EP1514087A1 - Pressure measuring unit - Google Patents

Pressure measuring unit

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Publication number
EP1514087A1
EP1514087A1 EP03760621A EP03760621A EP1514087A1 EP 1514087 A1 EP1514087 A1 EP 1514087A1 EP 03760621 A EP03760621 A EP 03760621A EP 03760621 A EP03760621 A EP 03760621A EP 1514087 A1 EP1514087 A1 EP 1514087A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
housing
pressure measuring
measuring unit
pressure sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03760621A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Banholzer
Bernd Rosskopf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP1514087A1 publication Critical patent/EP1514087A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0075—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass

Definitions

  • the pressure sensor is a differential pressure measuring cell
  • the housing has two side flanges, between which the pressure sensor is clamped, and surfaces of the side flanges which come into contact with the medium at the measuring location are provided with a coating of enamel or of a glass-like material.
  • FIG 3 shows a section through a pressure measuring unit according to the invention with a differential pressure sensor enclosed between two side flanges.
  • the housing 1 is e.g. made of a very inexpensive steel or stainless steel compared to special materials.
  • the ceramic pressure sensor 1 is in the illustrated embodiment an absolute pressure measuring cell consisting of a base body 3 and one on the Base body 3 arranged pressure-sensitive membrane 5.
  • the base body 3 is made of ceramic, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the membrane 5 can also consist of ceramic or be made of glass or sapphire, for example.
  • the membrane 5 and the base body 3 are connected at their edge to form a measuring chamber 7 by means of a joint 9 in a pressure-tight and gas-tight manner.
  • the membrane 5 is sensitive to pressure, ie a pressure p acting on it causes the membrane 5 to deflect from its rest position.

Abstract

The invention relates to a pressure measuring unit that can be used in the most versatile possible matter, comprising a ceramic pressure sensor (2) that can be enclosed inside a metallic housing (1, 29). According to the invention, the surfaces of the housing (1, 29) that, during measuring, are in contact with a medium, whose pressure is to be measured, are provided with a coating (27) comprised of enamel or of a glass-like material.

Description

Druckmeßeinheit pressure measuring
Die Erfindung betrifft eine Druckmeßeinheit.The invention relates to a pressure measuring unit.
In der Druckmeßtechnik werden Absolut-, Relativ- und Differenzdrucksensoren verwendet. Bei Absolutdrucksensoren wird ein zu messender Druck absolut, d.h. als Druckunterschied gegenüber einem Vakuum erfaßt. Mit einem Relativdrucksensor wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck, z.B. einem Druck, der dort herrscht, wo sich der Sensor befindet, aufgenommen. Bei den meisten Anwendungen ist dies der Atmosphärendruck am Einsatzort. Es wird also beim Absolutdrucksensor ein zu messender Druck bezogen auf einen festen Bezugsdruck, den Vakuumdruck, und beim Relativdrucksensor ein zu messender Druck bezogen auf einen variablen Bezugsdruck, z.B. den Umgebungsdruck, erfaßt. Mit Differenzdrucksensoren wird eine Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten auf den Sensor einwirkenden Druck erfaßt.Absolute, relative and differential pressure sensors are used in pressure measurement technology. With absolute pressure sensors, a pressure to be measured is absolute, i.e. recorded as a pressure difference compared to a vacuum. With a relative pressure sensor, a pressure to be measured in the form of a pressure difference compared to a reference pressure, e.g. a pressure that prevails where the sensor is located. For most applications, this is the atmospheric pressure at the place of use. Thus, in the case of the absolute pressure sensor, a pressure to be measured in relation to a fixed reference pressure, the vacuum pressure, and in the case of the relative pressure sensor, a pressure to be measured in relation to a variable reference pressure, e.g. the ambient pressure. A difference between a first and a second pressure acting on the sensor is detected with differential pressure sensors.
Unabhängig von der Art des zu messenden Druckes ist allen Druckmessungen gemeinsam, daß eine Druckmeßeinheit vorgesehen ist, bei dem ein in einem Gehäuse eingefaßter Drucksensor mit einem Medium, dessen Druck erfaßt werden soll in Kontakt steht. An das Gehäuse können Druckmittler, Staudrucksonden oder Durchflußblenden angeschlossen sein, oder das Gehäuse selbst kann mittels eines daran angeformten Prozeßanschlusses unmittelbar an einem Meßort montiert sein.Regardless of the type of pressure to be measured, all pressure measurements have in common that a pressure measuring unit is provided in which a pressure sensor enclosed in a housing is in contact with a medium whose pressure is to be recorded. Diaphragm seals, dynamic pressure probes or flow orifices can be connected to the housing, or the housing itself can be mounted directly at a measuring point by means of a process connection molded thereon.
Als Druckmeßzellen eignen sich besonders gut keramische Drucksensoren. Keramische Drucksensoren weisen eine Meßgenauigkeit auf, die über sehr lange Zeit stabil ist. Ein Grund hierfür ist die feste ionische Bindung von Keramik, durch die der Werkstoff sehr dauerhaft ist und im Vergleich zu anderen Werkstoffen, z.B. Metallen, praktisch nicht altert.Ceramic pressure sensors are particularly suitable as pressure measuring cells. Ceramic pressure sensors have a measuring accuracy that is stable over a very long time. One reason for this is the firm ionic bond of ceramics, which makes the material very durable and compared to other materials, e.g. Metals, practically does not age.
Mit dem Medium in Kontakt stehende Bauteile müssen je nach Medium eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen. Außerdem können sie vorzugsweise bei hohen Temperaturen eingesetzt werden und sollten eine glatte leicht zu reinigende Oberfläche aufweisen, die nach Möglichkeit frei von Metallionen ist. Bei einer kermamischen Druckmeßzelle sind diese Anforderungen erfüllt. Keramik ist ein sehr robuster, mit sehr hohen Drücken und Temperaturen belastbarer chemisch hoch beständiger Werkstoff.Components in contact with the medium must have high chemical resistance depending on the medium. In addition, they can preferably be used at high temperatures and should have a smooth, easy-to-clean surface that is free of metal ions if possible. These requirements are met with a ceramic pressure measuring cell. Ceramic is a very robust, chemically highly resistant material that can withstand very high pressures and temperatures.
Die chemische Beständigkeit der übrigen Bauteile wird heute häufig realisiert, indem für die Druckaufnehmer sehr hochwertige Metalle, z.B. Tantal oder mit speziellen hochbeständigen Legierungen, z.B. Hastelloy, beschichtete Metalle eingesetzt werden.The chemical resistance of the other components is often achieved today by using very high-quality metals, e.g. Tantalum or with special highly resistant alloys, e.g. Hastelloy, coated metals are used.
Damit ist zwar eine hohe chemisch beständige Oberfläche gegeben, die Forderung nach Metallionenfreiheit ist jedoch nicht erfüllt. Außerdem sind hochwertige Metalle und besondere Legierungen im Vergleich zu einfachen Stählen sehr teuer.Although this provides a high, chemically stable surface, the requirement for freedom from metal ions is not met. In addition, high-quality metals and special alloys are very expensive compared to simple steels.
Metallionenfreiheit wird heute durch Kunststoffbeschichtungen, z.B. Beschichtungen mit Fluorthermoplasten, wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), erzielt. Derartige Kunststoffe sind zwar metallionenfrei, sie sind jedoch nur bei verhältnismäßig geringen Temperaturen, z.B. bis zu 150° C einsetzbar. Außerdem ist bei diesen Kunststoffen auch der zulässige Druckbereich beschränkt, da diese Kunststoffe sich bei zu hohen Drücken mechanisch verformen.Freedom from metal ions is nowadays ensured by plastic coatings, e.g. Coatings with fluorothermoplastics, such as. B. polytetrafluoroethylene (PTFE). Such plastics are metal ion-free, but they are only at relatively low temperatures, e.g. Can be used up to 150 ° C. In addition, the permissible pressure range is also limited for these plastics, since these plastics deform mechanically when the pressures are too high.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Druckmeßeinheit anzugeben, die möglichst vielseitig einsetzbar ist.It is an object of the invention to provide a pressure measuring unit which is as versatile as possible.
Hierzu besteht die Erfindung in einer Druckmeßeinheit mitFor this purpose, the invention consists in a pressure measuring unit with
- einem in einem metallischen Gehäuse eingefaßten keramischen Drucksensor,a ceramic pressure sensor enclosed in a metallic housing,
- bei dem die mit einem Medium, dessen Druck zu messen ist, während der Messung in Kontakt stehenden Oberflächen des Gehäuses mit einer- In which the surfaces of the housing which are in contact with a medium whose pressure is to be measured during the measurement
Beschichtung aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen sind.Enamel or a glass-like material coating is provided.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist das Gehäuse ein an einem Meßort zu befestigender Flansch, in den der Drucksensor eingebaut ist, und am Meßort mit dem Medium in Kontakt kommende Oberflächen des Flansches sind mit einer Beschichtung aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen. Gemäß einer zweiten Ausgestaltung weist das Gehäuse einen Prozeßanschluß auf, und am Meßort mit dem Medium in Kontakt kommende Oberflächen des Prozeßanschlusses sind mit einer Beschichtung aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen.According to a first embodiment, the housing is a flange to be fastened at a measuring location, in which the pressure sensor is installed, and surfaces of the flange which come into contact with the medium at the measuring location are provided with a coating of enamel or of a glass-like material. According to a second embodiment, the housing has a process connection, and surfaces of the process connection which come into contact with the medium at the measurement location are provided with a coating of enamel or of a glass-like material.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung ist der Drucksensor eine Differenzdruckmeßzelle, das Gehäuse weist zwei Seitenflansche auf, zwischen denen der Drucksensor eingespannnt ist, und am Meßort mit dem Medium in Kontakt kommende Oberflächen der Seitenflansche sind mit einer Beschichtung aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen.According to a third embodiment, the pressure sensor is a differential pressure measuring cell, the housing has two side flanges, between which the pressure sensor is clamped, and surfaces of the side flanges which come into contact with the medium at the measuring location are provided with a coating of enamel or of a glass-like material.
Gemäß einer Ausgestaltung besteht das Gehäuse aus einem Stahl oder Edelstahl.According to one embodiment, the housing consists of a steel or stainless steel.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The invention and further advantages will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing, in which three exemplary embodiments are shown. Identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Druckmeßeinheit mit einem in einen Flansch eingefaßten Drucksensor;Fig. 1 shows a section through a pressure measuring unit according to the invention with a pressure sensor enclosed in a flange;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Druckmeßeinheit mit einem in einen Gehäuse mit Prozeßanschluß eingefaßten Drucksensor; und2 shows a section through a pressure measuring unit according to the invention with a pressure sensor enclosed in a housing with a process connection; and
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Druckmeßeinheit mit einem zwischen zwei Seitenflanschen eingefaßten Differenzdrucksensor.3 shows a section through a pressure measuring unit according to the invention with a differential pressure sensor enclosed between two side flanges.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmeßeinheit.Fig. 1 shows a section through a first embodiment of a pressure measuring unit according to the invention.
Die Druckmeßeinheit weist ein metallisches Gehäuse 1 auf, in das ein keramischer Drucksensor 2 eingefaßt ist.The pressure measuring unit has a metallic housing 1, in which a ceramic pressure sensor 2 is enclosed.
Das Gehäuse 1 besteht z.B. aus einem im Vergleich zu Sonderwerkstoffen sehr kostengünstigen Stahl oder Edelstahl.The housing 1 is e.g. made of a very inexpensive steel or stainless steel compared to special materials.
Der keramische Drucksensor 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Absolutdruckmeßzelle bestehend aus einem Grundkörper 3 und einer auf dem Grundkörper 3 angeordneten druckempfindlichen Membran 5. Der Grundkörper 3 besteht aus Keramik, z.B. aus Aluminiumoxid (AI2O3). Die Membran 5 kann ebenfalls aus Keramik bestehen oder z.B. aus Glas oder aus Saphir sein. Die Membran 5 und der Grundkörper 3 sind an deren Rand unter Bildung einer Meßkammer 7 mittels einer Fügestelle 9 druckdicht und gasdicht miteinander verbunden. Die Membran 5 ist druckempfindlich, d.h. ein auf sie einwirkender Druck p bewirkt eine Auslenkung der Membran 5 aus deren Ruhelage.The ceramic pressure sensor 1 is in the illustrated embodiment an absolute pressure measuring cell consisting of a base body 3 and one on the Base body 3 arranged pressure-sensitive membrane 5. The base body 3 is made of ceramic, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The membrane 5 can also consist of ceramic or be made of glass or sapphire, for example. The membrane 5 and the base body 3 are connected at their edge to form a measuring chamber 7 by means of a joint 9 in a pressure-tight and gas-tight manner. The membrane 5 is sensitive to pressure, ie a pressure p acting on it causes the membrane 5 to deflect from its rest position.
Der Drucksensor 2 weist einen Wandler zur Umwandlung der druckabhängigen Auslenkung der Membran 5 in eine elektrische Meßgröße auf.The pressure sensor 2 has a converter for converting the pressure-dependent deflection of the membrane 5 into an electrical measurement variable.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Drucksensors 2 umfaßt der Wandler eine auf einer Innenseite der Membran 5 angeordnete Elektrode 11 und mindestens eine auf einer gegenüberliegenden membran-zugewandten Außenseite des Grundkörpers 3 angeordneten Gegenelektrode 13.In the illustrated embodiment of a capacitive pressure sensor 2, the transducer comprises an electrode 11 arranged on an inside of the membrane 5 and at least one counter electrode 13 arranged on an opposite membrane-facing outside of the base body 3.
Eine Kapazität des durch die Elektrode 11 und die Gegenelektrode 13 gebildeten Kondensators wird durch die Auslenkung der Membran 5 bestimmt und ist somit ein Maß für den auf die Membran 5 einwirkenden Druck.A capacitance of the capacitor formed by the electrode 11 and the counter electrode 13 is determined by the deflection of the membrane 5 and is therefore a measure of the pressure acting on the membrane 5.
Die Elektrode 11 und die Gegenelektrode 13 werden an eine Meßschaltung 15 angeschlossen, die die Kapazität in ein druckabhängiges Ausgangssignal umwandelt und einer weiteren Auswertung und/oder Verarbeitung zur Verfügung stellt.The electrode 11 and the counter electrode 13 are connected to a measuring circuit 15 which converts the capacitance into a pressure-dependent output signal and makes it available for further evaluation and / or processing.
Anstatt des beschriebenen kapazitiven Wandlers können auch andere Wandlertypen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind auf der Membran angeordnete, z.B. zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschlossene Dehnungsmeßstreifen oder piezoresistive Elemente.Instead of the capacitive converter described, other converter types can also be used. Examples of these are arranged on the membrane, e.g. Strain gauges or piezoresistive elements combined to form a Wheatstone bridge.
Ebenso könnte hier natürlich auch anstelle der Absolutdruckmeßzelle eine Relativdruckmeßzelle oder eine Differenzdruckmeßzelle vorgesehen sein. Ein Beispiel für eine Relativdruckmeßzelle ist in Fig. 2, ein Beispiel für eine Differenzdruckmeßzelle ist in Fig. 3 dargestellt.Likewise, a relative pressure measuring cell or a differential pressure measuring cell could of course also be provided here instead of the absolute pressure measuring cell. An example of a relative pressure measuring cell is shown in FIG. 2, an example of a differential pressure measuring cell is shown in FIG. 3.
Das Gehäuse 1 ist ein Flansch, in den der Drucksensor 2 eingefaßt ist. Hierzu weist der Flansch eine im wesentlichen zylindrische Ausnehmung 17 auf, an der endseitig eine sich radial ins Innere der Ausnehmung 17 erstreckende Schulter 19 aufweist. Die Schulter 19 weist in deren ins Innere der Ausnehmung 17 weisenden Seite eine ringförmig umlaufende Nut 21 zur Aufnahme einer Dichtung 23 auf. Als Dichtung 23 eignet sich z.B. ein O-Ring aus einem Elastomer. Es können auch mehrere Dichtungen vorgesehen sein.The housing 1 is a flange in which the pressure sensor 2 is enclosed. For this purpose, the flange has an essentially cylindrical recess 17, on the end of which a shoulder 19 extends radially into the interior of the recess 17. The Shoulder 19 has an annular circumferential groove 21 in its side facing inside the recess 17 for receiving a seal 23. An O-ring made of an elastomer is suitable as the seal 23, for example. Several seals can also be provided.
Der Drucksensor 2 liegt mit einem äußeren druckunempfindlichen Rand der Membran 5 auf der Dichtung 23 auf. Auf einer von der Schulter 19 abgewandten Seite ist ein Gewindering 25 in die Ausnehmung 17 eingeschraubt, der auf einer membran- abgewandten Seite des Grundkörpers 3 aufliegt und den Drucksensor 2 gegen die Dichtung 23 und die Schulter 19 preßt.The pressure sensor 2 rests on the seal 23 with an outer pressure-insensitive edge of the membrane 5. On a side facing away from the shoulder 19, a threaded ring 25 is screwed into the recess 17, which rests on a side of the base body 3 facing away from the membrane and presses the pressure sensor 2 against the seal 23 and the shoulder 19.
Erfindungsgemäß sind alle mit einem Medium, dessen Druck zu messen ist, währende der Messung in Kontakt stehenden Oberflächen des Gehäuses 1 mit einer Beschichtung 27 aus Emaille oder einem glasartigen Material versehen.According to the invention, all the surfaces of the housing 1 which are in contact with the measurement medium during the measurement are provided with a coating 27 of enamel or a glass-like material.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kommen neben einer zum Meßort hinweisenden äußeren Oberfläche des Flansches die Oberflächen der Schulter 19 und der Nut 21 mit dem Medium in Berührung und sind daher mit der Beschichtung 27 versehen.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, in addition to an outer surface of the flange pointing towards the measuring location, the surfaces of the shoulder 19 and the groove 21 come into contact with the medium and are therefore provided with the coating 27.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmeßeinheit.Fig. 2 shows a section through a second embodiment of a pressure measuring unit according to the invention.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor 2 eine keramische Relativdruckmeßzelle, die in einem metallischen Gehäuse 29 eingebaut ist.In this exemplary embodiment, the pressure sensor 2 is a ceramic relative pressure measuring cell which is installed in a metallic housing 29.
Die Relativdruckmeßzelle unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Absolutdruckmeßzelle lediglich darin, daß der Grundkörper 3 eine durchgehende Bohrung 31 aufweist, durch die hindurch im Betrieb ein Referenzdruck, auf den der zu messende Druck bezogen werden soll auf eine grundköper-zugewandte Seite der Membran 5 einwirkt.The relative pressure measuring cell differs from the absolute pressure measuring cell shown in FIG. 1 only in that the base body 3 has a continuous bore 31 through which, during operation, a reference pressure, to which the pressure to be measured is to be related, on a side of the membrane facing the base body 5 acts.
Das Gehäuse 29 ist nahezu zylindrisch und weist eine sich radial ins Innere des Gehäuses 29 erstreckende Auflagefläche 33 auf, auf der der Drucksensor 2 mit einem äußeren druckunempfindlichen Rand der Membran 5 aufliegt. Zwischen dem Rand und der Auflagefläche 33 ist eine Dichtung 23, z.B. ein O-Ring aus einem Elastomer, angeordnet. Vorzugsweise ist in die Auflagefläche 33 eine Nut 21 zur Aufnahme der Dichtung 23 eingefräßt.The housing 29 is almost cylindrical and has a bearing surface 33 which extends radially into the interior of the housing 29 and on which the pressure sensor 2 rests with an outer pressure-insensitive edge of the membrane 5. A seal 23, for example an O-ring made of an elastomer, is arranged between the edge and the bearing surface 33. A groove 21 for receiving the seal 23 is preferably milled into the bearing surface 33.
Das Gehäuse 29 umfaßt einen Prozeßanschluß 35, der dazu dient, die Druckmeßeinheit an einem Einsatzort zu befestigen. Der Prozeßanschluß 35 ist durch einen vor der Membran 5 befindlichen Abschnitt des Gehäuses 29 mit einem geringeren Außendurchmesser gebildet, an dessen membran-abgewandten Ende ein Außengewinde 37 angeformt ist, mittels dessen die Druckmeßeinheit dann an einem in Fig. 2 nicht dargestellten Meßort zu befestigen ist. Andere Arten der Befestigung, z.B. mittels einer Flanschverbindung, sind ebenfalls einsetzbar.The housing 29 includes a process connection 35, which serves to fasten the pressure measuring unit in one place. The process connection 35 is formed by a section of the housing 29 with a smaller outer diameter located in front of the membrane 5, on the end of which, facing away from the membrane, an external thread 37 is formed, by means of which the pressure measuring unit can then be attached to a measuring location (not shown in FIG. 2) , Other types of attachment, e.g. using a flange connection can also be used.
Der Prozeßanschluß 35 weist eine zentrale axiale durchgehende Bohrung 39 auf, die sich vor der Membran 5 zu einer Kammer 41 aufweitet. Die Kammer 41 ist durch die Membran 5, den Prozeßanschluß 35 und die Dichtung 23 begrenzt.The process connection 35 has a central axial through bore 39 which widens in front of the membrane 5 to form a chamber 41. The chamber 41 is delimited by the membrane 5, the process connection 35 and the seal 23.
Ein am Meßort herrschender Druck p wirkt über die Bohrung 39 und die Kammer 41 auf die Membran 5 ein.A pressure p prevailing at the measuring point acts on the membrane 5 via the bore 39 and the chamber 41.
Der Prozeßanschluß 35 kann integraler Bestandteil des Gehäuses 29 sein, er kann aber auch als ein abnehmbares Bauteil ausgestaltet sein. Letztere Variante ist in Fig. 2 dargestellt. Dort weist der Prozeßanschluß 35 einen sich radial nach außen erstreckenden Absatz 42 auf, durch den hindurch zur Befestigung des Prozeßanschlusses 35 Schrauben 44 in einen den Drucksensor umgebenden zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 29 geschraubt sind.The process connection 35 can be an integral part of the housing 29, but it can also be designed as a removable component. The latter variant is shown in Fig. 2. There, the process connection 35 has a radially outwardly extending shoulder 42, through which screws 44 are screwed for fastening the process connection 35 into a cylindrical section of the housing 29 surrounding the pressure sensor.
Auch hier sind erfindungsgemäß alle mit dem Medium in Kontakt kommenden Oberflächen des Gehäuses 29 mit der Beschichtung 27 aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen. Diese Oberflächen sind, eine Außenfläche 43 des Prozeßanschlusses 35 die von der Bohrung 39 bis zum Außengewinde 37 reicht, eine Mantelfläche 45 der Bohrung 39, eine Mantelfläche 47 des Prozeßanschlusses 35 die die Kammer 41 begrenzt, die Auflagefläche 33 und die Oberfläche der Nut 21.Here too, according to the invention, all surfaces of the housing 29 that come into contact with the medium are provided with the coating 27 of enamel or of a glass-like material. These surfaces are, an outer surface 43 of the process connection 35, which extends from the bore 39 to the external thread 37, a lateral surface 45 of the bore 39, a lateral surface 47 of the process connection 35 which delimits the chamber 41, the contact surface 33 and the surface of the groove 21.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmeßeinheit. Hierbei handelt es sich um eine Differenzdruckmeßeinheit mit einer zwischen zwei Seitenflanschen 49 eingefaßten keramischen Differenzdruckmeßzelle. Die kermamische Differenzdruckmeßzelle weist einen Grundkörper 51 auf, an dessen einander gegenüberliegenden Stirnflächen jeweils eine druckempfindliche Membran 5 angeordnet ist. Der Grundkörper 51 besteht aus Keramik, z.B. aus Aluminiumoxid (Al203). Die Membranen 5 können ebenfalls aus Keramik bestehen oder z.B. aus Glas oder aus Saphir sein. Die Membranen 5 und der Grundkörper 3 sind an deren Rand unter Bildung von jeweils einer Meßkammer 7 mittels einer Fügestelle 9 druckdicht und gasdicht miteinander verbunden. Die beiden Meßkammern 7 sind durch eine den Grundkörper 51 durchdringende Bohrung 53 miteinander verbunden. Die Meßkammern 7 und die Bohrung 53 sind mit einer möglichst inkompressiblen Flüssigkeit, z.B. einem Silikonöl, gefüllt. Die Membranen 5 sind druckempfindlich, d.h. ein auf sie einwirkender Druck p bewirkt eine Auslenkung der Membran 5 aus deren Ruhelage.Fig. 3 shows a section through a third embodiment of a pressure measuring unit according to the invention. This is a differential pressure measuring unit with a ceramic differential pressure measuring cell enclosed between two side flanges 49. The ceramic differential pressure measuring cell has a base body 51, on the opposite end faces of which a pressure-sensitive membrane 5 is arranged. The base body 51 consists of ceramic, for example of aluminum oxide (Al 2 0 3 ). The membranes 5 can also consist of ceramic or be made of glass or sapphire, for example. The membranes 5 and the base body 3 are connected at their edge to form a measuring chamber 7 by means of a joint 9 in a pressure-tight and gas-tight manner. The two measuring chambers 7 are connected to one another by a bore 53 penetrating the base body 51. The measuring chambers 7 and the bore 53 are filled with a liquid which is as incompressible as possible, for example a silicone oil. The membranes 5 are sensitive to pressure, ie a pressure p acting on them causes the membrane 5 to deflect from its rest position.
Der Differenzdrucksensor weist einen Wandler zur Umwandlung der druckabhängigen Auslenkung der Membranen 5 in eine elektrische Meßgröße auf.The differential pressure sensor has a converter for converting the pressure-dependent deflection of the membranes 5 into an electrical measurement variable.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Differenzdrucksensors umfaßt der Wandler jeweils eine auf einer Innenseite jeder Membran 5 angeordnete Elektrode 11 und mindestens eine auf einer gegenüberliegenden der jeweiligen membran zugewandten Außenseite des Grundkörpers 51 angeordnete Gegenelektrode 13.In the illustrated exemplary embodiment of a capacitive differential pressure sensor, the transducer in each case comprises an electrode 11 arranged on an inside of each membrane 5 and at least one counter electrode 13 arranged on an opposite outside of the base body 51 facing the respective membrane.
Die Kapazitäten der durch die Elektroden 11 und die Gegenelektroden 13 gebildeten Kondensatoren wird durch die Auslenkung der Membranen 5 bestimmt und sind somit ein Maß für den auf den Differenzdrucksensor einwirkenden Differenzdruck.The capacitances of the capacitors formed by the electrodes 11 and the counter electrodes 13 are determined by the deflection of the membranes 5 and are therefore a measure of the differential pressure acting on the differential pressure sensor.
Die Elektroden 11 liegt vorzugsweise über die Fügestellen 9 an Masse und die Gegenelektroden 13 werden durch den Grundkörper 51 hindurch kontaktiert und an eine Meßschaltung 55 angeschlossen, die die Kapazitäten in ein vom Differenzdruck abhängiges Ausgangssignal umwandelt und einer weiteren Auswertung und/oder Verarbeitung zur Verfügung stellt.The electrodes 11 are preferably connected to ground via the joints 9 and the counter electrodes 13 are contacted through the base body 51 and connected to a measuring circuit 55 which converts the capacitances into an output signal dependent on the differential pressure and makes them available for further evaluation and / or processing ,
Die beiden Seitenflansche 49 sind im wesentlichen Scheiben mit reckteckigem Querschnitt, die den Drucksensor derart einfassen, daß die Membranen 5 jeweils zu einer Stirnfläche eines Seitenflansches 49 weisen. Jeder Seitenflansch 49 weist eine durchgehende Bohrung 57 auf, durch die jeweils einer der beiden Drücke, deren Differenz gemessen werden soll, auf eine der Membranen 5 einwirkt. An deren der jeweiligen Membran 5 zugewandten Seite münden die Bohrungen 57 in durch Ausnehmungen in den Seitenflanschen 49 gebildeten Kammern 59. Die Kammern 59 werden an deren Rand auf den Stirnflächen der Seitenflansche 49 durch Auflageflächen 61 eingefaßt, auf denen die Membranen 5 mit einem äußeren druckunemfpindlichen Rand unter Zwischenfügung mindestens einer Dichtung 23, z.B. eines O-Rings aus einem Elastomer, aufliegen. Vorzugsweise sind auch hier Nuten 21 zur Aufnahme der Dichtungen 23 vorgesehen.The two side flanges 49 are essentially disks with a rectangular cross section, which surround the pressure sensor in such a way that the membranes 5 each face an end face of a side flange 49. Each side flange 49 has a continuous bore 57 through which one of the two pressures, the difference of which is to be measured, acts on one of the membranes 5. At their other The respective membrane 5 facing the side, the bores 57 open into chambers 59 formed by recesses in the side flanges 49. The chambers 59 are bordered on their edges on the end faces of the side flanges 49 by bearing surfaces 61, on which the membranes 5 with an outer pressure-insensitive edge with the interposition at least one seal 23, for example an O-ring made of an elastomer, rest. Grooves 21 for receiving the seals 23 are preferably also provided here.
Er indungsgemäß sind auch hier am Meßort mit dem Medium in Kontakt kommende Oberflächen, hier Mantelflächen 63 der Bohrungen 57, die Oberflächen 65 der Kammern 59, die Auflageflächen 61 und die Oberflächen der Nuten 21 mit einer Beschichtung 27 aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen.According to the invention, surfaces which come into contact with the medium at the measuring location, here the outer surfaces 63 of the bores 57, the surfaces 65 of the chambers 59, the bearing surfaces 61 and the surfaces of the grooves 21 are provided with a coating 27 of enamel or of a glass-like material ,
Durch die Beschichtung 27 ist es möglich die erfindungsgemäß ausgebildeten Druckmeßeinheiten bei hohen Drücken, hohen Temperaturen und/oder in Verbindung mit chemisch hoch aggressiven Medien einzusetzen. Da die Beständigkeit der Druckmeßeinheiten durch die Beständigkeit von Keramik und von der Beschichtung gegeben ist, kann das Gehäuse selbst aus einem einfachen, kostengünstigen Metall bestehen.The coating 27 makes it possible to use the pressure measuring units designed according to the invention at high pressures, high temperatures and / or in connection with chemically highly aggressive media. Since the resistance of the pressure measuring units is given by the resistance of the ceramic and the coating, the housing itself can consist of a simple, inexpensive metal.
Alle mit dem Medium in Kontakt stehenden Oberflächen sind metallionenfrei, da sowohl die kermischen Membranen 5 als auch die Beschichtungen 27 metallionenfrei sind.All surfaces in contact with the medium are free of metal ions since both the ceramic membranes 5 and the coatings 27 are free of metal ions.
Weiter bieten die Beschichtungen 27 glatte Oberflächen, die sehr leicht zu reinigen sind, und auch unter Umständen bei Reinigungsvorgängen auftretenden hohen Temperarturen und/oder Drücken standhalten können. Furthermore, the coatings 27 offer smooth surfaces which are very easy to clean and which can also withstand high temperatures and / or pressures which occur during cleaning processes.

Claims

Patentansprüche claims
1. Druckmeßeinheit mit1. Pressure measuring unit with
- einem in einem metallischen Gehäuse (1 , 29) eingefaßten keramischen Drucksensor (2),- a ceramic pressure sensor (2) enclosed in a metallic housing (1, 29),
- bei dem die mit einem Medium, dessen Druck zu messen ist, während der Messung in Kontakt stehenden Oberflächen des Gehäuses (1 , 29) mit einer Beschichtung (27) aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen sind.- In which the surfaces of the housing (1, 29) which are in contact with a medium whose pressure is to be measured are provided with a coating (27) of enamel or of a glass-like material.
2. Druckmeßeinheit nach Anspruch 1 , bei dem2. Pressure measuring unit according to claim 1, in which
- das Gehäuse (1) ein an einem Meßort zu befestigender Flansch ist, in den die Druckmeßzelle (2) eingebaut ist, und- The housing (1) is a flange to be attached at a measuring location, in which the pressure measuring cell (2) is installed, and
- am Meßort mit dem Medium in Kontakt kommende Oberflächen des Flansches mit einer Beschichtung (27) aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen sind.- Surfaces of the flange which come into contact with the medium at the measuring location are provided with a coating (27) of enamel or of a glass-like material.
3. Druckmeßeinheit nach Anspruch 1 , bei dem3. Pressure measuring unit according to claim 1, in which
- das Gehäuse (29) einen Prozeßanschluß (35) aufweist, und- The housing (29) has a process connection (35), and
- am Meßort mit dem Medium in Kontakt kommende Oberflächen (43, 45, 47) des Prozeßanschlusses (35)- Surfaces (43, 45, 47) of the process connection (35) coming into contact with the medium at the measuring location
Oberflächen des Prozeßanschlusses (35) mit einer Beschichtung (27) aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen sind.Surfaces of the process connection (35) are provided with a coating (27) made of enamel or of a glass-like material.
4. Druckmeßeinheit nach Anspruch 1 , bei dem4. Pressure measuring unit according to claim 1, in which
- der Drucksensor eine Differenzdruckmeßzelle ist,- the pressure sensor is a differential pressure measuring cell,
- das Gehäuse zwei Seitenflansche (49) aufweist, zwischen denen der Drucksensor eingespannnt ist, und- The housing has two side flanges (49), between which the pressure sensor is clamped, and
- am Meßort mit dem Medium in Kontakt kommende Oberflächen (61 , 63, 65) der Seitenflansche (49) mit einer Beschichtung (27) aus Emaille oder aus einem glasartigen Material versehen sind.- Surfaces (61, 63, 65) of the side flanges (49) coming into contact with the medium at the measuring location a coating (27) of enamel or of a glass-like material is provided.
5. Druckmeßeinheit nach einem der vorangehenden5. Pressure measuring unit according to one of the preceding
Ansprüche, bei dem das Gehäuse (1 , 29) aus einem Stahl oder Edelstahl besteht. Claims, in which the housing (1, 29) consists of a steel or stainless steel.
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