DE10316033A1

DE10316033A1 - Relativdruckmeßumformer

Info

Publication number: DE10316033A1
Application number: DE10316033A
Authority: DE
Inventors: Jürgen TANNER; Raimund Becher
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-10-21
Also published as: US20070163354A1; EP1611422A2; WO2004090494A3; WO2004090494A2; EP1611422B8; US7437937B2; CN1768256A; EP1611422B1; CN100565151C

Abstract

Es ist ein gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit geschützter Relativdruckmeßumformer vorgesehen, mit einem Gehäuse (7), einem in dem Gehäuse (7) angeordneten Einsatz (17), einem zwischen dem Gehäuse (7) und dem Einsatz (17) bestehenden Spalt (23), einem Relativdrucksensor (5) und einer an den Relativdrucksensor (5) angeschlossenen Referenzdruckzuleitung (29), die in den Einsatz (17) hineinführt, die an einer Außenwand (31) des Einsatzes (17) mündet, die einen Innenraum aufweist, der über eine Öffnung im Einsatz (17) mit dem Spalt (23) verbunden ist, bei dem das Gehäuse (7) eine durchgehende Bohrung (43) aufweist, über die der Spalt (23) mit einer Umgebung des Relativdruckmeßumformers in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Relativdruckmeßumformer mit einem Gehäuse, einem Relativdrucksensor, und einer an den Relativdrucksensor angeschlossenen Referenzdruckzuleitung, über die der Relativdrucksensor durch eine das Gehäuse durchdringende Bohrung mit einer Umgebung des Relativdruckmeßumformers in Verbindung steht.
In der Druckmeßtechnik wird zwischen Differenz-, Absolut- und Relativdruckmeßumformern unterschieden. Differenzdruckmeßumformer dienen der Messung der Differenz zwischen zwei verschiedenen Drücken. Bei Absolutdruckmeßumformern wird ein zu messender Druck absolut, d.h. als Druckunterschied gegenüber einem Vakuum erfaßt. Mit einem Relativdruckmeßumformer wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck aufgenommen. Der Referenzdruck ist in der Regel ein Umgebungsdruck der dort herrscht, wo sich der Relativdruckmeßumformer befindet. Bei den meisten Anwendungen ist dies der Atmosphärendruck am Einsatzort. Wird der Sensor jedoch z.B. in einem unter Über- oder Unterdruck stehenden Raum eingesetzt, so ist der Referenzdruck der Rauminnendruck.
Bei einigen herkömmlichen Relativdruckmeßumformern führt die Referenzdruckzufuhr vom Relativdrucksensor in einen Innenraum des Gehäuses und endet dort. Das Gehäuse weist eine nach außen führende durchgehende Bohrung auf, über die die Referenzdruckzufuhr an die Umgebung des Relativdruckmeßumformers angeschlossen ist.
Die Bohrung ist zum Schutz vor eindringender Feuchtigkeit regelmäßig mit einem Filter verschlossen, der ein Eindringen von Feuchtigkeit vermeiden soll.
In Abhängigkeit von einer Temperatur der Umgebung ist jedoch immer eine gewisser Anteil Feuchtigkeit in dem Medium, das den Relativdruckmeßumformer umgibt, sei es Luft oder ein Gas, enthalten. Handelsübliche Filter sind nicht in der Lage diese Feuchtigkeit vollständig herauszufiltern. Durch einen Austausch des Mediums, das den Relativdruckmeßumformer umgibt durch den Filter hindurch kann daher Feuchtigkeit in den Innenraum gelangen. Je größer der Innenraum des Gehäuses ist, umso größer ist dabei die ausgetauschte Mediumsmenge, und damit die eindringende Feuchtigkeit.
Ist die Temperatur in der Umgebung höher als die Temperatur im Inneren des Gehäuses, so kann im Inneren des Gehäuses der Taupunkt unterschritten werden und es bildet sich Kondensat, das sich im Inneren des Gehäuses niederschlägt. Das Kondensat sammelt sich im Gehäuse.
In dem Gehäuse eventuell vorhandene elektronische Schaltungen und der Relativdrucksensor sind in der Regel sehr empfindlich gegenüber Feuchtigkeit.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Referenzdruckmeßumformer anzugeben, der gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt ist.
Hierzu besteht die Erfindung in einem Relativdruckmeßumformer mit

– einem Gehäuse
– einem in dem Gehäuse angeordneten Einsatz,
– einem zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz bestehenden Spalt,
– einem Relativdrucksensor, und
– einer an den Relativdrucksensor angeschlossenen Referenzdruckzuleitung,
– die in den Einsatz hinein führt,
– die an einer Außenwand des Einsatzes mündet,
– die einen Innenraum aufweist, der über eine Öffnung im Einsatz mit dem Spalt verbunden ist,
– bei dem das Gehäuse eine durchgehende Bohrung aufweist, über die der Spalt mit einer Umgebung des Relativdruckmeßumformers in Verbindung steht.

Gemäß einer Weiterbildung besteht der Einsatz aus aus einem feuchtebeständigen Material, insb. aus einem Kunststoff.
Gemäß einer Weiterbildung ist im Inneren des Einsatzes eine elektrisch leitfähige Schicht vorgesehen, die einen Innenraum des Einsatzes einschließt.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Spalt durch zwei zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz eingespannte Dichtungen begrenzt.
Gemäß einer Weiterbildung schließt eine direkte Verbindung im Spalt zwischen der Bohrung und der Öffnung ein Kreissegment um eine Längsachse des Einsatzes oder des Gehäuses ein.
Gemäß einer Weiterbildung befindet sich die Bohrung im Gehäuse auf einer der Öffnung gegenüber liegenden Seite des Einsatzes.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Bohrung eine Länge von mindestens sechs Millimetern auf, und es ist ein Stift in die Bohrung eingesetzt.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Öffnung durch einen feuchtigkeitsabweisenden gasdurchlässigen Filter verschlossen.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Referenzdruckzufuhr insgesamt ein gegenüber dem Innenraum des Gehäuses sehr geringes Volumen aufweist. Das Volumen wird im wesentlichen aus einem Innenvolumen der Referenzdruckzuleitung und einem Innenvolumen des Spalts gebildet. Ein geringes Volumen bietet den Vorteil, daß geringere Mengen des Mediums zwischen dem Innenvolumen und der Umgebung ausgetauscht werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Referenzdruckzufuhr eine große Länge aufweist. Sie führt von der Bohrung durch den Spalt und die gesamte Länge der Referenzdruckzuleitung zum Referenzdrucksensor. Zwischen dem Medium, das sich in der Nähe des Relativdrucksensors befindet und dem Medium in der Umgebung des Relativdruckmeßumformers findet aufgrund der großen hierfür zurückzulegenden Wegstrecke und dem entlang der Wegstrecke geringen hierfür zur Verfügung stehenden Volumen pro Weglänge praktisch kein Austausch statt. Demgegenüber erfolgt die Druckübertragung des Referenzdrucks im wesentlichen ungehindert.
Trotzdem eindringende Feuchtigkeit, wird sich im Bereich nahe der Bohrung, insb. im Spalt, ansammeln und gegebenfalls dort kondensieren. Da der Einsatz aus einem feuchtigkeitsbeständigen Material besteht bleibt dies ohne nachteilige Folgen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Spalt durch zwei Dichtungen abgedichtet ist. Eventuell in den Spalt eindringende Feuchtigkeit kann dadurch weder in das Innere des Einsatzes noch in Innenräume des Gehäuses außerhalb des Spalts gelangen. Sowohl der Relativdrucksensor als auch eine gegebenenfalls im Inneren des Einsatzes befindliche elektronische Schaltung sind damit vor Feuchtigkeit geschützt.
Zusätzlich bieten die Dichtungen den Vorteil, daß der Spalt auf sehr einfache Weise herstellbar ist und der Einsatz durch die Dichtungen im Gehäuse fixiert ist.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Schnitt durch einen Relativdruckmeßumformer;
2 zeigt einen Schnitt durch dessen Gehäuse; und
3 zeigt einen Schnitt durch dessen Einsatz.
In 1 ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Relativdruckmeßumformer dargestellt. Der Relativdruckmeßumformer weist einen Prozeßanschluß 1, einen in einem Sensorblock 3 eingefaßten Relativdrucksensor 5 und ein den Sensorblock 3 teilweise umschließendes Gehäuse 7 auf. 2 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse 7.
Als Relativdrucksensoren sind beispielsweise kapazitive keramische Sensoren oder Halbleitersensoren, z.B. Polysiliziumsensoren einsetzbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist schematisch ein Halbleitersensor dargestellt, dem ein Druckmittler 9 vorgeschaltet ist. Der Druckmittler 9 schließt den Sensorblock 3 frontbündig mit einer Trennmembran 11 ab, auf die im Betrieb der zu messende Druck p einwirkt. Der zu messende Druck p wird durch den Druckmittler 9 auf den Relativdrucksensor 5 übertragen.
Der Prozeßanschluß 1 ist fest mit dem Sensorblock 3 verbunden, z.B. verschraubt. Er dient der Befestigung des Relativdruckmeßumformers an einem Meßort und weist eine zentrale axiale durchgehende Bohrung 13 auf, die in einer Kammer 15 mündet. Auf einer der Bohrung 13 gegenüberliegenden Seite der Kammer 15 befindet sich die Trennmembran 11. Der zu messende Druck p wird dem Relativdrucksensor 1 im Betrieb durch die Bohrung 13 hindurch zugeführt.
In dem Gehäuse 7 ist ein Einsatz 17 angeordnet. 3 zeigt einen Schnitt durch den Einsatz 17. Der Einsatz 17 besteht vorzugsweise aus einem feuchtebeständigen Material, insb. aus einem Kunststoff. Er ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen topfförmig, d.h. er weist einen zylindrischen Abschnitt 19 auf, der von einem Boden 21 abgeschlossen ist.
Zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz 17 besteht ein ringförmig umlaufender Spalt 23. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl das Gehäuse 7 als auch der Einsatz 17 im wesentlichen zylindrisch, so daß auch der Spalt 23 im wesentlichen zylindrische Form hat.
Der Spalt 23 ist durch zwei zwischen dem Gehäuse 7 und dem Einsatz 17 eingespannte Dichtungen 25 begrenzt. Die Dichtungen 25 sind ringförmig. Zur Aufnahme der Dichtungen 25 weist der Einsatz 17 auf dessen Außenseite zwei ringförmig umlaufende Nuten 27 auf.
An den Relativdrucksensor 5 ist eine Referenzdruckzuleitung 29 angeschlossen, die in den Einsatz 17 hinein führt und an einer Außenwand 31 des Einsatzes 17 mündet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Referenzdruckzuleitung 29 ein mit dem Relativdrucksensor 5 fest verbundenes Röhrchen 33, das von einer Referenzdruckseite des Relativdrucksensors 5 aus dem Sensormodul 3 heraus und durch den Boden 21 des Einsatzes 17 hindurch in den Einsatz 17 hinein führt. Hierfür ist im Boden 21 eine Öffnung 35 vorgesehen.
Im Einsatz 17 ist an das Röhrchen 33 ein erstes Ende eines Schlauchs 37 druckfest angeschlossen. Der Schlauch 37 besteht z.B. aus Silikon und ist auf das Röhrchen 33 aufgesteckt.
Der Einsatz 17 weist im Bereich der Mündung der Referenzdruckzufuhr 27 eine radial von außen in den Boden 21 des Einsatzes 17 hineinführende Sacklochbohrung 39 auf. Im Inneren des Einsatzes 17 ist an den Boden 21 des Einsatzes 17 ein Röhrchen 41 angeformt, das in der Sacklochbohrung 39 mündet. An der Mündung weist der Boden 21 eine Öffnung auf, durch die ein Innenraum des Röhrchens 41 mit einem Innenraum der Sacklochbohrung 39 in Verbindung steht. Ein zweites Ende des Schlauchs 37 ist druckfest an das Röhrchen 41 angeschlossen. Der Schlauch 37 ist z.B. auf das Röhrchen 41 aufgesteckt.
Die Sacklochbohrung 39 bildet eine Öffnung in der Außenwand 31 des Einsatzes 17 über die ein Innenraum der Referenzdruckzufuhr 27 mit dem Spalt 23 verbunden ist.
Das Gehäuse 7 weist eine durchgehende Bohrung 43 auf, über die der Spalt 23 und damit auch die Referenzdruckzufuhr 29 mit einer Umgebung des Relativdruckmeßumformers in Verbindung steht.
Es ist möglich, die Bohrung 43 unmittelbar gegenüber der Öffnung der Sacklochbohrung 39 anzuordnen. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Bohrung 43 gegenüber der Öffnung der Sacklochbohrung 39 versetzt angeordnet ist. Hierdurch wird die effektive Länge der Referenzdruckzufuhr 29 vergößert. Vorzugsweise schließt eine direkte Verbindung im Spalt 23 zwischen der Bohrung 43 und der Öffnung der Sacklochbohrung 39 ein Kreissegment um eine Längsachse L des Einsatzes 17 oder des Gehäuses 7 ein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Längsachsen L identisch.
Die längste Wegstrecke ist erzielbar, wenn sich die Bohrung 43 im Gehäuse 7 auf einer der Öffnung gegenüber liegenden Seite des Einsatzes 17 befindet.
Vorzugsweise weist die Bohrung 43 eine Länge von mindestens sechs Millimetern auf. Dies ist beispielsweise durch eine entsprechende Wandstärke des Gehäuses 7 im Bereich der Bohrung 43 realisierbar. Wird ein Gehäuse 7 mit geringfügig geringerer Wandstärke eingesetzt, kann diese Länge erreicht werden, indem eine Längsachse der Bohrung 43 gegenüber einer Senkrechten zu einer an dem Gehäuse 7 im Bereich der Bohrung 43 anliegenden Tangente versetzt ausgerichtet ist. In die Bohrung 43 ist ein Stift 46, z.B. aus Metall eingesetzt. Zwischen der Bohrung 43 und dem Stift 46 besteht ein Spalt, über den ein Druckausgleich durch die Bohrung 43 hindurch erfolgt. Der Stift 46 ist in der Bohrung 43 fixiert. Dies erfolgt beispielsweise, indem ein gekrümmter Stift 46 verwendet wird, der in die Bohrung 43 eingeschlagen wird.
Die Bohrung 43 und der Stift 46 bilden eine Flammendurchschlagsperre. Derartige Flammendurchschlagsperren sind insb. bei Anwendungen in explosionsgefährdeten Bereichen erforderlich.
Vorzugsweise ist die Öffnung der Sacklochbohrung 39 durch einen feuchtigkeitsabweisenden gasdurchlässigen Filter 45 verschlossen. Hierzu sind z.B. Filter aus Metall, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Goretex geeignet.
Im Inneren des Einsatzes 17 befindet sich eine elektronische Schaltung 47, z.B. eine Vorortelektronik des Relativdrucksensors 5. Zum Schutz der elektronischen Schaltung 47 vor elektromagnetischen Störungen ist im Inneren des Einsatzes 17 eine elektrisch leitfähige Schicht 49 vorgesehen, die einen Innenraum des Einsatzes 17 einschließt. Die Schicht 49 kann z.B. eine auf einer Innenseite des Einsatzes aufgebrachte metallische Folie, z.B. aus Kupfer, oder ein metallischer Lack sein.

Claims

Relativdruckmeßumformer mit – einem Gehäuse (7), – einem in dem Gehäuse (7) angeordneten Einsatz (17), – einem zwischen dem Gehäuse (7) und dem Einsatz (17) bestehenden Spalt (23), – einem Relativdrucksensor (5), und – einer an den Relativdrucksensor (5) angeschlossenen Referenzdruckzuleitung (29), – die in den Einsatz (17) hinein führt, – die an einer Außenwand (31) des Einsatzes (17) mündet, und – die einen Innenraum aufweist, der über eine Öffnung im Einsatz (17) mit dem Spalt (23) verbunden ist, – bei dem das Gehäuse (7) eine durchgehende Bohrung (43) aufweist, über die der Spalt (23) mit einer Umgebung des Relativdruckmeßumformers in Verbindung steht.
Relativdruckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem der Einsatz (17) aus aus einem feuchte-beständigen Material, insb. aus einem Kunststoff besteht.
Relativdruckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem im Inneren des Einsatzes (17) eine elektrisch leitfähige Schicht (49) vorgesehen ist, die einen Innenraum des Einsatzes (17) einschließt.
Relativdruckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem der Spalt (23) durch zwei zwischen dem Gehäuse (7) und dem Einsatz (17) eingespannte Dichtungen (25) begrenzt ist.
Relativdruckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem eine direkte Verbindung im Spalt (23) zwischen der Bohrung (43) und der Öffnung ein Kreissegment um eine Längsachse (L) des Einsatzes (17) oder des Gehäuses (7) einschließt.
Relativdruckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem sich die Bohrung (43) im Gehäuse (7) auf einer der Öffnung gegenüber liegenden Seite des Einsatzes (17) befindet.
Relativdruckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem die Bohrung (43) eine Länge von mindestens sechs Millimetern aufweist, und ein Stift (46) in die Bohrung (43) eingesetzt ist.
Relativdruckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung durch einen feuchtigkeitsabweisenden gasdurchlässigen Filter (45) verschlossen ist.