DE10228618B4

DE10228618B4 - pressure measuring

Info

Publication number: DE10228618B4
Application number: DE2002128618
Authority: DE
Inventors: Dietfried Burczyk; Wolfgang Dannhauer; Ralf Nürnberger; Michael Noack
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: DE10228618A1

Abstract

Differenzdruckmesseinheit mit einer in einem zylindrischen metallischen Gehäuse eingefassten Druckmesszelle (1) mit einem zylindrischen metallischen Grundkörper (3), die mittels Schweißungen derart in das Gehäuse eingefasst ist, dass eine äußere Mantelfläche (21) des Grundkörpers (3) einen Teil einer äußeren Mantelfläche des Gehäuses bildet, wobei
die Druckmesszelle (1) an beiden Stirnflächen des zylindrischen Grundkörpers jeweils eine Trennmembran (13) aufweist, auf die im Betrieb jeweils ein zu erfassender Druck (p1, p2) einwirkt, und
im Innern des Grundkörpers ein Differenzdrucksensor angeordnet ist, der über Bohrungen, die mit einem Silikonöl gefüllt sind, und die sich jeweils zu einer der beiden Stirnflächen des Grundkörpers erstrecken, mit den auf die beiden Trennmembranen einwirkenden Drücken beaufschlagbar ist, wobei ferner
das Gehäuse zwei Gehäuseteile (15) aufweist, welche die beiden Trennmembranen (13) jeweils unter Bildung einer vor der Trennmembran (13) befindlichen Kammer (17) überdecken,
wobei die Gehäuseteile mit dem Grundkörper jeweils durch eine umlaufende Schweißnaht verbunden...Differential pressure measuring unit with a sealed in a cylindrical metallic housing pressure measuring cell (1) with a cylindrical metallic base body (3) which is enclosed by means of weldings in the housing, that an outer lateral surface (21) of the base body (3) forms part of an outer surface of the Housing forms, wherein
the pressure measuring cell (1) at both end faces of the cylindrical base body in each case a separation membrane (13), to which in operation in each case a to be detected pressure (p1, p2) acts, and
in the interior of the main body, a differential pressure sensor is arranged, which extend over holes which are filled with a silicone oil, and each extending to one of the two end faces of the base body, with the forces acting on the two separation membranes pressures, further
the housing has two housing parts (15) which cover the two separation membranes (13) in each case forming a chamber (17) located in front of the separation membrane (13),
wherein the housing parts are connected to the main body by a circumferential weld in each case ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmeßeinheit.The The invention relates to a pressure measuring unit.

In der Druckmeßtechnik werden Druckmeßeinheiten zur Aufnahme und Erfassung von Drücken eingesetzt. Dabei werden Absolut-, Relativ- und Differenzdruckmeßzellen verwendet. Bei Absolutdruckmeßzellen wird ein zu messender Druck absolut, d.h. als Druckunterschied gegenüber einem Vakuum erfaßt. Mit einer Relativdruckmeßzelle wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck, z.B. einem Druck, der dort herrscht, wo sich die Meßzelle befindet, aufgenommen. Bei den meisten Anwendungen ist dies der Atmosphärendruck am Einsatzort. Es wird also bei Absolutdruckmeßzellen ein zu messender Druck bezogen auf einen festen Bezugsdruck, das Vakuum, und bei Relativdruckmeßzellen ein zu messender Druck bezogen auf einen variablen Bezugsdruck, z.B. den Umgebungsdruck, erfaßt. Mit Differenzdruckmeßzellen wird eine Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten auf die Meßzelle einwirkenden Druck erfaßt.In the pressure measuring technique become pressure measuring units used for recording and recording of pressures. It will be Absolute, relative and differential pressure measuring cells used. For absolute pressure cells a pressure to be measured becomes absolute, i. as a pressure difference over one Vacuum detected. With a relative pressure measuring cell is a pressure to be measured in the form of a pressure difference with respect to a Reference pressure, e.g. a pressure prevailing where the measuring cell is recorded. For most applications, this is atmospheric pressure at the job site. It is therefore a pressure to be measured at Absolutdruckmeßzellen based on a fixed reference pressure, the vacuum, and relative pressure measuring cells a pressure to be measured relative to a variable reference pressure, e.g. the ambient pressure detected. With differential pressure cells becomes a difference between a first and a second one the measuring cell detected acting pressure.

Die Patentschrift DE 34 36 184 C1 offenbart einen Überlastschutz für Druckaufnehmer mit einem Druckmittler mit zwei Trennmembranen, die einen gemeinsamen hydraulischen Pfad zu einem Drucksensor verschließen. Die erste der zwei Trennmembranen wird mit einem Mediendruck beaufschlagt, während die zweite mit dem Gasdruck in einer Überlastkammer beaufschlagt wird. Wenn der Mediendruck den Gasdruck übersteigt kommt die erste Trennmembran zur Anlage an einem Membranbett, und der Druck des hydraulischen Pfads kann auch bei noch anwachsendem Mediendruck nicht mehr weiter steigen.The patent DE 34 36 184 C1 discloses an overload protection for pressure transducer with a diaphragm seal with two separation membranes, which close a common hydraulic path to a pressure sensor. The first of the two separation membranes is subjected to a medium pressure, while the second is acted upon by the gas pressure in an overload chamber. If the media pressure exceeds the gas pressure, the first separation membrane comes to rest on a membrane bed, and the pressure of the hydraulic path can not continue to increase even with increasing media pressure.

Die Patentschrift DE 31 29224 C1 offenbart einen Differenzdruckaufnehmer für den Tieftemperaturbereich und zum Einsatz im Wirkungsbereich einer hohen Zentrifugalbeschleunigung. Der Differenzdruckaufnehmer arbeitet unter Ausnutzung des Josephson-Effekts.The patent DE 31 29224 C1 discloses a differential pressure transducer for the low temperature range and for use in the range of high centrifugal acceleration. The differential pressure transducer works by utilizing the Josephson effect.

Unabhängig von der Art des zu messenden Druckes ist allen Druckmessungen gemeinsam, daß eine Druckmeßeinheit vorgesehen ist, bei der eine in einem Gehäuse eingefaßte Druckmeßzelle mit einem Medium, dessen Druck erfaßt werden soll, in Kontakt steht. An das Gehäuse sind Anschlußleitungen anzuschließen, über die zu messende Drücke zugeführt werden. Diese werden unmittelbar oder z.B. über Druckmittler, Staudrucksonden oder Durchflußblenden zugeführt.Independent of the type of pressure to be measured is common to all pressure measurements, that one pressure measuring is provided, wherein a enclosed in a housing pressure measuring cell with a medium whose Pressure detected should be in contact. To the housing are connecting cables to join, over the supplied to be measured pressures. These are directly or e.g. via diaphragm seals, pitot tubes or flow restrictors fed.

Dabei werden heute sehr häufig metallische Druckmeßzellen eingesetzt, die mindestens eine Trennmembran aufweisen, auf die die zu messenden Drücke einwirken.there become very common today metallic pressure cells used, which have at least one separation membrane on the the pressures to be measured act.

Das Medium, dessen Druck zu messen ist, wirkt auf die Trennmembran ein. Das Gehäuse in das die Druckmeßzelle eingefaßt ist, weist dabei regelmäßig Gehäuseteile, z.B. Flansche auf, die vor der jeweiligen Trennmembran eine Kammer zur Aufnahme des Mediums bilden.The Medium whose pressure is to be measured acts on the separation membrane. The housing in the pressure measuring cell bordered is, regularly has housing parts, e.g. Flanges on, in front of the respective separation membrane a chamber to form the medium.

Zwischen der Druckmeßzelle und diesen Gehäuseteilen ist mindestens eine Dichtung vorgesehen, die zwischen der Druckmeßzelle und dem jeweiligen Gehäuseteil angeordnet ist und die Kammer abdichtet. Die Gehäuseteile sind dabei mittels Schraubverbindungen befestigt. Durch die Schraubverbindungen werden die Gehäuseteile gegen die Druckmeßzelle gepreßt. Dadurch wird die Druckmeßzelle eingespannt. Dabei werden gleichzeitig die Dichtungen eingespannt.Between the pressure measuring cell and these housing parts At least one seal is provided between the pressure measuring cell and the respective housing part is arranged and the chamber seals. The housing parts are by means of screw attached. Due to the screw connections, the housing parts against the pressure measuring cell pressed. This will be the pressure measuring cell clamped. At the same time the seals are clamped.

Die Dichtungen und die Schraubverbindungen erfordern eine Mindestgröße der Gehäuseteile. Die Schraubverbindungen müssen dabei so ausgelegt sein, daß sie auch bei hohen Drücken und bei Temperaturwechseln eine ausreichende Schraubenvorspannung und eine ausreichende Anpreßkraft der Dichtungen gewährleisten.The Seals and screw connections require a minimum size of the housing parts. The Screw connections must be designed so that they even at high pressures and with temperature changes sufficient Schraubenvorspannung and a sufficient contact pressure ensure the seals.

Sowohl die Gehäuseteile als auch die Druckmeßzelle müssen mit geringen Fertigungstoleranzen hergestellt werden, damit die Dichtheit sichergestellt ist.Either the housing parts as well as the pressure measuring cell have to be manufactured with low manufacturing tolerances, so that the Tightness is ensured.

Je nach Anwendung können verschiedene Dichtungsformen und Dichtungsmaterialien erforderlich sein. Dies erfordert eine gewisse Lagerhaltung.ever after application can various seal shapes and seal materials required be. This requires a certain storage.

Herkömmliche Dichtungsmaterialien weisen eine eingeschränkte Medien- und Temperaturbeständigkeit auf und müssen unter Umständen sogar regelmäßig ausgetauscht werden.conventional Sealing materials have limited media and temperature resistance on and have to in certain circumstances even exchanged regularly become.

Außerdem kann es bei einem Einsatz im Vakuum zu einem Ausgasen aus dem Dichtungsbereich führen.In addition, can when used in a vacuum, it leads to outgassing from the sealing area.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Druckmeßeinheit anzugeben, die kostengünstig herstellbar ist und möglichst universell einsetzbar ist.It It is an object of the invention to provide a Druckmeßeinheit that can be produced inexpensively is and possible is universally applicable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Differenzdruckmesseinheit gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1.The The object is achieved by the differential pressure measuring unit according to independent claim 1.

Die Erfindung offenbart eine Differenzdruckmesseinheit mit einer in einem zylindrischen metallischen Gehäuse eingefassten Druckmesszelle mit einem zylindrischen metallischen Grundkörper, die mittels Schweißungen derart in das Gehäuse eingefasst ist, dass eine äußere Mantelfläche des Grundkörpers einen Teil einer äußeren Mantelfläche des Gehäuses bildet, wobei die Druckmesszelle an beiden Stirnflächen des zylindrischen Grundkörpers jeweils eine Trennmembran aufweist, auf die im Betrieb jeweils ein zu erfassender Druck einwirkt, und im Innern des Grundkörpers ein Differenzdrucksensor angeordnet ist, der über Bohrungen, die mit einem Silikonöl gefüllt sind, und die sich jeweils zu einer der beiden Stirnflächen des Grundkörpers erstrecken, mit den auf die beiden Trennmembranen einwirkenden Drücken beaufschlagbar ist, wobei ferner das Gehäuse zwei Gehäuseteile aufweist, welche die beiden Trennmembranen jeweils unter Bildung einer vor der Trennmembran befindlichen Kammer überdecken, wobei die Gehäuseteile mit dem Grundkörper jeweils durch eine umlaufende Schweißnaht verbunden sind, und eine durchgehende, in der Kammer mündende Bohrung aufweisen, durch die hindurch der zu erfassende Druck zuführbar ist, an welche Bohrung jeweils ein Prozessanschluss anschließbar ist.The invention discloses a differential pressure measuring unit with a sealed in a cylindrical metal housing pressure measuring cell with a cylindrical metallic base body which is enclosed by means of welds in the housing such that an outer circumferential surface of the body forms a part of an outer circumferential surface of the housing, wherein the pressure measuring cell at both end faces of the cylindrical base body in each case has a separation membrane, which acts in each case a pressure to be detected during operation, and in the interior of the base body, a differential pressure sensor is arranged, via bores, with a silicone oil are filled, and each extending to one of the two end faces of the body, can be acted upon with the pressures acting on the two separation membranes, further wherein the housing has two housing parts which the two separation membranes each to form a chamber located in front of the separation membrane cover, wherein the housing parts are connected to the base body in each case by a circumferential weld, and have a continuous, opening in the chamber bore through which the pressure to be detected can be fed, to which bore in each case a process connection can be connected is.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist jeder Prozeßanschluß mittels einer Fügung mit der jeweils zugeordneten Bohrung verbunden.According to one Another embodiment, each process connection by means of a joint with the associated associated bore.

Gemäß einer Ausgestaltung der letztgenannten Ausgestaltung sind die Fügungen, mit denen die Prozeßanschlüsse mit den Bohrungen verbunden sind, Schweißungen, Klebungen, Lötungen oder Bördelungen.According to one Embodiment of the latter embodiment are the additions, with which the process connections with are connected to the holes, welds, bonds, soldering or Flaring.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Grundkörper zylindrisch und weist an mindestens einer kreisscheibenförmigen Stirnseite eine Trennmembran auf. Die Druckmeßzelle ist in das Gehäuse eingefaßt, indem jedes Gehäuseteil mit einem äußeren Rand der jeweils an das Gehäuseteil angrenzenden Stirnseite des Grundkörpers mittels einer umlaufenden Fügung verbunden ist.According to one Another embodiment, the main body is cylindrical and has at least one circular disc-shaped end face a separation membrane on. The pressure measuring cell is enclosed in the housing by each housing part with an outer edge each to the housing part adjacent end face of the body by means of a circumferential coincidence connected is.

Schraubverbindungen, wie sie bei herkömmlichen Druckmeßeinheiten erforderlich sind, entfallen. Dadurch kann die Größe der Druckmeßeinheit auf ein Minimum reduziert werden. Dies spart Material und Kosten. Durch die geringen Abmessungen ist die Druckmeßeinheit auch in Anwendungen mit geringem Platzangebot einsetzbar.screw connections, as with conventional pressure measuring units are required, omitted. As a result, the size of the pressure measuring unit on a minimum can be reduced. This saves material and costs. By the small size is the pressure measuring unit also in applications can be used with limited space.

Es sind keinerlei Dichtungen erforderlich. Dadurch steht die gesamte Fläche der Trennmembranen zur Druckaufnahme zur Verfügung. Ein größerer freier Membrandurchmesser verbessert die Meßeigenschaften erheblich. Zusätzlich treten Fehler, die durch auf der Trennmembran aufliegende Dichtungen und deren über Temperatur und Druck variablen Einspannkräfte auftreten gar nicht mehr auf. Ebenso entfallen Probleme, die durch die begrenzte Mediumsbeständigkeit der Dichtungen auftreten können.It No seals are required. This puts the whole area the separation membranes for pressure absorption available. A bigger freer Diameter of the membrane considerably improves the measuring properties. In addition, kick Errors caused by seals on the diaphragm and whose over Temperature and pressure variable clamping forces no longer occur on. Likewise, there are no problems caused by the limited medium resistance the seals can occur.

Letzteres gilt analog im Bezug auf die Dichtungsfreiheit im Bereich des Prozeßanschlusses.The latter applies analogously in relation to the absence of seal in the area of the process connection.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figur der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.The Invention and further advantages will now be with reference to the figure of the drawing, in the one embodiment is shown, closer explained.

1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Differenzdruckmeßaufnehmer. 1 shows a section through a Differenzdruckmeßaufnehmer invention.

1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmeßeinheit. 1 shows a section through an embodiment of a pressure measuring unit according to the invention.

Es handelt sich hierbei um eine Differenzdruckmeßeinheit.It this is a differential pressure measuring unit.

Die Druckmeßeinheit weist eine Druckmeßzelle 1 mit einem metallischen Grundkörper 3 auf. In der Mitte des Grundkörpers 3 ist eine Ausnehmung vorgesehen, die durch eine Meßmembran 5 in zwei gleichgroße Kammern 7 unterteilt ist.The pressure measuring unit has a pressure measuring cell 1 with a metallic base body 3 on. In the middle of the main body 3 a recess is provided which passes through a measuring diaphragm 5 in two equal chambers 7 is divided.

Der Grundkörper 3 ist zylindrisch und von den Kammern 7 führt jeweils eine Bohrung 9 zu dessen einander gegenüberliegenden kreisscheibenförmigen Stirnflächen. Dort sind jeweils im Wesentlichen kreisscheibenförmige Ausnehmungen 11 vorgesehen, die jeweils von einer an einem ringförmigen Rand der Ausnehmung befestigten Trennmembran 13 abgeschlossen sind.The main body 3 is cylindrical and from the chambers 7 each leads a hole 9 to the opposite circular disc-shaped end faces. There are each substantially circular disc-shaped recesses 11 provided, each of a fixed to an annular edge of the recess separating membrane 13 Are completed.

Im Betrieb wirkt auf eine der Trennmembranen 11 ein erster Druck p1 und auf die andere ein zweiter Druck p2 ein. Diese Drücke werden mittels einer, die Kammern 7 und 11 und die Bohrungen 9 ausfüllenden Flüssigkeit mit einer geringen Kompressibiliät auf die der jeweiligen Trennmembran 13 zugeordnete Seite der Meßmembran 5 übertragen. Als Flüssigkeit eignet sich z.B. ein Silikonöl. Eine Auslenkung der Meßmembran 5 ist abhängig von einer Differenz der auf sie einwirkenden Drücke und kann z.B. mittels piezoresistiver Siliziumsensoren, oder mittels auf der Meßmembran 5 aufgebrachter Dehnungsmeßstreifen aufgenommen und einer weiteren Auswertung und/oder Verarbeitung zugänglich gemacht werden.During operation, one of the separation membranes acts 11 a first pressure p1 and on the other a second pressure p2. These pressures are controlled by means of one, the chambers 7 and 11 and the holes 9 filling liquid with a low Kompressibiliät on the respective separation membrane 13 associated side of the measuring diaphragm 5 transfer. As a liquid is eg a silicone oil. A deflection of the measuring diaphragm 5 is dependent on a difference of the pressures acting on it and can, for example, by means of piezoresistive silicon sensors, or means on the measuring diaphragm 5 applied strain gauges recorded and made available for further evaluation and / or processing.

Selbstverständlich sind auch andere Arten von Druckmeßzellen einsetzbar, sofern sie einen metallischen Grundkörper aufweisen.Of course they are also other types of pressure cells can be used, provided they have a metallic body.

Die Druckmeßzelle 1 ist in ein Gehäuse eingefaßt. Das Gehäuse umfaßt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Gehäuseteile 15, die die beiden Trennmembranen 13 unter Bildung einer vor der jeweiligen Trennmembran 13 befindlichen Kammer 17 überdecken.The pressure measuring cell 1 is enclosed in a housing. The housing comprises in the illustrated embodiment, two housing parts 15 containing the two separation membranes 13 forming one in front of the respective separation membrane 13 located chamber 17 cover.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gehäuseteile 15 flanschförmig und weisen jeweils eine durchgehende in der Kammer 17 mündende Bohrung 19 auf, durch die hindurch der jeweils zu erfassende Druck p1, p2 zuführbar ist. An die Bohrungen 19 ist vorzugsweise ein, in 1 lediglich schematisch dargestellter, Prozeßanschluß 20 angeschlossen.In the illustrated embodiment, the housing parts 15 flange-shaped and pointing one continuous in the chamber 17 opening hole 19 , through which the respective pressure to be detected p1, p2 can be fed. To the holes 19 is preferably a, in 1 only schematically illustrated, process connection 20 connected.

Erfindungsgemäß ist die Druckmeßzelle 1 mittels Fügungen derart in das Gehäuse eingefaßt, daß eine äußere Mantelfläche 21 des Grundkörpers 3 einen Teil einer äußeren Mantelfläche des Gehäuses bildet.According to the invention, the pressure measuring cell 1 mated by means of joints in the housing such that an outer circumferential surface 21 of the basic body 3 forms a part of an outer circumferential surface of the housing.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu jedes Gehäuseteil 15 mit einem äußeren Rand der jeweils an das Gehäuseteil 15 angrenzenden Stirnseite des Grundkörpers 3 mittels einer umlaufenden Fügung 23 verbunden. In den dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fügungen Schweißnähte. Ebenso können die Fügungen 23 aber auch als Klebungen, Lötungen oder Bördelungen ausgebildet sein.In the illustrated embodiment, this is each housing part 15 with an outer edge of each of the housing part 15 adjacent end face of the body 3 by means of a circumferential joint 23 connected. In the illustrated embodiment, the joints are welds. Likewise, the additions 23 but also be designed as bonds, soldering or flanging.

Die Prozeßanschlüsse 20 sind vorzugsweise ebenfalls jeweils mittels einer Fügung 25 mit der jeweils zugeordneten Bohrung 19 verbunden. Die Fügungen 25 sind vorzugsweise ebenfalls, wie in 1 dargestellt als Schweißung ausgebildet. Alternativ können hier ebenfalls Klebungen, Lötungen oder Bördelungen eingesetzt werden.The process connections 20 are preferably also each by means of a joint 25 with the respective associated hole 19 connected. The additions 25 are preferably also as in 1 shown formed as a weld. Alternatively, adhesions, soldering or flanging can also be used here.

Durch die als Schweißnaht ausgebildeten Fügungen 23 sind die Kammern 17 hermetisch gegenüber der Umgebung verschlossen. Hierdurch ist unter anderem eine sehr gute Vakuumdichtheit gegeben, wie sie z.B. in der Klima- und Vakuumtechnik von großem Vorteil ist.By the trained as a weld joints 23 are the chambers 17 hermetically sealed against the environment. As a result, inter alia, a very good vacuum tightness is given, as it is for example in the air conditioning and vacuum technology of great advantage.

Claims

Differential pressure measuring unit with a pressure measuring cell enclosed in a cylindrical metallic housing ( 1 ) with a cylindrical metallic base body ( 3 ), which is enclosed by means of welds in the housing such that an outer circumferential surface ( 21 ) of the basic body ( 3 ) forms part of an outer circumferential surface of the housing, wherein the pressure measuring cell ( 1 ) at both end faces of the cylindrical base body in each case a separation membrane ( 13 ), to which in operation in each case a pressure to be detected (p1, p2) acts, and in the interior of the base body a differential pressure sensor is arranged, which are filled via bores, which are filled with a silicone oil, and each to one of the two end faces of the Further, the housing extend, can be acted upon by the forces acting on the two separation membranes pressures, further wherein the housing has two housing parts ( 15 ), which the two separation membranes ( 13 ) each to form a front of the separation membrane ( 13 ) ( 17 Cover, wherein the housing parts are connected to the main body respectively by a circumferential weld, and a continuous, in the chamber ( 17 ) opening bore ( 19 ), through which the pressure to be detected (p1, p2) can be supplied, to which bore ( 19 ) each one process connection ( 20 ) is connectable.

Pressure measuring unit according to claim 1, wherein each process connection ( 20 ) by means of a joint ( 25 ) with the respectively assigned bore ( 19 ) connected is.

Pressure measuring unit according to claim 2, in which the joints ( 25 ), with which the process connections ( 20 ) with the holes ( 19 ) welds, bonds, soldering or flanging are.