DE102020121582A1 - Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures - Google Patents

Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures Download PDF

Info

Publication number
DE102020121582A1
DE102020121582A1 DE102020121582.7A DE102020121582A DE102020121582A1 DE 102020121582 A1 DE102020121582 A1 DE 102020121582A1 DE 102020121582 A DE102020121582 A DE 102020121582A DE 102020121582 A1 DE102020121582 A1 DE 102020121582A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
capillary
differential pressure
chamber
pressure sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020121582.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Uehlin
Florian Gutmann
Alexander Beck
Igor Getman
Benjamin Mack
Michael Noack
Michael Hügel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Priority to DE102020121582.7A priority Critical patent/DE102020121582A1/en
Priority to PCT/EP2021/069966 priority patent/WO2022037859A1/en
Publication of DE102020121582A1 publication Critical patent/DE102020121582A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G01L13/026Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms involving double diaphragm
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007Fluidic connecting means
    • G01L19/0046Fluidic connecting means using isolation membranes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0618Overload protection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0672Leakage or rupture protection or detection

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

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 in der Wandlerkammer (3) eine Differenzdruckmesszelle (12) mit einem drucksensitiven Element (13) angeordnet ist und wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks (2) ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen (4a, 4b) vorgesehen 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 Druckkammer (7a) eine erste Verbindungskapillare (10a) und der zweiten Druckkammer (8b) eine zweite Verbindungskapillare (10b) zugeordnet ist, über die die Drücke (p1, p2) hydraulisch zu dem drucksensitiven Element (13) übertragen werden, wobei der ersten Zusatzdruckkammer (8a) eine erste Hilfskapillare (11a) und der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine zweite Hilfskapillare (11b) zugeordnet ist, wobei - zum Schutz vor einem einseitig auftretenden Überdruck (PeÜL) - die erste Verbindungskapillare (10a) hydraulisch mit der zweiten Hilfskapillare (11b) und die zweite Verbindungskapillare (10b) mit der ersten Hilfskapillare (11a) gekoppelt ist, und wobei die Verbindungsstellen/Kreuzungen zwischen der ersten Verbindungskapillare (10a) und der zweiten Hilfskapillare (11b) und der zweiten Verbindungskapillare (10b) und der ersten Hilfskapillare (11a) in einem Raumbereich angeordnet sind, der sich hinter dem vom Prozess abgewandten Bereich der Wandlerkammer (3) befindet.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), a differential pressure measuring cell (12) with a pressure-sensitive element (13) being arranged in the converter chamber (3). and wherein a coplanar double diaphragm system with two double diaphragms (4a, 4b) is provided on or in an end region of the measuring unit (2) facing the process, wherein the two double diaphragms (4a, 4b) each consist of a separating diaphragm (5a, 5b) and an in In the direction of the pressure effect, there are overload diaphragms (6a, 6b) arranged behind the separating diaphragm (5a, 5b), with a first pressure chamber (7a) between the first separating diaphragm (5a) and the first overload diaphragm (6a) and between the first overload diaphragm (6a) and the base body (9) a first additional pressure chamber (8a) is formed, wherein between the second separating membrane (5b) and the second overload membrane (6b) a second pressure chamber (7b) and between the second A second additional pressure chamber (8b) is formed between the overload diaphragm (6b) and the base body (9), with the first pressure chamber (7a) being assigned a first connecting capillary (10a) and the second pressure chamber (8b) being assigned a second connecting capillary (10b). the pressures (p1, p2) are transmitted hydraulically to the pressure-sensitive element (13), wherein the first additional pressure chamber (8a) is assigned a first auxiliary capillary (11a) and the second additional pressure chamber (8b) is assigned a second auxiliary capillary (11b), wherein - to protect against overpressure occurring on one side (PeÜL) - the first connecting capillary (10a) is hydraulically coupled to the second auxiliary capillary (11b) and the second connecting capillary (10b) to the first auxiliary capillary (11a), and the connecting points/crossings between the first connecting capillary (10a) and the second auxiliary capillary (11b) and the second connecting capillary (10b) and the first auxiliary capillary (11a) in a spatial area angeo are arranged, which is located behind the area of the converter chamber (3) facing away from the process.

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken. Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer im Bereich der Automatisierungstechnik eingesetzt.The invention relates to 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 DE 3 222 620 A1 ist ein Druckdifferenzmessgerät bekannt geworden, das eine vor Überlastung geschützte Druckmessaufnehmereinrichtung aufweist. Das Messgerät hat einen zentralen Aufnahmekörper, der an zwei gegenüberliegenden Seiten zwischen einem Membranbett und einer Trennmembrane jeweils eine Vorkammer ausbildet. In dem Aufnahmekörper ist jeweils hinter der vom Membranbett abgewandten Seite eine Zusatzkammer vorgesehen, die durch eine vorgespannte Zusatzmembrane begrenzt wird. Innerhalb des Aufnahmekörpers befindet sich weiterhin eine Messkammer, die durch die Druckmessaufnehmereinrichtung in zwei Teilkammern unterteilt ist. Jede der beiden Teilkammern der Messkammer ist über jeweils einen Verbindungskanal mit einer der beiden Vorkammern verbunden. Über jeweils einen Zusatzkanal ist jeder der beiden Verbindungskanäle an eine der beiden Zusatzkammern angeschlossen.From the DE 3 222 620 A1 a pressure difference measuring device has become known which has a pressure measuring transducer device protected against overload. The measuring device has a central receiving body which forms an antechamber on two opposite sides between a membrane bed and a separating membrane. In the receiving body, an additional chamber is provided in each case behind the side facing away from the membrane bed, which is delimited by a prestressed additional membrane. Inside the receiving body there is also a measuring chamber, which is divided into two sub-chambers by the pressure sensor device. Each of the two partial chambers of the measuring chamber is connected to one of the two antechambers via a respective connecting channel. Each of the two connecting channels is connected to one of the two additional chambers via an additional channel.

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 WO 2018/165122 A1 ist ein koplanar aufgebauter Differenzdruckmessaufnehmer bekannt geworden, bei dem die Druckeingänge mit Trennmembrane und Überlastmembrane in einer Ebene - und zwar im dem Prozess zugewandten Endbereich - angeordnet sind und nicht auf gegenüberliegenden, parallelen Ebenen wie in der zuvor genannten Deutschen Patentanmeldung. Es handelt sich um ein sog. Doppelmembransystem. Der Vorteil bei Doppelmembransystemen liegt in dem deutlich geringeren Ölvolumen, das für den hydraulischen Betrieb des Differenzdruckmessaufnehmers benötigt wird. Zudem kann hier auf die druckbelastete Mittenmembranschweißung verzichtet werden, so dass das Messwerk einteilig ausgeführt werden kann. Ebenso wie bei der zuvor genannten Patentanmeldung ist auch bei dieser bekannten Lösung der Überlastschutz im Messwerk angeordnet, d.h. die gekreuzten Kapillaren befinden sich im Messwerk. Die Wandlerkammer ist unmittelbar auf das Messwerk aufgesetzt bzw. in das Messwerk integriert.From the WO 2018/165122 A1 a coplanar differential pressure sensor has become known, in which the pressure inputs with separating membrane and overload membrane are arranged in one plane - namely in the end area facing the process - and not on opposite, parallel planes as in the aforementioned German patent application. It is a so-called double membrane system. The advantage of double membrane systems lies in the significantly lower oil volume that is required for the hydraulic operation of the differential pressure sensor. In addition, the pressure-loaded center membrane weld can be dispensed with here, so that the measuring mechanism can be made in one piece. As in the previously mentioned patent application, the overload protection is also arranged in the measuring mechanism in this known solution, ie the crossed capillaries are located in the measuring mechanism. The converter chamber is placed directly on the measuring mechanism or integrated into the measuring mechanism.

Die bekannten Lösungen haben mehrere Nachteile: Da die gekreuzten hydraulischen Druckdurchführungen im Messwerk angeordnet sind, sind z.B. bei der bekannten Koplanar-Ausführung zwecks Ölbefüllung von außen freiliegenden Bohrungen erforderlich, die nach der Befüllung verschlossen werden. Die Verschlussbereiche sind potenzielle Korrosionsschwachstellen. Außerdem sind die Bohrungen ziemlich lang, was sich negativ auf die Fertigungskosten auswirkt. Lange Bohrungen erfordern zudem zwangsläufig ein größeres Ölvolumen, was wiederum die Umsetzung des Überlastschutzes im Messwerk erschwert. Da definierte Abstände zwischen den Druckdurchführungen eingehalten werden müssen, sind einer Minimierung der Dimensionen des Messwerks Grenzen gesetzt.The known solutions have several disadvantages: Since the crossed hydraulic pressure feedthroughs are arranged in the measuring mechanism, e.g. in the known coplanar design, for the purpose of oil filling, externally exposed bores are required, which are closed after filling. The closure areas are potential corrosion weak points. In addition, the holes are quite long, which has a negative impact on manufacturing costs. Long bores also inevitably require a larger oil volume, which in turn makes it difficult to implement overload protection in the measuring mechanism. Since defined distances between the pressure ducts must be maintained, there are limits to minimizing the dimensions of the measuring unit.

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 im spezifizierten Messbereich annähernd inkompressibles 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 in the specified measuring range almost incompressible oil, for example a silicone oil.

Die Aufgabe wird gelöst durch Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken mit einem Messwerk und einer Wandlerkammer. In der Wandlerkammer ist eine Differenzdruckmesszelle mit einem drucksensitiven Element angeordnet. Die Bevorzugt handelt es sich bei dem drucksensitiven Element um einen Siliziumchip. Der Differenzdruck wird über ein kapazitives oder resistives Messverfahren oder einen Resonator ermittelt.The task is solved by differential pressure sensors for determining the differential pressure of two pressures with a measuring mechanism and a converter chamber. A differential pressure measuring cell with a pressure-sensitive element is arranged in the converter chamber. The pressure-sensitive element is preferably a silicon chip. The differential pressure is determined using a capacitive or resistive measuring method or a resonator.

An oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks ist ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen vorgesehen. Jede der beiden Doppelmembranen besteht aus einer Trennmembrane und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane angeordneten Überlastmembrane. Zwischen der ersten Trennmembrane und der ersten Überlastmembrane ist eine erste Druckkammer und zwischen der ersten Überlastmembrane und dem Grundkörper eine erste Zusatzdruckkammer ausgebildet. Zwischen der zweiten Trennmembrane und der zweiten Überlastmembrane ist eine zweite Druckkammer und zwischen der zweiten Überlastmembrane und dem Grundkörper eine zweite Zusatzdruckkammer ausgebildet. Der ersten Druckkammer ist eine erste Verbindungskapillare und der zweiten Druckkammer ist eine zweite Verbindungskapillare zugeordnet. Weiterhin ist der ersten Zusatzdruckkammer eine erste Hilfskapillare und der zweiten Zusatzdruckkammer eine zweite Hilfskapillare zugeordnet. Die Druckübertragung zu dem drucksensitiven Element erfolgt hydraulisch über das Kapillarsystem. Zum Schutz vor einem einseitig auftretenden Überdruck ist die erste Verbindungskapillare hydraulisch mit der zweiten Hilfskapillare und die zweite Verbindungskapillare mit der ersten Hilfskapillare gekoppelt. Die Verbindungsstellen/Kreuzungen zwischen der ersten Verbindungskapillare und der zweiten Hilfskapillare und der zweiten Verbindungskapillare und der ersten Hilfskapillare sind in einem Raumbereich angeordnet, der sich hinter dem vom Prozess abgewandten Bereich der Wandlerkammer befindet.A coplanar double membrane system with two double membranes is provided on or in an end area of the measuring unit facing the process. Each of the two double diaphragms consists of a separating diaphragm and an overload diaphragm arranged behind the separating diaphragm in the direction of the pressure effect. A first pressure chamber is formed between the first separating diaphragm and the first overload diaphragm, and a first additional pressure chamber is formed between the first overload diaphragm 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 is associated with the first pressure chamber and a second connecting capillary is associated with the second pressure chamber. Furthermore, a first auxiliary capillary is associated with the first additional pressure chamber and a second auxiliary capillary is associated with the second additional pressure chamber. The pressure is transmitted to the pressure-sensitive element hydraulically via the capillary system. To protect against overpressure occurring on one side, the first connecting capillary is hydraulically coupled to the second auxiliary capillary and the second connecting capillary to the first auxiliary capillary. The connection points/crossings between the first connection capillary and the second auxiliary capillary and the second connection capillary and the first auxiliary capillary are arranged in a spatial area which is located behind the area of the converter chamber which is remote from the process.

Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:

  • - Das Messwerk ist einteilig ausgestaltet.
  • - Das Messwerk hat einen einfachen und in weiten Teilen symmetrischen Aufbau.
  • - Kosteneinsparung beim Messwerk werden insbesondere durch Materialeinsparungen (kleine Dimensionen) und eine vereinfachte Fertigung und Bearbeitung erreicht: Die Anzahl der Bohrungen ist gering, sie können z.B. kostengünstig durch Erodieren hergestellt werden.
  • - Aufgrund des Abstands zwischen Messwerk und Wandlerkammer lässt sich eine gute mechanische und thermische Entkopplung zwischen Messwerk und Wandlerkammer erreichen.
  • - Ein einseitig auftretender Überdruck auf der Hochdruckseite wird hydraulisch auf die Rückseite der Überlastmembrane/Zusatzmembrane der Niederdruckseite und parallel zur Wandlerkammer geleitet. Wandlerkammer und Überlastmembrane liegen druckdynamisch parallel. Je geringer das zu verschiebende Ölvolumen ist (das Ölvolumen in der Zusatzdruckkammer ist im normalen Messbetrieb bevorzugt vernachlässigbar), desto effektiver arbeitet der Überdruckschutz.
  • - Eine schnelle Reaktionszeit des Überlastschutzes wird weiterhin über die Dimensionierung der Hilfs- und Verbindungsleitungen und ggf. über in die Kapillaren eingebrachte Dynamikbremsen erreicht.
  • - Aufgrund der günstigen Lage der Befüllungsöffnungen bevorzugt im Messwerk und/oder in der Wandlerkammer lässt sich die Menge der Hydraulikflüssigkeit, insbesondere des Silikonöls, zusätzlich minimieren.
The solution according to the invention has the following advantages:
  • - The measuring mechanism is designed in one piece.
  • - The measuring mechanism has a simple and largely symmetrical structure.
  • - Cost savings in the measuring mechanism are achieved in particular through material savings (small dimensions) and simplified production and processing: the number of bores is small, they can be produced inexpensively, for example, by eroding.
  • - Due to the distance between the measuring mechanism and the converter chamber, a good mechanical and thermal decoupling between the measuring mechanism and the converter chamber can be achieved.
  • - An overpressure occurring on one side on the high-pressure side is routed hydraulically to the back of the overload diaphragm/additional diaphragm on the low-pressure side and parallel to the converter chamber. In terms of pressure dynamics, the converter chamber and overload diaphragm are parallel. The smaller the oil volume to be displaced (the oil volume in the additional pressure chamber is preferably negligible in normal measuring operation), the more effectively the overpressure protection works.
  • - A fast response time of the overload protection is also achieved through the dimensioning of the auxiliary and connecting lines and, if necessary, through the dynamic brakes introduced into the capillaries.
  • - Due to the favorable position of the filling openings, preferably in the measuring mechanism and/or in the converter chamber, the quantity of hydraulic fluid, in particular the silicone oil, can also be minimized.

Messwerk und Wandlerkammer, beides separate Komponenten, können über eine weitere Komponente, ein Zwischenmodul, räumlich voneinander getrennt sein bzw. beide Komponenten können über ein Zwischenmodul voneinander abgesetzt sein. Hierdurch wird eine mechanische Entkopplung zwischen dem Messwerk und der sensitiven Differenzdruckmesszelle, die sich in der Wandlerkammer befindet, erreicht. Die Fügestellen zwischen den Komponenten sind natürlich druckfest und gasdicht ausgestaltet.Measuring mechanism and converter chamber, both separate components, can be spatially separated from one another via a further component, an intermediate module, or both components can be separated from one another via an intermediate module. This achieves a mechanical decoupling between the measuring unit and the sensitive differential pressure measuring cell, which is located in the converter chamber. The joints between the components are of course designed to be pressure-resistant and gas-tight.

Aufgrund des reduzierten Ölvolumens ist auch der Messfehler des erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers, der durch den Temperaturgradienten erzeugt wird, relativ gering. Weiterhin ermöglicht ein kleines Ölvolumen auch die Verwendung kleinerer Membrandurchmesser, was für die Realisierung eines koplanaren Differenzdruckmessaufnehmers mit einem effektiven Überlastschutz sehr vorteilhaft ist. Der Grund dafür ist darin zu sehen, dass bei einem kleinen Messbereich die Ansteuerung bzw. die Auslenkung der Membranen geringgehalten werden kann, was sich in kleineren Messfehlern niederschlägt.Because of the reduced oil volume, the measurement error of the differential pressure sensor according to the invention, which is generated by the temperature gradient, is also relatively small. Furthermore, a small oil volume also enables the use of smaller diaphragm diameters, which is very advantageous for realizing a coplanar differential pressure sensor with effective overload protection. The reason for this can be seen in the fact that with a small measuring range, the activation or deflection of the membranes can be kept low, which is reflected in smaller measuring errors.

Allgemein lässt sich sagen, dass es zum Schutz des drucksensitiven Elements gegen Überdruck erfindungsgemäß sichergestellt ist, dass ein einseitig auftretender Überdruck am koplanaren Doppelmembransystem so beschränkt wird, dass eine Zerstörung des drucksensitiven Elements ausgeschlossen ist.In general it can be said that, in order to protect the pressure-sensitive element against excess pressure, it is ensured according to the invention that excess pressure occurring on one side on the coplanar double membrane system is limited in such a way that destruction of the pressure-sensitive element is excluded.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers sind die Zusatzmembranen derart vorgespannt, dass sie sich erst dann von dem Grundkörper abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird. Somit ist sichergestellt, dass der Überlastschutz erst dann aktiviert wird, wenn die Gefahr eines das drucksensitive Element schädigenden Überdrucks an dem drucksensitiven Element auftritt. Durch das quasi Nichtvorhandensein der Überlastkammern im normalen Messbetrieb lässt sich das benötigte Ölvolumen wiederum noch einmal reduzieren, was die entsprechenden bereits zuvor beschriebenen Vorteile mit sich bringt. Prozessmembrane/Trennmembrane, die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung eingesetzt werden kann, ist aus der US 10,656,039 B2 bekannt geworden.According to one embodiment of the differential pressure sensor according to the invention, the additional membranes are prestressed in such a way that they only lift off from the base body when a predetermined critical limit pressure is exceeded. This ensures that the overload protection is only activated when there is a risk of overpressure damaging the pressure-sensitive element. Due to the virtual non-existence of the overload chambers in normal measuring operation, the required oil volume can be reduced again, which brings with it the corresponding advantages already described above. Process membrane / separating membrane that can be used in conjunction with the solution according to the invention is from US 10,656,039 B2 known.

Infolge der möglichst vollflächigen und bevorzugt formschlüssigen Anlage der Überlastmembranen am Gehäuse des Messwerks gelangt der Messdruck über die Druckkammern, die entsprechend gekoppelten Hilfs- und Verbindungskapillaren zu den entsprechenden Überdruckkammern und zu der Minus- bzw. der Plusseite des drucksensitiven Elements. Ev. ist in den Membranbetten oder an den Rückseiten der Überlastmembranen ein hydraulischer Kanal vorgesehen. Die Überlastmembranen und das drucksensitive Element liegen druckdynamisch gesehen parallel. Die Auslenkung der Überlastmembranen wird infolge ihrer Vorspannung bis zu einem vorgegebenen Wert zwangsweise verhindert. Die Vorspannung der Überlastmembranen ist so ausgelegt, dass sie größer als der Messbereich des Differenzdruckaufnehmers ist.As a result of the full-surface and preferably form-fitting contact of the overload membranes on the housing of the measuring mechanism, the measured pressure reaches the pressure chambers, the correspondingly coupled auxiliary and connecting capillaries to the corresponding overpressure chambers and to the minus or plus side of the pressure-sensitive element. possibly A hydraulic channel is provided in the membrane beds or on the backs of the overload membranes. In terms of pressure dynamics, the overload membranes and the pressure-sensitive element are parallel. The deflection of the overload diaphragms is forcibly prevented up to a predetermined value as a result of their pretension. The preload of the overload diaphragms is designed in such a way that it is larger than the measuring range of the differential pressure sensor.

Das drucksensitive Element erhält über die zweite Druckkammer, die zweite Verbindungskapillare und die mit ihr gekoppelte erste Hilfskapillare die Druckinformation für die Plusseite. Über die erste Druckkammer, die erste Verbindungskapillare und die mit ihr gekoppelte zweite Hilfskapillare erhält das drucksensitive Element die Druckinformation für die Minusseite. Aufgrund der Parallelschaltung wirken die an den Seiten des drucksensitiven Elements anliegenden Drücke auch auf die Rückseite der entsprechenden Überlastmembranen. Das drucksensitive Element lenkt sich entsprechend dem anliegenden Differenzdruck aus. Die Wirkung der Parallelpfade über die Überlastdruckkammern sind übrigens aufgrund der vorgespannten, im Wesentlichen vollflächigen und/oder formschlüssigen bzw. kraftschlüssigenAnlage der Überlastmembranen am Gehäuse des Messwerks nahezu vernachlässigbar.The pressure-sensitive element receives the pressure information for the plus side via the second pressure chamber, the second connecting capillary and the first auxiliary capillary coupled to it. The pressure-sensitive element receives the pressure information for the minus side via the first pressure chamber, the first connecting capillary and the second auxiliary capillary coupled to it. Due to the parallel connection, the pressures applied to the sides of the pressure-sensitive element also act on the back of the corresponding overload diaphragms. The pressure-sensitive element deflects according to the applied differential pressure. Incidentally, the effect of the parallel paths via the overload pressure chambers is almost negligible due to the prestressed, essentially full-surface and/or positive or non-positive contact of the overload membranes on the housing of the measuring mechanism.

Durch die Vorspannung der Überlastmembranen ist sichergestellt, dass ihre Auslenkung erst erfolgt, wenn an einer der Doppelmembranen ein kritischer Überdruck auftritt, der die Gefahr der Zerstörung des drucksensitiven Elements mit sich bringen würde. Sobald beispielsweise an der zweiten Trennmembrane ein kritischer Überdruck auftritt, wird die zweite Trennmembrane gegen die zweite Überlastmembrane bewegt, bis sie an der Überlastmembrane anliegt. Bei Überschreiten der Vorspannung wird die erste Überlastmembrane ausgelenkt, und die aus der zweiten Druckkammer herausgeschobene Übertragungsflüssigkeit wird über die zweite Verbindungskapillare und die mit ihr gekoppelte erste Hilfskapillare in die erste Zusatzdruckkammer verschoben. Der Druck in der ersten Zusatzdruckkammer und in der mit ihr in Wirkverbindung stehenden ersten Druckkammer steigt an. Dies geschieht solange, bis die Hydraulikflüssigkeit von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite verschoben ist. Nachfolgend kann der hydraulische Druck in dem Messwerk nicht mehr ansteigen und die Druckbegrenzung, also der Überdruckschutz, greift.The prestressing of the overload membranes ensures that they are only deflected when a critical overpressure occurs on one of the double membranes, which would entail the risk of destroying the pressure-sensitive element. For example, as soon as a critical overpressure occurs at the second separating diaphragm, the second separating diaphragm is moved against the second overload diaphragm until it is in contact with the overload diaphragm. When the pretension is exceeded, the first overload membrane is deflected and the transmission fluid pushed out of the second pressure chamber is pushed into the first additional pressure chamber via the second connecting capillary and the first auxiliary capillary coupled to it. The pressure in the first additional pressure chamber and in the first pressure chamber that is operatively connected to it increases. This continues until the hydraulic fluid is shifted from the high-pressure side to the low-pressure side. The hydraulic pressure in the measuring unit can then no longer rise and the pressure limitation, i.e. the overpressure protection, takes effect.

Weiterhin handelt es sich auch bei den Verbindungskapillaren und den Hilfskapillaren im Messwerk und in der Wandlerkammer, ggf. in dem Zwischenmodul 19 bevorzugt um Kapillarbohrungen. Diese verlaufen im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Differenzdruckaufnehmers. Bevorzugt sind die Übergänge zwischen den Verbindungskapillaren und den Hilfskapillaren zwischen Messwerk und Wandlerkammer ebenso wie im Bereich hinter der Wandlerkammer über Kapillarröhrchen realisiert, die in den Bohrungen druckfest, kraftschlüssig und gasdicht befestigt sind.Furthermore, the connecting capillaries and the auxiliary capillaries in the measuring unit and in the converter chamber, if necessary in the intermediate module 19, are preferably capillary bores. These run essentially parallel to the longitudinal axis of the differential pressure sensor. The transitions between the connecting capillaries and the auxiliary capillaries between the measuring unit and the converter chamber, as well as in the area behind the converter chamber, are preferably realized via capillary tubes which are fastened pressure-tight, non-positively and gas-tight in the bores.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Messwerk in einem Prozessanschluss angeordnet ist, wobei der Prozessanschluss im dem Prozess zugewandten Bereich einen Durchmesser aufweist der größer ist als der Durchmesser im vom Prozess abgewandten Bereich, in dem er mit dem Gehäuseadapter druck-, gas- und/oder flüssigkeitsdicht verbunden ist. 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. Es versteht sich, dass die Verbindungskapillaren und den Hilfskapillaren im Bereich hinter der Wandlerkammer auch ggf. als Kapillarbohrungen realisiert sein können.In addition, it is proposed that the measuring unit be arranged in a process connection, with the process connection having a diameter in the area facing the process that is larger than the diameter in the area facing away from the process, in which it is pressure-, gas- and/or or connected in a liquid-tight manner. Due to the separation of measuring mechanism and converter chamber, it is also possible in a simple manner to implement an electrically insulated separation between the two components—measuring mechanism and converter chamber. More on that later. It goes without saying that the connecting capillaries and the auxiliary capillaries in the area behind the converter chamber can also be implemented as capillary bores.

Um darüber hinaus sicherzustellen, dass eine einseitige Überdruck begrenzt wird, bevor er 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 er an die Differenzdruckmesszelle übertragen wird. Um das drucksensitive Element zusätzlich vor Druckspitzen zu schützen, sind gemäß einer Ausgestaltung des Differenzdruckmessaufnehmers in die Verbindungsleitungen bzw. in die Verbindungskapillare zwischen Messwerk und Zwischenmodul oder zwischen Zwischenmodul und Wandlerkammer Dynamikbremsen eingebaut. Bei den Dynamikbremsen handelt es sich um Strömungswiderstände, z.B. um Sintermetalleinsätze. Die Dynamikbremsen können auch so ausgestaltet sein, dass sie zusätzlich die Funktion des Explosionsschutzes übernehmen.In order to also ensure that a one-sided overpressure is limited 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 a pressure above the specified critical limit pressure lying overpressure is compensated by the overload protection before it is transmitted to the differential pressure measuring cell. In order to additionally protect the pressure-sensitive element from pressure peaks, dynamic brakes are installed in the connecting lines or in the connecting capillary between the measuring mechanism and the intermediate module or between the intermediate module and the converter chamber, according to one embodiment of the differential pressure sensor. The dynamic brakes are flow resistances, eg sintered metal inserts. The dynamic brakes can also be designed in such a way that they also assume the function of explosion protection.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung es erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers sieht vor, dass am Messwerk zwei Befüllungsbohrungen zur Befüllung des Hydrauliksystems des Differenzdrucksensors mit einer Hydraulikflüssigkeit vorhanden sind. Die Befüllungsbohrungen verlaufen im Wesentlichen parallel zu den Verbindungskapillaren und den Hilfskapillaren. Alternativ oder additiv ist noch mindestens eine Befüllungsbohrung an der Wandlerkammer vorgesehen. Die Befüllungsbohrungen sind mit einem zugeordneten Verschlusselement nach dem Befüllen mit der Hydraulikflüssigkeit druckdicht und gasdicht oder zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen. Beispielsweise handelt es sich bei einem Verschlusselement um eine Kugel, die in die Bohrung eingepresst und anschließend verstemmt wird. Auch ist es möglich, das Verschlusselement in der Bohrung zu verschweißen. Die Menge der benötigten Hydraulikflüssigkeit lässt sich durch das Einbringen von Füllelementen, z.B. von Füllstäben, in die Befüllungsbohrungen reduzieren.An advantageous embodiment of the differential pressure sensor according to the invention provides that the measuring unit has two filling bores for filling the hydraulic system of the differential pressure sensor with a hydraulic fluid. The filling bores essentially run parallel to the connecting capillaries and the auxiliary capillaries. Alternatively or additionally, at least one filling hole is provided on the converter chamber. After filling with the hydraulic fluid, the filling bores are closed in a pressure-tight and gas-tight or at least liquid-tight manner with an associated closure element. For example, a 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. The amount of hydraulic fluid required can be reduced by introducing filling elements, e.g. filling rods, into the filling bores.

Durch die Anordnung der Ausgänge der Befüllungsöffnungen im Sensorrückraum und damit im Innenraum des Differenzdruckmessaufnehmers sind die Befüllungsbohrungen - hinter den Verschlusselementen - korrosionsgeschützt. Weiterhin können die entsprechenden Bereiche der Befüllungsbohrungen nach außen hin auch noch vergossen sein; dies ist jedoch aufgrund der vom Außenraum abgeschlossenen Lage der Befüllungsbohrungen innerhalb des Gehäuseadapters nicht unbedingt erforderlich.Due to the arrangement of the outlets of the filling openings in the rear of the sensor and thus in the interior of the differential pressure sensor, the filling holes - behind the closing elements - are protected against corrosion. Furthermore, the corresponding areas of the filling bores can also be cast on the outside; however, this is not absolutely necessary due to the closed position of the filling bores within the housing adapter from the outside.

Auch können die Verbindungs- und Hilfskapillaren derart ausgestaltet sein, dass sie die Wandlerkammer elektrisch von dem Messwerk isolieren. Bevorzugt erfolgt die elektrische Isolierung der Wandlerkammer vom Messwerk über Zusatzelemente. Diese können an unterschiedlichen Stellen in den Verbindungs- oder Hilfskapillaren angeordnet sein. Bei einem isolierenden Zusatzelement kann es sich insbesondere einem Keramikisolierkörper oder um eine isolierende Einglasung handeln. Die Verbindung muss gasdicht ausgestaltet sein: entweder handelt es sich um eine Lötverbindung oder eine Einglasung. Wie gesagt, können die elektrischen Isolatoren in der Wandlerkammer und/oder im Messwerk oder im Zwischenbereich von Messwerk und Wandlerkammer und/oder im Bereich hinter der Wandlerkammer vorgesehen sein. Insbesondere können die elektrischen Isolatoren auch als Zwischenstücke in die als Kapillarröhrchen ausgestalteten Verbindungs- und Hilfskapillaren integriert sein.The connecting and auxiliary capillaries can also be designed in such a way that they electrically insulate the converter chamber from the measuring mechanism. The electrical insulation of the converter chamber from the measuring mechanism is preferably carried out via additional elements. These can be arranged at different points in the connecting or auxiliary capillaries. An additional insulating element can be, in particular, a ceramic insulating body or an insulating glazing. The connection must be gas-tight: either it is a soldered connection or a glazing. As stated, the electrical insulators can be provided in the converter chamber and/or in the measuring unit or in the area between the measuring unit and the converter chamber and/or in the area behind the converter chamber. In particular, the electrical insulators can also be integrated as intermediate pieces in the connecting and auxiliary 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.
This makes it possible to separate earth and ground (circuit zero point; Ue = reference point of the electrical supply = ground) and to achieve the following advantages for the current feedthrough:
  • - 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 be a lot smaller than both have been aware of up to now which solutions. These minimum distances can also be achieved without great effort.

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 wird die Gasdichtigkeit über Glasdurchführungen erreicht. Da die Wandlerkammer elektrisch von dem Messwerk isoliert ist, kann die Wandstärke der Glasdurchführungen dünner ausgeführt werden. Dadurch kann der Abstand der Pins voneinander verkleinert werden. Ziel ist insbesondere, eine Druckfestigkeit zu erreichen, die größer ist als 1280 bar. Kleinere Einglasungs-Elemente ermöglichen es, dass auf gleichem Raum mehr PINs untergebracht werden können. Das bedeutet u.U. auch, dass weniger Ölvolumen benötigt wird.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. The gas-tightness is preferably achieved via glass bushings. Since the transducer chamber is electrically isolated from the measuring mechanism, the wall thickness of the glass bushings can be made thinner. This allows the distance between the pins to be reduced. The aim is in particular to achieve a pressure resistance that is greater than 1280 bar. Smaller glazing elements allow more PINs to be accommodated in the same space. This may also mean that less oil volume is required.

Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, ist die Wandlerkammer so ausgestaltet ist, dass auf der Niederdruckseite und der Hochdruckseite gleiche Übertragungsflüssigkeits- bzw. Öl-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 drucksensitive Element zur Messung des Differenzdrucks und das drucksensitive Element zur Messung des statischen Drucks gestapelt übereinander anageordnet. Hier kommt nur der Vorteil der zuvor genannten Verkleinerung der Durchführungen für die PINs besonders zum Tragen: Da diese kleiner ausfallen, können die vier Zusatz-PINs, die die Messwerte des statischen Druckelements 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. Möglich ist es jedoch auch, das drucksensitive Element zur Messung des Differenzdrucks und das drucksensitive Element zur Messung des statischen Drucks nebeneinander, also quasi in einer Ebene, anzuordnen.

  • 1a: eine Darstellung, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers schematisch skizziert,
  • 1b: der Weg des Drucks/Überdrucks im Kapillarsystem des in 1a gezeigten Differenzdruckaufnehmers,
  • 2: eine realistischere Darstellung der in den Figuren 1a und 1b gezeigten Ausgestaltung bei Anliegen eines Überdrucks,
  • 3a: eine Variante zu der in 3a gezeigten Ausgestaltung mit zusätzlichen Befüllungsöffnungen in der Wandlerkammer,
  • 3b: die in 2 gezeigte Ausgestaltung mit Pfeilen, die die Übertragung des Drucks anzeigen,
  • 4: 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, und
  • 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.
In order to record and subsequently compensate for the influence of the static pressure on the measured values of the differential pressure sensor, 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 on top of the other. This is where the advantage of the previously mentioned reduction in the size of the bushings for the PINs comes into play: Since these are smaller, the four additional PINs, which provide the measured values of the static pressure element, can be accommodated in the converter chamber without enlarging them would have to be. The arrangement of the PINs is dealt with in more detail below in the description of the figures. However, it is also possible to arrange the pressure-sensitive element for measuring the differential pressure and the pressure-sensitive element for measuring the static pressure next to one another, that is to say virtually in one plane.
  • 1a : an illustration that schematically outlines the structure of a differential pressure sensor according to the invention,
  • 1b : the path of the pressure/overpressure in the capillary system of the in 1a shown differential pressure sensor,
  • 2 : a more realistic representation of those in the figures 1a and 1b configuration shown when an overpressure is present,
  • 3a : a variant of the in 3a shown embodiment with additional filling openings in the converter chamber,
  • 3b : in the 2 embodiment shown with arrows indicating the transmission of the pressure,
  • 4 : 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 circuit of the electrical connections of the differential pressure measuring cell and static pressure measuring cell, and
  • 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 1a ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers 1 schematisch skizziert. 2a skizziert den Weg, den ein einseitig auftretender Überdruck in dem Kapillarsystem des Differenzdruckaufnehmers 1 nimmt. Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 dient zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken p1, p2. Zur Anwendung kommt die Messung des Differenzdruckes zweier Drücke p1, p2 z.B. in einer Rohrleitung zur Durchflussbestimmung. Ein weiterer Anwendungsfall eines Differenzdruckmessaufnehmers 1 stellt beispielsweise die Bestimmung des Füllstandes eines in einem Tank befindlichen fluiden Mediums dar.In 1a the structure of a differential pressure sensor 1 according to the invention is sketched schematically. 2a outlines the path that an overpressure occurring on one side takes in the capillary system of the differential pressure sensor 1. The differential pressure sensor 1 is used to determine the differential pressure of two pressures p1, p2. The measurement of the differential pressure of two pressures p1, p2, for example in a pipe, is used to determine the flow rate. Another application of a differential pressure sensor 1 is, for example, the determination of the fill level of a fluid medium located in a tank.

Der koplanare Differenzdruckmessaufnehmer 1 besteht aus den Komponenten: Messwerk 2 und Wandlerkammer 3. Das Messwerk 2 ist in dem Prozessanschluss 21 angeordnet. Der Prozessanschluss 21 hat im dem Prozess zugewandten Bereich eine größere Dimensionierung als im vom Prozess abgewandten Bereich. Die Wandlerkammer 3 ist in den Gehäuseadapter 22 integriert. Prozessanschluss 21 und Gehäuseadapter 22 sind druck-, gas- und/oder flüssigkeitsdicht über die Fügung 20 miteinander verbunden. Ggf. ist zwischen dem Messwerk 2 und der Wandlerkammer 3 ein Zwischenmodul 19 vorgesehen, das in den Figuren nicht dargestellt ist.The coplanar differential pressure sensor 1 consists of the components: measuring unit 2 and converter chamber 3. The measuring unit 2 is arranged in the process connection 21. The process connection 21 has larger dimensions in the area facing the process than in the area facing away from the process. The converter chamber 3 is integrated into the housing adapter 22 . process Connection 21 and housing adapter 22 are connected to one another via joint 20 in a pressure-tight, gas-tight and/or liquid-tight manner. If necessary, an intermediate module 19 is provided between the measuring unit 2 and the converter chamber 3, which is not shown in the figures.

Das Messwerk 2 weist in seinem dem Prozess zugewandten Endbereich zwei in einer Ebene liegende Doppelmembranen 4a, 4b auf, die zusammen ein koplanares Doppelmembransystem bilden. Jede der beiden Doppelmembranen 4a, 4b besteht aus einer Trennmembrane bzw. einer Prozessmembrane 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. Zwischen der zweiten Trennmembrane 5b und der zweiten Überlastmembrane 6b ist eine zweite Druckkammer 7b und zwischen der zweiten Überlastmembrane 6b und dem Grundkörper 9 eine zweite Zusatzdruckkammer 8b ausgebildet. Die Überlastmembranen 6a, 6b sind bevorzugt derart vorgespannt, dass sie im regulären Messbetrieb im Wesentlichen am Grundkörper 9 anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper 9 abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck einseitig - also an einer der beiden Trennmembranen 5a, 5b - überschritten wird. Denn nur wenn dafür Sorge getragen wird, dass der Druck, der zu dem in der Druckmesszelle 12 angeordneten drucksensitiven Element 13 übertragen wird, stets unterhalb dieses kritischen Grenzdrucks liegt, kann eine Zerstörung des drucksensitiven Elements 13 ausgeschlossen werden.In its end region facing the process, the measuring unit 2 has two double membranes 4a, 4b lying in one plane, which together form a coplanar double membrane system. Each of the two double diaphragms 4a, 4b consists of a separating diaphragm or a process diaphragm 5a, 5b and an overload diaphragm 6a, 6b arranged behind the separating diaphragm 5a, 5b in the direction of the pressure effect. A first pressure chamber 7a is formed between the first separating membrane 5a and the first overload membrane 6a and a first additional pressure chamber 8a is formed between the first overload membrane 6a and the base body 9 . A second pressure chamber 7b is formed between the second separating membrane 5b and the second overload membrane 6b, and a second additional pressure chamber 8b is formed between the second overload membrane 6b and the base body 9. The overload membranes 6a, 6b are preferably prestressed in such a way that they essentially rest against the base body 9 during regular measurement operation and only lift off from the base body 9 when a predetermined critical limit pressure is exceeded on one side - i.e. on one of the two separating membranes 5a, 5b . Destruction of the pressure-sensitive element 13 can only be ruled out if care is taken to ensure that the pressure transmitted to the pressure-sensitive element 13 arranged in the pressure-measuring cell 12 is always below this critical limit pressure.

Der ersten Druckkammer 7a ist eine erste Verbindungskapillare 10a und der zweiten Druckkammer 8b ist eine zweite Verbindungskapillare 10b zugeordnet. Der ersten Zusatzdruckkammer 8a ist eine erste Hilfskapillare 11a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b eine zweite Hilfskapillare 11 b zugeordnet ist. Zum Schutz vor einem einseitig auftretenden Überdruck PeÜL ist die erste Verbindungskapillare 10a hydraulisch mit der zweiten Hilfskapillare 11b und die zweite Verbindungskapillare 10b mit der ersten Hilfskapillare 11a gekoppelt. Die Verbindungsstellen/Kreuzungen zwischen der ersten Verbindungskapillare 10a und der zweiten Hilfskapillare 11b und der zweiten Verbindungskapillare 10b und der ersten Hilfskapillare 11a sind in einem Raumbereich angeordnet, der sich hinter dem vom Prozess abgewandten Bereich der Wandlerkammer 3 befindet. Die Drücke p1, p2 werden über die Kapillaren 10a, 10b, 11a, 11b hydraulisch zur Minusseite bzw. Plusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen.A first connecting capillary 10a is assigned to the first pressure chamber 7a and a second connecting capillary 10b is assigned to the second pressure chamber 8b. The first additional pressure chamber 8a is assigned a first auxiliary capillary 11a and the second additional pressure chamber 8b is assigned a second auxiliary capillary 11b. To protect against an overpressure PeÜL occurring on one side, the first connecting capillary 10a is hydraulically coupled to the second auxiliary capillary 11b and the second connecting capillary 10b to the first auxiliary capillary 11a. The connection points/crossings between the first connection capillary 10a and the second auxiliary capillary 11b and the second connection capillary 10b and the first auxiliary capillary 11a are arranged in a spatial area which is located behind the area of the converter chamber 3 facing away from the process. The pressures p1, p2 are transmitted hydraulically via the capillaries 10a, 10b, 11a, 11b to the minus side or plus side of the pressure-sensitive element 13.

Als hydraulisches Übertragungsmedium befindet sich in dem Kapillarsystem eine im spezifizierten Messbereich des Differenzdruckmessaufnehmers 1 weitegehend inkompressible Flüssigkeit 16, z.B. ein Silikonöl.The hydraulic transmission medium in the capillary system is a liquid 16 that is largely incompressible in the specified measuring range of the differential pressure sensor 1, e.g. a silicone oil.

Bevorzugt sind die Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11a, 11b im Messwerk 2 und in der Wandlerkammer 3 übrigens als Kapillarbohrungen ausgeführt. Möglich ist es jedoch auch die Kapillarbohrungen zumindest stückweise als Kapillarröhrchen 17 auszugestalten. Im gezeigten Fall sind Kapillarröhrchen 17 jeweils zwischen den Kapillarbohrungen von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 und ev. im Bereich hinter der Wandlerkammer 3 vorgesehen.The connecting and auxiliary capillaries 10a, 10b, 11a, 11b in the measuring unit 2 and in the converter chamber 3 are preferably designed as capillary bores. However, it is also possible to configure the capillary bores at least in part as capillary tubes 17 . In the case shown, capillary tubes 17 are provided between the capillary bores of measuring mechanism 2 and converter chamber 3 and possibly in the area behind converter chamber 3 .

Um sicherzustellen, dass der Überlastschutz greift, bevor ein einseitig auftretender Überdruck PeÜL zu dem drucksensitiven Element 13 übertragen wird, sind die Kapillaren 10a, 10b, 11a, 11b geeignet dimensioniert. Zusätzlich sind Dynamikbremsen 18 vorgesehen. Im gezeigten Fall sind die Dynamikbremsen 18 in den Kapillaren vorgesehen, die zu der Minus- und Plusseite des drucksensitiven Elements 13 führen. Bei den Dynamikbremsen 18 kann es sich um Sintermetalleinsätze handeln. Bei einem Einsatz des Differenzdruckmessaufnehmers 1 im explosionsgefährdeten Bereich werden die Dynamikbremsen 18 aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt. In diesem Fall erfüllen die Dynamikbremsen 18 dann also eine Doppelfunktion: Eine verzögerte Weiterleitung des Drucks und einen Explosionsschutz, der entsprechend der benötigten Explosionsschutzart ausgelegt ist. Es versteht sich von selbst, dass Dynamikbremsen 18 in den beiden zuvor beschriebenen Varianten an alle Stellen innerhalb des Kapillarsystems integriert werden können, an denen ihr Einsatz das korrekte Funktionieren des Überlastschutzes sicherstellt. Additiv oder alternativ sind - wie bereits erwähnt - die Dimensionen (Länge und Durchmesser) der Verbindungs- und Hilfskapillaren so ausgestaltet, dass der Überlastschutz seine Wirkung entfalten kann.In order to ensure that the overload protection takes effect before an overpressure PeÜL occurring on one side is transmitted to the pressure-sensitive element 13, the capillaries 10a, 10b, 11a, 11b are suitably dimensioned. In addition, dynamic brakes 18 are provided. In the case shown, the dynamic brakes 18 are provided in the capillaries that lead to the minus and plus sides of the pressure-sensitive element 13 . The dynamic brakes 18 can be sintered metal inserts. If the differential pressure sensor 1 is used in a potentially explosive area, the dynamic brakes 18 are made from a non-conductive material. In this case, the dynamic brakes 18 then fulfill a dual function: delayed transmission of the pressure and explosion protection, which is designed according to the required type of explosion protection. It goes without saying that dynamic brakes 18 in the two variants described above can be integrated at all points within the capillary system where their use ensures the correct functioning of the overload protection. As already mentioned, the dimensions (length and diameter) of the connection and auxiliary capillaries are additionally or alternatively designed in such a way that the overload protection can develop its effect.

Über die Befüllungsbohrungen 14a, 14b wird das Kapillarsystem des Differenzdruckmesssaufnehmers 1 mit einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit 16 befüllt. Die Anordnung und Lage der Befüllungsbohrungen 14a, 14b ist so gewählt, dass das zum Befüllen benötigte Ölvolumen möglichst gering ist.The capillary system of the differential pressure sensor 1 is filled with a hydraulic transmission fluid 16 via the filling bores 14a, 14b. The arrangement and position of the filling holes 14a, 14b is chosen so that the volume of oil required for filling is as small as possible.

Die Befüllungsbohrungen und die Verschlusselemente 15a, 15b sind möglichst so ausgestaltet und angeordnet, dass sich die verschlossenen Befüllungsbohrungen 14a, 14b im Messwerk (1a, 1b, 2, 3b) oder in der Wandlerkammer 3 und im Messwerk 2 befinden (3a). Durch diese Anordnung im Innenraum des Differenzdruckmessaufnehmers 1 sind die Befüllungsbohrungen 14a, 14b - auch außerhalb der Verschlusselemente 15a, 15b - korrosionsgeschützt. Weiterhin können die entsprechenden Bereiche der Befüllungsbohrungen 14a, 14b nach außen vergossen werden; dies ist jedoch aufgrund der vom Außenraum abgeschlossenen Lage der Befüllungsbohrungen 14a, 14b nicht unbedingt erforderlich.The filling bores and the closure elements 15a, 15b are designed and arranged as far as possible in such a way that the closed filling bores 14a, 14b in the measuring unit ( 1a , 1b , 2 , 3b ) or in the converter chamber 3 and in the measuring mechanism 2 ( 3a ). This arrangement in the interior of the differential pressure measurement saufnehmers 1 are the filling holes 14a, 14b - protected against corrosion - even outside of the closure elements 15a, 15b. Furthermore, the corresponding areas of the filling bores 14a, 14b can be cast to the outside; however, this is not absolutely necessary due to the closed position of the filling bores 14a, 14b from the outside.

Als druckdichter, gas- oder zumindest flüssigkeitsdichter Verschluss ist jeweils ein bevorzugt kugelförmiges Verschlusselement 15a, 15b vorgesehen, das von außen in die Befüllungsbohrung 14a, 14b gedrückt und anschließend verstemmt wird. Prinzipiell stehen auch anderen Verfahrens zum Verschließen der Öffnungen zur Verfügung. Schweißen wird allerdings insofern als kritisch angesehen, da infolge der Temperaturerhöhung negative Rückwirkungen auf die definierten Eigenschaften der Übertragungsflüssigkeit 16 auftreten können.A preferably spherical closure element 15a, 15b is provided as a pressure-tight, gas-tight or at least liquid-tight closure, which is pressed from the outside into the filling bore 14a, 14b and then caulked. In principle, other methods for closing the openings are also available. However, welding is regarded as critical insofar as negative repercussions on the defined properties of the transmission liquid 16 can occur as a result of the temperature increase.

Die Figuren 3a und 3b zeigen die Aktivierung des Überdruckschutzes bei Auftreten eines einseitigen Überdrucks an der Doppelmembrane 4b. Analog arbeitet der Überdruckschutz, wenn ein Überdruck an der Doppelmembrane 4a auftritt. Beide Figuren unterscheiden sich - wie bereits gesagt - lediglich in der Anordnung der Befüllungsbohrungen 14a, 14b. Während bei der in 3a gezeigten Ausgestaltung die Befüllung über das Messwerk 2 erfolgt, wird in 3b zusätzlich noch eine Befüllung über die Wandlerkammer 3 vorgenommen.The figures 3a and 3b show the activation of the overpressure protection when a one-sided overpressure occurs on the double diaphragm 4b. The overpressure protection works analogously when an overpressure occurs at the double diaphragm 4a. As already mentioned, the two figures differ only in the arrangement of the filling bores 14a, 14b. While at the in 3a shown embodiment, the filling takes place via the measuring unit 2, is in 3b an additional filling is carried out via the converter chamber 3.

Die Überlastmembranen 5a, 5b ist so vorgespannt, dass sie im normalen Betriebsfall an dem Gehäuse 9 formschlüssig bzw. vollflächig anliegen. Hierdurch ist in der Überlastkammer 8b nahezu kein Ölvolumen, das verschoben werden kann. Tritt an der Prozessmembrane 4b ein Überdruck PeÜL auf, wird die Prozessmembrane 5b gegen die Überdruckmembrane 6b bewegt und Überdruck PeÜL wird über die Verbindungskapillare 10b und die Hilfskapillare 10a auf die Rückseite der Überlastmembran 6a übertragen. Sobald der Überdruck PeÜL größer ist als die Vorspannung der Überdruckmembrane 6a, wird diese ebenso wie die Prozessmembrane 5a ausgelenkt. Das Doppelmembransystem 4a auf der Niederdruckseite nimmt alle Übertragungsflüssigkeit auf, die auf der Hochdruckseite aus dem Doppelmembransystem 4b herausgedrückt wird.The overload diaphragms 5a, 5b are pre-stressed in such a way that in normal operation they are in positive contact with the housing 9 or lie over their entire surface. As a result, there is almost no oil volume in the overload chamber 8b that can be displaced. If an overpressure PeÜL occurs at the process diaphragm 4b, the process diaphragm 5b is moved against the overpressure diaphragm 6b and the overpressure PeÜL is transmitted via the connecting capillary 10b and the auxiliary capillary 10a to the rear of the overload diaphragm 6a. As soon as the overpressure PeÜL is greater than the preload of the overpressure membrane 6a, this is deflected in the same way as the process membrane 5a. The double-diaphragm system 4a on the low-pressure side receives all the transfer fluid that is pushed out of the double-diaphragm system 4b on the high-pressure side.

Erfindungsgemäß wird die Übertragungsflüssigkeit 16 von der Hochdruckseite des Doppelmembransystems 4b auf die Niederdruckseite des Doppelmembransystems 4a übertragen, bis auf der Hochdruckseite keine Übertragungsflüssigkeit 16 mehr verschoben werden kann, da die Trennmembrane 5b auf der sich an dem Grundkörper des Messwerks 2 abstützenden Überlastmembrane 6b anliegt. Der maximale Druck, welcher an der Plusseite (+) des drucksensitiven Elements 15 anliegt, lässt sich über die Rückstellkraft der Überlastmembrane 6a, 6b (Feder im ausgelenkten Zustand) festlegen bzw. dimensionieren. Aufgrund der Parallelschaltung von Überlastmembranen 6a, 6b und drucksensitiven Element 13 übersteigt der Druck am drucksensitiven Element 13 im Überdruckfall nicht den kritischen Grenzwert. So wird einer Zerstörung des drucksensitiven Elements 13, üblicherweise eines Siliziumchips, effektiv entgegengewirkt.According to the invention, the transfer liquid 16 is transferred from the high-pressure side of the double-diaphragm system 4b to the low-pressure side of the double-diaphragm system 4a until no more transfer liquid 16 can be displaced on the high-pressure side, since the separating diaphragm 5b rests on the overload diaphragm 6b supported on the base body of the measuring mechanism 2. The maximum pressure applied to the plus side (+) of the pressure-sensitive element 15 can be defined or dimensioned via the restoring force of the overload membrane 6a, 6b (spring in the deflected state). Due to the parallel connection of overload membranes 6a, 6b and pressure-sensitive element 13, the pressure at pressure-sensitive element 13 does not exceed the critical limit value in the event of excess pressure. This effectively counteracts the destruction of the pressure-sensitive element 13, usually a silicon chip.

Um zu unterstützen, dass der Überdruck PeÜL zuerst die Überlastmembrane 6a auslenkt, bevor er die Membrane des drucksensitiven Elements 13 erreicht, sind die Kapillargeometrien ggf. entsprechend angepasst. Zusätzlich sind an den Zugangskapillaren zu dem drucksensitiven Element 13 ggf. noch Dynamikbremsen 18 vorgeschaltet (3a). Insbesondere sind die Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b geeignet in Länge und Durchmesser derart dimensioniert, dass die Funktion des Überlastschutzes sicher greift.In order to support the overpressure PeÜL first deflecting the overload membrane 6a before it reaches the membrane of the pressure-sensitive element 13, the capillary geometries may be adjusted accordingly. In addition, dynamic brakes 18 may also be connected upstream of the access capillaries to the pressure-sensitive element 13 ( 3a ). In particular, the connecting capillaries 10a, 10b and the auxiliary capillaries 11a, 11b are suitably dimensioned in terms of length and diameter in such a way that the overload protection function reliably takes effect.

4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer würfelförmigen Ausgestaltung der Differenzdruckmesszelle 12 und visualisiert, wie die Einzelkomponenten der Differenzdruckmesszelle 12 bzw. der Stromdurchführung 23 in der Wandlerkammer 3 angeordnet sind. Ein isolierender Sockel (z.B. ein Keramiksockel) 31 ist mit der Bodenfläche einer Ausnehmung in der Wandlerkammer 3 über einen geeigneten Kleber 30 verbunden. Mittels eines Klebers 32 ist die Differenzdruckmesszelle 12, die bevorzugt als drucksensitives Element 13 einen Siliziumchip aufweist, mit dem Keramiksockel 31 verbunden. Zwecks Minimierung des benötigten Ölvolumens bzw. des Volumens der Übertragungsflüssigkeit 21 ist ein Füllkörper 33 vorgesehen, der die Druckmesszelle 13 im Seitenbereich möglichst eng umschließt. Der Füllkörper 33 wird mit einem Deckel 34 verschlossen. Nach außen ist die Wandlerkammer 3 mit einer Verschlusskappe 34 für die Stromdurchführung 23 verschlossen. Die Isolation des Siliziumchips 13 erfolgt über den Isolationssockel, z.B. einen Keramiksockel 31 oder Glas-Sockel, der beispielsweise aus Exschutzgründen eine Dicke von d≥ 0,5mm hat. Weiterhin übernimmt 24 der Füllkörper 33 mit Deckel 34, der z.B. aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt ist, die Isolation des Siliziumchips 15 und dessen Bondverbindungen. Unterhalb sind die als Kapillarröhrchen ausgestalteten Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b gezeigt. 4 shows an exploded view of a cube-shaped configuration of the differential pressure measuring cell 12 and visualizes how the individual components of the differential pressure measuring cell 12 and the current bushing 23 are arranged in the converter chamber 3 . An insulating base (eg, a ceramic base) 31 is bonded to the bottom surface of a recess in the transducer chamber 3 with a suitable adhesive 30 . The differential pressure measuring cell 12 , which preferably has a silicon chip as the pressure-sensitive element 13 , is connected to the ceramic base 31 by means of an adhesive 32 . For the purpose of minimizing the required volume of oil or the volume of the transmission liquid 21, a filling body 33 is provided, which encloses the pressure measuring cell 13 as closely as possible in the side area. The filling body 33 is closed with a cover 34 . The converter chamber 3 is closed to the outside with a sealing cap 34 for the current feedthrough 23 . The silicon chip 13 is insulated via the insulation base, for example a ceramic base 31 or glass base, which has a thickness of d≧0.5 mm for reasons of explosion protection, for example. Furthermore, the filling body 33 with the cover 34, which is made of a suitable plastic, for example, takes over the insulation of the silicon chip 15 and its bond connections. The connecting capillaries 10a, 10b, designed as capillary tubes, and the auxiliary capillaries 11a, 11b are shown below.

5 zeigt unterschiedliche Darstellungen vorteilhafter Varianten, wie die elektrische Isolierung zwischen Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 über in oder an die Kapillarröhrchen adaptierte Isolationselemente 25, bevorzugt Isolationsröhrchen 25, realisiert werden kann. Bei diesen Ausgestaltungen kann übrigens auf den zuvor beschriebenen eingeklebten Keramiksockel 31 in der Wandlerkammer 3 verzichtet werden. Die elektrische Isolation zwischen Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 erfolgt im Bereich der Kapillarröhrchen zwischen den entsprechenden Verbindungskapillaren 10a, 10b oder am Übergang der Kapillarröhrchen zum Messwerk 2 oder zur Wandlerkammer 3. 5 shows different representations of advantageous variants of how the electrical insulation between measuring unit 2 and converter chamber 3 can be realized via insulation elements 25, preferably insulation tubes 25, adapted in or on the capillary tubes. In these configurations, ubri In general, the previously described bonded ceramic base 31 in the converter chamber 3 can be dispensed with. The electrical insulation between measuring mechanism 2 and converter chamber 3 takes place in the area of the capillary tubes between the corresponding connecting capillaries 10a, 10b or at the transition of the capillary tubes to measuring mechanism 2 or to converter chamber 3.

Wie in der linken Darstellung 5 zu sehen ist, können die elektrisch isolierenden Keramikröhrchen 25 in der Wandlerkammer 3 (5a), im Zwischenbereich zwischen Wandlerkammer 3 und Messwerk 2 (5c) oder im Messwerk 2 (5b) ausgeführt sein. Bevorzugt wird durch die Isolation eine Potentialtrennung zur Erde bzw. der internen Masse erreicht. Dies ist erforderlich für die Sicherheitsstufe Ex ia und die elektrische Sicherheit. Die Alternative, dass die Ex-Trennung auch durch entsprechende Ausgestaltung der Dynamikbremsen 22 erreicht werden kann, wurde ja zuvor bereits erwähnt. Der erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer 1 kann auch im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden. Hierzu muss er den Sicherheitsanforderungen ex d genügen, wozu weitere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind.As in the illustration on the left 5 can be seen, the electrically insulating ceramic tubes 25 in the converter chamber 3 ( 5a ), in the intermediate area between converter chamber 3 and measuring unit 2 ( 5c ) or in measuring element 2 ( 5b ) to be executed. The insulation preferably achieves potential isolation from ground or the internal ground. This is required for Ex ia safety level and electrical safety. The alternative that the Ex isolation can also be achieved by appropriate design of the dynamic brakes 22 has already been mentioned above. The differential pressure measuring sensor 1 according to the invention can also be used in potentially explosive areas. To do this, it must meet the ex d safety requirements, for which additional safety measures are required.

6 zeigt eine Wandlerkammer 3 oder deren Komponenten und unterschiedliche Schnitte durch die Wandlerkammer 3. Bei dieser Ausgestaltung ist auch eine Messzelle 27 zur Bestimmung des statischen Drucks vorgesehen. In 6a ist die Stromdurchführung 23 mit einer vorteilhaften Anordnung der Anschluss-Pins 26 für die Differenzdruckmesszelle 14 mit dem drucksensitiven Element 15 und der darüber angeordneten Messzelle 27 zur Bestimmung des statischen Drucks dargestellt. Die PINs 26 sind bevorzugt symmetrisch im Randbereich der beiden bevorzugt übereinander gestapelt angeordneten Druckmesszellen 14, 27 zu finden. Es kann jedoch auch durchaus von Vorteil sein, mindestens einen PIN asymmetrisch zu positionieren, um im späteren Prozess die Weiterverarbeitung, z.B. das Anlöten der Platine sicher zu machen (Poka-Yoke- Prinzip). Entweder enden die PINs 26 alle in einer Ebene oder in parallelen Ebenen. Zwei Pins 1.1, 1.2 der acht Pins 26 (7c) können ohne Isolierung z. B. gelötet sein, da sie auf Masse/Gehäusepotential liegen. 6 shows a converter chamber 3 or its components and different sections through the converter chamber 3. In this embodiment, a measuring cell 27 is also provided for determining the static pressure. In 6a shows the power bushing 23 with an advantageous arrangement of the connection pins 26 for the differential pressure measuring cell 14 with the pressure-sensitive element 15 and the measuring cell 27 arranged above it for determining the static pressure. The PINs 26 are preferably found symmetrically in the edge area of the two pressure measuring cells 14, 27, which are preferably arranged stacked one on top of the other. However, it can also be an advantage to position at least one PIN asymmetrically in order to make subsequent processing, for example soldering on the circuit board, safer later in the process (poka-yoke principle). Either the PINs 26 all end in one plane or in parallel planes. Two pins 1.1, 1.2 of the eight pins 26 ( 7c ) can be used without insulation, e.g. B. soldered, since they are on ground / housing potential.

Die PINS 2 und 3 könnten elektrisch zusammen, also in einem gemeinsamen PIN, auf Potenzial gelegt werden (7b). Die elektrische Isolation erfolgt dann bevorzugt über eine Einglasung. Wenn die Masse-PINS 1.1, 1.2, die den PINs 1, 8 entsprechen, und die PINS 2, 3 für die Spannungsversorgung zusammengefasst sind, liegen die beiden Brücken parallel an der Spannungsversorgung. Gezeigt ist diese Schaltung in 7c.PINS 2 and 3 could be electrically connected together, i.e. in a common PIN, to potential ( 7b ). The electrical insulation then preferably takes place via a glazing. If the ground PINS 1.1, 1.2, which correspond to PINS 1, 8, and PINS 2, 3 for the power supply are combined, the two bridges are connected in parallel to the power supply. This circuit is shown in 7c .

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 PINs 26 are arranged or spaced such that there is sufficient dielectric strength both from PIN 26 to PIN 26 and from PIN 26 to the housing/ground of the converter chamber 3 is. Since the oil volume is all the smaller, the smaller the interior space of the converter chamber 3 is dimensioned, the interior space preferably has a diameter of <10 mm, in particular <8 mm.

6b zeigt einen Längsschnitt durch die übereinander gestapelten Druckmesszellen 14, 27. Bei der Druckmesszelle 27 handelt es sich um eine Absolutdruckmesszelle. Die PINS 26 sind isoliert voneinander durch die Stromdurchführung 30 geführt. Die Stromdurchführung 23 ist druckfest und gas- bzw. flüssigkeitsfest ausgestaltet. Die PINs 26 sind entweder eingelötet oder eingeglast. Alternativ sind sie eingepresst oder impulsgeschweißt. Nur die Masse-PINS sind ohne Isolierung im Gehäuse angeordnet, alle anderen müssen isoliert sein. Dies ist dann möglich, wenn das Gehäuse isoliert über die Kapillaren am Messwerk angebunden ist. Ansonsten müssen alle PINs (auch die Masse-PINS) elektrisch isoliert sein. 6b shows a longitudinal section through the pressure measuring cells 14, 27 stacked one on top of the other. The pressure measuring cell 27 is an absolute pressure measuring cell. The PINS 26 are routed through the electrical feedthrough 30 so that they are isolated from one another. The power feedthrough 23 is designed to be pressure-resistant and gas- or liquid-resistant. The PINs 26 are either soldered or glazed. Alternatively they are pressed in or impulse welded. Only the ground PINS are arranged in the housing without insulation, all others must be insulated. This is possible if the housing is isolated and connected to the measuring unit via the capillaries. Otherwise, all PINs (including the ground PINS) must be electrically isolated.

Zwecks Minimierung des benötigten Ölvolumens, ist die Differenzdruckmesszelle 14 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. 6c zeigt einen Querschnitt im Bereich der Differenzdruckmesszelle 14, während 6d einen Schnitt im Bereich des Chips 27 zur Messung des statischen Drucks zeigt.In order to minimize the oil volume required, the differential pressure measuring cell 14 with the bonding wires 24 is embedded as closely as possible in the filling body 33 and the filling body cap 37 . The packing cap 37 has a recess for receiving the chip/static pressure cell 27 . The sealing cap 35 follows an insulating film 29. 6c shows a cross section in the area of the differential pressure measuring cell 14, while 6d shows a section in the area of the chip 27 for measuring the static pressure.

In den Figuren 7a, 7b und 7c sind die Schaltungen zu den bereits zuvor erwähnten Anordnungen der PINs 26 gezeigt. Über zwei Widerstandsbrücken werden der Differenzdruck (1.2) und der statische Druck (1.1) gemessen. Die Messwerte werden einer Elektronikplatine 36 zur Weiterverarbeitung zugeleitet. 7a zeigt das prinzipielle Anschlussbild der beiden Si-Chips 15, 27. Um die Schaltung komplett unabhängig betreiben zu können, sind acht PINs 26 erforderlich; minimal sind sechs PINs 26 (7b) erforderlich. 7c zeigt eine Schaltung mit 7 PINs 26. Diese Zwischenlösung hat eine getrennte Plus-Versorgung, aber eine gemeinsame Masse. Der Vorteil, den die Nutzung einer geringeren Zahl von PINs 26 bringt, liegt klar darin, dass Platz eingespart werden kann. Die PINs 26 für den Masseanschluss können auch als direkte Verbindung zwischen dem entsprechenden PIN 26 bzw. den entsprechenden PINs 26 und dem leitfähigen Gehäuse (Metallgehäuse) ausgeführt sein. Die Verbindung kann über Einlöten, Einpressen oder Schweißen realisiert werden.In the figures 7a , 7b and 7c the circuits for the previously mentioned arrangements of the PINs 26 are shown. The differential pressure (1.2) and the static pressure (1.1) are measured via two resistance bridges. The measured values are sent to an electronic circuit board 36 for further processing. 7a shows the basic connection diagram of the two Si chips 15, 27. In order to be able to operate the circuit completely independently, eight PINs 26 are required; minimum are six PINs 26 ( 7b ) necessary. 7c shows a circuit with 7 PINs 26. This interim solution has a separate plus supply, but a common ground. The advantage of using a smaller number of PINs 26 is clearly that space can be saved. The PINs 26 for the ground connection can also be implemented as a direct connection between the corresponding PIN 26 or the corresponding PINs 26 and the conductive housing (metal housing). the Connection can be realized by soldering, pressing or welding.

Nachfolgend ist die Funktion der einzelnen in 7 gezeigten PINs 26 aufgeführt:

  • (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).
Below is the function of each in 7 shown PINs 26 listed:
  • (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).

Wie bereits zuvor beschrieben, kann für die Masseanschluss auch ein gemeinsamer PIN 26 verwendet werden.As already described above, a common PIN 26 can also be used for the ground connection.

8 zeigt einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Differenzdruckmesssaufnehmer 1. Weiterhin sind in der 8 die unterschiedlichen Zonen A-G aufgelistet, denen der Differenzdruckmessaufnehmer 1 ausgesetzt ist. Da die Zonen in der Figur namentlich aufgeführt sind, wird an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet. Die eingekreisten Zahlen dokumentieren schematisch Komponenten, die den Prinzipaufbau des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers 1 kennzeichnen:

  • ① Innenvolumen, das ev. mit einem Verguss ausgefüllt ist
  • ② Schweißung zwischen Gehäuseadapter und Messwerk 2
  • ③ Druckzuführung Wandlerkammer 3 - Messwerk 2
  • Druckzuführung zur Wandlerkammer 3
  • Stromdurchführung 23 mit PIN/Einglasung
  • Ölverschluss 20
  • ⑧ Trennung zwischen Gehäuse und Sensorrückraum 16
  • ⑨ Exd-Gewinde Gehäuse-Sensor, z.B. über ein Second Containment und/oder einen Verguss
  • Verschlusskappe 35 Stromdurchführung 23 (GDF)
8th shows a longitudinal section through a differential pressure measuring sensor 1 shown schematically 8th lists the different zones AG to which the differential pressure sensor 1 is exposed. Since the zones are listed by name in the figure, they will not be repeated at this point. The encircled numbers schematically document components that characterize the basic structure of the differential pressure sensor 1 according to the invention:
  • ① Inner volume that may have been filled with encapsulation
  • ② Welding between housing adapter and measuring unit 2
  • ③ Pressure supply converter chamber 3 - measuring mechanism 2
  • ④ Pressure supply to converter chamber 3
  • Power feedthrough 23 with PIN/glazing
  • Oil cap 20
  • ⑧ Separation between the housing and the rear of the sensor 16
  • ⑨ Exd thread housing sensor, eg via a second containment and/or encapsulation
  • Closing cap 35 power feedthrough 23 (GDF)

9 zeigt eine Draufsicht auf einen Füllkörper 33, bei dem die Druckmesszelle 12 und die Druckmesszelle 27 für den statischen Druck in einer Ebene angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Pins - zu sehen sind in der 9 nur die Ausnehmungen 38 für die Pins von der Stromdurchführung - sind so gewählt, dass eine galvanische Trennung sichergestellt ist. 9 shows a plan view of a packing 33 in which the pressure measuring cell 12 and the pressure measuring cell 27 for the static pressure are arranged in one plane. The distances between the pins - can be seen in the 9 only the recesses 38 for the pins from the power feedthrough - are chosen so that a galvanic isolation is ensured.

BezugszeichenlisteReference List

11
Differenzdruckmessaufnehmerdifferential pressure sensor
22
Messwerkmeasuring mechanism
33
Wandlerkammerconverter chamber
44
Doppelmembransystemdouble membrane system
4a, 4b4a, 4b
erste Doppelmembrane, zweite Doppelmembranefirst double diaphragm, second double diaphragm
5a, 5b5a, 5b
erste Trennmembrane, zweite Trennmembranefirst separating diaphragm, second separating diaphragm
6a, 6b6a, 6b
erste Überlastmembrane, zweite Überlastmembranefirst 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,
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
Zwischenmodulintermediate 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

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

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 [0015]US 10656039 B2 [0015]

Claims (18)

Differenzdruckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken (p1, p2) mit einem Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3), wobei in der Wandlerkammer (3) eine Differenzdruckmesszelle (12) mit einem drucksensitiven Element (13) angeordnet ist und wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks (2) ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen (4a, 4b) vorgesehen 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 Druckkammer (7a) eine erste Verbindungskapillare (10a) und der zweiten Druckkammer (7b) eine zweite Verbindungskapillare (10b) zugeordnet ist, wobei der ersten Zusatzdruckkammer (8a) eine erste Hilfskapillare (11a) und der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine zweite Hilfskapillare (11b) zugeordnet ist, wobei - zum Schutz vor einem einseitig auftretenden Überdruck (PeÜL) - die erste Verbindungskapillare (10a) hydraulisch mit der zweiten Hilfskapillare (11b) und die zweite Verbindungskapillare (10b) mit der ersten Hilfskapillare (11a) gekoppelt ist, wobei die Drücke (p1, p2) hydraulisch zu dem drucksensitiven Element (13) übertragen werden, wobei die Verbindungsstellen/Kreuzungen zwischen der ersten Verbindungskapillare (10a) und der zweiten Hilfskapillare (11b) und der zweiten Verbindungskapillare (10b) und der ersten Hilfskapillare (11a) in einem Raumbereich angeordnet sind, der sich hinter dem vom Prozess abgewandten Bereich der Wandlerkammer (3) befindet.Differential pressure sensor (1) for determining the differential pressure of two pressures (p1, p2) with a measuring mechanism (2) and a converter chamber (3), a differential pressure measuring cell (12) with a pressure-sensitive element (13) being arranged in the converter chamber (3). and wherein a coplanar double diaphragm system with two double diaphragms (4a, 4b) is provided on or in an end region of the measuring unit (2) facing the process, wherein the two double diaphragms (4a, 4b) each consist of a separating diaphragm (5a, 5b) and an in In the direction of the pressure effect, there are overload diaphragms (6a, 6b) arranged behind the separating diaphragm (5a, 5b), with a first pressure chamber (7a) between the first separating diaphragm (5a) and the first overload diaphragm (6a) and between the first overload diaphragm (6a) and the base body (9) a first additional pressure chamber (8a) is formed, wherein between the second separating membrane (5b) and the second overload membrane (6b) a second pressure chamber (7b) and between the second A second additional pressure chamber (8b) is formed between the overload diaphragm (6b) and the base body (9), a first connecting capillary (10a) being assigned to the first pressure chamber (7a) and a second connecting capillary (10b) being assigned to the second pressure chamber (7b), wherein a first auxiliary capillary (11a) is assigned to the first additional pressure chamber (8a) and a second auxiliary capillary (11b) to the second additional pressure chamber (8b), whereby - to protect against overpressure occurring on one side (PeÜL) - the first connecting capillary (10a) is hydraulically connected to the second auxiliary capillary (11b) and the second connection capillary (10b) is coupled to the first auxiliary capillary (11a), the pressures (p1, p2) being hydraulically transmitted to the pressure-sensitive element (13), the connection points/crossings between the first connection capillary (10a) and the second auxiliary capillary (11b) and the second connection capillary (10b) and the first auxiliary capillary (11a) arranged in a spatial area s ind, which is located behind the area of the converter chamber (3) facing away from the process. Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 1, wobei die Überlastmembranen (6a, 6b) derart vorgespannt sind, dass sie im Normalbetrieb an dem Grundkörper anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper (9) abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird.differential pressure sensor claim 1 , wherein the overload membranes (6a, 6b) are prestressed in such a way that they rest against the base body during normal operation and only lift off from the base body (9) when a predetermined critical limit pressure is exceeded. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei es sich bei den Verbindungskapillaren (10a, 10b) und den Hilfskapillaren (11a, 11b) im Messwerk (2) und in der Wandlerkammer (3) um Kapillarbohrungen handelt, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Differenzdruckaufnehmers (1) verlaufen.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the connecting capillaries (10a, 10b) and the auxiliary capillaries (11a, 11b) in the measuring unit (2) and in the converter chamber (3) are capillary bores which are essentially parallel to the Run along the longitudinal axis of the differential pressure sensor (1). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und die Hilfskapillaren (11a, 11b) in dem vom Prozess abgewandten Raumbereich der Wandlerkammer (3) als Kapillarbohrungen oder als Kapillarröhrchen ausgestaltet sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the connecting capillaries (10a, 10b) and the auxiliary capillaries (11a, 11b) are designed as capillary bores or as capillary tubes in the region of the converter chamber (3) facing away from the process. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und die Hilfskapillaren (11a, 11b) im Zwischenbereich von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) als Kapillarröhrchen (17) ausgestaltet sind, die mit den korrespondierenden Kapillarbohrungen in Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) druck- und gasdicht verbunden sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the connecting capillaries (10a, 10b) and the auxiliary capillaries (11a, 11b) in the area between the measuring unit (2) and the converter chamber (3) are designed as capillary tubes (17) which are connected to the corresponding capillary bores are connected in a pressure-tight and gas-tight manner in the measuring unit (2) and converter chamber (3). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, wobei das Messwerk (2) in einem Prozessanschluss (21) angeordnet ist, wobei der Prozessanschluss (21) im dem Prozess zugewandten Bereich einen Durchmesser aufweist der größer ist als der Durchmesser in dem vom Prozess abgewandten Bereich, in dem er mit dem Zwischenmodul (19) bzw. dem Gehäuseadapter (22) druck-, gas- und/oder flüssigkeitsdicht verbunden ist.Differential pressure sensor according to one or more of Claims 1 - 5 , wherein the measuring unit (2) is arranged in a process connection (21), the process connection (21) in the area facing the process having a diameter which is larger than the diameter in the area facing away from the process, in which it is connected to the intermediate module ( 19) or the housing adapter (22) is connected in a pressure-tight, gas-tight and/or liquid-tight manner. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und/oder die Hilfskapillaren (11a, 11b) derart ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass ein über dem vorgegebenen kritischen Grenzdruck liegender Überdruck (PeÜL) mittels des Überlastschutzes begrenzt wird, bevor der Überdruck an das drucksensitive Element (13) übertragen wird.Differential pressure sensor according to one or more of Claims 1 until 6 , wherein the connecting capillaries (10a, 10b) and/or the auxiliary capillaries (11a, 11b) are designed and/or dimensioned in such a way that an overpressure (PeÜL) above the predetermined critical limit pressure is limited by means of the overload protection before the overpressure is applied to the pressure-sensitive element (13) is transmitted. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei in jede der Verbindungskapillaren (10a, 10b) mindestens eine Druckdynamikbremse (18) eingesetzt ist, wobei die Druckdynamikbremsen (18) bevorzugt vor dem drucksensitiven Element angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass ein über dem vorgegebenen kritischen Grenzdruck liegender Überdruck (peÜL) begrenzt wird, bevor der Überdruck hydraulisch an das drucksensitive Element (13) übertragen wird.Differential pressure sensor according to one or more of Claims 1 until 7 At least one dynamic pressure brake (18) is inserted in each of the connecting capillaries (10a, 10b), the dynamic pressure brakes (18) preferably being arranged in front of the pressure-sensitive element and/or designed such that an overpressure (peÜL) above the predetermined critical limit pressure is limited before the excess pressure is hydraulically transmitted to the pressure-sensitive element (13). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Messwerk (2) zwei Befüllungsbohrungen (14a, 14b) zur Befüllung des Hydrauliksystems des Differenzdrucksensors (1) mit einer Hydraulikflüssigkeit (16) vorgesehen sind, wobei die Befüllungsbohrungen (14a, 14b) im Wesentlichen parallel zu den Verbindungskapillaren (10a, 10b) und den Hilfskapillaren (11a, 11b) verlaufen, und wobei die Befüllungsbohrungen (14a, 14b) jeweils mittels eines Verschlusselements (15a, 15b) nach dem Befüllen mit der Hydraulikflüssigkeit (16) druckdicht und gasdicht oder zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen werden.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the measuring unit (2) has two filling holes (14a, 14b) for filling the hydraulic system of the differential pressure sensor (1) with a hydraulic fluid (16) are provided, wherein the filling bore ments (14a, 14b) run essentially parallel to the connecting capillaries (10a, 10b) and the auxiliary capillaries (11a, 11b), and wherein the filling bores (14a, 14b) each have a closure element (15a, 15b) after filling with the Hydraulic fluid (16) are sealed pressure-tight and gas-tight or at least liquid-tight. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Verbindungspins gasdicht durch einen der vom Prozess abgewandten Endbereiche der Wandlerkammer (3) in Richtung einer Elektronikplatine (36) geführt sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein electrical connection pins are guided in a gas-tight manner through one of the end regions of the converter chamber (3) facing away from the process in the direction of an electronic circuit board (36). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Verbindungskapillaren (10a, 10b; 17) und den Hilfskapillaren (11a, 11b) elektrische Isolatoren (25) vorgesehen sind, die die Wandlerkammer (3) elektrisch von dem Messwerk (2) isolieren.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein electrical insulators (25) are provided in the connecting capillaries (10a, 10b; 17) and the auxiliary capillaries (11a, 11b) which electrically insulate the converter chamber (3) from the measuring mechanism (2). . Differenzdruckmessaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1-11, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b, 17a, 17b) zumindest abschnittweise mit einem elektrischen Isolator (25), insbesondere einem Keramikisolierkörper oder einer isolierenden Einglasung, versehen sind, und/oder über eine gasdichte Verbindung in den entsprechenden Kapillaren des Messwerks (2) und/oder der Wandlerkammer (3) oder den Kapillarröhrchen (17) befestigt sind.Differential pressure sensor according to at least one of the preceding Claims 1 - 11 , wherein the connecting capillaries (10a, 10b, 17a, 17b) are provided at least in sections with an electrical insulator (25), in particular a ceramic insulating body or an insulating glazing, and/or via a gas-tight connection in the corresponding capillaries of the measuring mechanism (2) and/or the converter chamber (3) or the capillary tubes (17). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Isolatoren (25) in der Wandlerkammer (3) und/oder im Messwerk (2) und/oder im Zwischenraum zwischen Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) vorgesehen sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the electrical insulators (25) are provided in the converter chamber (3) and/or in the measuring mechanism (2) and/or in the space between the measuring mechanism (2) and the converter chamber (3). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Isolatoren (25) jeweils als Zwischenstücke in die als Kapillarröhrchen (17a, 17b) ausgestalteten Verbindungskapillaren (10a, 10b) integriert sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the electrical insulators (25) are each integrated as intermediate pieces in the connecting capillaries (10a, 10b) designed as capillary tubes (17a, 17b). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem drucksensitiven Element (13) um einen Siliziumchip handelt, und wobei der Differenzdruck (p2-p1) über ein kapazitives oder resistives Messverfahren oder Resonator ermittelt wird.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the pressure-sensitive element (13) is a silicon chip, and wherein the differential pressure (p2-p1) is determined using a capacitive or resistive measuring method or resonator. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlerkammer (3) so ausgestaltet ist, dass auf der Niederdruckseite (-) und der Hochdruckseite (+) gleiche Übertragungsflüssigkeits-Volumina vorhanden sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the converter chamber (3) is designed in such a way that the same transmission liquid volumes are present on the low-pressure side (-) and the high-pressure side (+). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Wandlerkammer (3) ein drucksensitives Element (27) zur Messung des statischen Drucks vorgesehen ist.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein a pressure-sensitive element (27) for measuring the static pressure is provided in the converter chamber (3). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drucksensitive Element (13) zur Messung des Differenzdrucks und das drucksensitive Element (27) zur Messung des statischen Drucks übereinandergestapelt oder nebeneinander in der Wandlerkammer (3) angeordnet sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the pressure-sensitive element (13) for measuring the differential pressure and the pressure-sensitive element (27) for measuring the static pressure are stacked on top of one another or arranged next to one another in the converter chamber (3).
DE102020121582.7A 2020-08-17 2020-08-17 Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures Pending DE102020121582A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121582.7A DE102020121582A1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures
PCT/EP2021/069966 WO2022037859A1 (en) 2020-08-17 2021-07-16 Differential pressure sensor for determining the differential pressure between two pressures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121582.7A DE102020121582A1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020121582A1 true DE102020121582A1 (en) 2022-02-17

Family

ID=77042967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020121582.7A Pending DE102020121582A1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020121582A1 (en)
WO (1) WO2022037859A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3222620A1 (en) 1982-02-15 1983-08-25 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München PRESSURE OR PRESSURE DIFFERENCE MEASURING DEVICE WITH A PRESSURE SENSOR DEVICE PROTECTED FROM OVERLOAD
JP2006300570A (en) 2005-04-18 2006-11-02 Yokogawa Electric Corp Differential pressure/pressure transmitter
WO2018165122A1 (en) 2017-03-10 2018-09-13 Honeywell International Inc. Pressure sensor having coplanar meter body with sensor overpressure protection
US20180364124A1 (en) 2017-06-16 2018-12-20 Rosemount Inc. Pressure sensor module for high working pressure applications
US10656039B2 (en) 2017-03-10 2020-05-19 Honeywell International Inc. Pressure sensor having overpressure protection with reduced output error

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012113042A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Hydraulic measuring unit with coplanar pressure inputs and differential pressure sensor with such a measuring unit
CN115151801A (en) * 2019-12-20 2022-10-04 恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司 Differential pressure measuring sensor for determining a differential pressure between two pressures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3222620A1 (en) 1982-02-15 1983-08-25 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München PRESSURE OR PRESSURE DIFFERENCE MEASURING DEVICE WITH A PRESSURE SENSOR DEVICE PROTECTED FROM OVERLOAD
JP2006300570A (en) 2005-04-18 2006-11-02 Yokogawa Electric Corp Differential pressure/pressure transmitter
WO2018165122A1 (en) 2017-03-10 2018-09-13 Honeywell International Inc. Pressure sensor having coplanar meter body with sensor overpressure protection
US10656039B2 (en) 2017-03-10 2020-05-19 Honeywell International Inc. Pressure sensor having overpressure protection with reduced output error
US20180364124A1 (en) 2017-06-16 2018-12-20 Rosemount Inc. Pressure sensor module for high working pressure applications

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022037859A1 (en) 2022-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1269135B1 (en) Pressure sensor module
DE102020110728A1 (en) Differential pressure transducer for determining the differential pressure of two pressures
DE68916384T2 (en) Pressure converter, applicable in oil wells.
EP0759547A1 (en) Pressure sensor
DE2052515A1 (en) Pressure sensor
DE10031135A1 (en) pressure measuring device
DE102009060002A1 (en) sensor
EP2841899B1 (en) Pressure sensor
EP3370051A2 (en) Pressure sensor and a method of measuring the pressure
EP0111348A2 (en) Capacitive differential-pressure transducer
EP2464955B1 (en) Relative pressure sensor
EP3384263B1 (en) Pressure sensor asembly and measurement transducer for process instrumentation with such a pressure sensor assembly
EP2823274B1 (en) Micromechanical measuring element
EP3236222A1 (en) Pressure and temperature sensor
DE102020121582A1 (en) Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures
WO2021122775A1 (en) Differential pressure sensor for determining the differential pressure between two pressures
WO2019020529A1 (en) Pressure sensor arrangement, measuring device and method for the production thereof
DE102020121584A1 (en) Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures
DE102020121583A1 (en) differential pressure sensor
DE102020121580A1 (en) Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures
DE102020121581A1 (en) differential pressure sensor
DE102020121579A1 (en) differential pressure sensor
WO2021213764A1 (en) Differential pressure transducer for measuring the differential pressure between two pressures
WO2021121969A1 (en) Differential pressure measuring sensor
DE102019135476A1 (en) Differential pressure transducer

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R082 Change of representative

Representative=s name: LAUFER, MICHAEL, DIPL.-ING., DE