DE102020121583A1 - differential pressure sensor - Google Patents

differential pressure sensor Download PDF

Info

Publication number
DE102020121583A1
DE102020121583A1 DE102020121583.5A DE102020121583A DE102020121583A1 DE 102020121583 A1 DE102020121583 A1 DE 102020121583A1 DE 102020121583 A DE102020121583 A DE 102020121583A DE 102020121583 A1 DE102020121583 A1 DE 102020121583A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
capillaries
chamber
differential pressure
auxiliary
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
DE102020121583.5A
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 DE102020121583.5A priority Critical patent/DE102020121583A1/en
Priority to PCT/EP2021/069985 priority patent/WO2022037860A1/en
Publication of DE102020121583A1 publication Critical patent/DE102020121583A1/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
    • 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
    • G01L19/0038Fluidic connecting means being part of the housing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0618Overload protection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14Housings
    • G01L19/142Multiple part housings
    • G01L19/143Two part housings

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 an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks (2) ein koplanares Doppelmembransystem (4) mit zwei Doppelmembranen (4a, 4b) vorgesehen ist und wobei in der Wandlerkammer (3) eine Differenzdruckmesszelle (12) mit einem drucksensitiven Element (13) angeordnet ist, wobei die beiden Doppelmembranen (4a, 4b) jeweils aus einer Trennmembrane (5a, 5b) und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane (5a, 5b) angeordneten Überlastmembrane (6a, 6b) bestehen, wobei zwischen der ersten Trennmembrane (5a) und der ersten Überlastmembrane (6a) eine erste Druckkammer (7a) und zwischen der ersten Überlastmembrane (6a) und dem Grundkörper (9) eine erste Zusatzdruckkammer (8a) ausgebildet ist, wobei zwischen der zweiten Trennmembrane (5b) und der zweiten Überlastmembrane (6b) eine zweite Druckkammer (7b) und zwischen der zweiten Überlastmembrane (6b) und dem Grundkörper (9) eine zweite Zusatzdruckkammer (8b) ausgebildet ist, wobei der ersten Zusatzdruckkammer (8a) eine erste Verbindungskapillare (10a) und wobei der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine zweite Verbindungskapillare (10b) zugeordnet ist, wobei die beiden Verbindungskapillaren (10a, 10b) den Druck hydraulisch zu der Wandlerkammer (3) übertragen, und wobei - als Schutz des drucksensitiven Elements (13) vor einem einseitigem Überdruck - der ersten Zusatzdruckkammer (8a) eine erste Hilfskapillare (11a) und der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine zweite Hilfskapillare (11b) zugeordnet ist, wobei der ersten Druckkammer (7a) eine dritte Hilfskapillare (11c) und der zweiten Druckkammer (7b) eine vierte Hilfskapillare (11d) zugeordnet ist, wobei zum Zwecke einer hydraulischen Kopplung die erste Hilfskapillare (11a) mit der vierten Hilfskapillare (11d) und die zweite Hilfskapillare (11b) mit der dritten Hilfskapillare (11c) verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen jeweils in der Wandlerkammer (3) angeordnet ist.The invention relates to a differential pressure sensor (1) for determining the differential pressure of two pressures (p1, p2) with a measuring mechanism (2) and a converter chamber (3), with a coplanar double membrane system on or in an end region of the measuring mechanism (2) facing the process (4) is provided with two double membranes (4a, 4b) and wherein a differential pressure measuring cell (12) with a pressure-sensitive element (13) is arranged in the converter chamber (3), the two double membranes (4a, 4b) each consisting of a separating membrane ( 5a, 5b) and an overload diaphragm (6a, 6b) arranged behind the separating diaphragm (5a, 5b) in the direction of the pressure effect, with a first pressure chamber (7a) between the first separating diaphragm (5a) and the first overload diaphragm (6a) and between of the first overload diaphragm (6a) and the base body (9), a first additional pressure chamber (8a) is formed, with a second pressure chamber between the second separating diaphragm (5b) and the second overload diaphragm (6b). chamber (7b) and a second additional pressure chamber (8b) is formed between the second overload diaphragm (6b) and the base body (9), with the first additional pressure chamber (8a) having a first connecting capillary (10a) and the second additional pressure chamber (8b) having a second is assigned to the connecting capillary (10b), the two connecting capillaries (10a, 10b) transmitting the pressure hydraulically to the converter chamber (3), and wherein - to protect the pressure-sensitive element (13) from overpressure on one side - the first additional pressure chamber (8a) has a first auxiliary capillary (11a) and the second additional pressure chamber (8b) is assigned a second auxiliary capillary (11b), with the first pressure chamber (7a) being assigned a third auxiliary capillary (11c) and the second pressure chamber (7b) being assigned a fourth auxiliary capillary (11d), wherein, for the purpose of hydraulic coupling, the first auxiliary capillary (11a) is connected to the fourth auxiliary capillary (11d) and the second auxiliary capillary (11b) is connected to the third auxiliary capillary (11c ) is connected, the connection points being arranged in each case in the converter chamber (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen koplanaren Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken. Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer im Bereich der Automatisierungstechnik eingesetzt.The invention relates to a coplanar 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 in 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 - specifically 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 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 it is the hydraulic transmission fluid usually an almost incompressible oil, for example a silicone oil.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen koplanaren Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken mit einem Messwerk und einer Wandlerkammer. Es handelt sich bevorzugt um separate Komponenten. In der Wandlerkammer ist eine Differenzdruckmesszelle mit einem drucksensitiven Element angeordnet. Bei dem drucksensitiven Element handelt es sich beispielsweise um einen Siliziumchip.The task is solved by a coplanar differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures with a measuring mechanism and a converter chamber. These are preferably separate components. A differential pressure measuring cell with a pressure-sensitive element is arranged in the converter chamber. The pressure-sensitive element is a silicon chip, for example.

An oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks ist ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen vorgesehen. Jede der beiden Doppelmembranen besteht jeweils 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 ist eine erste Zusatzdruckkammer ausgebildet. Zwischen der zweiten Trennmembrane und der zweiten Überlastmembrane ist eine zweite Druckkammer und zwischen der zweiten Überlastmembrane und dem Grundkörper ist eine zweite Zusatzdruckkammer ausgebildet. Der ersten Zusatzdruckkammer ist eine erste Verbindungskapillare und der zweiten Zusatzdruckkammer ist eine zweite Verbindungskapillare zugeordnet. Über die beiden Verbindungskapillaren wird der Druck hydraulisch zu dem drucksensitiven Element übertragen.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 connection capillary is assigned to the first additional pressure chamber and a second connection capillary is assigned to the second additional pressure chamber. The pressure is transmitted hydraulically to the pressure-sensitive element via the two connecting capillaries.

Als Schutz des drucksensitiven Elements vor einem einseitigen Überdruck ist der ersten Zusatzdruckkammer eine erste Hilfskapillare und der zweiten Zusatzdruckkammer eine zweite Hilfskapillare zugeordnet. Desweiteren ist der ersten Druckkammer eine dritte Hilfskapillare und der zweiten Druckkammer eine vierte Hilfskapillare zugeordnet. Zum Zwecke einer hydraulischen Kopplung ist die erste Hilfskapillare mit der vierten Hilfskapillare und die zweite Hilfskapillare mit der dritten Hilfskapillare verbunden, wobei die Verbindungsstellen / die Kreuzungen in der Wandlerkammer angeordnet sind.To protect the pressure-sensitive element from overpressure on one side, a first auxiliary capillary is assigned to the first additional pressure chamber and a second auxiliary capillary is assigned to the second additional pressure chamber. Furthermore, a third auxiliary capillary is associated with the first pressure chamber and a fourth auxiliary capillary is associated with the second pressure chamber. For the purpose of hydraulic coupling, the first auxiliary capillary is connected to the fourth auxiliary capillary and the second auxiliary capillary is connected to the third auxiliary capillary, with the connection points/intersections being arranged in the converter chamber.

Das Messwerk ist übrigens im Prozessanschluss untergebracht, die Wandlerkammer ist in dem Gehäuseadapter integriert.Incidentally, the measuring mechanism is housed in the process connection, and the converter chamber is integrated in the housing adapter.

Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:

  • - Das Messwerk ist einteilig ausgestaltet.
  • - Das Messwerk hat einen relativ einfachen und in weiten Teilen symmetrischen bzw. vollsymmetrischen Aufbau.
  • - Kosteneinsparungen werden beim Messwerk, insbesondere durch Materialeinsparung (kleine Dimensionen) und infolge einer vereinfachten Fertigung und Bearbeitung erreicht; die Bohrungen können z.B. kostengünstig durch Erodieren hergestellt werden.
  • - Messwerk und Wandlerkammer haben einen gewissen Abstand voneinander. Da in diesem Zwischenbereich bevorzugt nur parallele Kapillaren verlaufen, kann dieser Zwischenbereich klein dimensioniert sein.
  • - Messwerk und Wandlerkammer sind - zumindest in der Ausgestaltung ohne Zwischenmodul - nur über die Verbindungskapillaren und die Hilfskapillaren (6-Rohr-System) gekoppelt. Hierdurch ist eine gute mechanische und thermische Entkopplung zwischen Messwerk und Wandlerkammer sichergestellt.
  • - Die Kreuzung der Hilfskapillaren erfolgt in der Wandlerkammer bzw. die Verbindungsstellen der Hilfskapillaren liegen in der Wandlerkammer. - Druckdynamisch erfolgt der Anschluss an die Wandlerkammer über eine Reihenschaltung: Ein einseitig auftretender Überdruck auf der Hochdruckseite wird zuerst über die entsprechenden Hilfskapillaren auf die Rückseite der Überlastmembrane der Niederdruckseite geleitet und dann auf die Verbindungskapillaren, die direkt zur Wandlerkammer führen. Dies hat erhebliche Vorteile bezüglich des Druckdynamikschutzes des drucksensitiven Elements, das übrigens auch als Primärsensorelement bezeichnet wird. Erst, wenn der Überlastschutz gegriffen hat, und der Druck unterhalb des kritischen Grenzwertes liegt, werden die Drücke an das drucksensitive Element übertragen. Durch Variation der Kapillardurchmesser oder durch Zusatzelemente, wie z.B. den Druck bremsende Sinterelemente, lässt sich dieser Vorteil noch verstärken. Dies wird an einer nachfolgenden Stelle noch näher beschrieben.
  • - Aufgrund des fast nicht Vorhandenseins eines Ölvolumens in den Zusatzdruckkammern im normalen Messbetrieb (die Überlastmembranen liegen im normalen Messbetrieb zumindest näherungsweise an dem Gehäuse an) ist das Ölvolumen gering.
  • - Weitere Reduktion des benötigten Ölvolumens, da die üblicherweise relativ langen Befüllungsbohrungen und Querbohrungen im Messwerk entfallen. Die Befüllung erfolgt - gemäß einer nachfolgend noch näher beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung - über zumindest eine Befüllungsöffnung in der Wandlerkammer. Somit entfällt die korrosionsanfällige Befüllungsöffnung bzw. das korrosionsanfällige Verschlusselement am Messwerk.
The solution according to the invention has the following advantages:
  • - The measuring mechanism is designed in one piece.
  • - The measuring unit has a relatively simple and largely symmetrical or fully symmetrical structure.
  • - Cost savings are achieved with the measuring mechanism, in particular through material savings (small dimensions) and as a result of simplified manufacture and processing; the bores can be produced inexpensively, for example, by eroding.
  • - Measuring mechanism and converter chamber have a certain distance from each other. Since preferably only parallel capillaries run in this intermediate area, this intermediate area can be of small dimensions.
  • - Measuring mechanism and converter chamber are - at least in the embodiment without an intermediate module - coupled only via the connecting capillaries and the auxiliary capillaries (6-tube system). This ensures good mechanical and thermal decoupling between the measuring mechanism and the converter chamber.
  • - The crossing of the auxiliary capillaries takes place in the converter chamber or the connection points of the auxiliary capillaries are in the converter chamber. - In terms of pressure dynamics, the connection to the converter chamber is made via a series connection: A one-sided overpressure on the high-pressure side is first routed via the corresponding auxiliary capillaries to the back of the overload diaphragm on the low-pressure side and then to the connecting capillaries, which lead directly to the converter chamber. This has considerable advantages with regard to the pressure dynamics protection of the pressure-sensitive element, which is also referred to as the primary sensor element. The pressures are only transmitted to the pressure-sensitive element when the overload protection has taken effect and the pressure is below the critical limit value. This advantage can be increased even further by varying the capillary diameter or by using additional elements, such as sintered elements that slow down the pressure. This is described in more detail at a later point.
  • - Due to the almost non-existent oil volume in the additional pressure chambers during normal measuring operation (the overload diaphragms are at least approximately in contact with the housing during normal measuring operation), the oil volume is low.
  • - Further reduction of the oil volume required, since the usually relatively long filling holes and cross holes in the measuring mechanism are no longer required. According to a preferred embodiment described in more detail below, the filling takes place via at least one filling opening in the converter chamber. As a result, the corrosion-prone filling opening or the corrosion-prone closure element on the measuring mechanism is no longer required.

Bevorzugt sind das Messwerk und die Wandlerkammer nicht nur separate Komponenten sind, sondern Messwerk und Wandlerkammer sind auch räumlich voneinander getrennt bzw. beabstandet. Hierdurch lassen sich Messwerk und Differenzdruckmesszelle in der Wandlerkammer mechanisch und thermisch voneinander entkoppeln. Die Trennung zwischen den beiden Komponenten ist druckfest und gasdicht ausgestaltet.The measuring mechanism and the converter chamber are preferably not only separate components, but the measuring mechanism and converter chamber are also spatially separated or spaced apart from one another. This allows the measuring unit and differential pressure measuring cell in the converter chamber to be mechanically and thermally decoupled from one another. The separation between the two components is designed to be pressure-resistant and gas-tight.

Aufgrund des reduzierten Ölvolumens ist der Messfehler, der durch den Temperaturgradienten bedingt ist, relativ gering. Weiterhin sind infolge des kleineren Ölvolumens auch kleinere Membranen möglich. Da das Ölvolumen relativ gering ist, lässt es sich bei Auftreten eines Überdrucks innerhalb kurzer Zeit von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite verschieben. Dies ist sehr wichtig für die Realisierung eines funktionstüchtigen koplanaren Sensors. Weiterhin lassen sich bei der Verwendung kleinerer Membranen kleinere Messbereiche abdecken. Durch kleine Messbereiche wiederum lässt sich die Ansteuerung/Auslenkung der Trennmembranen gering halten, was einhergeht mit kleineren Messfehlern.Due to the reduced oil volume, the measurement error caused by the temperature gradient is relatively small. Furthermore, due to the smaller oil volume, smaller diaphragms are also possible. Since the oil volume is relatively small, it can be shifted from the high-pressure side to the low-pressure side within a short time if overpressure occurs. This is very important for realizing a working coplanar sensor. Furthermore, when using smaller membranes, smaller measuring ranges can be covered. Small measuring ranges, in turn, allow the activation/deflection of the separating membranes to be kept low, which is associated with smaller measuring errors.

Allgemein lässt sich sagen, dass es zum Schutz des drucksensitiven Elements gegen Überdruck aufgrund der Reihenschaltung sichergestellt ist, dass ein einseitig auftretender Überdruck am drucksensitiven Element so beschränkt ist, dass eine Zerstörung des drucksensitiven Elements ausgeschlossen ist.In general it can be said that to protect the pressure-sensitive element against excess pressure, the series connection ensures that an excess pressure occurring on one side on the pressure-sensitive element is limited in such a way that destruction of the pressure-sensitive element is ruled out.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers sind die Zusatzmembranen derart vorgespannt, dass sie formschlüssig bzw. kraftschlüssig und im Wesentlichen vollflächig am Grundkörper anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird. Ev. ist in den Membranbetten und/oder den korrespondierenden Rückseiten der Überlastmembranen zumindest ein hydraulischer Kanal vorgesehen. Somit ist sichergestellt, dass der Überlast- bzw. Überdruckschutz erst dann aktiviert wird, wenn der zum messende Druck so hoch ist, dass die Gefahr einer Zerstörung des drucksensitiven Elements besteht. Eine Prozessmembrane/Trennmembrane, die u.a. in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung eingesetzt werden kann, ist z.B. in der US 10,656,039 B2 beschrieben.According to one embodiment of the differential pressure sensor according to the invention, the additional membranes are prestressed in such a way that they rest positively or non-positively and essentially over the entire surface on the base body and only lift off the base body when a predetermined critical limit pressure is exceeded. possibly At least one hydraulic channel is provided in the membrane beds and/or the corresponding rear sides of the overload membranes. This ensures that the overload or overpressure protection is only activated when the pressure to be measured is so high that there is a risk of the pressure-sensitive element being destroyed. A process membrane / separating membrane, which can be used, inter alia, in connection with the solution according to the invention is, for example, in US 10,656,039 B2 described.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Verbindungskapillaren und die Hilfskapillaren ausgehend von dem Messwerk im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Differenzdruckaufnehmers verlaufen. Insbesondere die Hilfskapillaren zeigen in der Wandlerkammer einen Richtungswechsel, so dass die Verbindungsstellen bzw. die Kreuzungen der zuvor beschriebenen Hilfskapillaren in der Wandlerkammer liegen. Realisiert wird der Richtungswechsel und die Kreuzung bei dieser Ausgestaltung bevorzugt durch entsprechend angeordnete Querbohrungen in der relativ klein dimensionierten Wandlerkammer.Furthermore, it is provided that the connecting capillaries and the auxiliary capillaries run essentially parallel to the longitudinal axis of the differential pressure sensor, starting from the measuring unit. In particular, the auxiliary capillaries show a change of direction in the converter chamber, so that the connection points or the intersections of the auxiliary capillaries described above lie in the converter chamber. In this configuration, the change of direction and the crossing are preferably implemented by appropriately arranged transverse bores in the relatively small-sized converter chamber.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass in dem Zwischenbereich von Messwerk und Wandlerkammer ein Materialblock angeordnet ist. Bei den im Materialblock z.B. längs- und querverlaufenden Kapillaren handelt es sich um Kapillarbohrungen. Bevorzugt kommen Kapillarröhrchen zum Einsatz, wenn der Materialblock fehlt. Weiterhin ist vorgesehen, dass es sich bei den im Messwerk und in der Wandlerkammer angeordneten Verbindungskapillaren und/oder den Hilfskapillaren um Kapillarbohrungen handelt.One embodiment provides that a block of material is arranged in the intermediate area between the measuring mechanism and the converter chamber. The capillaries running lengthwise and crosswise in the material block are capillary bores. Capillary tubes are preferred when the block of material is missing. Furthermore, it is provided that the connecting capillaries and/or the auxiliary capillaries arranged in the measuring mechanism and in the converter chamber are capillary bores.

Insbesondere weist die Wandlerkammer an ihrem dem Prozess zugewandten Endbereich zwei Verbindungskapillaren und vier Hilfskapillaren auf, die bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind und die im Wesentlichen deckungsgleich mit den als Kapillarbohrungen oder Kapillarröhrchen ausgebildeten Verbindungskapillaren und Hilfskapillaren ggf. im Materialblock und/oder im vom Prozess abgewandten Bereich des Messwerks sind.In particular, the converter chamber has two connecting capillaries and four auxiliary capillaries on its end region facing the process, which are preferably arranged parallel to one another and which are essentially congruent with the connecting capillaries and auxiliary capillaries designed as capillary bores or capillary tubes, possibly in the material block and/or in the area facing away from the process of the measuring mechanism.

Um sicherzustellen, dass eine Überlast begrenzt wird, bevor sie das drucksensitive Element erreicht, schlägt eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers vor, dass die Verbindungskapillaren und/oder die Hilfskapillaren derart ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass ein über dem vorgegebenen kritischen Grenzdruck liegender Überdruck mittels des Überlastschutzes ausgeglichen ist, bevor der Überdruck an die Differenzdruckmesszelle übertragen wird. Um das drucksensitive Element zusätzlich vor Druckspitzen zu schützen, sind gemäß einer Ausgestaltung des Differenzdruckmessaufnehmers in die Verbindungsleitungen/Verbindungskapillare z.B. zwischen Messwerk und Wandlerkammer, Dynamikbremsen eingebaut. Bei den Dynamikbremsen handelt es sich um Strömungswiderstände, insbesondere um Sintermetalleinsätze. Die Dynamikbremsen können auch so ausgestaltet sein, dass sie zusätzlich die Aufgabe des Explosionsschutzes übernehmen.In order to ensure that an overload 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 an overpressure that is above the specified critical limit pressure compensated by the overload protection before the overpressure is transmitted to the differential pressure measuring cell. In order to additionally protect the pressure-sensitive element from pressure peaks, dynamic brakes are built into the connecting lines/connecting capillaries, e.g. between the measuring mechanism and the converter chamber, according to one embodiment of the differential pressure sensor. The dynamic brakes are flow resistances, in particular sintered metal inserts. The dynamic brakes can also be designed in such a way that they also assume the task of explosion protection.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass in der Wandlerkammer, bevorzugt in Verlängerung der Hilfskapillaren, Befüllungsbohrungen vorgesehen sind, die dazu dienen, die hydraulisch miteinander kommunizierenden Komponenten mit einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit zu befüllen. Jede Befüllungsbohrung wird nach dem Befüllen über ein Verschlusselement druckfest, gasdicht oder zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verschlusselement um eine Kugel, die in die Bohrung eingepresst und anschließend verstemmt wird. Auch ist es möglich, das Verschlusselement in der Bohrung zu verschweißen. Bevorzugt sind die Verschlusselemente möglichst nahe an der Differenzdruckmesszelle angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Befüllmenge an Übertragungsflüssigkeit in dem hydraulischen System reduziert ist. Sitzt das Verschlusselement weiter außen, so kann die benötigte Menge an Übertragungsflüssigkeit durch das Einbringen von Füllelementen, z.B. von Füllstäben, in die Befüllungsbohrungen reduziert werden.In addition, it is proposed that filling bores are provided in the converter chamber, preferably as an extension of the auxiliary capillaries, which are used to fill the components that hydraulically communicate with one another with a hydraulic transmission fluid. After filling, each filling hole is closed in a pressure-tight, gas-tight or at least liquid-tight manner via a closure element. For example the locking 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 closure elements are preferably arranged as close as possible to the differential pressure measuring cell. This has the advantage that the filling quantity of transmission fluid in the hydraulic system is reduced. If the closure element is located further outwards, the required amount of transmission liquid can be reduced by introducing filling elements, eg filling rods, into the filling bores.

Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Verbindungskapillaren derart ausgestaltet sind, dass sie die Wandlerkammer elektrisch von dem Messwerk isolieren. Bevorzugt erfolgt die elektrische Isolierung der Wandlerkammer vom Messwerk über Zusatzelemente. Diese können in den Verbindungskapillaren im Messwerk und/oder im Zwischenbereich und/oder in der Wandlerkammer, insbesondere im Übergang der Verbindungskapillaren zur Wandlerkammer, angeordnet sein. Bei einem isolierenden Zusatzelement kann es sich insbesondere einem Keramikisolierkörper oder eine isolierenden Einglasung handeln. Die Verbindung muss gasdicht ausgestaltet sein, entweder als Lötverbindung oder Einglasung. Wie gesagt, können die elektrischen Isolatoren in der Wandlerkammer und/oder im Messwerk und/oder zwischen Messwerk und Wandlerkammer vorgesehen sein. Insbesondere können die elektrischen Isolatoren auch als Zwischenstücke in die als Kapillarröhrchen ausgestalteten Verbindungskapillaren integriert sein.In addition, it is provided that the connecting capillaries are 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 in the connecting capillaries in the measuring mechanism and/or in the intermediate area and/or in the converter chamber, in particular in the transition from the connecting capillaries to the converter chamber. An additional insulating element can be, in particular, a ceramic insulating body or an insulating glazing. The connection must be gas-tight, either as a soldered connection or as a glazing. As stated, the electrical insulators can be provided in the converter chamber and/or in the measuring mechanism and/or between the measuring mechanism and the converter chamber. In particular, the electrical insulators can also be integrated as intermediate pieces in the connecting capillaries designed as capillary tubes.

Hierdurch ist es möglich, Erde und Masse zu trennen (Schaltungsnullpunkt; Ue = Bezugspunkt der elektrischen Versorgung = Masse) und folgende Vorteile für die Stromdurchführung zu erreichen:

  • - Guarding für besseres EMV (elektromagnetisches Verhalten);
  • - Geringerer bzw. kein Fremdspannungseinfluss;
  • - Möglichkeit einen kapazitiven Siliziumchip einzusetzen, bei dem das Guarding eine Voraussetzung ist, dass nur geringere Störkapazitäten auftreten;
  • - Das bislang erforderliche isolierende Element z.B. ein Keramiksockel, ein Glassockel oder eine ausreichend isolierende Klebung 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) und ein geringerer statischer Druckfehler erreichen. 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 isolating element, for example a ceramic base, a glass base or a sufficiently insulating bond 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) and a lower static pressure error can be achieved. Explanation: The modulus of elasticity of glass is different from the modulus of elasticity of silicon. Glass suffers from greater deformation and thus greater error due to static pressure than silicon. However, since silicon is not an insulator but has a certain conductivity, minimum insulation distances are required for safe electrical operation. These can be implemented, for example, by using ceramic insulating bodies in the connecting lines and/or correspondingly designed dynamic brakes.
  • - The full or partial explosion protection potting in the converter chamber, which was previously required for differential pressure sensors, can be omitted. So far, encapsulation has been used in order to be able to keep the minimum distances between the current-carrying elements and the ground potential as small as possible. This reduction in distance can be omitted in the embodiment of the invention where the insulation elements are arranged in the connecting capillaries. In order to achieve reliable electrical insulation, the required minimum distances can turn out to be somewhat smaller than in the two solutions that have been known hitherto. These minimum distances can also be achieved without great effort.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindungspins bzw. Verbindungsleitungen von dem elektrischen Wandler gasdicht durch einen der vom Prozess abgewandten Endbereiche der Wandlerkammer in Richtung einer Elektronikplatine geführt sind. Bevorzugt erfolgt dies über Glasdurchführungen. Da die Wandlerkammer elektrisch von dem Messwerk isoliert ist, können die Glasdurchführungs-PINs kleiner ausfallen und sind somit durchfester. Ziel ist insbesondere, eine Druckfestigkeit zu erreichen, die größer ist als 1280 bar. Kleinere PINs/Einglasungs-Elemente ermöglichen es darüber hinaus, 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. This is preferably done via glass bushings. Because the transducer chamber is electrically isolated from the movement, the glass feedthrough PINs can be smaller and therefore have a higher throughput. The aim is in particular to achieve a pressure resistance that is greater than 1280 bar. Smaller PINs/encapsulation elements also 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, 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 nun der Vorteil der zuvor genannten Verkleinerung der Einglasungen der 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 anzuordnen.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 glazing of 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. 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.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: eine Darstellung, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers schematisch skizziert,
  • 2a: eine Skizze des Verlaufs der Verbindungs- und Hilfsverbindungskapillaren bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdrucksaufnehmers,
  • 2b: die in 2a gezeigte Ausgestaltung im Überdruck- bzw. Überlastfall,
  • 2c: eine weitere Darstellung der in 2b gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers,
  • 2d: eine realistischere Darstellung der Auslenkung der Membranen im Fall eines einseitig auftretenden Überdrucks,
  • 3: eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers,
  • 3a: einen Längsschnitt im Bereich der beiden vorderen Hilfskapillaren,
  • 3b: einen Längsschnitt im Bereich der beiden Verbindungskapillaren,
  • 3b: einen Längsschnitt im Bereich der beiden hinteren Hilfskapillaren,
  • 4: eine perspektivische Darstellung der Stromdurchführung mit Explosionsdarstellung der Wandlerkammer,
  • 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.
The invention is explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
  • 1 : an illustration that schematically outlines the structure of a differential pressure sensor according to the invention,
  • 2a : a sketch of the course of the connection and auxiliary connection capillaries in an embodiment of the differential pressure sensor according to the invention,
  • 2 B : in the 2a configuration shown in the case of overpressure or overload,
  • 2c : another representation of the in 2 B shown embodiment of the differential pressure sensor according to the invention,
  • 2d : a more realistic representation of the deflection of the membranes in the case of a one-sided overpressure,
  • 3 : a perspective view of an embodiment of the differential pressure sensor according to the invention,
  • 3a : a longitudinal section in the area of the two anterior auxiliary capillaries,
  • 3b : a longitudinal section in the area of the two connecting capillaries,
  • 3b : a longitudinal section in the area of the two rear auxiliary capillaries,
  • 4 : a perspective view of the power feedthrough with an exploded view of the converter chamber,
  • 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 wiring of the electrical connections of the differential pressure measuring cell and the 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 1 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers 1 skizziert. Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 setzt sich zusammen aus einem Messwerk 2 mit einem koplanaren Doppelmembransystem 4a, 4b und einer Wandlerkammer 3. Die Wandlerkammer 3 ist im Gehäuseadapter 22 angeordnet, das Messwerk 2 ist in den Prozessanschluss 21 integriert. Gehäuseadapter 22 und Prozessanschluss 21 sind über eine Fügung 20 druckdicht und gasdicht, zumindest aber flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.In 1 the structure of a differential pressure sensor 1 according to the invention is outlined. The differential pressure sensor 1 consists of a measuring unit 2 with a coplanar double membrane system 4a, 4b and a converter chamber 3. The converter chamber 3 is arranged in the housing adapter 22, the measuring unit 2 is integrated into the process connection 21. Housing adapter 22 and process connection 21 are connected to one another via a joint 20 in a pressure-tight and gas-tight manner, but at least in a liquid-tight manner.

In der Wandlerkammer ist die Differenzdruckmesszelle 12 mit einem drucksensitiven Element 13, üblicherweise einem Siliziumchip, angeordnet. Die Differenzdruckmesszelle 12 wandelt die von den Prozessmembranen bzw. den Trennmembranen 5a, 5b hydraulisch übertragenen Drücke p1, p2 in ein elektrisches Differenzdrucksignal und generiert einen entsprechenden Messwert. Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 sind durch einen Zwischenbereich 19 voneinander abgesetzt. Im Zwischenbereich kann ggf. ein Zwischenmodul 19 angeordnet sein. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Im Zwischenbereich 19 verlaufen die Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b, 11c, 11d im Wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse des Differenzdruckmessaufnehmers 1. Die Kapillaren können als Kapillarbohrungen und/oder als Kapillarröhrchen ausgestaltet sein. Die dem Überdruckschutz dienenden hydraulischen Kopplungen / Kreuzungen der Hilfskapillaren 11a, 11b, 11c, 11d sind in der Wandlerkammer 3 realisiert. Verbindungskapillaren und Hilfskapillaren sind in 1 nur skizzenhaft angedeutet und daher auch nicht mit Bezugszeichen versehen.The differential pressure measuring cell 12 with a pressure-sensitive element 13, usually a silicon chip, is arranged in the converter chamber. The differential pressure measuring cell 12 converts the pressures p1, p2 hydraulically transmitted by the process diaphragms or the separating diaphragms 5a, 5b into an electrical differential pressure signal and generates a corresponding measured value. Measuring mechanism 2 and converter chamber 3 are separated from one another by an intermediate area 19 . If necessary, an intermediate module 19 can be arranged in the intermediate area. However, this is not required. In the intermediate region 19, the connecting capillaries 10a, 10b and the auxiliary capillaries 11a, 11b, 11c, 11d run essentially parallel to one another and to the longitudinal axis of the differential pressure sensor 1. The capillaries can be designed as capillary bores and/or capillary tubes. The hydraulic couplings/crossings of the auxiliary capillaries 11a, 11b, 11c, 11d, which serve to protect against overpressure, are implemented in the converter chamber 3. Connection capillaries and auxiliary capillaries are in 1 only sketchily indicated and therefore not provided with reference symbols.

Die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen Skizzen des Verlaufs der Verbindungskapillaren 10a, 10b und der Hilfskapillaren 11a, 11b, 11c, 11d bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdrucksaufnehmers 1 zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken p1, p2. An oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks 2 ist ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen 4a, 4b vorgesehen. In der Wandlerkammer 3 befindet sich die Differenzdruckmesszelle 12 mit dem drucksensitiven Element 13.The figures 2a , 2 B and 2c show sketches of the course of the connecting capillaries 10a, 10b and the auxiliary capillaries 11a, 11b, 11c, 11d in an embodiment of the differential pressure sensor 1 according to the invention for determining the differential pressure of two pressures p1, p2. On or in an end area of the measuring unit 2 facing the process is a coplanar double membrane system tem provided with two double membranes 4a, 4b. The differential pressure measuring cell 12 with the pressure-sensitive element 13 is located in the converter chamber 3.

Jede der beiden Doppelmembranen 4a, 4b setzt sich zusammen aus einer Trennmembrane 5a, 5b und einer in Richtung der üblichen 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 ist 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 ist eine zweite Zusatzdruckkammer 8b ausgebildet. Die Überlastmembranen 6a, 6b sind bevorzugt derart vorgespannt, dass sie im normalen Messbetrieb an dem wie auch immer geformten Grundkörper 9 anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper 9 abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird. Bei Überschreiten des kritischen Grenzdruckes besteht die Gefahr, dass die Membrane des drucksensitiven Elements 13 zerstört wird und der Differenzdruckmessaufnehmer 1 funktionsuntüchtig wird.Each of the two double diaphragms 4a, 4b is composed of a separating diaphragm 5a, 5b and an overload diaphragm 6a, 6b arranged behind the separating diaphragm 5a, 5b in the direction of the usual 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 lie against the base body 9 of whatever shape during normal measurement operation and only lift off from the base body 9 when a predetermined critical limit pressure is exceeded. If the critical limit pressure is exceeded, there is a risk that the membrane of the pressure-sensitive element 13 will be destroyed and the differential pressure sensor 1 will become inoperable.

Der ersten Zusatzdruckkammer 8a ist eine erste Verbindungskapillare 10a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b ist eine zweite Verbindungskapillare 10b zugeordnet. Über die beiden Verbindungskapillaren 10a, 10b wird der Druck hydraulisch zu der Differenzdruckzelle 12 in der Wandlerkammer 3 übertragen. Als Schutz des drucksensitiven Elements 13 vor einem einseitigen Überdruck ist der ersten Zusatzdruckkammer 8a eine erste Hilfskapillare 11a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b eine zweite Hilfskapillare 11b zugeordnet. Der ersten Druckkammer 7a ist eine dritte Hilfskapillare 11c und der zweiten Druckkammer 7b eine vierte Hilfskapillare 11d zugeordnet. Zur hydraulischen Kopplung ist die erste Hilfskapillare 11a mit der vierten Hilfskapillare 11d und die zweite Hilfskapillare 11b mit der dritten Hilfskapillare 11c verbunden, wobei die Verbindungsstellen bzw. Kreuzungen erfindungsgemäß in der Wandlerkammer 3 angeordnet sind.The first additional pressure chamber 8a is assigned a first connecting capillary 10a and the second additional pressure chamber 8b is assigned a second connecting capillary 10b. The pressure is transmitted hydraulically to the differential pressure cell 12 in the converter chamber 3 via the two connecting capillaries 10a, 10b. To protect the pressure-sensitive element 13 from overpressure on one side, 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. A third auxiliary capillary 11c is associated with the first pressure chamber 7a and a fourth auxiliary capillary 11d is associated with the second pressure chamber 7b. For hydraulic coupling, the first auxiliary capillary 11a is connected to the fourth auxiliary capillary 11d and the second auxiliary capillary 11b is connected to the third auxiliary capillary 11c, with the connection points or crossings being arranged in the converter chamber 3 according to the invention.

Im normalen Messbetrieb wird der Druck p1 über die Trennmembrane 5a, die Hilfskapillare 11c, die Hilfskapillare 11b und die Verbindungskapillare 10b zur Minusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Der Druck p2 wird über die Trennmembrane 5b, die Hilfskapillare 11d, die Hilfskapillare 11a und die Verbindungskapillare 10a zur Plusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Liegen die Überlastmembranen 6a, 6b formschlüssig bzw. kraftschlüssig und im Wesentlichen vollflächig an dem Grundkörper 9 des Messwerks 2 an, ist gegebenenfalls ein hydraulischer Kanal in den Auflageflächen der Überlastmembranen 6a, 6b oder in den beiden Membranbetten eingebracht.In normal measurement operation, the pressure p1 is transmitted to the minus side of the pressure-sensitive element 13 via the separating membrane 5a, the auxiliary capillary 11c, the auxiliary capillary 11b and the connecting capillary 10b. The pressure p2 is transmitted to the plus side of the pressure-sensitive element 13 via the separating membrane 5b, the auxiliary capillary 11d, the auxiliary capillary 11a and the connecting capillary 10a. If the overload membranes 6a, 6b are positively or non-positively and substantially in full contact with the base body 9 of the measuring mechanism 2, a hydraulic channel may be introduced in the contact surfaces of the overload membranes 6a, 6b or in the two membrane beds.

In 2b ist anhand von Pfeilen dargestellt, wie im Falle einer Überlast bzw. eines Überdrucks der Überdruck PeÜL in dem Kapillarsystem übertragen wird. Im dargestellten Fall tritt auf der Hochdruckseite an der Trennmembrane 5b ein Überdruck PeÜL auf. Bei Auftreten eines einseitigen Überdrucks PeÜL an einer der Membranen des drucksensitiven Elements 13 würde die Gefahr bestehen, dass das drucksensitive Element 13, bei dem es sich üblicherweise um einen Siliziumchip handelt, zerstört wird. Erfindungsgemäß wird diese Gefahr dadurch gebannt, dass der Überdruckschutz aktiviert wird, bevor der Überdruck PeÜL zu dem drucksensitiven Element 13 gelangt.In 2 B is shown by arrows how the overpressure PeÜL is transmitted in the capillary system in the event of an overload or an overpressure. In the case shown, an overpressure PeÜL occurs on the high-pressure side at the separating membrane 5b. If a one-sided overpressure PeÜL occurs on one of the membranes of the pressure-sensitive element 13, there would be a risk that the pressure-sensitive element 13, which is usually a silicon chip, would be destroyed. According to the invention, this danger is averted in that the overpressure protection is activated before the overpressure PeÜL reaches the pressure-sensitive element 13 .

In 2c ist realistischer dargestellt, wie der Überdruckschutz arbeitet. Noch besser ist die Wirkungsweise in der 2d ersichtlich. Der an der Trennmembrane 5b anliegende Überdruck PeÜL wird von der Druckkammer 7b über die Zusatzmembrane 6b auf die Zusatzdruckkammer 8b übertragen und bringt die Trennmembrane 5b letztlich zur Anlage auf der am Grundkörper 9 des Messwerks 2 bereits anliegenden Überlastmembrane 6b. Eine eventuell noch in der Zusatzdruckkammer 8b vorhandenes Übertragungsflüssigkeit wird herausgedrückt. Nachfolgend kann dann keine Übertragungsflüssigkeit 16 mehr verschoben werden; der einseitige Überdruck PeÜL wird nicht zur Minusseite (-) des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Weiterhin wird der Überdruck PeÜL im Bypass über die Trennmembrane 5b, die Druckkammer 7b, die Hilfskapillare 11d und die Hilfskapillare 11a zurZusatzdruckkammer 8a und von dort zur Überlastmembrane 6a geführt. Die vorgespannte Überlastmembrane 6a wird von ihrem Bett im Grundkörper 9 abgehoben und überträgt den Überdruck PeÜL zur Druckkammer 7a und zur Trennmembrane 5a. Infolge der Auslenkung der Überlastmembrane 6a und der Trennmembrane 5a kann die aus der Hochdruckseite herausgedrückte hydraulische Übertragungsflüssigkeit 16 in der Druckkammer 7a und der Zusatzdruckkammer 8a aufgenommen werden.In 2c shows more realistically how the overpressure protection works. Even better is the mode of action in the 2d apparent. The overpressure PeÜL applied to the separating diaphragm 5b is transmitted from the pressure chamber 7b via the additional diaphragm 6b to the additional pressure chamber 8b and finally brings the separating diaphragm 5b to rest on the overload diaphragm 6b already attached to the base body 9 of the measuring unit 2. Any transmission fluid still present in the additional pressure chamber 8b is pressed out. Subsequently, no more transfer liquid 16 can then be displaced; the one-sided overpressure PeÜL is not transferred to the minus side (-) of the pressure-sensitive element 13 . Furthermore, the excess pressure PeÜL is conducted in the bypass via the separating membrane 5b, the pressure chamber 7b, the auxiliary capillary 11d and the auxiliary capillary 11a to the additional pressure chamber 8a and from there to the overload membrane 6a. The prestressed overload membrane 6a is lifted from its bed in the base body 9 and transmits the excess pressure PeÜL to the pressure chamber 7a and the separating membrane 5a. As a result of the deflection of the overload diaphragm 6a and the separating diaphragm 5a, the hydraulic transmission fluid 16 pressed out of the high-pressure side can be accommodated in the pressure chamber 7a and the additional pressure chamber 8a.

Erfindungsgemäß wird so viel 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. So wird einer Zerstörung des drucksensitiven Elements 13, üblicherweise eines Siliziumchips, effektiv entgegengewirkt.According to the invention, so much 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 unit 2. The maximum pressure, which is present on the plus side (+) of the pressure-sensitive element 15, can be determined via the restoring force of the overload membrane 6a, 6b (spring in the deflected state) or dimension. This effectively counteracts the destruction of the pressure-sensitive element 13, usually a silicon chip.

Um sicherzustellen, dass der Überdruck PeÜL zuerst die Überlastmembrane 6a auslenkt, bevor er die Membrane des drucksensitiven Elements 13 erreicht, sind bei der erfindungsgemäßen Lösung die hydraulischen Pfade in Serie geführt. Der druckempfindliche Chip 13 befindet sich hierbei am Ende der Reihenschaltung. Unterstützt bzw. sichergestellt wird dies durch entsprechend angepasste Kapillargeometrien, die in Richtung des druckempfindlichen Chips eine Bremsfunktion erfüllen. Zusätzlich oder alternativ können auch dem drucksensitiven Element 13 vorgeschaltete Dynamikbremsen 18 vorgesehen sein. Insbesondere sind die Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b, 11c, 11d geeignet in Länge und Durchmesser dimensioniert, so dass die Funktion des Überlastschutzes sicher greifen kann.In order to ensure that the excess pressure PeÜL first deflects the overload membrane 6a before it reaches the membrane of the pressure-sensitive element 13, the hydraulic paths are routed in series in the solution according to the invention. The pressure-sensitive chip 13 is located at the end of the series circuit. This is supported or ensured by appropriately adapted capillary geometries, which fulfill a braking function in the direction of the pressure-sensitive chip. In addition or as an alternative, dynamic brakes 18 can also be provided upstream of the pressure-sensitive element 13 . In particular, the connecting capillaries 10a, 10b and the auxiliary capillaries 11a, 11b, 11c, 11d are suitably dimensioned in terms of length and diameter, so that the function of overload protection can take effect reliably.

Als vorteilhaft wird es gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers 1 angesehen, wenn zusätzlich oder alternativ in den Verbindungskapillaren 10a, 10b sog. Dynamikbremsen 18 eingesetzt sind. Diese verzögern die Weiterleitung des Drucks, insbesondere eines Überdrucks PeÜL, und schützen das drucksensitive Element 13 insbesondere auch vor im Prozess auftretenden Druckspitzen. Bei den Dynamikbremsen 18 kann es sich um Sintermetalleinsätze handeln. Bei Einsatz des Differenzdruckmessaufnehmers 1 im explosionsgeschützten Bereich werden die Dynamikbremsen aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt. In diesem Fall erfüllen die Dynamikbremsen 18 dann also eine Doppelfunktion: Verzögerte Weiterleitung des Drucks und Explosionsschutz entsprechend einer benötigten Explosionsschutzart.According to a further development of the differential pressure measuring sensor 1 according to the invention, it is considered advantageous if so-called dynamic brakes 18 are additionally or alternatively used in the connecting capillaries 10a, 10b. These delay the transmission of the pressure, in particular an overpressure PeÜL, and protect the pressure-sensitive element 13 in particular from pressure peaks occurring in the process. The dynamic brakes 18 can be sintered metal inserts. When using the differential pressure sensor 1 in the explosion-proof area, the dynamic brakes are made of a non-conductive material. In this case, the dynamic brakes 18 then fulfill a dual function: delayed transmission of the pressure and explosion protection according to a required type of explosion protection.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers. In 3a ist ein Längsschnitt im Bereich der beiden vorderen Hilfskapillaren zusehen. Die Figuren 3b und 3c zeigen Längsschnitte im Bereich der beiden Verbindungskapillaren bzw. im Bereich der beiden hinteren Hilfskapillaren. 3 shows a perspective view of an embodiment of the differential pressure sensor according to the invention. In 3a a longitudinal section in the area of the two front auxiliary capillaries can be seen. The figures 3b and 3c show longitudinal sections in the area of the two connecting capillaries or in the area of the two rear auxiliary capillaries.

4 zeigt eine schematische Darstellung der Wandlerkammer 3 mit den beiden Verbindungskapillaren 10a, 10b und den vier Hilfskapillaren 11a, 11b, 11c, 11d. Über die Verbindungskapillaren 10a, 10b werden im normalen Messbetrieb die an den Trennmembranen 5a, 5b anliegenden Drücke p1, p2 hydraulisch zum drucksensitiven Element 15 übertragen. Der Druck p1 liegt an der Plusseite (+), der Druck p2 an der Minusseite (-) des drucksensitiven Elements 13 an. Bei dieser Ausgestaltung sind in der Wandlerkammer 3 sechs vertikale (also parallel zur Längsachse des Differenzdruckmessaufnehmers 1) Kapillarbohrungen und zwei horizontale Kapillarbohrung erforderlich. Eventuell kann es auch sinnvoll sein, zwei Befüll- und Verschlusszugänge zu haben, um die Befüllung leichter durchführen zu können. Zu beachten ist, dass die Dynamikbremsen 18 das Befüllen erschweren bzw. die Befüllzeiten verlängern können. 4 shows a schematic representation of the converter chamber 3 with the two connecting capillaries 10a, 10b and the four auxiliary capillaries 11a, 11b, 11c, 11d. During normal measurement operation, the pressures p1, p2 present at the separating membranes 5a, 5b are transmitted hydraulically to the pressure-sensitive element 15 via the connecting capillaries 10a, 10b. The pressure p1 is on the plus side (+), the pressure p2 on the minus side (-) of the pressure-sensitive element 13. In this configuration, six vertical capillary bores (that is, parallel to the longitudinal axis of the differential pressure sensor 1 ) and two horizontal capillary bores are required in the converter chamber 3 . It may also make sense to have two filling and closure accesses to make filling easier. It should be noted that the dynamic brakes 18 make filling more difficult or can lengthen the filling times.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Stromdurchführung 23 und eine Explosionsdarstellung einer würfelförmigen Ausgestaltung der Differenzdruckmesszelle 12. 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 Druckmesszelle 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 12 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 31 (z.B. einen Keramiksockel oder Glassockel), der beispielsweise aus Exschutzgründen eine Dicke d≥ 0,5mm hat. Weiterhin übernimmt die Isolation des Siliziumchips 13 und dessen Bondverbindungen 24 der Füllkörper 33 mit Deckel 34, der z.B. aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt ist. Unterhalb sind die als Kapillarröhrchen ausgestalteten Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b, 11c, 11d gezeigt. 4 shows a perspective view of the power feedthrough 23 and an exploded view of a cube-shaped embodiment of the differential pressure measuring cell 12. An insulating base (eg a ceramic base) 31 is connected to the bottom surface of a recess in the converter chamber 3 via a suitable adhesive 30. The 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 12 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 31 (for example a ceramic base or glass base), which has a thickness d≧0.5 mm, for example for reasons of explosion protection. Furthermore, the insulation of the silicon chip 13 and its bonding connections 24 is provided by the filling body 33 with cover 34, which is made of a suitable plastic, for example. The connecting capillaries 10a, 10b, designed as capillary tubes, and the auxiliary capillaries 11a, 11b, 11c, 11d 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 17 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 the measuring mechanism 2 and the converter chamber 3 can be implemented via insulation elements 25, preferably insulation tubes 25, adapted in or on the capillary tubes 17. Incidentally, in these configurations, the ceramic base 31 glued in place in the converter chamber 3, as described above, 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 18 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) 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 separation can also be achieved by appropriate design of the dynamic brakes 18 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 oder deren Komponenten. 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 or its components. 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 12, 27. Insbesondere ist die Druckmesszelle 27 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 stacked pressure measuring cells 12, 27. In particular, 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 12 mit den Bonddrähten 24 möglichst eng in den Füllkörper 33 und die Füllkörperkappe 37 eingebettet. Die Füllkörperkappe 37 weist eine Ausnehmung zur Aufnahme des Chips/der Druckmesszelle 27 für den statischen Druck auf. Auf eine Isolierfolie 29 folgt die Verschlusskappe 35. 6c zeigt einen Querschnitt im Bereich der Differenzdruckmesszelle 12, 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 12 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 12, 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 made by soldering, pressing in 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
  • Schweißung zwischen Gehäuseadapter 22 und Messwerk 2
  • ③ Druckzuführung Wandlerkammer 3 - Messwerk 2
  • Druckzuführung zur Wandlerkammer 3
  • Stromdurchführung 23 mit PIN/Einglasung
  • Ölverschluss 15
  • ⑧ Trennung zwischen Gehäuse und Sensorrückraum
  • 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 22 and measuring unit 2
  • ③ Pressure supply converter chamber 3 - measuring unit 2
  • ④ Pressure supply to converter chamber 3
  • Power feedthrough 23 with PIN/glazing
  • Oil cap 15
  • ⑧ Separation between the housing and the rear of the sensor
  • ⑨ Exd thread housing sensor, eg via a second containment and/or encapsulation
  • 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,
11c, 11d11c, 11d
dritte Hilfskapillare, vierte Hilfskapillare,third auxiliary capillary, fourth auxiliary capillary,
1212
Differenzdruckmesszelledifferential pressure measuring cell
1313
drucksensitives Differenzdruckelementpressure-sensitive differential pressure element
14a, 14b14a, 14b
Befüllungsbohrungfilling hole
15a, 15b15a, 15b
Verschlusselementclosure element
1616
Übertragungsflüssigkeit /Hydraulikflüssigkeit / ÖlTransmission Fluid / Hydraulic Fluid / Oil
1717
Kapillarröhrchencapillary tubes
1818
Dynamikbremsedynamic brake
1919
Zwischenbereich / ZwischenmodulIntermediate area / intermediate module
2020
Fügungcoincidence
2121
Prozessanschlussprocess connection
2222
Gehäuseadapterhousing adapter
2323
Stromdurchführungcurrent feedthrough
2424
Bondverbindungbond connection
2525
Isolationsröhrchenisolation tube
2626
PINpin code
2727
Messzelle zur Bestimmung des Statischen DrucksMeasuring cell for determining the static pressure
2828
Füllkörperkappe mit AusnehmungPacking cap with recess
2929
Isolationsfolie / PTFE FolieInsulation film / PTFE film
3030
Kleber für Klebung des Isolationssockels (Keramiksockels)Adhesive for gluing the insulation base (ceramic base)
3131
Keramiksockelceramic base
3232
Kleber für Klebung der DruckmesszelleAdhesive for gluing the pressure measuring cell
3333
Füllkörperrandom packing
3434
Füllkörperdeckelpacking cover
3535
Verschlusskappe für StromdurchführungClosing cap for power feedthrough
3636
Elektronikplatineelectronics board
3737
Füllkörperkappefill cap
3838
Ausnehmung für PinRecess for pin

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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 [0017]US 10656039 B2 [0017]

Claims (19)

Differenzdruckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken (p1, p2) mit einem Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3), wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks (2) ein koplanares Doppelmembransystem (4) mit zwei Doppelmembranen (4a, 4b) vorgesehen ist und wobei in der Wandlerkammer (3) eine Differenzdruckmesszelle (12) mit einem drucksensitiven Element (13) angeordnet ist, wobei die beiden Doppelmembranen (4a, 4b) jeweils aus einer Trennmembrane (5a, 5b) und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane (5a, 5b) angeordneten Überlastmembrane (6a, 6b) bestehen, wobei zwischen der ersten Trennmembrane (5a) und der ersten Überlastmembrane (6a) eine erste Druckkammer (7a) und zwischen der ersten Überlastmembrane (6a) und dem Grundkörper (9) eine erste Zusatzdruckkammer (8a) ausgebildet ist, wobei zwischen der zweiten Trennmembrane (5b) und der zweiten Überlastmembrane (6b) eine zweite Druckkammer (7b) und zwischen der zweiten Überlastmembrane (6b) und dem Grundkörper (9) eine zweite Zusatzdruckkammer (8b) ausgebildet ist, wobei der ersten Zusatzdruckkammer (8a) eine erste Verbindungskapillare (10a) und wobei der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine zweite Verbindungskapillare (10b) zugeordnet ist, wobei die beiden Verbindungskapillaren (10a, 10b) den Druck hydraulisch zu der Wandlerkammer (3) übertragen, und wobei - als Schutz des drucksensitiven Elements (13) vor einem einseitigem Überdruck - der ersten Zusatzdruckkammer (8a) eine erste Hilfskapillare (11a) und der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine zweite Hilfskapillare (11b) zugeordnet ist, wobei der ersten Druckkammer (7a) eine dritte Hilfskapillare (11c) und der zweiten Druckkammer (7b) eine vierte Hilfskapillare (11d) zugeordnet ist, wobei zum Zwecke einer hydraulischen Kopplung die erste Hilfskapillare (11a) mit der vierten Hilfskapillare (11d) und die zweite Hilfskapillare (11b) mit der dritten Hilfskapillare (11c) verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen / Kreuzungen jeweils in der Wandlerkammer (3) angeordnet ist. Differential pressure sensor (1) for determining the differential pressure of two pressures (p1, p2) with a measuring unit (2) and a converter chamber (3), with a coplanar double membrane system (4) on or in an end area of the measuring unit (2) facing the process two double membranes (4a, 4b) are provided and a differential pressure measuring cell (12) with a pressure-sensitive element (13) is arranged in the converter chamber (3), the two double membranes (4a, 4b) each consisting of a separating membrane (5a, 5b) and an overload membrane (6a, 6b) arranged behind the separating membrane (5a, 5b) in the direction of the pressure effect, with a first pressure chamber (7a) between the first separating membrane (5a) and the first overload membrane (6a) and between the first overload membrane ( 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 z wide overload membrane (6b) and the base body (9) a second additional pressure chamber (8b) is formed, wherein the first additional pressure chamber (8a) is assigned a first connecting capillary (10a) and wherein the second additional pressure chamber (8b) is assigned a second connecting capillary (10b), wherein the two connecting capillaries (10a, 10b) transmit the pressure hydraulically to the converter chamber (3), and wherein - to protect the pressure-sensitive element (13) from overpressure on one side - the first additional pressure chamber (8a) has a first auxiliary capillary (11a) and the a second auxiliary capillary (11b) is assigned to the second additional pressure chamber (8b), with a third auxiliary capillary (11c) being assigned to the first pressure chamber (7a) and a fourth auxiliary capillary (11d) being assigned to the second pressure chamber (7b), wherein for the purpose of hydraulic coupling the first auxiliary capillary (11a) is connected to the fourth auxiliary capillary (11d) and the second auxiliary capillary (11b) is connected to the third auxiliary capillary (11c), the Ve Connection points / crossings are each arranged in the converter chamber (3). Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 1, wobei die Überlastmembranen (6a, 6b) derart vorgespannt sind, dass sie an dem Grundkörper (9) 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 (9) and only lift off from the base body (9) when a predetermined critical limit pressure is exceeded. Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und die Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) ausgehend von dem Messwerk im Wesentlichen parallel zur Längsachse (L) des Differenzdruckaufnehmers (1) verlaufen, und wobei die Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) in der Wandlerkammer (3) einen Richtungswechsel zeigen, so dass die Verbindungsstellen /Kreuzungen in der Wandlerkammer (3) liegen.differential pressure sensor claim 1 or 2 , wherein the connecting capillaries (10a, 10b) and the auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d) run essentially parallel to the longitudinal axis (L) of the differential pressure sensor (1), starting from the measuring mechanism, and wherein the auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c , 11d) in the converter chamber (3) show a change of direction, so that the connection points/intersections are in the converter chamber (3). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Zwischenbereich (19) von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) ein Materialblock angeordnet ist, und wobei es sich bei den im Materialblock angeordneten Kapillaren (10a, 10b, 11a, 11b, 11c, 11d) um Kapillarbohrungen oder Kapillarröhrchen (18) handelt.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein a block of material is arranged in the intermediate region (19) of the measuring mechanism (2) and converter chamber (3), and wherein the capillaries (10a, 10b, 11a, 11b) arranged in the block of material are 11c, 11d) are capillary bores or capillary tubes (18). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den im Messwerk (2) und in der Wandlerkammer (3) angeordneten Verbindungskapillaren (10a, 10b) und/oder den Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) um Kapillarbohrungen handelt.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the connecting capillaries (10a, 10b) and/or the auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d) arranged in the measuring unit (2) and in the converter chamber (3) are capillary bores . Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlerkammer (3) an ihrem dem Prozess zugewandten Endbereich zwei Verbindungskapillaren (10a, 10b) und vier Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) aufweist, die bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind und die im Wesentlichen deckungsgleich mit den als Kapillarbohrungen oder Kapillarröhrchen (17) ausgebildeten Verbindungskapillaren (10a, 10b) und Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) im Materialblock und/oder im Messwerk (2) sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the converter chamber (3) has two connecting capillaries (10a, 10b) and four auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d) at its end region facing the process, which are preferably arranged parallel to one another and which are essentially congruent with the connecting capillaries (10a, 10b) and auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d) designed as capillary bores or capillary tubes (17) in the material block and/or in the measuring mechanism (2). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und/oder die Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) derart ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass ein über dem vorgegebenen kritischen Grenzdruck liegender einseitiger Überdruck (peÜL) mittels des Überdruckschutzes begrenzt wird, bevor der Überdruck an das drucksensitive Element (13) der Differenzdruckmesszelle (12) 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, 11c, 11d) are designed and/or dimensioned in such a way that a one-sided overpressure (peÜL) above the predetermined critical limit pressure is limited by means of the overpressure protection, before the excess pressure is transmitted to the pressure-sensitive element (13) of the differential pressure measuring cell (12). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in jede der Verbindungskapillaren (10a, 10b) zumindest eine Druckbremse (18) eingebaut ist, die dazu dient, Druckstöße zu dämpfen.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein at least one pressure brake (18) is built into each of the connecting capillaries (10a, 10b), which serves to dampen pressure surges. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Wandlerkammer, bevorzugt in Verlängerung der Hilfskapillaren (11a, 11b), Befüllungsbohrungen (14a, 14b) vorgesehen sind, die dazu dienen, die hydraulisch miteinander kommunizierenden Komponenten mit einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit (16) zu befüllen, wobei jede Befüllungsbohrung (14a, 14b) nach dem Befüllen über ein Verschlusselement (15a, 15b) druckfest, gasdicht oder zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen wird.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, in which filling bores (14a, 14b) are provided in the converter chamber, preferably as an extension of the auxiliary capillaries (11a, 11b), which are used to fill the components hydraulically communicating with one another with a hydraulic transmission fluid (16) to fill, each filling hole (14a, 14b) after filling over a closure element (15a, 15b) is closed pressure-tight, gas-tight or at least liquid-tight. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Verbindungspins (26) 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 (26) 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 die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) derart ausgestaltet sind, dass sie die Wandlerkammer (3) elektrisch von dem Messwerk (2) isolieren.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the connecting capillaries (10a, 10b) and auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d) are designed in such a way that they electrically insulate the converter chamber (3) from the measuring unit (2). Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Isolatoren (25) in der Wandlerkammer (3) und/oder im Messwerk (2) und/oder im Zwischenraum (14) zwischen Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) vorgesehen sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein electrical insulators (25) are provided in the converter chamber (3) and/or in the measuring mechanism (2) and/or in the intermediate space (14) between the measuring mechanism (2) and the converter chamber (3). Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 12, wobei die elektrischen Isolatoren (25) in den Verbindungskapillaren (10a, 10b) und den Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) vorgesehen sind.differential pressure sensor claim 12 wherein the electrical insulators (25) are provided in the connecting capillaries (10a, 10b) and the auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d). Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 13 oder einem der vorhergehenden Ansprüche 1-13, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und die Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) zumindest abschnittweise mit einem elektrischen Isolator (25), insbesondere einem Keramikisolierkörper oder einer isolierenden Einglasung, versehen sind, und/oder wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und die Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) 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 Claim 13 or any of the preceding Claims 1 - 13 , wherein the connecting capillaries (10a, 10b) and the auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d) are provided at least in sections with an electrical insulator (25), in particular a ceramic insulating body or an insulating glazing, and/or wherein the connecting capillaries (10a , 10b) and the auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d) are attached via a gas-tight connection in the corresponding capillaries of the measuring unit (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) jeweils als Zwischenstücke in die als Kapillarröhrchen (17) ausgestalteten Verbindungskapillaren (10a, 10b) und Hilfskapillaren (11a, 11b, 11c, 11d) integriert sind.Differential pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the electrical insulators (25) are integrated as spacers in the connecting capillaries (10a, 10b) and auxiliary capillaries (11a, 11b, 11c, 11d) designed as capillary tubes (17). 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 (dp) und das drucksensitive Element (27) zur Messung des statischen Drucks (pstat) übereinander gestapelt 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 (dp) and the pressure-sensitive element (27) for measuring the static pressure (pstat) are stacked on top of one another or arranged next to one another in the converter chamber (3). .
DE102020121583.5A 2020-08-17 2020-08-17 differential pressure sensor Pending DE102020121583A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121583.5A DE102020121583A1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 differential pressure sensor
PCT/EP2021/069985 WO2022037860A1 (en) 2020-08-17 2021-07-16 Differential pressure measuring sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121583.5A DE102020121583A1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 differential pressure sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020121583A1 true DE102020121583A1 (en) 2022-02-17

Family

ID=77042971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020121583.5A Pending DE102020121583A1 (en) 2020-08-17 2020-08-17 differential pressure sensor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020121583A1 (en)
WO (1) WO2022037860A1 (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
WO2018165122A1 (en) 2017-03-10 2018-09-13 Honeywell International Inc. Pressure sensor having coplanar meter body with sensor overpressure protection
WO2018204304A1 (en) 2017-05-02 2018-11-08 General Electric Company Overpressure protection system
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 (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9038476B2 (en) * 2012-09-27 2015-05-26 Rosemount Inc. Pressure transmitter with fill tube

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
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
WO2018204304A1 (en) 2017-05-02 2018-11-08 General Electric Company Overpressure protection system
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
WO2022037860A1 (en) 2022-02-24
WO2022037860A9 (en) 2022-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102020110728A1 (en) Differential pressure transducer for determining the differential pressure of two pressures
EP1269135B1 (en) Pressure sensor module
EP2841899B1 (en) Pressure sensor
EP1126259B1 (en) Pressure sensor
DE102009060002A1 (en) sensor
EP3370051A2 (en) Pressure sensor and a method of measuring the pressure
EP2464955B1 (en) Relative pressure sensor
EP2823274B1 (en) Micromechanical measuring element
DE10130375B4 (en) Differential Pressure Sensor
DE4333753A1 (en) Capacitive difference pressure sensor - has carrier supporting counter-electrodes between facing membranes carrying capacitor electrodes
DE112004002995B4 (en) differential pressure measuring
DE102014119111A1 (en) Pressure measuring cell
EP0284633A1 (en) Pressure medium tight modular built-in adapter for a pressure transmitter and method of manufacture thereof
DE102020121583A1 (en) differential pressure sensor
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
DE102020121580A1 (en) Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures
DE102020121582A1 (en) Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures
DE102020121584A1 (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
DE102019135476A1 (en) Differential pressure transducer
WO2021121969A1 (en) Differential pressure measuring sensor
WO2001069194A1 (en) Differential-pressure measuring cell

Legal Events

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

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