Maß reduziert wird. Daher ist der Drucksensor kondensatfest, und es kommt zu keiner negativen Beeinflussung der Mess-Performance des Drucksensors durch Kondensatbildung. Die Messschaltung - in einer der aus dem Stand der Technik bekannten Ausgestaltungen - stellt anhand der Verformung des drucksensitiven Elements ein Messsignal zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks des Prozessmediums zur Verfügung.
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Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksensors ist eine Zuführöffnung für den Referenzdruck in der vom Prozess abgewandten Stirnfläche des becherförmigen Gehäuses angeordnet. Von der Druckmesszelle aus gesehen, verläuft die Zuführöffnung für den Referenzdruck bevorzugt axial und ist anschließend im Wesentlichen radial durch das becherförmige Gehäuse bzw. dessen Stirnbereich geführt. Weiterhin ist gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors vorgesehen, dass der Gehäuseadapter eine im Wesentlichen radial verlaufende Zuführöffnung aufweist, die bezüglich der Zuführöffnung in dem die Druckmesszelle aufnehmenden becherförmigen Gehäuse in axialer Richtung versetzt angeordnet ist. Es versteht sich von selbst, dass die Zuführöffnung im Gehäuseadapter auch gegen die radiale Ausrichtung geneigt verlaufen kann.
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Zwischen den beiden Zuführöffnungen erfolgt die Referenzluftzufuhr durch einen ringförmigen Spalt zwischen der Außenwand des becherförmigen Gehäuses und der Innenwand des Gehäuseadapters und/oder der Innenwand des Prozessadaptergehäuses. Der ringförmige Luftspalt ist durch das axial angeordnete Dichtsystem in seiner Länge begrenzt, so dass sich die Referenzluft nur in einem beschränkten Volumenbereich im Innenraum des Drucksensors befindet. Durch den Versatz der beiden Zuführöffnungen lässt sich die Länge des Weges, den die Referenzluft im Innenraum des Drucksensors nehmen muss, vergrößern, ohne dass es zu einer vergleichbaren Zunahme des Volumenbereichs für die Referenzluft kommt. Dies ist für die Eigensicherheit des Drucksensors von großer Wichtigkeit, die später noch näher beschrieben wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksensors schlägt vor, dass die durch das becherförmigen Gehäuse verlaufende im Wesentlichen radiale Zuführöffnung in den durch das Dichtsystem begrenzten Teilbereich des Luftspalts zwischen becherförmigem Gehäuse und Prozessadaptergehäuse und/oder Gehäuseadapter mündet. Die Zuführöffnung in dem becherförmigen Gehäuse und die Referenzluftzuführung im Gehäuseadapter kommunizieren miteinander über den ringförmigen Luftspalt. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Einzelkomponenten recht einfach zu fertigen und zu montieren sind. Im einfachsten Fall werden die üblicherweise aus Edelstahl bestehenden Komponenten über einen Drehprozess gefertigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors wird vorgeschlagen, dass der Druckmittler und die Druckmesszelle federnd in dem Prozessadaptergehäuse und/oder in dem Gehäuseadapter gelagert sind. Die federnde Lagerung erfolgt im einfachsten Fall über das Dichtsystem. In einer Weiterbildung ist die federnde Lagerung verstärkt durch ein Formteil aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material. Das Formteil ist zwischen dem becherförmigen Gehäuse und dem Prozessadaptergehäuse und/oder dem Gehäuseadapter angeordnet und so ausgestaltet ist, dass es das Dichtsystem, bevorzugt bestehend aus vier O-Ringen oder eingespritzten Weichkomponenten, in axialer und radialer Richtung fixiert. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da infolge der federnden Lagerung die drucksensitiven Komponenten des Drucksensors von Störeinflüssen aus der Umgebung weitgehend mechanisch entkoppelt sind.
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Wie bereits zuvor angedeutet, sind die Länge und die Breite der Zuführöffnungen - insbesondere des ringförmigen Luftspalts zwischen dem becherförmigen Gehäuse und dem Prozessadaptergehäuse und/oder dem Gehäuseadapter - so gewählt, dass der Drucksensor die Anforderungen für einen Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich erfüllt. Beispielsweise ist der Drucksensor eigensicher und erfüllt z.B. die Zündschutzart Ex-d. Die Dicke des Spalts ist darüber hinaus so bemessen, dass erstens eine sichere Montage der Komponenten gewährleistet ist und dass zweitens für den spezifizierten Temperaturbereich des Drucksensors gewährleistet ist, dass die benachbarten Komponenten aufgrund von Wärmeausdehnung nicht miteinander in Kontakt kommen.
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Durch die entsprechend angepasste Dimensionierung ist stets sichergestellt, dass einerseits im Falle eine Explosion im Innenraum des Drucksensors kein Funke in die ggf. explosive Umgebungsatmosphäre des Drucksensors durchschlagen kann; andererseits liegt an dem drucksensitiven Element stets der Referenzluftdruck an. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, dass der erfindungsgemäße Drucksensor durch vergleichbare konstruktive Merkmale auf einfache Weise sowohl kondensatfest als auch explosionssicher gemacht werden kann. Die erforderliche Kondensatfestigkeit wird durch die Begrenzung des Innenvolumens sichergestellt. Der sichere Explosionsschutz wird insbesondere erreicht über:
- - die Länge und Dicke des Spalts im Referenzluftkanal, und
- - die geeignete dimensionierte Länge und den Durchmesser der Kapillare, die sich im Druckmittler befindet.
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Die zuvor genannte Lösung ist darüber hinaus auch sehr vorteilhaft, da zum Explosionsschutz keine Zusatzkomponenten erforderlich sind, die üblicherweise auch in einem weiteren Arbeitsschritt montiert werden müssen. So ist in der bereits genannten
DE 103 16 033 A1 z.B. offenbart, dass in die Wandung des Gehäuses eine Bohrung eingebracht ist und dass in die Bohrung ein Stift, z.B. aus Metall, eingesetzt werden muss. Nur wenn dieser Stift eingefügt ist, wird die benötigte Zündschutzart für den Einsatz des Druckmessgeräts im explosionsgefährdeten Bereich erreicht. Weiterhin erfolgt der Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Drucksensors und der umgebenden Atmosphäre über den Spalt zwischen Stift und Bohrung. Bei dem Stift handelt es sich um einen gekrümmten Stift, der in die Bohrung eingeschlagen wird. Die Dimensionierung des Spalts ist derart, dass die Bohrung und der in der Bohrung fixierte Stift eine Flammendurchschlagsperre bilden.
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In einer parallelen Patentanmeldung der Anmelderin, die denselben Anmeldetag hat wie die vorliegende Patentanmeldung, liegt der Fokus auf einer modularen Baugruppe, bestehend aus als Druckmittler fungierendem Kapillarbauteil und einem Prozessadaptergehäuse mit Membranbett. Das Kapillarbauteil und das Prozessadaptergehäuse sind nur über eine axiale Schweißnaht zwischen dem Randbereich der Stirnfläche des Kapillarbauteils und dem radial an die Ausnehmung angrenzende Oberflächenbereich des Membranbettes miteinander verbunden. Hierdurch ist das oberhalb des Kapillarbauteils angeordnete drucksensitive Element thermisch weitgehend vom Prozess entkoppelt. Daher haben insbesondere Temperaturschocks, also kurzzeitig auftretenden Temperaturerhöhungen, die während der Fertigung oder im Betrieb des Druckmessgeräts auftreten, keine negativen Auswirkungen auf das Druckmessgerät. Ebenso haben hohe Prozesstemperaturen keine negativen Auswirkungen auf die Messeigenschaften des Druckmessgeräts. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen federnden Lagerung der drucksensitiven Komponenten im Innenraum des Drucksensors sind die drucksensitiven Elemente sowohl thermisch als auch mechanisch vom Prozess und der Umgebung entkoppelt.
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Bei der in der parallelen Patentanmeldung beschriebenen modularen Baugruppe ist die definierte Länge der Kapillare und die Ausgestaltung des korrespondierenden Kapillarbauteils so bemessen, dass ein während der Fertigung des Drucksensors oder während des laufenden Betriebs des Drucksensors auftretender Temperaturschock und/oder eine erhöhte Temperatur des Prozessmediums für das drucksensitive Element unkritisch sind/ist. Je nach Dimensionierung der Kapillare und des Kapillarbauteils ist das entsprechende aufgebaute Druckmessgerät auch im Hochtemperaturbereich einsetzbar. Weiterhin ist die Tiefe der axialen Schweißnaht zwischen dem Endbereich des Kapillarbauteils und dem Membranbett so bemessen, das sie einem maximal auf das Membranbett einwirkenden Druck, z.B. von 700bar, standhält.
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Die Kapillare des Kapillarbauteils bzw. des Druckmittlers erfüllt neben der thermischen Entkopplung auch noch eine weitere Funktion: Die Kapillare ist so dimensioniert, dass das Druckmessgerät im explosionsgefährdeten Bereich zum Einsatz kommen kann. Insbesondere ist die Kapillare so dimensioniert, dass das Druckmessgerät z.B. die Ex-d Anforderungen erfüllt: Bei einer Funkenbildung im Innenraum des Drucksensors, z.B. infolge eines Kurzschlusses, ist sichergestellt, dass ein entstehender Funke innerhalb des Druckmessgeräts verpufft, bevor er in Kontakt mit dem Prozessmedium oder der Umgebungsatmosphäre gelangt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1: einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessgeräts und
- 2: einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessgeräts.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors 1 zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks eines Prozessmediums 10. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors 1. Die in 1 und 2 gezeigten Ausgestaltungen unterscheiden sich lediglich durch die Ausgestaltung und Anordnung des Dichtsystems 12. Daher wird bei der Beschreibung der 2 auf Wiederholungen verzichtet, und es werden lediglich die Merkmale dargelegt, die sich von den Merkmalen der in 1 beschriebenen Lösung unterscheiden.
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Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass jeder der nachfolgend genannten Sätze der Figurenbeschreibung einzeln - und damit aus dem speziellen technischen Zusammenhang der zugehörigen Figur gelöst - in den Hauptanspruch oder die Unteransprüche ganz oder in Teilen eingefügt werden kann. Zum Offenbarungsgehalt gehört daher nicht nur die Figurenbeschreibung für die dargestellte Lösung in ihrer Gesamtheit, sondern auch für sich genommen jedes einzelne Merkmal, das in einzelnen Sätzen oder Teilsätzen beschrieben ist. Diese einzelnen Merkmale können darüber hinaus in jeder beliebigen Kombination mit den Merkmalen der einzelnen Ansprüche kombiniert werden, um ggf. eine ausreichende Abgrenzung gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen.
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Kernstück des Drucksensors 1 ist die Druckmesszelle 2 mit dem drucksensitivem Element 3 und der Messschaltung 15. Der Druckmesszelle 2 vorgelagert ist ein Druckmittler 4 bzw. im gezeigten Fall ein speziell ausgebildetes Kapillarbauteil mit Trennmembran 6, Druckkammer 7 und Übertragungsflüssigkeit 8. Über den Druckmittler 4 wird der Prozessdruck des Prozessmediums 10 - unverfälscht - auf die dem Prozess zugewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements 3 der Druckmesszelle 2 übertragen. In Richtung des Prozesses schließt sich ein Prozessadapter 26 an, über den der Drucksensor 1 an einem Behälter, z.B. mittels eines Schraubgewindes, befestigbar ist.
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Bei der gezeigten Ausgestaltung wird die Druckmesszelle 3 zumindest teilweise von einer entsprechend dimensionierten Ausnehmung eines einteiligen becherförmigen Füllkörpers 21 umschlossen. Druckmesszelle 3 und Füllkörper 21 sind in einer Ausnehmung eines becherförmigen Gehäuses 13 positioniert. Zwischen dem Füllkörper 21 und der Druckmesszelle 2 ist ein Spalt von wenigen Zehntel Millimetern vorgesehen, z.B. von 0,3mm. Dieser Spalt ermöglicht erstens eine sichere Montage und stellt zweitens auch sicher, dass es in dem Temperaturbereich, für den der Drucksensor 1 spezifiziert ist, zu keinem Kontakt zwischen Füllkörper 21 und Druckmesszelle 2 kommt. Die Anschlussdrähte der Messschaltung 15 sind übrigens über eine gasdichte Glasdurchführung (nicht gesondert dargestellt) von der Messschaltung 15 weggeführt.
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Der Füllkörper 21 weist weiterhin eine Bohrung 22 auf, in die ein Befüllröhrchen 23 eingefügt ist. Über das Befüllröhrchen 23 erfolgt die Befüllung des Drucksensors 1 mit der inkompressiblen Übertragungsflüssigkeit 8. Bei der Übertragungsflüssigkeit 8 handelt es sich z.B. um ein hochviskoses Silikonöl.
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Über einen Befestigungsmechanismus, z.B. über zumindest eine Rastnase, wird der Füllkörper 21 in dem becherförmigen Gehäuse 13 arretiert. Vorzugsweise wird der Füllkörper 21 in das becherförmige Gehäuse 13 z.B. über 2, 3 oder 4 Rastnasen eingeclipst. Der Füllkörper 21 hat die Aufgabe, das benötigte Ölvolumen zu reduzieren, bzw. auf ein Mindestmaß zu beschränken. Es versteht sich von selbst, dass die Ausgestaltung unter Verwendung einer Ölvorlage und eines Füllkörpers 21 im Zusammenhang mit der Erfindung nur optional ist. Eine ausführliche Beschreibung des als Ölverdrängungskörper fungierenden Füllkörpers 21 findet sich übrigens in einer parallelen Patentanmeldung der Anmelderin, die denselben Anmeldetag hat wie die vorliegende Patentanmeldung. Die in der parallelen Patentanmeldung genannten Ausgestaltungen des Ölverdrängungskörpers 21 sind dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung zuzurechnen.
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Die Druckmesszelle 2 ist also in dem becherförmigen Gehäuse 13 angeordnet. Der Druckmittler 4, die Druckmesszelle 2 und das becherförmige Gehäuse 13 sind in dem Gehäuseadapter 16 angeordnet. Die vom Prozess abgewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements 3 wird über einen Referenzluftkanal 11, 19, 14 mit dem im Außenraum des Drucksensors 1 herrschenden Relativdruck beaufschlagt. Der Referenzluftkanal 11, 19, 14, der im Wesentlichen den Volumenbereich definiert, in dem sich im Innenraum des Drucksensors 1 die Referenzluft befindet, setzt sich zusammen aus folgenden Teilvolumenteilbereichen:
- - der Zuführöffnung 11, die im gezeigten Fall erst axial dann radial - von der Druckmesszelle 2 aus gesehen - in der Stirnfläche des becherförmigen Gehäuses 13 geführt ist,
- - der axial bezüglich der Zuführöffnung 11 versetzten Referenzluftzuführung 14, die bevorzugt radial in der Wandung des Gehäuseadapters 16 verläuft,
- - dem ringförmigen Luftspalt 19 zwischen der Außenfläche des becherförmigen Gehäuses 13 und der Innenfläche des Prozessgehäuseadapters 24 und/oder des Gehäuseadapters 16, wobei der Luftspalt 19 in axialer Richtung durch ein Dichtsystem 12 aus zwei O-Ringen (1) bzw. 4 O-Ringen (2) begrenzt ist.
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Der im Innenraum des Drucksensors 1 befindliche Volumenbereich, in dem sich die Referenzluft zur Beaufschlagung des drucksensitiven Elements 3 befindet, ist so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass der Drucksensor 1 in dem spezifizierten Temperaturbereich kondensatfest ist. Der Volumenbereich ist aus diesem Grund so klein wie möglich. Die Referenzluftzufuhr ist übrigens in 1 durch Pfeile gekennzeichnet.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen bilden der Druckmittler 4 bzw. das Kapillarbauteil 4 und das becherförmige Gehäuse 13 mit innenliegender Druckmesszelle 2 eine modulare Baugruppe. Diese modulare Baugruppe ist so ausgestaltet, dass sie in das Prozessadaptergehäuse 24 einfügbar ist. Das Prozessadaptergehäuse 24 hat an seinem dem Prozess zugewandten Endbereich ein beliebig ausgestaltetes Membranbett 25. Das Membranbett 25 kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Formung aufweisen; es kann aber auch so geformt sein, wie es in der parallelen Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben ist, die denselben Anmeldetag hat wie die vorliegende Patentanmeldung. In Richtung Prozess ist vor dem Membranbett 25 die Trennmembran 27 angeordnet. Zwischen der Trennmembran 27 und dem Membranbett 25 befindet sich die Druckkammer 7.
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Das Membranbett 25 hat mittig eine Öffnung, die zur Aufnahme des prozesszugewandten Endbereichs des Kapillarbauteils 4 dient. Über eine axiale Schweißnaht sind der Endbereich des Kapillarbauteils 4 und das Membranbett 25 gasdicht miteinander verbunden. Die einzelnen Komponenten der modularen Baugruppe 4, 13 sind derart dimensioniert und aufeinander abgestimmt, dass die axiale Schweißnaht die einzige Kontaktfläche zwischen dem Kapillarbauteil 4 und dem becherförmigen Gehäuse 13 einerseits und dem Prozessadaptergehäuse 24 andererseits bildet. Ansonsten haben die modulare Baugruppe 4, 13 und das Prozessadaptergehäuse 24 in unterschiedlichen Bereichen bevorzugt unterschiedliche räumliche Abstände voneinander. Weiterhin sind die Länge des Kapillarbauteils 4 und die in dem Kapillarbauteil 4 verlaufenden Kapillare 5 so bemessen, dass das drucksensitive Element 3 von den in dem Prozess herrschenden Temperaturen thermisch entkoppelt ist. Die thermische Entkopplung wird im Wesentlichen über die Hohlräume 29 mit Lufteinschlüsse zwischen Kapillarbauteil 4 und Prozessadaptergehäuse 24 erreicht. Weiterhin weist das Kapillarbauteil 4 zumindest in einem Teilbereich, in dem sich die Kapillare 5 befindet, einen reduzierten Durchmesser auf. Hierdurch wird die thermische Leitfähigkeit des Kapillarbauteils 4 erheblich reduziert. Üblicherweise handelt es sich bei den Komponenten übrigens bevorzugt um Drehteile aus Edelstahl. Bei dem Kapillarbauteil kann es sich jedoch auch um einen Schweißbaugruppe, bestehend aus einem Halteelement und einem Kapillarrohr handeln.
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Neben der thermischen Entkopplung der modularen Baugruppe 4, 13 - gebildet aus Kapillarbauteil 4 und becherförmigem Gehäuse 13 mit integrierter Druckmesszelle 3 - von dem umgebenden Prozessadaptergehäuse 24 ist auch eine mechanische Entkopplung von modularer Baugruppe 9, 13 und Prozessadaptergehäuse 24 und Gehäuseadapter 16 vorgesehen. Durch die mechanische Entkopplung ist der Drucksensor 1 unempfindlich gegenüber äußeren Störeinflüssen. Die mechanische Entkopplung wird über eine federnde Lagerung erreicht, die entweder über O-Ringe 12 oder anderweitige elastische Komponenten realisiert ist. In 1 werden zwei O-Ringe 12 zur federnden Lagerung verwendet, während das federnde/ elastische Dichtsystem 12 in 2 aus vier O-Ringen besteht. In 2 ist weiterhin ein Kunststoffformteil 20 vorgesehen, das geeignete ringförmige Ausnehmungen zur Aufnahme und Fixierung der O-Ringe 12 in radialer und axialer Richtung aufweist. Zwei der O-Ringe 12 dienen der elastischen Lagerung am Gehäuseadapter 16, und zwei O-Ringe 12 dienen der Lagerung am Prozessadaptergehäuse 24.
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Neben der mechanischen Entkopplung der auf Störeinflüsse sensitiv reagierenden Komponenten des Drucksensors 1 hat das Dichtsystem 12 in beiden Ausgestaltungen eine weitere, äußerst wichtige Funktion: Die O-Ringe 12 oder anderweitige elastische Elemente, die darüber hinaus auch die gleichfalls benötigte Dichtfunktion erfüllen, sind so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass der Volumenbereich für Referenzluft im Innenraum des Drucksensors 1 eingeschränkt und der Drucksensor kondensatfest ist.
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Die mit den elektrischen Komponenten, insbesondere der Messschaltung 15, im Gasaustausch stehenden Öffnungen 11, 14 und der Luftspalt 19 im Innenraum des Drucksensors 1 sind bezüglich Durchmesser oder Breite und Länge derart dimensioniert, dass der Drucksensor 1 den Anforderungen einer vorgegebenen Zündschutzart genügt. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor 1 die Breite und die Länge des ringförmigen Luftspalts 19 so bemessen, dass ein im Innenraum entstehender Funke in dem Luftspalt 19 erlischt, wodurch er im Außenraum keine Explosion hervorrufen kann. Bevorzugt ist der Drucksensor 1 bezüglich seines ringförmigen Luftspalts 19 so ausgestaltet, dass er eigensicher ist. In diesem Zusammenhang ist auch noch einmal hervorzugeben, dass der Durchmesser und die Länge der Kapillare 5 des Druckmittlers 4 so dimensioniert sind, dass auch hier ein im Innenraum auftretender Funke nicht in die ggf. explosive Umgebungsatmosphäre gelangt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drucksensor
- 2
- Druckmesszelle
- 3
- drucksensitives Element
- 4
- Druckmittler / Kapillarbauteil
- 5
- Kapillare
- 6
- Trennmembran
- 7
- Druckkammer
- 8
- Übertragungsflüssigkeit
- 9
-
- 10
- Prozessmedium
- 11
- Zuführöffnung
- 12
- Dichtsystem / O-Ring / eingespritzte Weichkomponente
- 13
- becherförmiges Gehäuse
- 14
- Referenzluftzuführung
- 15
- Messschaltung
- 16
- Gehäuseadapter
- 17
- Innenfläche des Prozessadaptergehäuses
- 18
- Außenfläche des becherförmigen Gehäuses
- 19
- ringförmiger Spalt
- 20
- Formteil, z.B. aus Kunststoff
- 21
- Füllkörper / Ölverdrängungskörper
- 22
- Bohrung
- 23
- Befüllröhrchen
- 24
- Prozessadaptergehäuse
- 25
- Membranbett
- 26
- Prozessadapter
- 27
- Trennmembran
- 28
- Schraubgewinde
- 29
- Hohlraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10316033 A1 [0009, 0020]
- DE 102011080142 A1 [0010]
