DE202017107619U1

DE202017107619U1 - Differenzdruckmessaufnehmer

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Publication number: DE202017107619U1
Application number: DE202017107619.9U
Authority: DE
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2027-12-15

Abstract

Differenzdruckmessaufnehmer, mit einem ersten Druckmessaufnehmer (1, 15), der einen mit einem ersten Druck (p1) beaufschlagbaren Drucksensor (3, 17) umfasst, der eine an den Drucksensor (3, 17) angeschlossene Messelektronik (5) umfasst und dessen Messelektronik (5) derart ausgebildet ist, dass sie im Messbetrieb ein dem ersten Druck (p1) entsprechendes Messsignal erzeugt, und einem zweiten Druckmessaufnehmer (1, 15), der einen mit einem zweiten Druck (p1) beaufschlagbaren Drucksensor (3, 17) umfasst, der eine an den Drucksensor (3, 17) angeschlossene Messelektronik (5) umfasst und dessen Messelektronik (5) derart ausgebildet ist, dass sie im Messbetrieb ein dem zweiten Druck (p2) entsprechendes Messsignal erzeugt, dessen Druckmessaufnehmer (1, 15) auf deren einander zugewandten Seiten jeweils einen endseitig offenen, außenseitlich allseitig von einer Gehäusewand umgebenen Gehäuseabschnitt (7) aufweisen, der mit dem Gehäuseabschnitt (7) des jeweils anderen Druckmessaufnehmers (1, 15) mittels einer mechanischen Verbindung derart verbunden ist, dass die von den Gehäusewänden umgebenen Innenräume der Gehäuseabschnitte (7) der beiden Druckmessaufnehmer (1, 15) jeweils einen Teilraum eines Innenraums (9) des Differenzdruckmessaufnehmers bilden, und der eine Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) umfasst, die über durch den Innenraum (9) des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende Anschlussleitungen (13) an die Messelektroniken (5) der beiden Druckmessaufnehmer (1, 15) angeschlossen ist, wobei die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie anhand der Messsignale der Messelektroniken (5) der beiden Druckmessaufnehmer (1, 15) einen der Differenz des ersten Drucks (p1) und des zweiten Drucks (p2) entsprechenden Differenzdruck (Δp) bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessaufnehmer.
Druckmessaufnehmer werden in der industriellen Messtechnik zur messtechnischen Erfassung von Differenzdrücken eingesetzt.
Aus dem Stand der Technik bekannte Druckmessaufnehmer werden regelmäßig in Absolut-, Relativ- und Differenzdruckmessaufnehmer unterteilt. Mit einem Absolutdrucksensor ausgestattete Absolutdruckmessaufnehmer bestimmen einen zu messenden Druck als Absolutdruck gegenüber einem Vakuum. Mit einem Relativdrucksensor ausgestattete Relativdruckmessaufnehmer bestimmen einen zu messenden Druck als auf einen Referenzdruck, wie z.B. einen Atmosphärendruck, bezogenen Relativdruck. Mit einem Differenzdrucksensor ausgestattete Differenzdruckmessaufnehmer bestimmen eine Druckdifferenz zwischen einem ersten und einem zweiten Druck.
Diese Druckmessaufnehmer weisen üblicher Weise einen auf deren Drucksensor und deren dazu korrespondierenden Verwendungszweck als Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckmessaufnehmer abgestimmten mechanischen Aufbau auf. Das führt zu einer vergleichsweise großen Anzahl von unterschiedlichen zur Herstellung von Absolut-, Relativ- und Differenzdruckmessaufnehmern benötigten Komponenten.
Die große Anzahl unterschiedlicher Komponenten bietet den Vorteil, dass hierdurch eine optimale Anpassung des mechanischen Aufbaus des jeweiligen Messaufnehmers an den Verwendungszweck als Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckmessaufnehmer erzielt werden kann.
Nachteilig ist jedoch, dass die große Anzahl unterschiedlicher und dementsprechend nur in geringerer Stückzahl zu fertigender Komponenten dazu führt, dass die Herstellungskosten der Komponenten und der unterschiedlichen Druckmessaufnehmer entsprechend hoch sind. Darüber hinaus können halb- oder vollautomatisierte Herstellungsprozesse bei der Herstellung von Absolut-, Relativ- und Differenzdruckmessaufnehmern nur dann in einer die Herstellungskosten reduzierenden Weise eingesetzt werden, wenn die Stückzahl der durch diese Prozesse herzustellenden und/oder miteinander zu verbindenden Bauteile und/oder Baugruppen der Absolut-, Relativ- und/oder Differenzdruckmessaufnehmer entsprechend hoch ist.
Diesem Problem kann zumindest in Teilbereichen durch die Verwendung von Modulen begegnet werden.
So ist beispielsweise in der DE 10 2008 054 913 A1 eine Messvorrichtung zur Messung einer Druckdifferenz zwischen einem ersten und einen zweiten Druck beschrieben, die zwei voneinander räumlich getrennt angeordnete Druckmesswandlermodule und ein von den Druckmesswandlermodulen räumlich getrennt angeordnetes Auswertemodul umfasst. Bei dieser Messvorrichtung erzeugt das erste Druckmesswandlermodul den ersten Druck wiedergebende Signale und das zweite Druckmesswandlermodul erzeugt den zweiten Druck wiedergebende Signale. Das Auswertemodul ermittelt Differenzwerte, die die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck repräsentieren, und gibt diese in Form von Signalen aus.
Nachteilig an dieser Messvorrichtung ist jedoch, dass die drei Module jeweils ein deren Innenleben, insb. deren Elektronik, vor Umgebungseinflüssen schützendes, geschlossenes Gehäuse aufweisen müssen. Außerdem müssen die Module über durch die Gehäusewände der Gehäuse hindurch zu führende Kabelverbindungen miteinander verbunden werden.
Des Weiteren ist in der DE 10 2010 063 166 A1 ein Bausatz zur Herstellung von Druckmessaufnehmern beschrieben, der ein mit einem Absolutdrucksensor ausgestattetes Sensormodul, ein Elektronikmodul und ein mit einem Absolutdrucksensor ausgestattetes, ausschließlich zur Herstellung von Relativdruckmessgeräten benötigtes Referenzdruckmodul umfasst. Die einzelnen Module umfassen jeweils Steckverbindungsanschlüsse des selben Steckverbindungstyps, über die die einzelnen Module elektrisch aneinander anschließbar sind. Das Referenzdruckmodul ist entweder in einer Ausnehmung im Gehäuse des Elektronikmoduls oder in einer Ausnehmung im Gehäuse des Sensormoduls untergebracht. Dort dient es dazu, den in dem jeweiligen Gehäuse herrschenden dem Umgebungsdruck entsprechenden Referenzdruck zu messen.
Aus diesem Bausatz können Absolutdruckmessgeräte gefertigt werden, die das Sensormodul und das daran angeschlossene Elektronikmodul umfassen und den zu messenden Druck als einen mittels des Absolutdrucksensors des Sensormoduls erfassten Absolutdruck bestimmen. Darüber hinaus können mit diesem Bausatz Relativdruckmessgeräte hergestellt werden, die das Sensormodul, das Elektronikmodul und das in dem Gehäuse des Elektronikmoduls oder des Sensormoduls angeordnete Referenzdruckmodul umfassen. Letztere bestimmen den zu messenden Druck anhand des mittels des Absolutdrucksensors des Sensormoduls erfassten Absolutdrucks und des mittels des Absolutdrucksensors des Referenzdruckmoduls als Absolutdruck bestimmten Referenzdrucks als einen auf den Referenzdruck bezogenen Relativdruck. Differenzdruckmessgeräte können mittels dieses Bausatzes jedoch nicht hergestellt werden.
Ein weiterer Nachteil dieses Bausatzes besteht darin, dass die speziell für deren Verwendungszweck ausgebildeten Referenzdruckmodule ausschließlich in Relativdruckmessgeräten zum Einsatz kommen und somit nur in entsprechend geringer Stückzahl gefertigt und eingesetzt werden. Darüber hinaus ist die zur Aufnahme des Referenzdruckmodul benötigende Ausnehmung im Gehäuse des Elektronikmoduls bzw. Gehäuse des Sensormoduls auch in den Absolutdruckmessgeräten vorhanden, wo sie nicht benötigt wird. Das steht einer ggfs. gewünschten Miniaturisierung dieser Druckmessgeräte entgegen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen kostengünstig herstellbaren Differenzdruckmessaufnehmer anzugeben.
Hierzu umfasst die Erfindung einen Differenzdruckmessaufnehmer, mit
einem ersten Druckmessaufnehmer, der einen mit einem ersten Druck beaufschlagbaren Drucksensor umfasst, der eine an den Drucksensor angeschlossene Messelektronik umfasst und dessen Messelektronik derart ausgebildet ist, dass sie im Messbetrieb ein dem ersten Druck entsprechendes Messsignal erzeugt, und
einem zweiten Druckmessaufnehmer, der einen mit einem zweiten Druck beaufschlagbaren Drucksensor umfasst, der eine an den Drucksensor angeschlossene Messelektronik umfasst und dessen Messelektronik derart ausgebildet ist, dass sie im Messbetrieb ein dem zweiten Druck entsprechendes Messsignal erzeugt,
dessen Druckmessaufnehmer auf deren einander zugewandten Seiten jeweils einen endseitig offenen, außenseitlich allseitig von einer Gehäusewand umgebenen Gehäuseabschnitt aufweisen, der mit dem Gehäuseabschnitt des jeweils anderen Druckmessaufnehmers mittels einer mechanischen Verbindung derart verbunden ist, dass die von den Gehäusewänden umgebenen Innenräume der Gehäuseabschnitte der beiden Druckmessaufnehmer jeweils einen Teilraum eines Innenraums des Differenzdruckmessaufnehmers bilden, und
der eine Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung umfasst, die über durch den Innenraum des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende Anschlussleitungen an die Messelektroniken der beiden Druckmessaufnehmer angeschlossen ist,
wobei die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie anhand der Messsignale der Messelektroniken der beiden Druckmessaufnehmer einen der Differenz des ersten Drucks und des zweiten Drucks entsprechenden Differenzdruck bestimmt.
Erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer bieten den Vorteil, dass zu deren Herstellung zwei für sich genommen jeweils zur messtechnischen Erfassung eines einzelnen Drucks einsetzbare Druckmessaufnehmer verwendet werden. Hierüber lassen sich größere Stückzahlen erzielen, was für sich genommen bereits zu einer Verringerung des Lagerhaltungsaufwands und zu einer Reduktion der Herstellungskosten der Druckmessaufnehmer und der Differenzdruckmessaufnehmer führt. Weitere Kostenersparnisse werden bei ausreichender Stückzahl darüber hinaus durch eine kostenreduzierende Nutzung von teil- oder vollautomatisierten Herstellungsprozessen erzielt.
Gemäß einer ersten Weiterbildung sind die Druckmessaufnehmer für sich genommen jeweils in unveränderter Form zur Messung eines einzelnen Drucks einsetzbare Druckmessaufnehmer.
Ausgestaltungen der Erfindung zeichnen dich dadurch aus, dass
der erste Druckmessaufnehmer entweder als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, dessen Drucksensor als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkenden ersten Druck als Absolutdruck gegenüber einem Vakuum erfasst, oder als Relativdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, dessen Drucksensor als Relativdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkenden ersten Druck als einen auf einen dem Drucksensor über eine durch den Innenraum des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende und/oder in dem Innenraum mündende Referenzdruckzuleitung zugeführten Referenzdruck bezogenen Relativdruck erfasst, und
der zweite Druckmessaufnehmer entweder als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, dessen Drucksensor als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkende zweiten Druck als Absolutdruck gegenüber einem Vakuum erfasst, oder als Relativdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, dessen Drucksensor als Relativdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkenden zweiten Druck als einen auf einen dem Drucksensor über eine durch den Innenraum des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende und/oder in dem Innenraum mündende Referenzdruckzuleitung zugeführten Referenzdruck bezogenen Relativdruck erfasst.
Weitere Ausgestaltungen zeichnen sich dadurch aus, dass einer der beiden Druckmessaufnehmer oder beide Druckmessaufnehmer jeweils einen dessen Drucksensor vorgeschalteten, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler umfasst, über den dessen Drucksensor mit dem jeweiligen Druck beaufschlagbar ist.
Weitere Ausgestaltungen zeichnet sich dadurch aus, dass die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung im Innenraum oder außerhalb des Innenraums des Differenzdruckmessaufnehmers angeordnet ist.
Eine zweite Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie zusätzlich zu dem Differenzdruck anhand der mittels der beiden Messelektroniken messtechnisch erfassten Drücke den kleineren der beiden Drücke ermittelt.
Ausgestaltungen der zweiten Weiterbildung zeichnen sich dadurch aus, dass
beide Druckmessaufnehmer jeweils als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet sind und der kleinere der beiden Drücke einem als Absolutdruck ermittelten statischen Druck entspricht, dem der vom Differenzdruckmessaufnehmer ermittelte Differenzdruck überlagert ist, oder
beide Druckmessaufnehmer jeweils als Relativdruckmessaufnehmer ausgebildet sind und der kleinere der beiden Drücke einem als auf den Referenzdruck bezogenen Relativdruck ermittelten statischen Druck entspricht, dem der vom Differenzdruckmessaufnehmer ermittelte Differenzdruck überlagert ist.
Eine alternative Ausgestaltung der zweiten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
einer der beiden Druckmessaufnehmer als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet ist,
der andere Druckmessaufnehmer als Relativdruckmessaufnehmer ausbildet ist, und
die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie anhand des kleineren der beiden Drücke und des zumindest näherungsweise bekannten Referenzdrucks einen Schätzwert für einen Absolutwert des statischen Drucks gegenüber einem Vakuum bestimmt.
Eine dritte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die mechanische Verbindung zwischen den Gehäuseabschnitten der beiden Druckmessaufnehmer ein rohrförmiges Verbindungselement umfasst, dessen einander gegenüberliegenden Enden mit jeweils einem der beiden Gehäuseabschnitte verbunden sind.
Eine Ausgestaltung der dritten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gehäuseabschnitte der Druckmessaufnehmer endseitig jeweils mittels einer Schweißung mit dem dem jeweiligen Gehäuseabschnitt zugewandten Ende des Verbindungselements verbunden sind.
Eine Weiterbildung der dritten Weiterbildung oder deren Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das rohrförmige Verbindungselement eine Öffnung aufweist, durch die an die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung und/oder an die Messelektroniken der Druckmessaufnehmer angeschlossene Anschlussleitungen hindurch verlaufen.
Eine Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass auf einem die Öffnung außenseitlich umgebenden Wandbereich des Verbindungselement ein Anschlussstutzen angeordnet ist.
Weiterbildungen der letztgenannten Weiterbildung zeichnen sich dadurch aus, dass
der Anschlussstutzen als ein Gehäusehals ausgebildet ist, auf dem ein Gehäuse montiertbar ist, und/oder
der Anschlussstutzen eine elektrische Durchführung umfasst, durch die hindurch an die Messelektroniken angeschlossene Anschlussleitungen und/oder an die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung angeschlossene Anschlussleitungen des Differenzdruckmessaufnehmers nach außen geführt sind.
Eine weitere Ausgestaltung erfindungsgemäßer Differenzdruckmessaufnehmer zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Druckmessaufnehmer und/oder der zweite Druckmessaufnehmer jeweils einen Prozessanschluss umfasst oder mit einem Prozessanschluss ausgestattet ist, über den der Differenzdruckmessaufnehmer an einem Einsatzort montierbar und/oder der jeweilige Druckmessaufnehmer an eine Wirkdruckleitung anschließbar ist.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Um Bauteile sehr unterschiedlicher Abmessungen darstellen zu können, wurde in den Figuren eine nicht immer maßstabsgetreue Darstellung gewählt.
1 zeigt: einen zwei Absolutdruckmessaufnehmer umfassenden Differenzdruckmessaufnehmer;
2 zeigt: einen zwei Relativdruckmessaufnehmer umfassenden Differenzdruckmessaufnehmer; und
3 zeigt: einen der beiden Druckmessaufnehmer von 1 zusammen mit einem daran befestigten Prozessanschluss.
1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers, der zwei durch eine mechanische Verbindung miteinander verbundene Druckmessaufnehmer 1 umfasst.
Die beiden Druckmessaufnehmer 1 umfassen jeweils einen mit einem Druck p1, p2 beaufschlagbaren Drucksensor 3 und eine an den Drucksensor 3 angeschlossene Messelektronik 5. Sie sind somit jeweils für sich genommen zur messtechnischen Erfassung eines einzelnen Drucks einsetzbar. Dabei sind sie vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie jeweils für sich genommen in unveränderter Form zur Messung eines einzelnen Drucks p einsetzbar sind.
Die Messelektronik 5 des ersten Druckmessaufnehmers ist derart ausgebildet, dass sie im Messbetrieb ein Messsignal erzeugt, das dem auf den Drucksensor 3 des ersten Druckmessaufnehmers einwirkenden ersten Druck p1 entspricht. Analog ist die Messelektronik 5 des zweiten Druckmessaufnehmers derart ausgebildet, dass sie im Messbetrieb ein Messsignal erzeugt, das dem auf den Drucksensor 3 des zweiten Druckmessaufnehmers einwirkenden zweiten Druck p2 entspricht.
Erfindungsgemäß weisen die beiden Druckmessaufnehmer 1 auf deren einander zugewandten Seiten jeweils einen endseitig offenen, außenseitlich allseitig von einer Gehäusewand umgebenen Gehäuseabschnitt 7 auf, der mit dem Gehäuseabschnitt 7 des jeweils anderen Druckmessaufnehmers 1 mittels einer mechanischen Verbindung derart verbunden ist, dass die von der Gehäusewand des jeweiligen Druckmessaufnehmers außenseitlich allseitig umgebenen Innenräume der Gehäuseabschnitte 7 der beiden Druckmessaufnehmer 1 jeweils einen Teilraum eines Innenraums 9 des Differenzdruckmessaufnehmers bilden.
Zusätzlich umfassen erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer eine Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11, die über durch den Innenraum 9 des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende Anschlussleitungen 13 an die Messelektronik 5 des ersten Druckmessaufnehmers 1 und an die Messelektronik 5 des zweiten Druckmessaufnehmers 1 angeschlossen ist.
Die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 ist derart ausgebildet, dass sie anhand der Messsignale der Messelektroniken 5 der beiden Druckmessaufnehmer 1 einen der Differenz des ersten Drucks p1 und des zweiten Drucks p2 entsprechenden Differenzdruck Δp bestimmt.
Erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer weisen die zuvor bereits genannten Vorteil auf. Darüber hinaus weisen sie den Vorteil auf, dass die die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 mit den Messelektroniken 5 verbindenden Anschlussleitungen 13 im Innenraum 9 des Differenzdruckmessaufnehmers vor Umgebungseinflüssen geschützt sind und für deren Anschluss an die Messelektroniken 5 keinerlei elektrische, durch Gehäusewände der Druckmessaufnehmer 1 hindurch führende Durchführungen erforderlich sind.
Erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer können unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen. Einige Beispiele hierzu sind nachfolgend als optionale Merkmale erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer beschrieben.
1 zeigt hierzu ein Beispiel bei dem beide Druckmessaufnehmer 1 jeweils als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet sind, deren Drucksensor 3 als Absolutdrucksensor ausgebildetet ist, der den darauf einwirkenden Druck p1, p2 als Absolutdruck gegenüber einem Vakuum erfasst.
2 zeigt eine Abwandlung des in 1 dargestellten Differenzdruckmessaufnehmers, bei dem beide Druckmessaufnehmer 15 jeweils als Relativdruckmessaufnehmer ausgebildet sind, deren Drucksensor 17 als Relativdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkenden Druck p1, p2 als einen auf einen dem Drucksensor 17 über eine durch den Innenraum 9 des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende und/oder in dem Innenraum 9 mündende Referenzdruckzuleitung 19 zugeführten Referenzdruck p_ref bezogenen Relativdruck erfasst.
Alternativ können erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer einen als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildeten Druckmessaufnehmer 1 und einen als Relativdruck-Messaufnehmer ausgebildeten Druckmessaufnehmer 15 umfassen.
Bei den in 1 und 2 dargestellten Beispielen umfassen die Druckmessaufnehmer 1, 15 jeweils einen deren Drucksensor 3, 17 vorgeschalteten, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler. Diese Druckmittler umfassen jeweils eine von außen mit dem jeweiligen Druck p1, p2 beaufschlagbare Trennmembran 21 und eine unter der Trennmembran 21 eingeschlossene Druckempfangskammer 23, die über eine Druckübertragungsleitung 25 mit einer den Drucksensor 3, 17 außenseitlich umgebenden Druckmesskammer 27 verbunden ist.
In Verbindung mit einen Druckmittler aufweisenden Druckmessaufnehmern 1, 15 können z.B. sogenannte Halbleiter-Drucksensoren, wie z.B. auf Siliziumbasis hergestellte Drucksensor-Chips, eingesetzt werden, die nicht unmittelbar einem unter einem messtechnisch zu erfassenden Druck stehenden Medium ausgesetzt werden können. Diese Drucksensoren 3, 17 können z.B. auf einem Träger 29 angeordnet sein, der die den Drucksensor 3, 17 außenseitlich umgebende Druckmesskammer 27 verschließt. Alternativ können sie auch auf einem auf dem Träger 29 angeordneten Sockel 31 angeordnet sein. Letzteres Beispiel ist in den 1 und 2 dargestellt.
Alternativ können natürlich auch Druckmessaufnehmer eingesetzt werden, deren Drucksensor unmittelbar, ohne vorgeschalteten Druckmittler einem unter Druck stehenden Medium ausgesetzt werden kann. Beispiele hierfür sind Druckmessaufnehmer mit keramischen Drucksensoren, die aufgrund der hohen Beständigkeit von Keramik unmittelbar dem Medium ausgesetzt werden können.
Unabhängig davon ob Druckmessaufnehmer mit Halbleiter-Drucksensoren oder mit keramischen Drucksensoren eingesetzt werden, können die Drucksensoren 3, 17 z.B. jeweils eine unter Einschluss einer Druckmesskammer 33 auf einem Grundkörper 35 angeordnete Messmembran 37 aufweisen. Dabei ist die unter der Messmembran 37 eingeschlossene Druckmesskammer 33 bei den in 1 dargestellten Absolutdrucksensoren evakuiert. Bei den in 2 dargestellten Relativdrucksensoren ist die unter der Messmembran 37 eingeschlossene Druckmesskammer 33 über die Referenzdruckzuleitung 19 mit dem Referenzdruck p_ref beaufschlagt bzw. beaufschlagbar.
Unabhängig von der diesbezüglichen Ausgestaltung der Drucksensoren 3, 17 umfassen die Drucksensoren 3, 17 jeweils einen elektromechanischen Wandler, z.B. einen kapazitiven, resistiven oder piezoelektrischen Wandler, der dazu dient eine im Messbetrieb vom auf die Messmembran 37 einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran 37 in eine elektrische Größe umzuwandeln. Diese Größe wird mittels der an den jeweiligen Drucksensor 3, 17 bzw. dessen Wandler angeschlossenen Messelektronik 5 messtechnisch erfasst und in ein den auf den jeweiligen Drucksensor 3, 17 einwirkenden Druck p1, p2 wiedergebendes, druckabhängiges elektrisches Messsignal umgewandelt, das dann über die Anschlussleitungen 13 der Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 zur Verfügung steht.
Die Messelektroniken 5 der beiden Druckmessaufnehmer 1, 15 können, wie hier dargestellt, als zwei räumlich voneinander getrennte Elektroniken ausgebildet sein. Alternativ kann einer der beiden Druckmessaufnehmer 1, 15 eine an beide Drucksensoren 3, 17 bzw. deren Wandler angeschlossene Elektronik umfassen, die derart ausgebildet ist, dass sie die Funktion der beiden jeweils einem der beiden Druckmessaufnehmer 1, 15 zugeordneten Messelektroniken 5 übernimmt.
Die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 kann z.B. im Innenraum 9 des Differenzdruckmessaufnehmers angeordnet sein. Diese Variante ist in 1 dargestellt. Alternativ kann die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 aber auch außerhalb des Innenraums 9 des Differenzdruckmessaufnehmers angeordnet sein. Diese Variante ist in 2 dargestellt.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 optional derart ausgebildet sein, dass sie zusätzlich zu dem Differenzdruck Δp anhand der mittels der beiden Messelektroniken 5 messtechnisch erfassten Drücke p1, p2 den kleineren der beiden Drücke p_min ermittelt.
Sind beide Druckmessaufnehmer 1 jeweils als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet, so entspricht der kleinere der beiden Drücke p_min dem in dem Fall als Absolutdruck ermittelten statischen Druck p_stat, dem der vom Differenzdruckmessaufnehmer ermittelte Differenzdruck Δp überlagert ist.
Sind beide Druckmessaufnehmer 15 jeweils als Relativdruckmessaufnehmer ausgebildet, so entspricht der kleinere der beiden Drücke p_min dem in dem Fall als auf den Referenzdruck p_ref bezogenen Relativdruck ermittelten statischen Druck p_stat, dem der vom Differenzdruckmessaufnehmer ermittelte Differenzdruck Δp überlagert ist.
Der kleinere der beiden Drücke p_min stellt aber auch dann noch ein ungefähres Maß für den statischen Druck p_stat dar, wenn einer der beiden Druckmessaufnehmer 1 als Absolutdruckmessaufnehmer und der andere Druckmessaufnehmer 15 als Relativdruckmessaufnehmer ausbildet ist. Ist der Referenzdruck p_ref zumindest näherungsweise bekannt kann mittels der Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 anhand des kleineren der beiden Drücke p_min und des Referenzdrucks p_ref optional ein Schätzwert für den Absolutwert des statischen Drucks p_stat gegenüber einem Vakuum bestimmt werden.
Die mechanische Verbindung zwischen den Gehäuseabschnitten 7 der beiden Druckmessaufnehmer 1, 15 kann auf unterschiedliche Weise ausgestaltet sein.
1 und 2 zeigen hierzu ein Beispiel, bei dem die mechanische Verbindung zwischen den Gehäuseabschnitten 7 der beiden Druckmessaufnehmer 1, 15 ein rohrförmiges Verbindungselement 39 umfasst, dessen einander gegenüberliegenden Enden mit jeweils einem der beiden Gehäuseabschnitte 7 verbunden sind.
Hierzu können die Gehäuseabschnitte 7 z.B. jeweils mittels einer den jeweiligen Gehäuseabschnitt 7 endseitig mit dem diesem zugewandten Ende des Verbindungselements 39 verbindenden, in den Figuren jeweils durch Dreiecke kenntlich gemachten Schweißung mit dem Verbindungselement 39 verbunden sein. Alternativ können die Gehäuseabschnitte 7 auf andere dem Fachmann bekannte Weise mechanisch mit dem Verbindungselement 39 verbunden sein.
Das Verbindungselement 39 bietet den Vorteil, dass es eine Vergrößerung des Innenraums 9 des Differenzdruckmessaufnehmers bewirkt, ohne dass hierzu eine Veränderung oder Vergrößerung der Druckmessaufnehmer 1, 15 erforderlich ist.
Optional kann das rohrförmige Verbindungselement 39 eine Öffnung 41 aufweisen durch die an die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 und/oder an die Messelektroniken 5 der Druckmessaufnehmer 1, 15 angeschlossene Anschlussleitungen 13 hindurch verlaufen.
Optional kann auf einem die Öffnung 41 außenseitlich umgebenden Wandbereich des Verbindungselement 39 ein Anschlussstutzen 43 vorgesehen sein.
Dieser Anschlussstutzen 43 kann beispielsweise als ein Gehäusehals ausgebildet sein, auf dem ein in den Figuren nicht dargestelltes Gehäuse montiert werden kann. In dem Gehäuse kann beispielsweise die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 und/oder eine übergeordnete Einheit angeordnet sein. Als übergeordnete eignet sich z.B. eine Einheit, die eine Mess- und/oder Auswerteelektronik zur weiteren Auswertung und/oder Verarbeitung der von den Messelektroniken 5 und/oder der Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 im Messbetrieb zur Verfügung gestellten Signalen, eine Energieversorgungsschaltung zur Energieversorgung der Drucksensoren 3, 17, der Messelektroniken 5 und/oder der Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 und/oder eine Eingabe- und/oder Ausgabeeinrichtung zur Übermittlung von Daten und/oder Messergebnissen umfasst.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Anschlussstutzen 43 eine elektrische Durchführung 45 umfassen, durch die Anschlussleitungen 13 des Differenzdruckmessaufnehmers, wie z.B. an die Messelektroniken 5 angeschlossene Anschlussleitungen 13 und/oder an die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung 11 angeschlossene Anschlussleitungen 13 nach außen geführt werden.
Optional kann mindestens einer der beiden Druckmessaufnehmer 1, 15 jeweils mit einem Prozessanschluss 47 ausgestattet sein oder werden, über den der Differenzdruckmessaufnehmer an einem Einsatzort montiert und/oder der jeweilige Druckmessaufnehmer 1, 15 an eine Wirkdruckleitung angeschlossen werden kann. Hierzu können in Verbindung mit den im Differenzdruckmessaufnehmer verbauten Druckmessaufnehmern 1, 15 einsetzbare Prozessanschlüsse 47 eingesetzt werden. Hierdurch wird eine Erhöhung der Stückzahl dieser Prozessanschlüsse 47 bewirkt, die sich vorteilhaft auf deren Herstellungskosten auswirkt.
3 zeigt hierzu als Beispiel einen der beiden Druckmessaufnehmer 1 des Differenzdruckmessaufnehmers von 1 zusammen mit dem damit verbundenen Prozessanschluss 47. Der hier als Beispiel dargestellte Prozessanschluss 47 umfasst ein Außengewinde 49 das in ein hierzu komplementäres Innengewinde eines messstellenseitig vorgesehenen Anschlusses einschraubbar ist. Der Prozessanschluss 47 kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung oder die hier dargestellte umlaufende Schweißung mit der von dem Gehäuseabschnitt 7 abgewandten Stirnseite des Druckmessaufnehmers 1, 15 verbunden sein. Alternativ können natürlich auch andere dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannte Prozessanschlussformen eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Druckmessaufnehmer
3: Drucksensor
5: Messelektronik
7: Gehäuseabschnitt
9: Innenraum
11: Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung
13: Anschlussleitung
15: Druckmessaufnehmer
17: Drucksensor
19: Referenzdruckzuleitung
21: Trennmembran
23: Druckempfangskammer
25: Druckübertragungsleitung
27: Druckmesskammer
29: Träger
31: Sockel
33: Druckmesskammer
35: Grundkörper
37: Messmembran
39: Verbindungselement
41: Öffnung
43: Anschlussstutzen
45: Durchführung
47: Prozessanschluss
49: Außengewinde

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008054913 A1 [0008]
DE 102010063166 A1 [0010]

Claims

Differenzdruckmessaufnehmer, mit einem ersten Druckmessaufnehmer (1, 15), der einen mit einem ersten Druck (p1) beaufschlagbaren Drucksensor (3, 17) umfasst, der eine an den Drucksensor (3, 17) angeschlossene Messelektronik (5) umfasst und dessen Messelektronik (5) derart ausgebildet ist, dass sie im Messbetrieb ein dem ersten Druck (p1) entsprechendes Messsignal erzeugt, und einem zweiten Druckmessaufnehmer (1, 15), der einen mit einem zweiten Druck (p1) beaufschlagbaren Drucksensor (3, 17) umfasst, der eine an den Drucksensor (3, 17) angeschlossene Messelektronik (5) umfasst und dessen Messelektronik (5) derart ausgebildet ist, dass sie im Messbetrieb ein dem zweiten Druck (p2) entsprechendes Messsignal erzeugt, dessen Druckmessaufnehmer (1, 15) auf deren einander zugewandten Seiten jeweils einen endseitig offenen, außenseitlich allseitig von einer Gehäusewand umgebenen Gehäuseabschnitt (7) aufweisen, der mit dem Gehäuseabschnitt (7) des jeweils anderen Druckmessaufnehmers (1, 15) mittels einer mechanischen Verbindung derart verbunden ist, dass die von den Gehäusewänden umgebenen Innenräume der Gehäuseabschnitte (7) der beiden Druckmessaufnehmer (1, 15) jeweils einen Teilraum eines Innenraums (9) des Differenzdruckmessaufnehmers bilden, und der eine Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) umfasst, die über durch den Innenraum (9) des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende Anschlussleitungen (13) an die Messelektroniken (5) der beiden Druckmessaufnehmer (1, 15) angeschlossen ist, wobei die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie anhand der Messsignale der Messelektroniken (5) der beiden Druckmessaufnehmer (1, 15) einen der Differenz des ersten Drucks (p1) und des zweiten Drucks (p2) entsprechenden Differenzdruck (Δp) bestimmt.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 1, dessen Druckmessaufnehmer für sich genommen jeweils in unveränderter Form zur Messung eines einzelnen Drucks (p) einsetzbare Druckmessaufnehmer (1, 15), sind.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 1 bis 2, bei dem der erste Druckmessaufnehmer (1, 15) entweder als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, dessen Drucksensor (3) als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkenden ersten Druck (p1) als Absolutdruck gegenüber einem Vakuum erfasst, oder als Relativdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, dessen Drucksensor (17) als Relativdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkenden ersten Druck (p1) als einen auf einen dem Drucksensor (17) über eine durch den Innenraum (9) des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende und/oder in dem Innenraum (9) mündende Referenzdruckzuleitung (19) zugeführten Referenzdruck (p_ref) bezogenen Relativdruck erfasst, und der zweite Druckmessaufnehmer (1, 15) entweder als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, dessen Drucksensor (3) als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkende zweiten Druck (p2) als Absolutdruck gegenüber einem Vakuum erfasst, oder als Relativdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, dessen Drucksensor (17) als Relativdrucksensor ausgebildet ist, der den darauf einwirkenden zweiten Druck (p2) als einen auf einen dem Drucksensor (17) über eine durch den Innenraum (9) des Differenzdruckmessaufnehmers hindurch verlaufende und/oder in dem Innenraum (9) mündende Referenzdruckzuleitung (19) zugeführten Referenzdruck (p_ref) bezogenen Relativdruck erfasst.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 1 bis 3, bei dem einer der beiden Druckmessaufnehmer (1, 15) oder beide Druckmessaufnehmer (1, 15) jeweils einen dessen Drucksensor (3, 17) vorgeschalteten, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler umfasst, über den dessen Drucksensor (3, 17) mit dem jeweiligen Druck (p1, p2) beaufschlagbar ist.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 1 bis 4, dessen Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) im Innenraum (9) oder außerhalb des Innenraums (9) des Differenzdruckmessaufnehmers angeordnet ist.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 1 bis 5, dessen Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie zusätzlich zu dem Differenzdruck (Δp) anhand der mittels der beiden Messelektroniken (5) messtechnisch erfassten Drücke (p1, p2) den kleineren der beiden Drücke (p_min) ermittelt.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 6, bei dem beide Druckmessaufnehmer (1) jeweils als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet sind und der kleinere der beiden Drücke (p_min) einem als Absolutdruck ermittelten statischen Druck (p_stat) entspricht, dem der vom Differenzdruckmessaufnehmer ermittelte Differenzdruck (Δp) überlagert ist, oder beide Druckmessaufnehmer (15) jeweils als Relativdruckmessaufnehmer ausgebildet sind und der kleinere der beiden Drücke (p_min) einem als auf den Referenzdruck (p_ref) bezogenen Relativdruck ermittelten statischen Druck (p_stat) entspricht, dem der vom Differenzdruckmessaufnehmer ermittelte Differenzdruck (Δp) überlagert ist.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 6, bei dem einer der beiden Druckmessaufnehmer (1) als Absolutdruckmessaufnehmer ausgebildet ist, der andere Druckmessaufnehmer (15) als Relativdruckmessaufnehmer ausbildet ist, und die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie anhand des kleineren der beiden Drücke (p_min) und des zumindest näherungsweise bekannten Referenzdrucks (p_ref) einen Schätzwert für einen Absolutwert des statischen Drucks (p_stat) gegenüber einem Vakuum bestimmt.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 1 bis 8, bei dem die mechanische Verbindung zwischen den Gehäuseabschnitten (7) der beiden Druckmessaufnehmer (1, 15) ein rohrförmiges Verbindungselement (39) umfasst, dessen einander gegenüberliegenden Enden mit jeweils einem der beiden Gehäuseabschnitte (7) verbunden sind.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 9, bei dem die Gehäuseabschnitte (7) der Druckmessaufnehmer (1, 15) endseitig jeweils mittels einer Schweißung mit dem dem jeweiligen Gehäuseabschnitt (7) zugewandten Ende des Verbindungselements (39) verbunden sind.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 9 bis 10, bei dem das rohrförmige Verbindungselement (39) eine Öffnung (41) aufweist, durch die an die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) und/oder an die Messelektroniken (5) der Druckmessaufnehmer (1, 15) angeschlossene Anschlussleitungen (13) hindurch verlaufen.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 11, bei dem auf einem die Öffnung (41) außenseitlich umgebenden Wandbereich des Verbindungselement (39) ein Anschlussstutzen (43) angeordnet ist.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 12, bei dem der Anschlussstutzen (43) als ein Gehäusehals ausgebildet ist, auf dem ein Gehäuse montiertbar ist, und/oder der Anschlussstutzen (43) eine elektrische Durchführung (45) umfasst, durch die hindurch an die Messelektroniken (5) angeschlossene Anschlussleitungen (13) und/oder an die Differenzdruck-Ermittlungseinrichtung (11) angeschlossene Anschlussleitungen (13) des Differenzdruckmessaufnehmers nach außen geführt sind.
Differenzdruckmessaufnehmer gemäß Anspruch 1 bis 13, bei dem der erste Druckmessaufnehmer (1, 15) und/oder der zweite Druckmessaufnehmer (1, 15) jeweils einen Prozessanschluss (47) umfasst oder mit einem Prozessanschluss (47) ausgestattet ist, über den der Differenzdruckmessaufnehmer an einem Einsatzort montierbar und/oder der jeweilige Druckmessaufnehmer (1, 15) an eine Wirkdruckleitung anschließbar ist.