DE102020121580A1 - Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken (p1, p2) mit einem Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3), wobei Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3) über einen Zwischenbereich (15) voneinander abgesetzt sind, wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich (14) des Messwerks (2) ein koplanares Doppelmembransystem (4) mit zwei Doppelmembranen (4a, 4b) vorgesehen ist und wobei in der Wandlerkammer (3) eine Differenzdruckmesszelle (12) mit einem drucksensitiven Element (13) angeordnet ist, wobei die beiden Doppelmembranen (4a, 4b) jeweils aus einer Trennmembrane (5a, 5b) und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane (5a, 5b) angeordneten Überlastmembrane (6a, 6b) bestehen, wobei zwischen der ersten Trennmembrane (5a) und der ersten Überlastmembrane (6a) eine erste Druckkammer (7a) und zwischen der ersten Überlastmembrane (6a) und dem Grundkörper (9) eine erste Zusatzdruckkammer (8a) ausgebildet ist, wobei zwischen der zweiten Trennmembrane (5b) und der zweiten Überlastmembrane (6b) eine zweite Druckkammer (7b) und zwischen der zweiten Überlastmembrane (6b) und dem Grundkörper (9) eine zweite Zusatzdruckkammer (8b) ausgebildet ist, wobei der ersten Zusatzdruckkammer (8a) bzw. der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine erste Verbindungskapillare (10a) bzw. eine zweite Verbindungskapillare (10b) zugeordnet ist, wobei die beiden Verbindungskapillaren (10a, 10b) den Druck hydraulisch zu der Wandlerkammer (3) übertragen, und wobei als Schutz des drucksensitiven Elements (13) gegen Überdruck der ersten Zusatzdruckkammer (8a) bzw. der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine erste Hilfskapillare (11a) bzw. eine zweite Hilfskapillare (11b) zugeordnet ist, wobei der ersten Druckkammer (7a) bzw. der zweiten Druckkammer (7b) eine dritte Hilfskapillare (11c) bzw. eine vierte Hilfskapillare (11d) zugeordnet sind, wobei die hydrauliscshen Verbindungen / Kreuzungen der ersten Hilfskapillare (11a) mit der vierten Hilfskapillare (11d) und der zweiten Hilfskapillare (11b) und der dritten Hilfskapillare (11c) in dem Zwischenbereich (14) von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) angeordnet ist.The invention relates to a differential pressure sensor (1) for determining the differential pressure of two pressures (p1, p2) with a measuring mechanism (2) and a converter chamber (3), the measuring mechanism (2) and a converter chamber (3) being connected via an intermediate area (15) are separated from one another, with a coplanar double membrane system (4) with two double membranes (4a, 4b) being provided on or in an end region (14) of the measuring mechanism (2) facing the process, and with a differential pressure measuring cell (12) in the converter chamber (3) with a pressure-sensitive element (13), the two double membranes (4a, 4b) each consisting of a separating membrane (5a, 5b) and an overload membrane (6a, 6b) arranged behind the separating membrane (5a, 5b) in the direction of the pressure effect , wherein between the first separating membrane (5a) and the first overload membrane (6a) a first pressure chamber (7a) and between the first overload membrane (6a) and the base body (9) a first additional pressure chamber (8a) formed ldet, a second pressure chamber (7b) being formed between the second separating diaphragm (5b) and the second overload diaphragm (6b) and a second additional pressure chamber (8b) being formed between the second overload diaphragm (6b) and the base body (9), the first A first connecting capillary (10a) or a second connecting capillary (10b) is assigned to the additional pressure chamber (8a) or the second additional pressure chamber (8b), the two connecting capillaries (10a, 10b) transmitting the pressure hydraulically to the converter chamber (3), and a first auxiliary capillary (11a) or a second auxiliary capillary (11b) being assigned to the first additional pressure chamber (8a) or the second additional pressure chamber (8b) to protect the pressure-sensitive element (13) against excess pressure, the first pressure chamber (7a) or . A third auxiliary capillary (11c) and a fourth auxiliary capillary (11d) are assigned to the second pressure chamber (7b), the hydraulic connections/crossings of the first auxiliary capillary (11 a) is arranged with the fourth auxiliary capillary (11d) and the second auxiliary capillary (11b) and the third auxiliary capillary (11c) in the intermediate region (14) of the measuring unit (2) and converter chamber (3).
Description
Die Erfindung einen Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken. Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer im Bereich der Automatisierungstechnik eingesetzt.The invention includes a differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures. The differential pressure sensor according to the invention is preferably used in the field of automation technology.
Differenzdruckmessgeräte dienen insbesondere zur kontinuierlichen Messung von Druckdifferenzen in Messmedien, z.B. in Flüssigkeiten, Dämpfen, Gasen und Stäuben. Aus dem Differenzdruck kann z.B. der Füllstand eines Füllguts in einem Behälter oder der Durchfluss eines Messmediums durch eine Rohrleitung ermittelt werden.Differential pressure gauges are used in particular for the continuous measurement of pressure differences in measurement media, e.g. in liquids, vapours, gases and dust. For example, the level of a medium in a container or the flow of a medium through a pipe can be determined from the differential pressure.
Als drucksensitives Element wird üblicherweise ein Silizium-Chip verwendet. Um eine gute Messempfindlichkeit zu erreichen, arbeitet ein Differenzdruckmessaufnehmer bevorzugt in einem Bereich, der in der Nähe eines kritischen Grenzwertes für den Druck (Nenndruck) liegt. Wird der kritische Grenzwert überschritten, besteht die Gefahr, dass der Chip zerstört wird. Da insbesondere Silizium-Chips eine relativ geringe Überlastfestigkeit aufweisen, ist einem Differenzdruckmessaufnehmer üblicherweise ein Überlastschutz zugeordnet. Dieser ist bevorzugt so ausgestaltet, dass er die Messempfindlichkeit und die Messgenauigkeit des drucksensitiven Elements möglichst wenig beeinträchtigt.A silicon chip is usually used as the pressure-sensitive element. In order to achieve good measuring sensitivity, a differential pressure sensor preferably works in a range that is close to a critical limit value for the pressure (nominal pressure). If the critical limit is exceeded, there is a risk that the chip will be destroyed. Since silicon chips, in particular, have a relatively low overload resistance, overload protection is usually assigned to a differential pressure sensor. This is preferably designed in such a way that it affects the measurement sensitivity and the measurement accuracy of the pressure-sensitive element as little as possible.
Aus der
Ist das Gerät einem Differenzdruck unterhalb oder im Bereich des Differenzdruck-Nennwertes ausgesetzt, dann wird dieser Differenzdruck der Druckmessaufnehmereinrichtung über die Verbindungskanäle übermittelt. Die Zusatzmembranen entfalten eine geringe Wirkung, die in erster Näherung vernachlässigbar ist. Übersteigt die Druckdifferenz infolge einer Überlast den Druckdifferenz-Nennwert um einen vorgegebenen Wert, dann wird bei der Trennmembrane auf der Hochdruckseite die unter ihr befindliche Druckvermittler-Flüssigkeit in die ihr zugeordnete Vorkammer gedrückt. Die herausgedrückte Flüssigkeit gelangt über den Verbindungskanal und den Zusatzkanal zur Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite und veranlasst diese, sich abzuheben. Somit befindet die sich auf der Hochdruckseite unter der Trennmembrane herausgedrückte Flüssigkeit im Überlastfall unter der sich abhebenden Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite. Eine Überlastung der Druckmessaufnehmereinrichtung wird folglich vermieden. Die Wandlerkammer ist bei der Deutschen Patentanmeldung in das Messwerk integriert.If the device is exposed to a differential pressure below or in the range of the nominal differential pressure value, then this differential pressure is transmitted to the pressure sensor device via the connecting channels. The additional membranes develop a small effect, which is negligible in a first approximation. If the pressure difference exceeds the nominal pressure difference value by a predetermined value as a result of an overload, the pressure transmitter liquid located below it is pressed into the antechamber assigned to it on the high-pressure side of the separating membrane. The liquid that is pushed out reaches the auxiliary diaphragm on the low-pressure side via the connection channel and the auxiliary channel, causing it to lift. Thus, in the event of an overload, the liquid that is pressed out on the high-pressure side under the separating diaphragm is under the lifting additional diaphragm on the low-pressure side. Consequently, an overload of the pressure sensor device is avoided. In the case of the German patent application, the converter chamber is integrated into the measuring mechanism.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessaufnehmer mit Überlastschutz und reduzierten Ölvolumen vorzuschlagen. An dieser Stelle wird der Begriff „Ölvolumen“ gewählt, da es sich bei der hydraulischen Übertragungsflüssigkeit üblicherweise um ein Öl, z.B. ein Silikonöl, handelt.The object of the invention is to propose a pressure sensor with overload protection and reduced oil volume. At this point, the term "oil volume" is chosen because the hydraulic transmission fluid is usually an oil, e.g. a silicone oil.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken p1, p2 mit einem Messwerk und einer Wandlerkammer, wobei Messwerk und Wandlerkammer über einen Zwischenbereich oder ein Zwischenmodul voneinander abgesetzt sind. An oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks ist ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen vorgesehen. In der Wandlerkammer ist eine Differenzdruckmesszelle mit einem drucksensitiven Element angeordnet. Die beiden Doppelmembranen bestehen jeweils aus einer Trennmembrane und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane angeordneten Überlastmembran, wobei zwischen der ersten Trennmembrane und der ersten Überlastmembrane eine erste Druckkammer und zwischen der ersten Überlastmembrane und dem Grundkörper eine erste Zusatzdruckkammer ausgebildet ist. Zwischen der zweiten Trennmembrane und der zweiten Überlastmembrane ist eine zweite Druckkammer und zwischen der zweiten Überlastmembrane und dem Grundkörper ist eine zweite Zusatzdruckkammer ausgebildet. Der ersten Zusatzdruckkammer bzw. der zweiten Zusatzdruckkammer eine erste Verbindungskapillare bzw. eine zweite Verbindungskapillare zugeordnet. Über die beiden Verbindungskapillaren gelangen die an den Trennmembranen anliegenden Drücke p1, p2 hydraulisch zu der Wandlerkammer. Um das drucksensitive Element gegen Überdruck zu schützen, sind der ersten Zusatzdruckkammer bzw. der zweiten Zusatzdruckkammer eine erste Hilfskapillare bzw. eine zweite Hilfskapillare zugeordnet und der ersten Druckkammer bzw. der zweiten Druckkammer eine dritte Hilfskapillare bzw. eine vierte Hilfskapillare, wobei die Verbindungen/Kreuzungen zwischen der ersten Hilfskapillare und der dritten Hilfskapillare bzw. zwischen der zweiten Hilfskapillare und die vierten Hilfskapillare zum Zwecke einer druckübertragenden Kopplung in dem Zwischenbereich von Messwerk und Wandlerkammer angeordnet sind.The object is achieved by a differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures p1, p2 with a measuring mechanism and a converter chamber, the measuring mechanism and converter chamber being separated from one another via an intermediate area or an intermediate module. A coplanar double membrane system with two double membranes is provided on or in an end area of the measuring unit facing the process. A differential pressure measuring cell with a pressure-sensitive element is arranged in the converter chamber. The two double membranes each consist of a separating membrane and an overload membrane arranged behind the separating membrane in the direction of the pressure effect, with a first pressure chamber being formed between the first separating membrane and the first overload membrane and a first additional pressure chamber being formed between the first overload membrane and the base body. A second pressure chamber is formed between the second separating diaphragm and the second overload diaphragm, and a second additional pressure chamber is formed between the second overload diaphragm and the base body. A first connecting capillary or a second connecting capillary is assigned to the first additional pressure chamber or the second additional pressure chamber. The pressures p1, p2 applied to the separating membranes reach the converter chamber hydraulically via the two connecting capillaries. In order to protect the pressure-sensitive element against excess pressure, a first auxiliary capillary or a second auxiliary capillary is assigned to the first additional pressure chamber or the second additional pressure chamber, and a third auxiliary capillary or a fourth auxiliary capillary is assigned to the first pressure chamber or the second pressure chamber, the connections/intersections are arranged between the first auxiliary capillary and the third auxiliary capillary or between the second auxiliary capillary and the fourth auxiliary capillary for the purpose of a pressure-transmitting coupling in the intermediate region of the measuring mechanism and the converter chamber.
Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:
- - Das Messwerk ist einteilig, quasi monolithisch, ausgestaltet,
- - Das Messwerk hat einen relativ einfachen und symmetrischen bzw. vollsymmetrischen Aufbau,
- - Kosteneinsparung beim Messwerk, insbesondere durch Materialeinsparung (kleine Dimensionen) und infolge einer vereinfachten Fertigung und Bearbeitung, da die Querbohrungen entfallen; die kleineren Bohrungen können z.B. kostengünstig durch Erodieren oder durch Bohren hergestellt werden;
- - Als Verbindung zwischen Messwerk und Wandlerkammer gibt es nur die beiden Verbindungsleitungen;
- - Durch das quasi Nichtvorhandensein der Zusatzdruckkammern im normalen Messbetrieb, ist das benötigte Ölvolumen erheblich reduziert;
- - Eine weitere Reduktion des benötigten Ölvolumens ist dadurch möglich, da ggf. die Befüllungsbohrungen und die langen Querbohrungen im - relativ zur Wandlerkammer größer dimensionierten - Messwerk entfallen. Die Befüllung erfolgt - gemäß einer nachfolgend noch näher beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung - über zumindest eine Befüllungsöffnung in der Wandlerkammer. Somit entfällt die korrosionsanfällige Befüllungsöffnung bzw. der korrosionsanfällige Befüllverschluss am Messwerk. Alternativ ist natürlich auch die Befüllung über das Messwerk möglich. Eventuell können auch zwei Befüllungsöffnungen bzw. - zugänge sinnvoll sein: einer am Messwerk und einer an der Wandlerkammer.
- - Der Anschluss an die Wandlerkammer erfolgt als Reihenschaltung; der Druck wird von der Hochdruckseite zuerst auf die Rückseite der Überlastmembrane der Niederdruckseite geleitet und gelangt erst dann zu den Verbindungsleitungen, die zur Wandlerkammer führen. Dies hat erhebliche Vorteile bezüglich des Druckdynamikschutzes des drucksensitiven Elements, das auch Primärsensorelement genannt wird. Durch Variation der Kapillardurchmesser oder durch Zusatzelemente, wie z.B. Sinterelemente, lässt sich dieser Vorteil noch verstärken. Dies wird an einer nachfolgenden Stelle noch näher beschrieben.
- - The measuring mechanism is designed in one piece, almost monolithically,
- - The measuring mechanism has a relatively simple and symmetrical or fully symmetrical structure,
- - Cost savings in the measuring mechanism, in particular through material savings (small dimensions) and as a result of simplified production and processing, since the cross holes are omitted; the smaller bores can be produced inexpensively, for example, by eroding or by drilling;
- - As a connection between the measuring mechanism and the converter chamber, there are only the two connecting lines;
- - Due to the virtual non-existence of the additional pressure chambers in normal measuring operation, the required oil volume is significantly reduced;
- - A further reduction in the required oil volume is possible because the filling holes and the long cross holes in the measuring mechanism, which is larger than the converter chamber, are no longer required. According to a preferred embodiment described in more detail below, the filling takes place via at least one filling opening in the converter chamber. This eliminates the corrosion-prone filling opening or the corrosion-prone filling cap on the measuring mechanism. Alternatively, filling via the measuring mechanism is of course also possible. Two filling openings or accesses may also be useful: one on the measuring mechanism and one on the converter chamber.
- - The connection to the converter chamber is made in series; the pressure is first routed from the high-pressure side to the back of the overload diaphragm on the low-pressure side and only then reaches the connecting lines that lead to the converter chamber. This has considerable advantages with regard to the pressure dynamics protection of the pressure-sensitive element, which is also called the primary sensor element. This advantage can be increased even further by varying the capillary diameter or by using additional elements such as sintered elements. This is described in more detail at a later point.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Messwerk und die Wandlerkammer nicht nur separate Komponenten sind, sondern dass das Messwerk und die Wandlerkammer auch räumlich voneinander getrennt bzw. beabstandet sind. Hierdurch sind das Messwerk und die Messeinheit in der Wandlerkammer mechanisch voneinander entkoppelt. Die Trennung ist natürlich druckfest und gasdicht ausgestaltet. Aufgrund des reduzierten Ölvolumens ist der Messfehler, der durch den Temperaturgradienten bedingt ist, geringer. Weiterhin sind infolge des kleineren Ölvolumens auch kleinere Membranen möglich, was für die Realisierung eines koplanaren Sensors wichtig ist. Kleine Membranen wiederum sind für einen effektiven Überlastschutz erforderlich. Dies ist sehr wichtig für die Realisierung des koplanaren Sensors und ermöglicht kleine Messbereiche. Durch kleine Messbereiche wiederum lässt sich die Ansteuerung der Membranen gering halten, was einhergeht mit kleineren Messfehlern.According to the invention, it is provided that the measuring mechanism and the converter chamber are not only separate components, but that the measuring mechanism and the converter chamber are also spatially separated or spaced apart from one another. As a result, the measuring mechanism and the measuring unit in the converter chamber are mechanically decoupled from one another. The separation is of course designed to be pressure-resistant and gas-tight. Due to the reduced oil volume, the measurement error caused by the temperature gradient is lower. Furthermore, due to the smaller oil volume, smaller membranes are also possible, which is important for realizing a coplanar sensor. Small membranes, on the other hand, are required for effective overload protection. This is very important for the realization of the coplanar sensor and enables small measuring ranges. In turn, small measuring ranges mean that the activation of the membranes can be kept low, which is associated with smaller measuring errors.
Allgemein lässt sich sagen, dass zum Schutz des drucksensitiven Elements gegen Überdruck erfindungsgemäß sichergestellt ist, dass ein einseitig auftretender Überdruck am drucksensitiven Element so beschränkt ist, dass eine Zerstörung des drucksensitiven Elements ausgeschlossen ist. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die nachfolgend genannten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers.In general it can be said that in order to protect the pressure-sensitive element against overpressure, it is ensured according to the invention that an overpressure occurring on one side on the pressure-sensitive element is limited in such a way that destruction of the pressure-sensitive element is ruled out. Further advantages of the invention result from the configurations of the differential pressure measuring sensor according to the invention, which are mentioned below.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers sind die Zusatzmembranen derart vorgespannt, dass sie im Wesentlichen vollflächig und/oder formschlüssig am Grundkörper anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird. Ev. ist in den Membranbetten und/oder an den entsprechenden Rückseiten der Überlastmembranen zumindest ein hydraulischer Kanal vorgesehen. Somit ist sichergestellt, dass der Überlast- bzw. Überdruckschutz erst dann aktiviert wird, wenn der zu messende Druck so hoch ist, dass die Gefahr einer Zerstörung des drucksensitiven Elements besteht. Eine Prozessmembrane/Trennmembrane, die u.a. in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung eingesetzt werden kann, ist z.B. in der
Vorteilhafterweise verlaufen die Kapillaren im Messwerk im Wesentlichen parallel. Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass die Kapillaren unter einem Winkel kleiner 90°, bevorzugt kleiner 45°, zur Längsachse des Messwerks bzw. des Differenzdruckmessaufnehmers angeordnet sind.Advantageously, the capillaries in the measuring unit run essentially parallel. Alternatively, of course, it is also possible for the capillaries to be arranged at an angle of less than 90°, preferably less than 45°, to the longitudinal axis of the measuring unit or the differential pressure sensor.
Messwerk und Wandlerkammer sind voneinander beabstandet. Die Verbindungs- und Hilfskapillaren sind im Zwischen Bereich als Kapillarröhrchen ausgebildet und mit dem Messwerk und der Wandlerkammer druckfest, kraftschlüssig und gasdicht verbunden. Die Kapillarröhrchen münden in der Wandlerkammer und im Messwerk in entsprechend angeordnete und/oder ausgestaltete Kapillarbohrungen. Alternativ sind die Verbindungen/Kreuzungen der Hilfskapillaren ebenso wie die Durchführung der Verbindungskapillaren in einem Zwischenmodul als Kapillarbohrungen realisiert. Aufgrund der Trennung von Messwerk und Wandlerkammer ist es darüber hinaus auch auf einfache Art und Weise möglich, eine elektrisch isolierte Trennung zwischen den beiden Komponenten - Messwerk und Wandlerkammer- zu realisieren. Hierzu später mehr.Measuring mechanism and converter chamber are spaced apart. The connecting and auxiliary capillaries are designed as capillary tubes in the intermediate area and are connected to the measuring mechanism and the converter chamber in a pressure-tight, non-positive and gas-tight manner. The capillary tubes open into appropriately arranged and/or designed capillary bores in the converter chamber and in the measuring mechanism. Alternatively, the connections/intersections of the auxiliary capillaries as well as the passage of the connection capillaries in an intermediate module are implemented as capillary bores. Due to the separation of measuring mechanism and converter chamber, it is also possible in a simple manner to implement an electrically isolated separation between the two components—measuring mechanism and converter chamber. More on that later.
Die Wandlerkammer kann eine beliebige Form aufweisen, Hauptsache es handelt sich um eine kompakte Form. Bevorzugt hat die Wandlerkammer eine Würfelform oder eine zylindrische Form oder eine zylindrische Form mit abgeflachten, einander gegenüberliegenden Bereichen. An ihrem dem Prozess zugewandten Endbereich finden sich zwei Verbindungskapillaren, die bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind.The converter chamber can be of any shape, as long as it is compact. Preferably, the transducer chamber has a cube shape, or a cylindrical shape, or a cylindrical shape with flattened opposing portions. Two connecting capillaries, which are preferably arranged parallel to one another, are located at their end region facing the process.
Um sicherzustellen, dass eine Überlast ausgeglichen wird, bevor sie das drucksensitive Element erreicht, schlägt eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers vor, dass die Verbindungskapillaren und/oder die Hilfskapillaren derart ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass ein über dem vorgegebenen kritischen Grenzdruck liegender Überdruck mittels des Überlastschutzes ausgeglichen ist, bevor der Überdruck an die Differenzdruckmesszelle übertragen wird. Um das drucksensitive Element zusätzlich vor Druckspitzen zu schützen, sind gemäß einer Ausgestaltung des Differenzdruckmessaufnehmers in die Verbindungsleitungen/Verbindungskapillare zwischen Messwerk und Wandlerkammer Dynamikbremsen eingebaut. Bei den Dynamikbremsen handelt es sich um Strömungswiderstände, z.B. Bei den Dynamikbremsen um Sintermetalleinsätze. Die Dynamikbremsen können auch so ausgestaltet sein, dass sie zusätzlich die Funktion des Explosionsschutzes übernehmen.In order to ensure that an overload is compensated for before it reaches the pressure-sensitive element, an advantageous embodiment of the differential pressure sensor according to the invention proposes that the connecting capillaries and/or the auxiliary capillaries be designed and/or dimensioned in such a way that an overpressure that is above the specified critical limit pressure compensated by the overload protection before the overpressure is transmitted to the differential pressure measuring cell. In order to additionally protect the pressure-sensitive element against pressure peaks, dynamic brakes are built into the connecting lines/connecting capillaries between the measuring mechanism and the converter chamber, according to one embodiment of the differential pressure measuring transducer. The dynamic brakes are flow resistances, e.g. the dynamic brakes are sintered metal inserts. The dynamic brakes can also be designed in such a way that they also assume the function of explosion protection.
In einem vom Prozess abgewandten Endbereich der Wandlerkammer, insbesondere in dem vom Prozess abgewandten Stirnbereich oder der Seitenwand der Wandlerkammer, sind zwei Befüllungsbohrungen vorgesehen. Über die Befüllungsbohrungen, die in den zur Wandlerkammer führenden Verbindungsleitungen münden, werden die hydraulisch miteinander kommunizierenden Komponenten mit einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit gefüllt. Bei der Übertragungsflüssigkeit handelt es sich bevorzugt um eine annähernd inkompressible Flüssigkeit, z.B. ein Silikonöl, mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Bevorzugt sind zwei Befüllungsbohrungen vorgesehen, die in Verlängerung der Bohrungen der Verbindungskapillaren parallel zur Längsachse des Differenzdruckmessaufnehmers angeordnet sind. Die Befüllungsbohrungen werden mittels eines Verschlusselements nach dem Befüllen druckfest, gasdicht bzw. zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verschlusselement um eine Kugel, die in die Bohrung eingepresst und anschließend verstemmt wird. Auch ist es möglich, das Verschlusselement in der Bohrung zu verschweißen.Two filling bores are provided in an end area of the converter chamber facing away from the process, in particular in the end area facing away from the process or the side wall of the converter chamber. The hydraulically communicating components are filled with a hydraulic transmission fluid via the filling bores, which end in the connecting lines leading to the converter chamber. The transmission liquid is preferably an almost incompressible liquid, e.g. a silicone oil, with a low coefficient of thermal expansion. Two filling bores are preferably provided, which are arranged parallel to the longitudinal axis of the differential pressure sensor as an extension of the bores of the connecting capillaries. After filling, the filling bores are closed in a pressure-tight, gas-tight or at least liquid-tight manner by means of a closure element. For example, the closure element is a ball that is pressed into the bore and then caulked. It is also possible to weld the closure element in the bore.
Alternativ ist vorgesehen, dass zwei zusätzliche Befüllungsbohrungen im Messwerk vorgesehen sind. Die beiden Befüllungsbohrungen sind im Wesentlichen parallel zu den Verbindungsleitungen und Hilfsleitungen und symmetrisch zueinander im Messwerk vorgesehen. Sie erstrecken sich bevorzugt zwischen der Stirnseite des vom Prozess abgewandten Endbereichs des Messwerks und jeweils einer der beiden Zusatzdruckkammern.Alternatively, it is provided that two additional filling holes are provided in the measuring mechanism. The two filling bores are provided essentially parallel to the connecting lines and auxiliary lines and symmetrically to one another in the measuring mechanism. They preferably extend between the end face of the end region of the measuring unit facing away from the process and one of the two additional pressure chambers.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers sieht vor, dass die Verbindungskapillaren, bei denen es sich - wie bereits beschrieben - bevorzugt um Kapillarröhrchen handelt, derart ausgestaltet sind, dass sie die Wandlerkammer elektrisch von dem Messwerk isolieren. Bevorzugt wird die elektrische Trennung dadurch realisiert, dass die Verbindungskapillaren und die Hilfskapillaren zumindest abschnittweise mit einem Keramikisolierkörper oder einer isolierenden Einglasung versehen sind, und über eine Lötverbindung oder eine Einglasung in den entsprechenden Bohrungen des Messwerks bzw. der Wandlerkammer befestigt sind. Da nur die Verbindungskapillaren in der Wandlerkammer münden, genügt es natürlich nur diese - wie zuvor beschrieben - zu isolieren.An advantageous embodiment of the differential pressure sensor according to the invention provides that the connecting capillaries, which—as already described—are preferably small capillary tubes, are designed in such a way that they electrically insulate the converter chamber from the measuring mechanism. The electrical separation is preferably realized in that the connecting capillaries and the auxiliary capillaries are provided at least in sections with a ceramic insulating body or an insulating glazing and are fastened via a soldered connection or a glazing in the corresponding bores of the measuring mechanism or the converter chamber. Since only the connecting capillaries open into the converter chamber, it is of course sufficient to insulate them - as described above.
Zwecks elektrischer Trennung kann der Keramikisolierkörper bzw. die isolierende Einglasung also in der Wandlerkammer und/oder im Messwerk und/oder im Zwischenraum zwischen Messwerk und Wandlerkammer vorgesehen sein. Eine elektrische Isolierung im Zwischenraum zwischen Messwerk und Wandlerkammer wird bevorzugt dadurch erreicht, dass der Keramikisolierkörper oder die isolierende Einglasung jeweils als Zwischenstück in den als Kapillarröhrchen ausgestalteten Verbindungskapillaren integriert sind.For the purpose of electrical isolation, the ceramic insulating body or the insulating glazing can therefore be provided in the converter chamber and/or in the measuring mechanism and/or in the space between the measuring mechanism and the converter chamber. Electrical insulation in the space between the measuring mechanism and the converter chamber is preferably achieved in that the ceramic insulating body or the insulating glazing is integrated as an intermediate piece in the connecting capillaries designed as capillary tubes.
Hierdurch ist es möglich, Erde und Masse zu trennen (Schaltungsnullpunkt; Ue = Bezugspunkt der elektrischen Versorgung = Masse) und folgende Vorteile für die Stromdurchführung zu erreichen:
- - Guarding für besseres EMV (elektromagnetisches Verhalten);
- - Geringerer bzw. kein Fremdspannungseinfluss;
- - Möglichkeit einen kapazitiven Siliziumchip einzusetzen, bei dem das Guarding eine Voraussetzung ist, dass nur geringere Störkapazitäten auftreten;
- - Der bislang erforderliche isolierende Keramiksockel in der Wandlerkammer kann entfallen; Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdrucksensor wird das drucksensitive Element, üblicherweise ein Silizium-Chip, bevorzugt auf einen Silizium-Sockel aufgebracht. Nimmt man einen Silizium-Sockel anstelle des sonst üblichen Glassockels, so lässt sich ein günstigeres thermisches Verhalten (T-Hysterese) erreichen, was sich in einem geringeren statischen Druckfehler niederschlägt. Erklärung: Der E-Modul von Glas ist verschieden von dem E-Modul von Silizium. Bei Glas tritt eine größere Verformung und somit ein größerer Fehler infolge eines statischen Drucks auf als bei Silizium. Da Silizium jedoch kein Isolator ist, sondern eine gewisse Leitfähigkeit aufweist, sind für den sicheren elektrischen Betrieb Mindestisolationsstrecken erforderlich. Diese können z.B. durch in die Verbindungsleitungen eingesetzte keramische Isolierkörper und/oder entsprechend ausgestaltete Dynamikbremsen realisiert werden.
- - Der volle oder partielle Ex-Schutzverguss in der Wandlerkammer, der bislang bei Differenzdrucksensoren erforderlich war, kann entfallen. Bislang wurde der Verguss genutzt, um die Mindestabstände der stromführenden Elemente zum Massepotential möglichst gering halten zu können. Diese Abstandsreduzierung kann bei der Ausgestaltung der Erfindung entfallen, wo die Isolationselemente in den Verbindungskapillaren angeordnet sind. Zwecks Erzielung einer sicheren elektrischen Isolierung können die erforderlichen Mindestabstände um einiges kleiner ausfallen als beiden bislang bekannt gewordenen Lösungen. Auch lassen sich diese Mindestabstände ohne großen Aufwand erreichen.
- - Guarding for better EMC (electromagnetic behavior);
- - Lower or no external voltage influence;
- - Possibility to use a capacitive silicon chip, in which the guarding is a prerequisite that only low interference capacitances occur;
- - The previously required insulating ceramic base in the converter chamber can be omitted; In a preferred embodiment of the differential pressure sensor according to the invention, the pressure-sensitive element, usually a silicon chip, is preferably applied to a silicon base. If a silicon base is used instead of the usual glass base, a more favorable thermal behavior (T hysteresis) can be achieved, which is reflected in a lower static pressure error. Explanation: The modulus of elasticity of glass is different from the modulus of elasticity of silicon. Glass suffers from greater deformation and thus greater error due to static pressure than silicon. However, since silicon is not an insulator but has a certain conductivity, minimum insulation distances are required for safe electrical operation. These can be implemented, for example, by using ceramic insulating bodies in the connecting lines and/or correspondingly designed dynamic brakes.
- - The full or partial explosion protection potting in the converter chamber, which was previously required for differential pressure sensors, can be omitted. So far, encapsulation has been used in order to be able to keep the minimum distances between the current-carrying elements and the ground potential as small as possible. This reduction in distance can be omitted in the embodiment of the invention where the insulation elements are arranged in the connecting capillaries. In order to achieve reliable electrical insulation, the required minimum distances can turn out to be somewhat smaller than in the two solutions that have been known hitherto. These minimum distances can also be achieved without great effort.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers handelt es sich bei dem drucksensitiven Element um einen Siliziumchip; der Differenzdruck wird über ein kapazitives oder resistives Messverfahren ermittelt. Darüber kann auch ein Resonator eingesetzt werden.According to an advantageous development of the differential pressure sensor according to the invention, the pressure-sensitive element is a silicon chip; the differential pressure is determined using a capacitive or resistive measuring method. A resonator can also be used above this.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindungspins bzw. Verbindungsleitungen von dem elektrischen Wandler gasdicht durch einen der vom Prozess abgewandten Endbereiche der Wandlerkammer in Richtung einer Elektronikplatine geführt sind. Bevorzugt erfolgt dies über Glasdurchführungen. Da die Wandlerkammer elektrisch von dem Messwerk isoliert ist, können die Glasdurchführungen der PINs kleiner ausfallen; sie sind somit druckfester. Ziel ist insbesondere, eine Druckfestigkeit zu erreichen, die größer ist als 1280 bar. Kleinere Einglasungs-Elemente ermöglichen es darüber hinaus, dass auf gleichem Raum mehr PINs untergebracht werden können. Das bedeutet u.U. auch weniger Ölvolumen.Furthermore, it is provided that the electrical connecting pins or connecting lines from the electrical converter are routed in a gas-tight manner through one of the end regions of the converter chamber facing away from the process in the direction of an electronic circuit board. This is preferably done via glass bushings. Since the transducer chamber is electrically isolated from the measuring mechanism, the glass feedthroughs for the PINs can be smaller; they are therefore more pressure-resistant. The aim is in particular to achieve a pressure resistance that is greater than 1280 bar. Smaller glazing elements also allow more PINs to be accommodated in the same space. This may also mean less oil volume.
Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, ist die Wandlerkammer so ausgestaltet ist, dass auf der Niederdruckseite und der Hochdruckseite gleiche Übertragungsflüssigkeits- bzw. ÖI-Volumina vorhanden sind. Eine Angleichung der Ölvolumina auf der Hochdruck- und Niederdruckseite kann beispielweise dadurch erreicht werden, dass ein entsprechendes Zusatzvolumen durch eine Vergrößerung oder Verlängerung einer der Bohrungen geschaffen wird.In order to increase the measurement accuracy, the converter chamber is designed in such a way that the same transmission liquid or oil volumes are present on the low-pressure side and the high-pressure side. The oil volumes on the high-pressure and low-pressure side can be equalized, for example, by creating a corresponding additional volume by enlarging or lengthening one of the bores.
Um den Einfluss des statischen Drucks auf die Messwerte des Differenzdruckmessaufnehmers zu erfassen und nachfolgend zu kompensieren, ist in der Wandlerkammer ein entsprechendes drucksensitives Element zur Messung des statischen Drucks vorgesehen. Um das Ölvolumen möglichst gering zu halten, sind das das drucksensitive Element zur Messung des Differenzdrucks und das drucksensitive Element zur Messung des statischen Drucks gestapelt übereinander oder auch nebeneinander angeordnet. Hier kommt nur der Vorteil der zuvor genannten Verkleinerung der PINs besonders zum Tragen: Da die Glasdurchführungen für die PINs kleiner ausfallen, können die vier Zusatz-PINs, die die Messwerte des statischen Druckelements (Absolutdruckmesszelle) zur Verfügung stellen, in der Wandlerkammer untergebracht werden, ohne dass diese vergrößert werden müsste. Die Anordnung der PINs wird nachfolgend in der Figurenbeschreibung noch ausführlicher abgehandelt.To determine the influence of static pressure on the readings of the differential pressure sensor to detect and subsequently to compensate, a corresponding pressure-sensitive element for measuring the static pressure is provided in the converter chamber. In order to keep the oil volume as small as possible, the pressure-sensitive element for measuring the differential pressure and the pressure-sensitive element for measuring the static pressure are stacked one above the other or arranged next to one another. This is where the advantage of the previously mentioned miniaturization of the PINs comes into play: Since the glass feedthroughs for the PINs are smaller, the four additional PINs, which provide the measured values of the static pressure element (absolute pressure measuring cell), can be accommodated in the converter chamber. without having to enlarge it. The arrangement of the PINs is dealt with in more detail below in the description of the figures.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
-
1 : eine Darstellung, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers schematisch skizziert, -
2a : eine Skizze des Verlaufs der Verbindungs- und Hilfsverbindungsleitungen bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdrucksaufnehmers, -
3a -3c : eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers im Überdruck- bzw. Überlastfall mit unterschiedlichen Varianten an Befüllungsbohrungen zur Befüllung des Hydrauliksystems mit Übertragungsflüssigkeit, -
4 : eine schematische Darstellung der Wandlerkammer mit dem Verlauf der beiden Verbindungskapillaren, -
4a : eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der Wandlerkammer mit Stromdurchführung, -
5 : unterschiedliche Darstellungen vorteilhafter Varianten, wie die elektrische Isolierung zwischen Messwerk und Wandlerkammer erreicht wird, -
6 : unterschiedliche Ansichten und Schnitte durch eine Wandlerkammer mit einer Einheit zur Kompensation des statischen Drucks, -
7 : die Schaltung der elektrischen Anschlüsse von Differenzdruckmesszelle und statischer Druckmesszelle, -
8 : einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Differenzdruckmesssaufnehmer, und -
9 : eine Draufsicht auf einen Füllkörper, bei dem die Druckmesszelle und die Druckmesszelle für den statischen Druck in einer Ebene angeordnet sind.
-
1 : an illustration that schematically outlines the structure of a differential pressure sensor according to the invention, -
2a : a sketch of the course of the connecting and auxiliary connecting lines in an embodiment of the differential pressure sensor according to the invention, -
3a -3c : an embodiment of the differential pressure sensor according to the invention in the event of excess pressure or overload with different variants of filling bores for filling the hydraulic system with transmission fluid, -
4 : a schematic representation of the converter chamber with the course of the two connecting capillaries, -
4a : an exploded view of a preferred embodiment of the converter chamber with current feedthrough, -
5 : different representations of advantageous variants of how the electrical insulation between the measuring mechanism and the converter chamber is achieved, -
6 : different views and sections through a converter chamber with a static pressure compensation unit, -
7 : the switching of the electrical connections of the differential pressure measuring cell and static pressure measuring cell, -
8th : a longitudinal section through a differential pressure measuring sensor shown schematically, and -
9 : a plan view of a packing in which the pressure measuring cell and the pressure measuring cell for the static pressure are arranged in one plane.
In
In
Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 besteht aus einem Messwerk 2 und einer Wandlerkammer 3, wobei Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 über einen Zwischenbereich 19 voneinander abgesetzt sind. An oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich 14 des Messwerks 2 ist ein koplanares Doppelmembransystem 4 mit zwei Doppelmembranen 4a, 4b vorgesehen. In der Wandlerkammer 3 ist eine Differenzdruckmesszelle 12 mit einem drucksensitiven Element 13 angeordnet.The
Die beiden Doppelmembranen 4a, 4b bestehen jeweils aus einer Prozessmembrane 5a, 5b bzw. einer Trennmembrane 5a, 5b und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane 5a, 5b angeordneten Überlastmembrane 6a, 6b. Zwischen der ersten Trennmembrane 5a und der ersten Überlastmembrane 6a ist eine erste Druckkammer 7a und zwischen der ersten Überlastmembrane 6a und dem Grundkörper 9 eine erste Zusatzdruckkammer 8a ausgebildet. Weiterhin ist zwischen der zweiten Trennmembrane 5b und der zweiten Überlastmembrane 6b eine zweite Druckkammer 7b und zwischen der zweiten Überlastmembrane 6b und dem Grundkörper 9 eine zweite Zusatzdruckkammer 8b ausgebildet. Der ersten Zusatzdruckkammer 7a bzw. der zweiten Zusatzdruckkammer 7b ist eine erste Verbindungskapillare 10a bzw. eine zweite Verbindungskapillare 10b zugeordnet, über welche die an den Trennmembranen 5a, 5b anliegenden Drücke p1, p2 hydraulisch zu der Wandlerkammer 3 übertragen werden.The two
Zum Schutz des drucksensitiven Elements 15 vor Überdruck / Überlast ist der ersten Zusatzdruckkammer 8a bzw. der zweiten Zusatzdruckkammer 8b eine erste Hilfskapillare 11a bzw. eine zweite Hilfskapillare 11b und der ersten Druckkammer 7a bzw. der zweiten Druckkammer 7b eine dritte Hilfskapillare 11c bzw. eine vierte Hilfskapillare 11d zugeordnet. Die Verbindungen/Kreuzungen der Hilfskapillaren 11a, 11b, 11c, 11d zum Zwecke einer druckübertragenden Kopplung zwischen der ersten Hilfskapillare 11a und der vierten Hilfskapillare 11d bzw. zwischen der zweiten Hilfskapillare 11b und der dritten Hilfskapillare 11c sind in dem Zwischenbereich 19 von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 angeordnet. Zumindest im Zwischenbereich 19 sind die Kapillaren bevorzugt als Kapillarröhrchen ausgestaltet.To protect the pressure-sensitive element 15 from excess pressure/overload, the first
Im normalen Messbetrieb wird der Druck p1 über die Trennmembrane 5a, die Hilfskapillare 11c, die Hilfskapillare 11b und die Verbindungskapillare 10b zur Minusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Der Druck p2 wird über die Trennmembrane 5b, die Hilfskapillare 11d, die Hilfskapillare 11a und die Verbindungskapillare 10a zur Plusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Liegen die Überlastmembranen 6a, 6b formschlüssig an dem Grundkörper 9 des Messwerks 2 an, ist ggf. ein hydraulischer Kanal in den Überlastmembranen 6a, 6b oder in den beiden Membranbetten im Grundkörper eingebracht.In normal measurement operation, the pressure p1 is transmitted to the minus side of the pressure-
In den Figuren
Im dargestellten Fall tritt an der Trennmembrane 5b ein Überdruck peÜL auf. Ohne die erfindungsgemäße Überdruck-Schutzvorrichtung würde der Überdruck peÜL auf die Plusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Durch die einseitige Überlast bestände die Gefahr, dass der Siliziumchip 13 zerstört wird. Infolge des Überdrucks PeÜL wird erfindungsgemäß die Trennmembrane 5b gegen die Überlastmembrane 6b bewegt, welche im Wesentlichen formschlüssig an dem Grundkörper 9 anliegt. Die Bewegung wird gestoppt, wenn die Trennmembrane 5b gegen die Überlastmembrane 6b angedrückt ist. Da hinter der Überlastmembrane 6b kaum Übertragungsflüssigkeit 16 ist, die verschoben werden kann, findet der Überdruck keinen Weg über die Verbindungskapillare 10b zu der Minusseite des drucksensitiven Elements. Der Überdruck peÜL wird von der Druckkammer 7b über die Hilfskapillare 11d und die mit ihr über eine Querbohrung gekoppelte Hilfskapillare 11a hydraulisch auf die Rückseite der Überlastmembrane 6a der ersten koplanaren Doppelmembrane 4a übertragen. Sobald der Überdruck PeÜL die Vorspannung der Überlastmembrane 6a übersteigt, löst sich diese von ihrem Membranbett am Grundkörper 9 und es wird Übertragungsflüssigkeit 16 von der Druckkammer 7b der Hochdruckseite in die Zusatzdruckkammer 8a verschoben. Aufgrund der Auslenkung von Überlastmembrane 6a und Trennmembrane 5a können die Zusatzdruckkammer 8a und die Druckkammer 7a Übertragungsflüssigkeit 16 aufnehmen. Diese Verschiebung von Übertragungsflüssigkeit 16 endet, sobald die Trennmembrane 5b auf der Hochdruckseite auf der Überlastmembrane 6b zur Anlage kommt. Nachfolgend kann der Druck im Kapillarsystem des Differenzdruckaufnehmers nicht weiter ansteigen. Da die Überlastmembranen 6a, 6b und das drucksensitive Element 13 druckdynamisch in Reihe geschaltet sind, gelangt über die Verbindungskapillare 10a nur ein Druck zur Plusseite des drucksensitiven Elements 13, der unterhalb des kritischen Grenzwertes liegt. Erfindungsgemäß wird so viel Übertragungsflüssigkeit 21 von der rechten Seite des Doppelmembransystems 4b auf die linke Seite des Doppelmembransystems 4a übertragen, bis auf der rechten Seite des Doppelmembransystems 4b keine Übertragungsflüssigkeit 16 mehr verschoben werden kann, da die Prozessmembrane 5b auf der Überlastmembrane 6b anliegt, welche sich ihrerseits wiederum auf dem Grundkörper 9 des Messwerkes 2 abstützt. Der maximale Druck, welcher an der linken Seite des drucksensitiven Elements 13 anliegt, lässt sich über die Rückstellkraft der Überlastmembranen 6a, 6b (Feder im ausgelenkten Zustand) festlegen bzw. dimensionieren. So wird einer Zerstörung des drucksensitiven Elements 13, üblicherweise eines Siliziumchips, effektiv entgegengewirkt. In the case shown, an overpressure peÜL occurs at the separating
Um sicherzustellen, dass der Überdruck zuerst die Überlastmembrane 6a auslenkt, bevor er den sensitiven Bereich des Druckchips (üblicherweise auch eine Membrane) erreicht, sind die hydraulischen Pfade in Serie geführt. Der druckempfindliche Chip 15 befindet sich erst am Ende der Reihenschaltung. Unterstützt bzw. sichergestellt wird dies durch entsprechend angepasste Kapillargeometrien, die in Richtung des druckempfindlichen Chips 13 eine Bremsfunktion erfüllen. Zusätzlich oder alternativ können auch vorgeschaltete Dynamikbremsen vorgesehen sein. Insbesondere sind die Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11a, 11b, 11c, 11d geeignet in Länge und Durchmesser dimensioniert. Als vorteilhaft wird es gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers 1 angesehen, wenn zusätzlich oder alternativ in den Verbindungskapillaren 10a, 10b sog. Dynamikbremsen 22 eingesetzt sind. Diese verzögern die Weiterleitung des Drucks, insbesondere eines Überdrucks PeÜL, und schützen das drucksensitive Element 13 insbesondere vor im Prozess auftretenden Druckspitzen. Bei den Dynamikbremsen 18 kann es sich um Sintermetalleinsätze handeln. Bei Einsatz des Differenzdruckmessaufnehmers 1 im explosionsgeschützten Bereich werden die Dynamikbremsen 18 aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt. In diesem Fall erfüllen die Dynamikbremsen 18 dann also eine Doppelfunktion: Verzögerte Weiterleitung des Drucks und Explosionsschutz entsprechend einer benötigten Explosionsschutzart.In order to ensure that the excess pressure first deflects the
Bei
Alternativ kann die Befüllung über die Wandlerkammer 3 erfolgen. Bevorzugt verlaufen die Befüllungsbohrungen 18a, 18b von der vom Prozess abgewandten Stirnfläche der Wandlerkammer 3 zu den Verbindungskapillaren 10a, 10b. Möglich ist es aber auch, die Befüllungsbohrungen 19a, 19b von der Seitenfläche der Wandlerkammer 3 zu den Verbindungskapillaren 10a, 10b zu führen. Das Verschließen der Befüllungsbohrungen 14a, 14b erfolgt in der bereits zuvor beschriebenen Art und Weise. Die Pfeile deuten übrigens jeweils die Befüllrichtung an.Alternatively, filling can take place via the
Wie in der linken Darstellung
Die PINS 2 und 3 könnten elektrisch zusammen, also in einem gemeinsamen PIN, auf Potenzial gelegt werden (
Um die Anforderungen der elektrischen Sicherheit und für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich zu erfüllen, sind alle PINs 26 so angeordnet bzw. beabstandet, dass eine ausreichende Spannungsfestigkeit sowohl von PIN 26 zu PIN 26 als auch von PIN 26 zum Gehäuse/Masse der Wandlerkammer 3 vorhanden ist. Da das Ölvolumen umso geringer ist, je geringer der Innenraum der Wandlerkammer 3 dimensioniert ist, hat der Innenraum bevorzugt einen Durchmesser von < 10, insbesondere von <8mm.In order to meet the requirements of electrical safety and for use in hazardous areas, all
Zwecks Minimierung des benötigten Ölvolumens, ist die Differenzdruckmesszelle 12 mit den Bonddrähten 24 möglichst eng in den Füllkörper 33 und die Füllkörperkappe 37 eingebettet. Die Füllkörperkappe 37 weist eine Ausnehmung zur Aufnahme des Chips/der Druckmesszelle 27 für den statischen Druck auf. Auf eine Isolierfolie 29 folgt die Verschlusskappe 35.
In den Figuren
Nachfolgend ist die Funktion der einzelnen in
- (2), (3): PINs 26 für den Anschluss der Versorgungsspannung,
- (4), (5): PINs 26 für das Brückenausgangssignal der statischen Druckmesszelle 27,
- (6), (7): PINs 26 für das
Brückenausgangssignal der Differenzdruckmesszelle 14, - 1 = (1.1): Versorgungsspannungs-Minusanschluss (Masse),
- 8 = (1.2): Versorgungsspannungs-Minusanschluss (Masse).
- (2), (3): PINs 26 for connecting the supply voltage,
- (4), (5): PINs 26 for the bridge output signal of the static
pressure measuring cell 27, - (6), (7): PINs 26 for the bridge output signal of the differential
pressure measuring cell 14, - 1 = (1.1): supply voltage minus connection (ground),
- 8 = (1.2): supply voltage minus connection (ground).
- ① Innenvolumen, das ev. mit einem Verguss ausgefüllt ist
- ②
Schweißung zwischen Gehäuseadapter 22 und Messwerk 2 - ③ Druckzuführung Wandlerkammer 3 -
Messwerk 2 - ④
Druckzuführung zur Wandlerkammer 3 - ⑤
Stromdurchführung 23 mit PIN/Einglasung - ⑥ Ölverschluss 15
- ⑧ Trennung zwischen Gehäuse und Sensorrückraum
- ⑨ Exd-Gewinde Gehäuse-Sensor, z.B. über ein Second Containment und/oder einen Verguss
- ⑩
Verschlusskappe 35 Stromdurchführung 23 (GDF)
- ① Inner volume that may have been filled with encapsulation
- ② Welding between
housing adapter 22 andmeasuring mechanism 2 - ③ Pressure supply converter chamber 3 - measuring
unit 2 - ④ Pressure supply to
converter chamber 3 - ⑤
Power feedthrough 23 with PIN/glazing - ⑥ Oil cap 15
- ⑧ Separation between the housing and the rear of the sensor
- ⑨ Exd thread housing sensor, eg via a second containment and/or encapsulation
- ⑩
Closing cap 35 power feedthrough 23 (GDF)
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Differenzdruckmessaufnehmerdifferential pressure sensor
- 22
- Messwerkmeasuring mechanism
- 33
- Wandlerkammerconverter chamber
- 44
- Doppelmembransystemdouble membrane system
- 4a, 4b4a, 4b
- erste Doppelmembran, zweite Doppelmembranfirst double membrane, second double membrane
- 5a, 5b5a, 5b
- erste Trennmembran, zweite Trennmembranfirst separation membrane, second separation membrane
- 6a, 6b6a, 6b
- erste Überlastmembran, zweite Überlastmembranfirst overload diaphragm, second overload diaphragm
- 7a, 7b7a, 7b
- erste Druckkammer, zweite Druckkammerfirst pressure chamber, second pressure chamber
- 8a, 8b8a, 8b
- erste Zusatzdruckkammer, zweite Zusatzdruckkammerfirst additional pressure chamber, second additional pressure chamber
- 99
- Grundkörperbody
- 10a, 10b10a, 10b
- erste Verbindungskapillare, zweite Verbindungskapillarefirst connection capillary, second connection capillary
- 11a, 11b11a, 11b
- erste Hilfskapillare, zweite Hilfskapillare,first auxiliary capillary, second auxiliary capillary,
- 11c, 11d11c, 11d
- dritte Hilfskapillare, vierte Hilfskapillarethird auxiliary capillary, fourth auxiliary capillary
- 1212
- Differenzdruckmesszelledifferential pressure measuring cell
- 1313
- drucksensitives Differenzdruckelementpressure-sensitive differential pressure element
- 14a, 14b14a, 14b
- Befüllungsbohrungfilling hole
- 15a, 15b15a, 15b
- Verschlusselementclosure element
- 1616
- Übertragungsflüssigkeittransmission fluid
- 1717
- Kapillarröhrchencapillary tubes
- 1818
- Dynamikbremsedynamic brake
- 1919
- Zwischenbereich / ZwischenmodulIntermediate area / intermediate module
- 2020
- Fügungcoincidence
- 2121
- Prozessanschlussprocess connection
- 2222
- Gehäuseadapterhousing adapter
- 2323
- Stromdurchführungcurrent feedthrough
- 2424
- Bondverbindungbond connection
- 2525
- Isolationsröhrchenisolation tube
- 2626
- PINpin code
- 2727
- Messzelle zur Bestimmung des Statischen DrucksMeasuring cell for determining the static pressure
- 2828
- Füllkörperkappe mit AusnehmungPacking cap with recess
- 2929
- Isolationsfolie / PTFE FolieInsulation film / PTFE film
- 3030
- Kleber für Klebung des Isolationssockels (Keramiksockels)Adhesive for gluing the insulation base (ceramic base)
- 3131
- Keramiksockelceramic base
- 3232
- Kleber für Klebung der DruckmesszelleAdhesive for gluing the pressure measuring cell
- 3333
- Füllkörperrandom packing
- 3434
- Füllkörperdeckelpacking cover
- 3535
- Verschlusskappe für StromdurchführungClosing cap for power feedthrough
- 3636
- Elektronikplatineelectronics board
- 3737
- Füllkörperkappefill cap
- 3838
- Ausnehmung für PinRecess for pin
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 3222620 A1 [0004]DE 3222620 A1 [0004]
- WO 2018/165122 A1 [0006]WO 2018/165122 A1 [0006]
- US 10656039 B2 [0012]US 10656039 B2 [0012]
Claims (16)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020121580.0A DE102020121580A1 (en) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures |
PCT/EP2021/057454 WO2021213764A1 (en) | 2020-04-20 | 2021-03-23 | Differential pressure transducer for measuring the differential pressure between two pressures |
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---|---|---|---|
DE102020121580.0A DE102020121580A1 (en) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures |
Publications (1)
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DE102020121580A1 true DE102020121580A1 (en) | 2022-02-17 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102020121580.0A Pending DE102020121580A1 (en) | 2020-04-20 | 2020-08-17 | Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020121580A1 (en) |
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WO2018165122A1 (en) | 2017-03-10 | 2018-09-13 | Honeywell International Inc. | Pressure sensor having coplanar meter body with sensor overpressure protection |
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-
2020
- 2020-08-17 DE DE102020121580.0A patent/DE102020121580A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: LAUFER, MICHAEL, DIPL.-ING., DE Representative=s name: ANDRES, ANGELIKA, DIPL.-PHYS., DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: LAUFER, MICHAEL, DIPL.-ING., DE |