DE102020121583A1 - differential pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken (p1, p2) mit einem Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3), wobei 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
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
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 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
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.
- - 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 in2a gezeigte Ausgestaltung im Überdruck- bzw. Überlastfall, -
2c : eine weitere Darstellung der in2b 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.
-
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 the2a configuration shown in the case of overpressure or overload, -
2c : another representation of the in2 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
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
Die Figuren
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
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
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-
In
In
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
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
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
Wie in der linken Darstellung
Die PINS 2 und 3 könnten elektrisch zusammen, also in einem gemeinsamen PIN, auf Potenzial gelegt werden (
Um die Anforderungen der elektrischen Sicherheit und für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich zu erfüllen, sind alle PINs 26 so angeordnet bzw. beabstandet, dass eine ausreichende Spannungsfestigkeit sowohl von PIN 26 zu PIN 26 als auch von PIN 26 zum Gehäuse/Masse der Wandlerkammer 3 vorhanden ist. Da das Ölvolumen umso geringer ist, je geringer der Innenraum der Wandlerkammer 3 dimensioniert ist, hat der Innenraum bevorzugt einen Durchmesser von < 10, insbesondere von <8mm.In order to meet the requirements of electrical safety and for use in hazardous areas, all
Zwecks Minimierung des benötigten Ölvolumens, ist die Differenzdruckmesszelle 12 mit den Bonddrähten 24 möglichst eng in den Füllkörper 33 und die Füllkörperkappe 37 eingebettet. Die Füllkörperkappe 37 weist eine Ausnehmung zur Aufnahme des Chips/der Druckmesszelle 27 für den statischen Druck auf. Auf eine Isolierfolie 29 folgt die Verschlusskappe 35.
In den Figuren
Nachfolgend ist die Funktion der einzelnen in
- (2), (3): PINs 26 für den Anschluss der Versorgungsspannung,
- (4), (5): PINs 26 für das Brückenausgangssignal der statischen Druckmesszelle 27,
- (6), (7): PINs 26 für das
Brückenausgangssignal der Differenzdruckmesszelle 14, - 1 = (1.1): Versorgungsspannungs-Minusanschluss (Masse),
- 8 = (1.2): Versorgungsspannungs-Minusanschluss (Masse).
- (2), (3): PINs 26 for connecting the supply voltage,
- (4), (5): PINs 26 for the bridge output signal of the static
pressure measuring cell 27, - (6), (7): PINs 26 for the bridge output signal of the differential
pressure measuring cell 14, - 1 = (1.1): supply voltage minus connection (ground),
- 8 = (1.2): supply voltage minus connection (ground).
Wie bereits zuvor beschrieben, kann für die Masseanschluss auch ein gemeinsamer PIN 26 verwendet werden.As already described above, a
- ① Innenvolumen, das ev. mit einem Verguss ausgefüllt ist
- ②
Schweißung zwischen Gehäuseadapter 22 und Messwerk 2 - ③ Druckzuführung Wandlerkammer 3 -
Messwerk 2 - ④
Druckzuführung zur Wandlerkammer 3 - ⑤
Stromdurchführung 23 mit PIN/Einglasung - ⑥
Ölverschluss 15 - ⑧ Trennung zwischen Gehäuse und Sensorrückraum
- ⑨ Exd-Gewinde Gehäuse-Sensor, z.B. über ein Second Containment und/oder einen Verguss
- ⑩
Verschlusskappe 35 Stromdurchführung 23 (GDF)
- ① Inner volume that may have been filled with encapsulation
- ② Welding between
housing adapter 22 and measuringunit 2 - ③ Pressure supply converter chamber 3 - measuring
unit 2 - ④ Pressure supply to
converter chamber 3 - ⑤
Power feedthrough 23 with PIN/glazing - ⑥
Oil cap 15 - ⑧ Separation between the housing and the rear of the sensor
- ⑨ Exd thread housing sensor, eg via a second containment and/or encapsulation
- ⑩
Closing cap 35 power feedthrough 23 (GDF)
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Differenzdruckmessaufnehmerdifferential pressure sensor
- 22
- Messwerkmeasuring mechanism
- 33
- Wandlerkammerconverter chamber
- 44
- Doppelmembransystemdouble membrane system
- 4a, 4b4a, 4b
- erste 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
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- WO 2018/165122 A1 [0006]WO 2018/165122 A1 [0006]
- US 10656039 B2 [0017]US 10656039 B2 [0017]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: LAUFER, MICHAEL, DIPL.-ING., DE |