EP4078128A1 - Differential pressure sensor for determining the differential pressure between two pressures - Google Patents

Differential pressure sensor for determining the differential pressure between two pressures

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EP4078128A1
EP4078128A1 EP20835747.5A EP20835747A EP4078128A1 EP 4078128 A1 EP4078128 A1 EP 4078128A1 EP 20835747 A EP20835747 A EP 20835747A EP 4078128 A1 EP4078128 A1 EP 4078128A1
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EP
European Patent Office
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pressure
membrane
overload
chamber
capillary
Prior art date
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Pending
Application number
EP20835747.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Uehlin
Florian Gutmann
Alexander Beck
Igor Getman
Benjamin Mack
Michael Noack
Michael Hügel
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Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
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Publication date
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Priority claimed from DE102020110728.5A external-priority patent/DE102020110728A1/en
Priority claimed from DE102020121585.1A external-priority patent/DE102020121585A1/en
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP4078128A1 publication Critical patent/EP4078128A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

The invention relates to a differential pressure sensor (1) for determining the differential pressure between two pressures (p1, p2), comprising a measuring unit (2) and a converter chamber (3), wherein a differential pressure measuring cell (12) with a pressure-sensitive element (13) is arranged in the converter chamber (3), and a coplanar double-membrane system with two double membranes (4a, 4b) is provided in the measuring unit on an end region facing the process. Each of the two double membranes (4a, 4b) consists of a separating membrane (5a, 5b) and an overload membrane (6a, 6b) arranged behind the separating membrane (5a, 5b) in the direction of action of the pressure. A first pressure chamber (7a) is formed between the first separating membrane (5a) and the first overload membrane (6a), and a first additional pressure chamber (8a) is formed between the first overload membrane (6a) and the main part (9) of the measuring unit (2). A second pressure chamber (7b) is formed between the second separating membrane (5b) and the second overload membrane (6b), and a second additional pressure chamber (8b) is formed between the second overload membrane (6b) and the main part (9) of the measuring unit (2). Each of the two pressure chambers (7a, 7b) is paired with a capillary connection (10, 11), and each of the two additional pressure chambers (8a, 8b) is paired with at least one capillary connection (10, 11). The capillary connections (10, 11) are designed and connected/coupled such that the pressure (p1, p2) applied to the separating membranes (5a, 5b) is hydraulically transmitted to the pressure-sensitive element during a normal measuring operation, and in the event of an overpressure, the overpressure is hydraulically transmitted from the high-pressure side (4b) to the low-pressure side (4a) by means of a hydraulic fluid (16) such that the overpressure membrane (6a) and the separating membrane (5a) are deflected and the hydraulic fluid (16) displaced from the high-pressure side (4b) is received in the additional pressure chamber (8a) on the low-pressure side (4a) before the overpressure reaches the pressure-sensitive element (13). The main part of the measuring unit (2) is designed as a single piece and has a substantially completely symmetrical design at least up to the connections/couplings of the capillary connections (10, 11).

Description

Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Differential pressure transducer for determining the differential pressure of two
Drücken To press
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken. The invention relates to a differential pressure measuring transducer for determining the differential pressure of two pressures.
Differenzdruckmessgeräte dienen insbesondere zur kontinuierlichen Messung von Druckdifferenzen in Messmedien, z.B. in Flüssigkeiten, Dämpfen, Gasen und Stäuben. Aus dem Differenzdruck kann z.B. der Füllstand eines Füllguts in einem Behälter oder der Durchfluss eines Messmediums durch eine Rohrleitung ermittelt werden. Differential pressure measuring devices are used in particular for the continuous measurement of pressure differences in measuring media, e.g. in liquids, vapors, gases and dusts. For example, the level of a product in a container or the flow of a measuring medium through a pipe can be determined from the differential pressure.
Als drucksensitives Element wird üblicherweise ein Silizium-Chip verwendet. Um eine gute Messempfindlichkeit zu erreichen, arbeitet ein Differenzdruckmessaufnehmer bevorzugt in einem Bereich, der in der Nähe eines kritischen Grenzwertes für den Druck (Nenndruck) liegt. Wird der kritische Grenzwert überschritten, besteht die Gefahr, dass der Chip zerstört wird. Da insbesondere Silizium-Chips eine relativ geringe Überlastfestigkeit aufweisen, ist einem Differenzdruckmessaufnehmer üblicherweise ein Überlastschutz zugeordnet. Dieser ist bevorzugt so ausgestaltet, dass er die Messempfindlichkeit und die Messgenauigkeit des drucksensitiven Elements möglichst wenig beeinträchtigt. A silicon chip is usually used as the pressure-sensitive element. In order to achieve good measurement sensitivity, a differential pressure measuring transducer preferably works in a range that is close to a critical limit value for the pressure (nominal pressure). If the critical limit value is exceeded, there is a risk that the chip will be destroyed. Since silicon chips in particular have a relatively low overload resistance, an overload protection device is usually assigned to a differential pressure measuring transducer. This is preferably designed in such a way that it impairs the measurement sensitivity and the measurement accuracy of the pressure-sensitive element as little as possible.
Aus der DE 3 222 620 A1 ist ein Druckdifferenzmessgerät bekannt geworden, das eine vor Überlastung geschützte Druckmessaufnehmereinrichtung aufweist. Das Messgerät hat einen zentralen Aufnah me körper, der an zwei gegenüberliegenden Seiten zwischen einem Membranbett und einer T rennmembrane jeweils eine Vorkammer ausbildet. In demFrom DE 3 222 620 A1 a pressure differential measuring device has become known which has a pressure measuring sensor device which is protected from overload. The measuring device has a central receiving body, which forms an antechamber on two opposite sides between a membrane bed and a separating membrane. By doing
Aufnahmekörper ist jeweils hinter der vom Membranbett abgewandten Seite eine Zusatzkammer vorgesehen, die durch eine vorgespannte Zusatzmembrane begrenzt wird. Innerhalb des Aufnahmekörpers befindet sich weiterhin eine Messkammer, die durch die Druckmessaufnehmereinrichtung in zwei Teilkammern unterteilt ist. Jede der beiden Teilkammern der Messkammer ist über jeweils einen Verbindungskanal mit einer der beiden Vorkammern verbunden. Über jeweils einen Zusatzkanal ist jeder der beiden Verbindungskanäle an eine der beiden Zusatzkammern angeschlossen. An additional chamber is provided behind the side facing away from the membrane bed and is delimited by a pretensioned additional membrane. A measuring chamber is also located inside the receiving body, which is divided into two sub-chambers by the pressure measuring sensor device. Each of the two sub-chambers of the measuring chamber is connected to one of the two antechambers via a connecting channel. Each of the two connecting channels is connected to one of the two additional chambers via an additional channel.
Ist das Gerät einem Differenzdruck unterhalb oder im Bereich des Differenzdruck- Nennwertes ausgesetzt, dann wird dieser Differenzdruck derIf the device is exposed to a differential pressure below or in the range of the nominal differential pressure value, this differential pressure becomes the
Druckmessaufnehmereinrichtung über die Verbindungskanäle übermittelt. Die Zusatzmembranen entfalten eine geringe Wirkung, die in erster Näherung vernachlässigbar ist. Übersteigt die Druckdifferenz infolge einer Überlast den Druckdifferenz-Nennwert um einen vorgegebenen Wert, dann wird bei der T rennmembrane auf der Hochdruckseite die unter ihr befindliche Druckvermittler- Flüssigkeit in die ihr zugeordnete Vorkammer gedrückt. Die herausgedrückte Flüssigkeit gelangt über den Verbindungskanal und den Zusatzkanal zur Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite und veranlasst diese, sich abzuheben. Somit befindet die sich auf der Hochdruckseite unter der Trennmembrane herausgedrückte Flüssigkeit im Überlastfall unter der sich abhebenden Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite. Eine Überlastung der Druckmessaufnehmereinrichtung wird folglich vermieden. Die Wandlerkammer ist bei der Deutschen Patentanmeldung in das Messwerk integriert. Pressure measuring transducer transmitted via the connecting channels. The additional membranes develop a small effect, which is negligible in a first approximation. If the pressure difference exceeds the nominal pressure difference value by a specified value as a result of an overload, then the pressure transmitter located below the separating diaphragm on the high pressure side is Liquid pressed into the antechamber assigned to it. The squeezed out liquid reaches the additional membrane on the low-pressure side via the connecting channel and the additional channel and causes it to lift off. Thus, in the event of an overload, the liquid that is pressed out on the high pressure side under the separating membrane is located under the lifting additional membrane on the low pressure side. Overloading of the pressure measuring transducer is consequently avoided. In the German patent application, the converter chamber is integrated into the measuring mechanism.
Aus der WO 2018/165122 A1 ist ein koplanar aufgebauter Differenzdruckmessaufnehmer bekannt geworden, bei dem die Druckeingänge mit Trennmembrane undFrom WO 2018/165122 A1 a coplanar constructed differential pressure measuring transducer has become known, in which the pressure inputs with separating diaphragm and
Überlastmembrane in einer Ebene - und zwar in dem dem Prozess zugewandten Endbereich - angeordnet sind und nicht auf gegenüberliegenden, parallelen Ebenen wie in der zuvor genannten Deutschen Patentanmeldung. Es handelt sich um ein sog. Doppelmembransystem. Der Vorteil bei Doppelmembransystemen liegt in dem deutlich geringeren Ölvolumen, das für den hydraulischen Betrieb desOverload diaphragms are arranged in one plane - namely in the end area facing the process - and not on opposite, parallel planes as in the aforementioned German patent application. It is a so-called double membrane system. The advantage of double diaphragm systems is the significantly lower oil volume required for the hydraulic operation of the
Differenzdruckmessaufnehmers benötigt wird. Zudem kann hier auf die druckbelastete Mittenmembranschweißung verzichtet werden, so dass das Messwerk einteilig ausgeführt werden kann. Ebenso wie bei der zuvor genannten Patentanmeldung ist auch bei dieser bekannten Lösung der Überlastschutz im Messwerk angeordnet, d.h. die gekreuzten Kapillaren befinden sich im Messwerk. Die Wandlerkammer ist unmittelbar auf das Messwerk aufgesetzt bzw. in das Messwerk integriert. Differential pressure transducer is required. In addition, the pressure-loaded central membrane weld can be dispensed with, so that the measuring mechanism can be made in one piece. As with the aforementioned patent application, the overload protection is also arranged in the measuring mechanism in this known solution, i.e. the crossed capillaries are located in the measuring mechanism. The converter chamber is placed directly on the measuring mechanism or integrated into the measuring mechanism.
Die bekannten Lösungen haben mehrere Nachteile: Da die gekreuzten hydraulischen Druckdurchführungen im Messwerk angeordnet sind, sind z.B. bei der bekannten Koplanar-Ausführung zwecks Ölbefüllung von außen freiliegenden Bohrungen erforderlich, die nach der Befüllung verschlossen werden. Die Verschlussbereiche sind potenzielle Korrosionsschwachstellen. Außerdem sind die Bohrungen ziemlich lang, was sich negativ auf die Fertigungskosten auswirkt. Lange Bohrungen erfordern zudem zwangsläufig ein größeres Ölvolumen, was wiederum die Umsetzung des Überlastschutzes im Messwerk erschwert. Da definierte Abstände zwischen den Druckdurchführungen eingehalten werden müssen, sind einer Minimierung der Dimensionen des Messwerks Grenzen gesetzt. The known solutions have several disadvantages: Since the crossed hydraulic pressure feedthroughs are arranged in the measuring mechanism, for example with the known coplanar design, for the purpose of oil filling, bores exposed from the outside are required, which are closed after filling. The locking areas are potential corrosion weak points. In addition, the bores are quite long, which has a negative effect on manufacturing costs. Long bores also inevitably require a larger oil volume, which in turn makes it more difficult to implement overload protection in the measuring mechanism. Since defined distances between the pressure feedthroughs have to be maintained, there are limits to minimizing the dimensions of the measuring mechanism.
Aus der US 10, 656,039 B2 ist ein Differenzdruckmessaufnehmer mit zwei koplanar angeordneten Doppelmembranen und einem Überlastschutz bekannt geworden. Jedes Doppelmembrane besteht aus einer Trennmembrane und einer sich anschließenden Überlastmembrane. Die Überlastmembranen weisen mehrere Faltungen auf. Im Bereich der Auffaltungen sind die Überlastmembranen nicht mit dem Grundkörper in Kontakt. Die unteren Kanten der Auffaltungen der beiden Überlastmembranen liegen unter einer definierten Vorspannung an dem Grundkörper/Sensorkörper an und heben erst dann vom Grundkörper ab, wenn an einer der Trennmembranen ein Druck/Überdruck anliegt, der größer ist als die definierte Vorspannung. Die Druckübertragung erfolgt jeweils über zwei hydraulische Leitungen, die beide jeweils von dem Bereich zwischen der Überlastmembrane und dem Grundkörper abzweigen. From US Pat. No. 10,656,039 B2, a differential pressure measuring transducer with two double diaphragms arranged in a coplanar manner and an overload protection device has become known. Each double membrane consists of a separating membrane and an adjoining overload membrane. The overload membranes have several folds. In the area of the folds, the overload membranes are not in contact with the base body. The lower edges of the folds of the two overload membranes rest against the base body / sensor body under a defined pretension and only then lift off Base body from when a pressure / overpressure is applied to one of the separating diaphragms that is greater than the defined preload. The pressure is transmitted via two hydraulic lines, both of which branch off from the area between the overload membrane and the base body.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessaufnehmer mit Überlastschutz und reduzierten Ölvolumen vorzuschlagen. An dieser Stelle wird der Begriff “Ölvolumen“ gewählt, da es sich bei der hydraulischen Übertragungsflüssigkeit üblicherweise um ein annähernd inkompressibles Öl, z.B. ein Silikonöl, handelt. The invention is based on the object of proposing a pressure measuring transducer with overload protection and reduced oil volume. At this point, the term "oil volume" is chosen because the hydraulic transmission fluid is usually an almost incompressible oil, e.g. a silicone oil.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen koplanaren Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken mit einem Messwerk und einer Wandlerkammer, wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen vorgesehen ist. In der Wandlerkammer ist eine Differenzdruckmesszelle mit einem drucksensitiven Element angeordnet. Die beiden Doppelmembranen bestehen jeweils aus einer T rennmembrane und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane angeordneten Überlastmembrane, wobei zwischen der ersten Trennmembrane und der ersten Überlastmembrane eine erste Druckkammer und zwischen der ersten Überlastmembrane und dem Grundkörper eine ersteThe object is achieved by a coplanar differential pressure transducer for determining the differential pressure of two pressures with a measuring mechanism and a converter chamber, a coplanar double membrane system with two double membranes being provided on or in an end area of the measuring mechanism facing the process. A differential pressure measuring cell with a pressure-sensitive element is arranged in the converter chamber. The two double membranes each consist of a separating membrane and an overload membrane arranged behind the separating membrane in the direction of the pressure effect, with a first pressure chamber between the first separating membrane and the first overload membrane and a first between the first overload membrane and the base body
Zusatzdruckkammer ausgebildet ist. Zwischen der zweiten Trennmembrane und der zweiten Überlastmembrane ist eine zweite Druckkammer und zwischen der zweiten Überlastmembrane und dem Grundkörper eine zweite Zusatzdruckkammer ausgebildet. Jeder der beiden Druckkammern ist eine Kapillarverbindung zugeordnet ist. Ebenso ist jeder der beiden Zusatzdruckkammern zumindest eine Kapillarverbindung zugeordnet.Additional pressure chamber is formed. A second pressure chamber is formed between the second separating membrane and the second overload membrane and a second additional pressure chamber is formed between the second overload membrane and the base body. A capillary connection is assigned to each of the two pressure chambers. At least one capillary connection is also assigned to each of the two additional pressure chambers.
Die Kapillarverbindungen sind so ausgestaltet und verbunden/gekoppelt, dass im normalen Messbetrieb die an den Trennmembranen anliegenden Drücke hydraulisch zu dem drucksensitiven Element übertragen werden. Im Überdruckfall wird der Überdruck von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite hydraulisch übertragen, so dass die Überdruckmembrane und die T rennmembrane zur Auslenkung gebracht werden und eine von der Hochdruckseite verschobene Hydraulikflüssigkeit in der Zusatzdruckkammer auf der Niederdruckseite aufgenommen wird, bevor der Überdruck zu dem drucksensitiven Element gelangt. Eine einfache Konstruktion sieht vor, dass der Grundkörper des Messwerks einteilig, also monolithisch, und somit äußerst einfach ausgestaltet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Messwerk zumindest bis zu denThe capillary connections are designed and connected / coupled in such a way that, during normal measuring operation, the pressures applied to the separating membranes are transmitted hydraulically to the pressure-sensitive element. In the case of overpressure, the overpressure is hydraulically transferred from the high pressure side to the low pressure side, so that the overpressure membrane and the separating membrane are deflected and a hydraulic fluid displaced from the high pressure side is absorbed in the additional pressure chamber on the low pressure side before the overpressure reaches the pressure-sensitive element . A simple construction provides that the base body of the measuring mechanism is made in one piece, that is to say monolithic, and is therefore extremely simple. It is also provided that the measuring mechanism at least up to the
Verbindungen/Kopplungen der Kapillarverbindungen einen vollsymmetrischen Aufbau aufweist. Vollsymmetrisch heißt hierbei, dass das Gehäuse des Messwerks mit den Kapillarbohrungen bezüglich einer mittig und senkrecht zwischen den beiden koplanaren Doppelmembranen verlaufenden Ebene einen symmetrischen/vollsymmetrischen Aufbau aufweist. Der Ölbedarf in dem Hydrauliksystem ist infolge der geringen Größe der Membranen und der im normalen Messbetrieb ungefüllten Zusatzdruckkammern gering. Eine Kosteneinsparung beim Messwerk wird insbesondere durch Materialeinsparungen (kleine Dimensionen) und eine vereinfachte Fertigung und Bearbeitung erreicht. Die Kapillarverbindungen werden bevorzugt durch Bohren oder Erodieren hergestellt. Die Befüllung des hydraulischen Systems mit Hydraulikflüssigkeit erfolgt je nach Ausgestaltung über das Messwerk und/oder die Wandlerkammer. Connections / couplings of the capillary connections has a fully symmetrical structure. Fully symmetrical here means that the housing of the measuring mechanism with the capillary bores has a symmetrical / fully symmetrical structure with respect to a plane running centrally and perpendicularly between the two coplanar double membranes. The oil requirement in the hydraulic system is low due to the small size of the diaphragms and the additional pressure chambers which are unfilled during normal measuring operation. Cost savings in the measuring mechanism are achieved in particular through material savings (small dimensions) and simplified production and processing. The capillary connections are preferably made by drilling or eroding. The hydraulic system is filled with hydraulic fluid, depending on the configuration, via the measuring mechanism and / or the converter chamber.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Messwerk und die Wandlerkammer nicht nur separate Komponenten sind, sondern dass das Messwerk und die Wandlerkammer auch räumlich voneinander getrennt bzw. beabstandet sind. Hierdurch sind das Messwerk und die Messeinheit in der Wandlerkammer mechanisch, aber auch thermisch voneinander entkoppelt. Die Verbindung der getrennten Komponenten ist natürlich druckfest und gasdicht ausgestaltet. Aufgrund des reduzierten Ölvolumens ist der Messfehler, der durch den Temperaturgradienten bedingt ist, entsprechend geringer. Weiterhin sind infolge des geringeren Ölbedarfs auch kleinere Trennmembranen und Überlastmembranen möglich, was für die Realisierung eines koplanaren Sensors wichtig und vorteilhaft ist. Kleine Membranen wiederum sind für einen effektiven Überlastschutz erforderlich, da hierdurch kleine Messbereiche ermöglicht werden. Durch kleine Messbereiche wiederum lässt sich die Ansteuerung bzw. die Auslenkung der Membranen gering halten, was einhergeht mit kleineren Messfehlern. It is preferably provided that the measuring mechanism and the converter chamber are not only separate components, but that the measuring mechanism and the converter chamber are also spatially separated from one another or at a distance from one another. As a result, the measuring mechanism and the measuring unit in the converter chamber are mechanically but also thermally decoupled from one another. The connection of the separate components is of course designed to be pressure-tight and gas-tight. Due to the reduced oil volume, the measurement error caused by the temperature gradient is correspondingly smaller. Furthermore, as a result of the lower oil requirement, smaller separating membranes and overload membranes are also possible, which is important and advantageous for realizing a coplanar sensor. Small diaphragms, on the other hand, are required for effective overload protection, as this enables small measuring ranges. By means of small measuring ranges, in turn, the control or deflection of the membranes can be kept low, which is associated with smaller measuring errors.
Allgemein lässt sich sagen, dass es zum Schutz des drucksensitiven Elements gegen Überdruck erfindungsgemäß sichergestellt ist, dass ein einseitig auftretender Überdruck am koplanaren Doppelmembransystem bei Erreichen des drucksensitiven Elements so beschränkt ist, dass eine Zerstörung des drucksensitiven Elements ausgeschlossen ist. In general, it can be said that to protect the pressure-sensitive element against overpressure, the invention ensures that overpressure occurring on one side on the coplanar double membrane system is so limited when the pressure-sensitive element is reached that destruction of the pressure-sensitive element is excluded.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers sind die Zusatzmembranen derart vorgespannt, dass sie im normalen Messbetrieb vollflächig am Grundkörper des Messwerks anliegen und sich erst dann von demAccording to one embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention, the additional membranes are pretensioned in such a way that, in normal measuring operation, they rest over the entire surface of the base body of the measuring mechanism and only then move away from the
Grundkörper abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird. Somit ist sichergestellt, dass der Überlast- bzw. Überdruckschutz erst dann aktiviert wird, wenn der zu messende Druck so hoch ist, dass die Gefahr einer Zerstörung des drucksensitiven Elements besteht. Eine Prozessmembrane/Trennmembrane, die u.a. in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung eingesetzt werden kann, ist z.B. in der US 10,656,039 B2 beschrieben. Lift off the base body when a specified critical limit pressure is exceeded. This ensures that the overload or overpressure protection is only activated when the pressure to be measured is so high that there is a risk of the pressure-sensitive element being destroyed. A process membrane / separating membrane that can be used in conjunction with the solution according to the invention is described, for example, in US Pat. No. 10,656,039 B2.
Infolge der im Wesentlichen vollflächigen und bevorzugt formschlüssigen Anlage der Überlastmembranen am Messwerk gelangt der Messdruck über die Druckkammern und die entsprechend gekoppelten Verbindungskapillaren zu der entsprechenden Zusatzdruckkammer und zu der Plus- bzw. der Minusseite des drucksensitiven Elements. Ev. ist in den Membranbetten und/oder in den entsprechenden Rückseiten der Überlastmembranen zumindest ein hydraulischer Kanal vorgesehen. Die Auslenkung der Überlastmembranen wird infolge ihrer Vorspannung bis zu einem vorgegebenen Wert zwangsweise verhindert bzw. ist so gering, dass sie vernachlässigt werden kann. Die Vorspannung ist so ausgelegt, dass sie größer als der Messbereich des Differenzdruckaufnehmers ist. Insbesondere ist sichergestellt, dass diese Bedingung auch über die Lebenszeit des Differenzdruckmessaufnehmers gilt. So können sich Alterungseffekte nicht negativ auf die Messperformance auswirken. As a result of the substantially full-area and preferably form-fitting contact of the overload diaphragms on the measuring mechanism, the measuring pressure reaches the corresponding one via the pressure chambers and the correspondingly coupled connecting capillaries Additional pressure chamber and to the plus or minus side of the pressure-sensitive element. Possibly at least one hydraulic channel is provided in the membrane beds and / or in the corresponding rear sides of the overload membranes. The deflection of the overload membranes is forcibly prevented as a result of their pre-tensioning up to a predetermined value or is so small that it can be neglected. The preload is designed so that it is larger than the measuring range of the differential pressure transducer. In particular, it is ensured that this condition also applies over the lifetime of the differential pressure measuring transducer. In this way, aging effects cannot have a negative impact on the measurement performance.
Durch die Vorspannung der Überlastmembranen ist sichergestellt, dass ihre Auslenkung erst erfolgt, wenn an einer der Doppelmembranen ein kritischer Überdruck auftritt, der die Gefahr der Zerstörung des drucksensitiven Elements mit sich bringen würde. Sobald beispielsweise an der zweiten Trennmembrane ein kritischer Überdruck auftritt, wird die zweite Trennmembrane gegen die zweite Überlastmembrane bewegt, bis sie an der Überlastmembrane anliegt. Bei Überschreiten der Vorspannung der ersten Überlastmembrane wird diese ausgelenkt, und die aus der zweiten Druckkammer herausgeschobene Übertragungsflüssigkeit wird über die gekoppelten Verbindungskapillaren in die erste Zusatzdruckkammer verschoben. Der Druck in der ersten Zusatzdruckkammer und in der mit ihr in Wirkverbindung stehenden erstenThe pretensioning of the overload diaphragms ensures that they are only deflected when a critical overpressure occurs on one of the double diaphragms, which would entail the risk of destroying the pressure-sensitive element. As soon as, for example, a critical overpressure occurs on the second separating membrane, the second separating membrane is moved against the second overload membrane until it rests against the overload membrane. When the pre-tension of the first overload membrane is exceeded, it is deflected and the transfer fluid pushed out of the second pressure chamber is shifted into the first additional pressure chamber via the coupled connection capillaries. The pressure in the first additional pressure chamber and in the first one that is operatively connected to it
Druckkammer steigt an. Dieser Prozess endet, wenn die Hydraulikflüssigkeit von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite verschoben ist. Nachfolgend kann der hydraulische Druck in dem hydraulischen System nicht mehr ansteigen und die Druckbegrenzung, also der Überdruckschutz, greift. Pressure chamber rises. This process ends when the hydraulic fluid is shifted from the high pressure side to the low pressure side. Subsequently, the hydraulic pressure in the hydraulic system can no longer rise and the pressure limitation, i.e. the overpressure protection, takes effect.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers sieht vor, dass die Überlastmembranen so vorgespannt sind, dass sie im normalen Messbetrieb im Wesentlichen an dem Grundkörper des Messwerks anliegen. Die Rückseite der Überlastmembranen sind mit dem Grundkörper des Messwerks vollflächig in Kontakt. Wenn ein Überdruck auftritt, muss somit nur die in der Druckkammer der Hochdruckseite befindliche Übertragungsflüssigkeit bewegt und in die Zusatzdruckkammer der Niederdruckseite verschoben werden. Hierdurch lässt sich bei optimal schnell wirkendem Überlastschutz die benötigte Menge an Übertragungsflüssigkeit in dem Hydrauliksystem minimieren bzw. gering halten. Bei Überschreiten eines das drucksensitive Element gefährdenden Überdrucks wird auf der Hochdruckseite die Trennmembrane fest an die am Grundkörper anliegende Überlastmembrane angepresst; auf der Niederdruckseite wird die Vorspannung der Überdruckmembrane überwunden, so dass die Überlastmembrane von dem Grundkörper abgehoben wird, die Trennmembrane wird ausgelenkt und die von der Hochdruckseite verschobene Übertragungsflüssigkeit wird in der ausgebildeten Zusatzdruckkammer auf der Niederdruckseite aufgenommen. An advantageous embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention provides that the overload diaphragms are pretensioned in such a way that they essentially rest against the base body of the measuring mechanism during normal measuring operation. The back of the overload membranes are in full contact with the main body of the measuring mechanism. If an overpressure occurs, only the transmission fluid located in the pressure chamber on the high pressure side has to be moved and shifted into the additional pressure chamber on the low pressure side. As a result, the required amount of transmission fluid in the hydraulic system can be minimized or kept low with optimally fast-acting overload protection. If an overpressure endangering the pressure-sensitive element is exceeded, the separating membrane on the high-pressure side is pressed firmly against the overload membrane resting on the base body; on the low pressure side, the pre-tensioning of the overpressure membrane is overcome, so that the overload membrane is lifted from the base body, the separating membrane is deflected and that of the high pressure side Displaced transmission fluid is received in the additional pressure chamber formed on the low-pressure side.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Messwerk integraler Bestandteil eines im Wesentlichen symmetrisch aufgebauten Prozessanschlusses ist. Die Wandlerkammer mit dem drucksensitiven Element ist in einem mit dem Prozessanschluss verbindbaren Gehäuseadapter integriert. It is also proposed that the measuring mechanism be an integral part of an essentially symmetrically constructed process connection. The converter chamber with the pressure-sensitive element is integrated in a housing adapter that can be connected to the process connection.
In einer kostengünstigen Ausgestaltung sind die Kapillarverbindungen als Kapillarbohrungen ausgestaltet. Für den Fall, dass Messwerk und Wandlerkammer voneinander abgesetzt sind, können im Zwischenbereich Kapillarröhrchen vorgesehen sein, die in die Kapillarbohrungen von Messwerk und Wandlerkammer eingesetzt sind. Alternativ kann ein Zwischenmodul mit Kapillarbohrungen die Verbindung der Kapillarverbindungen von Messwerk und Wandlerkammer sicherstellen. In an inexpensive embodiment, the capillary connections are designed as capillary bores. In the event that the measuring mechanism and converter chamber are separated from one another, capillary tubes can be provided in the intermediate area, which are inserted into the capillary bores of the measuring mechanism and converter chamber. Alternatively, an intermediate module with capillary bores can ensure the connection of the capillary connections between the measuring mechanism and the converter chamber.
Die Anzahl, die Anordnung und Kopplung der Kapillarverbindungen ist so bemessen oder ausgestaltet, dass das drucksensitive Element und die dem Überdruckschutz dienenden Überlastmembranen bzw. die Zusatzdruckkammern druckdynamisch gesehen in Reihe geschaltet sind. Alternativ ist vorgesehen, die Anzahl, die Anordnung und Kopplung der Kapillarverbindungen so zu bemessen oder auszugestalten, dass das drucksensitive Element und die dem Überdruckschutz dienenden Überlastmembranen bzw. die Zusatzdruckkammern druckdynamisch gesehen parallel geschaltet sind. The number, the arrangement and the coupling of the capillary connections is dimensioned or designed such that the pressure-sensitive element and the overload membranes serving for overpressure protection or the additional pressure chambers are connected in series in terms of pressure dynamics. Alternatively, provision is made for the number, arrangement and coupling of the capillary connections to be dimensioned or designed in such a way that the pressure-sensitive element and the overload membranes used for overpressure protection or the additional pressure chambers are connected in parallel in terms of pressure dynamics.
Die Kopplungen/Verbindungen der Verbindungskapillaren zum Zwecke des Überdruckschutzes können an unterschiedlichen Stellen angeordnet sein: im Messwerk, im Zwischenbereich bzw. in einem Zwischenmodul von Messwerk und Wandlerkammer, teilweise im Zwischenbereich/Zwischenmodul von Messwerk und Wandlerkammer und teilweise in der Wandlerkammer, in der Wandlerkammer, im Rückraum der Wandlerkammer also quasi hinter der Wandlerkammer. The couplings / connections of the connection capillaries for the purpose of overpressure protection can be arranged at different points: in the measuring unit, in the intermediate area or in an intermediate module of the measuring unit and converter chamber, partly in the intermediate area / intermediate module of the measuring unit and converter chamber and partly in the converter chamber, in the converter chamber , in the back space of the converter chamber so to speak behind the converter chamber.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: The invention is explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
Fig. 1a, Fig. 1b: eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes (EM5790 A1) Fig. 2a, Fig. 2b: eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes, (EM5790 A2) Fig. 3a, Fig. 3b: eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßenFig. 1a, Fig. 1b: a first embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with parallel connection of the overload protection (EM5790 A1) 2a, 2b: a second embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with parallel connection of the overload protection, (EM5790 A2) Fig. 3a, 3b: a third embodiment of the invention
Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes, (EM 5791 , Fig. C3, C4) Differential pressure sensor with parallel connection of the overload protection, (EM 5791, Fig. C3, C4)
Fig. 4 eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes, (EH1924 B1) 4 shows a fourth embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with parallel connection of the overload protection, (EH1924 B1)
Fig. 5: eine fünfte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes, (EM5792 C2a) Fig. 6: eine sechste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen5: a fifth embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with parallel connection of the overload protection, (EM5792 C2a). FIG. 6: a sixth embodiment of the according to the invention
Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes, (neu C2b) Differential pressure sensor with parallel connection of the overload protection, (new C2b)
Fig. 7a, Fig. 7b: eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Reihenschaltung des Überlastschutzes, (EM 5789, Fig. ) B2 7a, 7b: a first embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with a series connection of the overload protection, (EM 5789, Fig.) B2
Fig. 8a, 8b: eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen8a, 8b: a second embodiment of the invention
Differenzdruckmessaufnehmers mit Reihenschaltung des Überlastschutzes, (EH1944 C1 Die Figuren Fig. 1a und Fig. 1 b zeigen eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes. Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 dient zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken p1 , p2. Zur Anwendung kommt die Messung des Differenzdruckes zweier Drücke p1 , p2 z.B. in einer Rohrleitung zur Durchflussbestimmung. Ein weiterer Anwendungsfall eines Differenzdruckmessaufnehmers 1 ist beispielsweise die Bestimmung des Füllstandes eines in einem Tank befindlichen fluiden Mediums. Differential pressure measuring transducer with series connection of the overload protection, (EH1944 C1 Figures Fig. 1a and 1b show a first embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with parallel connection of the overload protection. The differential pressure measuring transducer 1 is used to determine the differential pressure of two pressures p1, p2 Measurement of the differential pressure of two pressures p1, p2, for example in a pipeline to determine the flow rate Another application of a differential pressure measuring transducer 1 is, for example, the determination of the level of a fluid medium in a tank.
Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 besteht aus einem Messwerk 2 und einer Wandlerkammer 3. An oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks 2 ist ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen 4a, 4b vorgesehen. Das Messwerk 2 ist in dem Prozessanschluss 21 angeordnet. In der Wandlerkammer 3 ist eine Differenzdruckmesszelle 12 mit einem drucksensitiven Element 13 angeordnet. Die Wandlerkammer 3 befindet sich in dem Gehäuseadapter 22. Wandlerkammer 3 und Messwerk 2 sind im gezeigten Fall voneinander abgesetzt. Die beiden Doppelmembranen 4a, 4b bestehen jeweils aus einer Prozessmembrane 5a, 5b bzw. einer T rennmembrane 5a, 5b und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane 5a, 5b angeordneten Überlastmembrane 6a, 6b. Zwischen der ersten Trennmembrane 5a und der ersten Überlastmembrane 6a ist eine erste Druckkammer 7a und zwischen der ersten Überlastmembrane 6a und dem Grundkörper 9 eine ersteThe differential pressure measuring transducer 1 consists of a measuring unit 2 and a converter chamber 3. A coplanar double membrane system with two double membranes 4a, 4b is provided on or in an end area of the measuring unit 2 facing the process. The measuring mechanism 2 is arranged in the process connection 21. A differential pressure measuring cell 12 with a pressure-sensitive element 13 is arranged in the converter chamber 3. The converter chamber 3 is located in the housing adapter 22. The converter chamber 3 and measuring mechanism 2 are separated from one another in the case shown. The two double membranes 4a, 4b each consist of a process membrane 5a, 5b or a separation membrane 5a, 5b and an overload membrane 6a, 6b arranged in the direction of the pressure effect behind the separation membrane 5a, 5b. Between the first separating diaphragm 5a and the first overload diaphragm 6a there is a first pressure chamber 7a and between the first overload diaphragm 6a and the main body 9 there is a first pressure chamber
Zusatzdruckkammer 8a bzw. Überdruckkammer 8a ausgebildet. Weiterhin ist zwischen der zweiten Trennmembrane 5b und der zweiten Überlastmembrane 6b eine zweite Druckkammer 7b und zwischen der zweiten Überlastmembrane 6b und dem Grundkörper 9 eine zweite Zusatzdruckkammer 8b bzw. eine zweite Überdruckkammer 8b ausgebildet. Additional pressure chamber 8a or overpressure chamber 8a is formed. Furthermore, a second pressure chamber 7b is formed between the second separating membrane 5b and the second overload membrane 6b and a second additional pressure chamber 8b or a second overpressure chamber 8b is formed between the second overload membrane 6b and the base body 9.
Der ersten Zusatzdruckkammer 8a ist eine erste Verbindungskapillare 10a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b ist eine zweite Verbindungskapillare 10b zugeordnet. Der ersten Druckkammer 7a ist eine erste Hilfskapillare 11a zugeordnet. Der zweiten Druckkammer 7b ist eine zweite Hilfskapillare 11b zugeordnet. Die druckübertragende Kopplung/Kreuzung zwischen der ersten Hilfskapillare 11a und der zweitenA first connection capillary 10a is assigned to the first additional pressure chamber 8a and a second connection capillary 10b is assigned to the second additional pressure chamber 8b. A first auxiliary capillary 11a is assigned to the first pressure chamber 7a. A second auxiliary capillary 11b is assigned to the second pressure chamber 7b. The pressure-transmitting coupling / crossing between the first auxiliary capillary 11a and the second
Verbindungskapillare 10b bzw. zwischen der zweiten Hilfskapillare 11b und der ersten Verbindungskapillare 10a erfolgt bei dieser Ausgestaltung in dem Messwerk 2. The connection capillary 10b or between the second auxiliary capillary 11b and the first connection capillary 10a takes place in the measuring mechanism 2 in this embodiment.
Die Druckübertragung und die Begrenzung des Überdrucks auf ein Maß, durch das das drucksensitive Element 13 nicht beschädigt bzw. zerstört wird, arbeiten parallel, wobei druckdynamisch sichergestellt ist, dass der Überdruck PeÜL begrenzt ist, bevor er die Druckmesszelle 12 erreicht. Die Begrenzung des Überdrucks PeÜL erfolgt über eine entsprechend vorgegebene Vorspannung der Überlastmembranen 6a, 6b. Diese sind so vorgespannt, dass sie im normalen Messbetrieb im Wesentlichen formschlüssig an dem Gehäuse des Grundkörpers 9 anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper 9 abheben, wenn der vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird. Bis zu diesem Grenzdruck ist eine Unversehrtheit des drucksensitiven Elements sichergestellt. The pressure transmission and the limitation of the overpressure to a level that does not damage or destroy the pressure-sensitive element 13 work in parallel, with pressure-dynamically ensuring that the overpressure PeÜL is limited before it reaches the pressure measuring cell 12. The overpressure PeÜL is limited by means of a correspondingly predetermined pretensioning of the overload membranes 6a, 6b. These are preloaded in such a way that, in normal measuring operation, they rest essentially in a form-fitting manner on the housing of the base body 9 and only lift off the base body 9 when the predetermined critical limit pressure is exceeded. The intactness of the pressure-sensitive element is ensured up to this limit pressure.
Dargestellt ist der Überlast- bzw. Überdruckfall. Im dargestellten Fall tritt einseitig an der rechten Trennmembrane 5b ein Überdruck PeÜL auf. Ohne die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung würde der Überdruck PeÜL auf das drucksensitive Element 13 übertragen. Durch die einseitige Überlast bestände die Gefahr, dass der Siliziumchip zerstört wird. The overload or overpressure case is shown. In the case shown, an overpressure PeÜL occurs on one side of the right separating membrane 5b. Without the protective device according to the invention, the overpressure PeÜL would be transmitted to the pressure-sensitive element 13. The one-sided overload would run the risk of the silicon chip being destroyed.
Erfindungsgemäß wird diese Gefahr durch einen Bypass gebannt. Der Bypass besteht aus den Hilfskapillaren 11a, 11 b, die sich im Messwerk 2 mit den Verbindungskapillaren 10a, 10b kreuzen und den Druck oder einen auftretenden Überdruck auf die Rückseite der Überlastmembranen 6a, 6b leiten. Den Weg, den der Überdruck PeÜL durch das Kapillarsystem nimmt, ist in Fig. 1 b durch Pfeile symbolisiert: Der Überdruck PeÜL wird über die Hilfskapillare 11b hydraulisch zu der Verbindungskapillaren 10a und von dort auf die Rückseite der Überlastmembrane 6a der ersten Doppelmembrane 4a übertragen. Tritt ein Überdruck PeÜL an der rechten Trennmembrane 5b auf, so wird der Überdruck PeÜL über die Druckkammer 7b auf die Überlastmembrane 6b übertragen. Da diese bereits am Gehäuse 9 anliegt, gelangt der Druck nicht über die Verbindungskapillare 10b zum drucksensitiven Element 13. Der Überdruck PeÜL wird über die Druckkammer 7b, die Hilfskapillare 11 b, die Verbindungskapillare 10a, die Zusatzdruckkammer 8a und die Überlastmembrane 6a zur Druckkammer 7a geleitet. Überlastmembrane 6a und Trennmembrane 5a werden ausgelenkt und die Zusatzdruckkammer 8a und die Druckkammer 7a nehmen die von der Hochdruckseite 4b verschobene Übertragungsflüssigkeit 16 auf, bis die Trennmembrane 5b auf der Überdruckmembrane 6b anliegt. Ein weiterer Druckanstieg ist dann nicht mehr möglich. Parallel liegt der Druck, der immer unterhalb des kritischen Grenzwertes liegt, auch an der Plusseite des drucksensitiven Elements 13 an. According to the invention, this risk is averted by a bypass. The bypass consists of the auxiliary capillaries 11a, 11b, which cross with the connecting capillaries 10a, 10b in the measuring mechanism 2 and direct the pressure or any excess pressure that occurs to the rear of the overload membranes 6a, 6b. The path that the overpressure PeÜL takes through the capillary system is symbolized in Fig. 1b by arrows: The overpressure PeÜL is transmitted hydraulically via the auxiliary capillary 11b to the connecting capillary 10a and from there to the back of the overload membrane 6a of the first double membrane 4a. If an overpressure PeÜL occurs on the right separating membrane 5b, the overpressure PeÜL is transmitted to the overload diaphragm 6b via the pressure chamber 7b. Since this is already applied to the housing 9, the pressure does not reach the pressure-sensitive element 13 via the connection capillary 10b. The overpressure PeÜL is passed to the pressure chamber 7a via the pressure chamber 7b, the auxiliary capillary 11b, the connection capillary 10a, the additional pressure chamber 8a and the overload membrane 6a . Overload membrane 6a and separating membrane 5a are deflected and the additional pressure chamber 8a and pressure chamber 7a absorb the transfer fluid 16 displaced from the high pressure side 4b until the separating membrane 5b rests on the overpressure membrane 6b. A further increase in pressure is then no longer possible. In parallel, the pressure, which is always below the critical limit value, is also applied to the plus side of the pressure-sensitive element 13.
Um eine noch größere Sicherheit zu haben, dass der Überdruck begrenzt wird, bevor er den sensitiven Bereich des Druckchips (üblicherweise auch eine Membrane) erreicht, haben die Verbindungskapillaren 10a, 10b ebenso wie die Hilfskapillaren 11a, 11b bevorzugt entsprechend angepasste Kapillargeometrien, die in Richtung des druckempfindlichen Chips 13 eine Bremsfunktion erfüllen. Insbesondere sind die üblicherweise als Bohrungen ausgeführten Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11 a, 11 b im Messwerk 2 und in der Wandlerkammer 3 geeignet in Länge undIn order to have even greater security that the overpressure is limited before it reaches the sensitive area of the pressure chip (usually also a membrane), the connecting capillaries 10a, 10b, as well as the auxiliary capillaries 11a, 11b, preferably have correspondingly adapted capillary geometries that point in the direction of of the pressure-sensitive chip 13 perform a braking function. In particular, the connecting and auxiliary capillaries 10a, 10b, 11a, 11b in the measuring mechanism 2 and in the converter chamber 3, which are usually designed as bores, are suitable in length and length
Durchmesser dimensioniert. Im dargestellten Fall sind zusätzlich noch vorgeschaltete Dynamikbremsen 18a, 18b und ggf. 20a, 20b vorgesehen. Diese sind bevorzugt in den Kapillarröhrchen 17a, 17b angeordnet, die in die Kapillarbohrungen 10a, 10b des Messwerks 2 münden. Zusätzlich oder alternativ sind in den Verbindungskapillaren 10a, 10b der Wandlerkammer 3 Dynamikbremsen 20a, 20b eingesetzt sind. Diese verzögern die Weiterleitung des Drucks, insbesondere eines Überdrucks PeÜL, und schützen das drucksensitive Element 13 aber auch vor im Prozess auftretenden Druckspitzen. Dimensioned diameter. In the case shown, dynamic brakes 18a, 18b and optionally 20a, 20b are also provided upstream. These are preferably arranged in the capillary tubes 17a, 17b which open into the capillary bores 10a, 10b of the measuring mechanism 2. Additionally or alternatively, dynamic brakes 20a, 20b are used in the connecting capillaries 10a, 10b of the converter chamber 3. These delay the forwarding of the pressure, in particular an overpressure PeÜL, and also protect the pressure-sensitive element 13 from pressure peaks occurring in the process.
Bei den Dynamikbremsen 18a, 18b, 20a, 20b kann es sich um Sintermetalleinsätze handeln. Bei einem Einsatz des Differenzdruckmessaufnehmers 1 im explosionsgefährdeten Bereich werden die Dynamikbremsen 18a, 18b, 20a, 20b aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt. In diesem Fall erfüllen die Dynamikbremsen 18a, 18b, 20a, 20b dann also eine Doppelfunktion: Eine verzögerte Weiterleitung des Drucks und einen Explosionsschutz, der entsprechend der benötigten Explosionsschutzart ausgestaltet ist. The dynamic brakes 18a, 18b, 20a, 20b can be sintered metal inserts. When the differential pressure measuring transducer 1 is used in the hazardous area, the dynamic brakes 18a, 18b, 20a, 20b are made of a non-conductive material. In this case, the dynamic brakes 18a, 18b, 20a, 20b then fulfill a double function: Delayed transmission of the pressure and explosion protection, which is designed according to the required explosion protection type.
Die in den Figuren Fig. 2a und Fig. 2b dargestellte Variante entspricht in weiten Teilen der in den Figuren Fig. 1a und Fig. 1 b gezeigten Ausgestaltung des Differenzdruckmessaufnehmers 1. Der wesentliche Unterschied besteht in der Anordnung der Befüllungsbohrungen 14a, 14b. Über diese Befüllungsbohrungen 15a, 15b wird das Kapillarsystem bzw. das Hydrauliksystem des Differenzdruckmesssaufnehmers 1 mit Übertragungsflüssigkeit 16 befüllt. Die Befüllungsbohrungen 14a, 14b verlaufen seitlich im Prozessanschluss 21 bzw. im Messwerk 2. In den gezeigten Ausgestaltungen verlaufen die Befüllungsbohrungen 14a, 14b parallel zur Grundfläche des Prozessanschlusses 21. Die Lage ist so gewählt, dass das zum Befüllen benötigte Ölvolumen möglichst gering ist. The variant shown in FIGS. 2a and 2b largely corresponds to the configuration of the differential pressure measuring transducer 1 shown in FIGS. 1a and 1b. The essential difference is the arrangement of the filling bores 14a, 14b. About these filling holes 15a, 15b that The capillary system or the hydraulic system of the differential pressure measuring transducer 1 is filled with transmission fluid 16. The filling bores 14a, 14b run laterally in the process connection 21 or in the measuring mechanism 2. In the configurations shown, the filling bores 14a, 14b run parallel to the base of the process connection 21. The position is chosen so that the oil volume required for filling is as small as possible.
Aus diesem Grund sind die Verschlusselemente 15a, 15b auch möglichst nahe an den Kreuzungspunkten der Kapillaren 10a, 10b, 11a, 11b vorgesehen. Diese Ausgestaltung ist übrigens gut in den Fig. 1a und Fig. 1b zu sehen. Bevorzugt ist die Ausgestaltung, dass die verschlossenen Befüllungsbohrungen 14a, 14b im Sensorrückraum und dort bevorzugt innerhalb des Gehäuseadapters 22 enden (Fig. 2a, Fig. 2b). Durch diese Anordnung im Innenraum des Differenzdruckmessaufnehmers 1 sind die Befüllungsbohrungen 14a, 14b - hinter den Verschlusselementen 15a, 15b - korrosionsgeschützt. Weiterhin können die entsprechenden Bereiche der Befüllungsbohrungen 14a, 14b nach außen auch noch vergossen sein; dies ist jedoch aufgrund der vom Außenraum abgeschlossenen Lage der Befüllungsbohrungen 14a, 14b bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung nicht unbedingt erforderlich. For this reason, the closure elements 15a, 15b are also provided as close as possible to the intersection points of the capillaries 10a, 10b, 11a, 11b. Incidentally, this configuration can be seen clearly in FIGS. 1a and 1b. The preferred embodiment is that the closed filling bores 14a, 14b end in the sensor rear space and there preferably within the housing adapter 22 (FIGS. 2a, 2b). This arrangement in the interior of the differential pressure measuring transducer 1 means that the filling bores 14a, 14b - behind the closure elements 15a, 15b - are protected against corrosion. Furthermore, the corresponding areas of the filling bores 14a, 14b can also be potted on the outside; However, due to the position of the filling bores 14a, 14b closed off from the outside space in the embodiment shown in FIG. 2, this is not absolutely necessary.
Als druckdichter, gas- oder zumindest flüssigkeitsdichter Verschluss ist jeweils ein bevorzugt kugelförmiges Verschlusselement 15a, 15b vorgesehen, das in dieAs a pressure-tight, gas-tight or at least liquid-tight closure, a preferably spherical closure element 15a, 15b is provided in each case, which is inserted into the
Befüllungsbohrung 14a, 14b gedrückt und anschließend verstemmt wird. Prinzipiell stehen auch anderen Verfahrens zum Verschließen der Öffnungen zur Verfügung. Schweißen wird allerdings insofern als kritisch angesehen, da infolge der Temperaturerhöhung negative Rückwirkungen auf die definierten Eigenschaften der Übertragungsflüssigkeit 16 auftreten können. Filling bore 14a, 14b is pressed and then caulked. In principle, other methods are also available for closing the openings. However, welding is viewed as critical insofar as negative repercussions on the defined properties of the transmission fluid 16 can occur as a result of the temperature increase.
Im regulären Messbetrieb liegen die Überlastmembranen 6a, 6b am Grundkörper 9 des Messwerks 2 vollflächig an. Die Anlage ist weitgehend formschlüssig, die Überlastmembranen 6a, 6b sind entsprechend vorgespannt. Der Messdruck p1 , p2 gelangt über die Trennmembranen 5a, 5b, die Druckkammern 7a, 7b, dieIn regular measuring operation, the overload diaphragms 6a, 6b are in full contact with the base body 9 of the measuring mechanism 2. The system is largely form-fitting, the overload membranes 6a, 6b are pretensioned accordingly. The measuring pressure p1, p2 reaches the separating membranes 5a, 5b, the pressure chambers 7a, 7b, the
Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b an die Rückseite der Zusatzdruckkammern 8a, 8b und parallel zu der Wandler-Kammer 3 bzw. zu dem drucksensitive Messelement 13. Die Überlastmembranen 6a, 6b und das Messelement 13 liegen hydraulisch parallel, es wirkt daher an beiden jeweils der gleiche Druck. An den Überlastmembranen 6a, 6b und dem Messelement 13 bildet sich der Differenzdruck dp aus P1-P2. Das drucksensitive Messelement 13 lenkt sich in Abhängigkeit von dem Differenzdruck aus. Da die Überlastmembranen 6a, 6b vorgespannt sind, wird ihre Auslenkung bis zu einem festgelegten Wert zwangsweise verhindert. Natürlich ist die Vorspannung auch größer als der Messbereich. Connecting capillaries 10a, 10b and the auxiliary capillaries 11a, 11b to the rear of the additional pressure chambers 8a, 8b and parallel to the converter chamber 3 or to the pressure-sensitive measuring element 13. The overload membranes 6a, 6b and the measuring element 13 are hydraulically parallel, so it works the same pressure on both. The differential pressure dp is formed from P1-P2 at the overload diaphragms 6a, 6b and the measuring element 13. The pressure-sensitive measuring element 13 is deflected as a function of the differential pressure. Since the overload membranes 6a, 6b are prestressed, their deflection is up to one forcibly prevented specified value. Of course, the preload is also larger than the measuring range.
Das drucksensitive Messelement 13 erhält über die Druckkammer 7b und die Verbindungskapillaren 11b, 10a die Druckinformation für die Plusseite (+). Über dieThe pressure-sensitive measuring element 13 receives the pressure information for the plus side (+) via the pressure chamber 7b and the connecting capillaries 11b, 10a. About the
Druckkammer 7a und die Verbindungskapillaren 11a, 10b wird die Druckinformation für die Minusseite (-) des drucksensitiven Messelementes 13 übermittelt. Die Wirkung der Parallelpfade über die Zusatzdruckkammern 8a, 8b sind aufgrund der vorgespannten und der näherungsweisen formschlüssigen Auflage der Überlastmembranen 6a, 6b auf dem Grundkörper 9 des Messwerks 2 nahezu vernachlässigbar. The pressure information for the minus side (-) of the pressure-sensitive measuring element 13 is transmitted to the pressure chamber 7a and the connecting capillaries 11a, 10b. The effect of the parallel paths via the additional pressure chambers 8a, 8b are almost negligible due to the pretensioned and approximately form-fitting support of the overload membranes 6a, 6b on the base body 9 of the measuring mechanism 2.
Im Überlastfall, also bei Auftreten eines einseitigen Überdrucks PeÜL auf der rechten Seite des Differenzdruckmessaufnehmers 1 an der Trennmembran 5b, steigt der Druck in der Druckkammer 7b an. Da die Überlastmembrane 6b am Grundkörper 9 anliegt, ist ein Druckanstieg in der Zusatzdruckkammer 8b nicht möglich. Der Druck gelangt über die Druckkammer 7b, die Verbindungskapillare 11 b auf den Kontenpunkt (2) und wirkt über die Verbindungskapillare 10a auf die Plusseite (+) des drucksensitiven Messelementes 13 und parallel auf die vom Prozess abgewandte Rückseite der Überlastmembrane 6a. Überschreitet der Druck die Vorspannung der Überlastmembrane 6a, so wird diese ausgelenkt und die Zusatzdruckkammer 8a kann das Öl 16 aufnehmen, welches aus der Druckkammer 7b verschoben wird. Der Druck in der Zusatzdruckkammer 8a und der nachfolgenden Druckkammer 7a steigt kontinuierlich an. Die Überlastmembrane 6a und die Trennmembrane 5a werden in Richtung des Prozesses ausgelenkt. Dieser Vorgang endet erst, wenn alles Öl 16 aus der Druckkammer 7b verschoben ist und die Trennmembrane 5b auf der sich am Grundkörper 9 des Messwerks 2 abstützendenIn the event of an overload, that is to say when a one-sided overpressure PeÜL occurs on the right-hand side of the differential pressure measuring transducer 1 on the separating membrane 5b, the pressure in the pressure chamber 7b rises. Since the overload diaphragm 6b rests on the base body 9, a pressure increase in the additional pressure chamber 8b is not possible. The pressure reaches the node (2) via the pressure chamber 7b, the connection capillary 11b and acts via the connection capillary 10a on the plus side (+) of the pressure-sensitive measuring element 13 and, in parallel, on the rear side of the overload membrane 6a facing away from the process. If the pressure exceeds the bias of the overload diaphragm 6a, it is deflected and the additional pressure chamber 8a can receive the oil 16 which is displaced out of the pressure chamber 7b. The pressure in the additional pressure chamber 8a and the subsequent pressure chamber 7a increases continuously. The overload membrane 6a and the separating membrane 5a are deflected in the direction of the process. This process only ends when all of the oil 16 has been displaced from the pressure chamber 7b and the separating membrane 5b is supported on the base body 9 of the measuring mechanism 2
Überlastmembrane 6b zur Anlage kommt. Sobald dieser Zustand erreicht ist, kann der Druck im Inneren des hydraulischen Systems nicht weiter ansteigen: Die Druckbegrenzung, d.h. der Überlastschutz, entfaltet seine Wirkung. Die Figuren Fig. 3a und Fig. 3b zeigt eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes. Der wesentliche Unterschied zu der in Fig. 2a bzw. Fig. 2b beschriebenen Lösung liegt in der Anordnung der Verbindungen/Kreuzungen von Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11a, 11b. Diese Verbindungen/Kreuzungen sind in einer separaten Komponente, einem Zwischenmodul 19, als Querbohrungen ausgeführt. Hierdurch lässt sich das Messwerk 2 vollsymmetrisch ausgestalten. Weitere Einzelheiten zu dieser Ausgestaltung sind der am selben Tag eingereichten entsprechenden Patentanmeldung der Anmelderin zu entnehmen. Diese sind explizit dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung zuzurechnen. Fig. 4 eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes. Die Funktionsweise des Überlastschutzes entspricht den Lösungen, die zuvor genannt wurden. Die Anordnung der Verbindungen/Kreuzungen der Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a. 10b, 11a, 11b erfolgt hier in der Wandlerkammer 3. Die Befüllungsbohrungen 14a, 14b sind in derOverload membrane 6b comes to rest. As soon as this state is reached, the pressure inside the hydraulic system cannot rise any further: the pressure limitation, ie the overload protection, takes effect. Figures 3a and 3b show a third embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with parallel connection of the overload protection. The essential difference to the solution described in FIG. 2a or FIG. 2b lies in the arrangement of the connections / crossings of connection and auxiliary capillaries 10a, 10b, 11a, 11b. These connections / crossings are implemented as cross bores in a separate component, an intermediate module 19. As a result, the measuring mechanism 2 can be designed to be fully symmetrical. Further details on this embodiment can be found in the corresponding patent application filed by the applicant on the same day. These are explicitly included in the disclosure content of the present application. 4 shows a fourth embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with a parallel connection of the overload protection. The functionality of the overload protection corresponds to the solutions mentioned above. The arrangement of the connections / crossings of the connection and auxiliary capillaries 10a. 10b, 11a, 11b takes place here in the converter chamber 3. The filling bores 14a, 14b are in the
Wandlerkammer 3 vorgesehen Auch hier ist das Messwerk vollsymmetrisch ausgestaltet. Weitere Einzelheiten zu dieser Ausgestaltung sind der am selben Tag eingereichten entsprechenden Patentanmeldung der Anmelderin zu entnehmen. Diese sind explizit dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung zuzurechnen. Converter chamber 3 provided Here, too, the measuring mechanism is designed to be fully symmetrical. Further details on this embodiment can be found in the corresponding patent application filed by the applicant on the same day. These are explicitly included in the disclosure content of the present application.
Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes. Die Funktionsweise des Überlastschutzes entspricht den Lösungen, die zuvor genannt wurden. Die Anordnung der Verbindungen/Kreuzungen der Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11a, 11 b erfolgt hier im Rückraum der Wandlerkammer 3. Die Befüllungsbohrungen 14a, 14b sind entweder in dem Messwerk 2 oder in der Wandlerkammer 3 vorgesehen. Auch ist eine Kombination beider Anordnungen möglich. Auch hier ist das Messwerk vollsymmetrisch ausgestaltet. Weitere Einzelheiten zu dieser Ausgestaltung sind der am selben Tag eingereichten entsprechenden Patentanmeldung der Anmelderin zu entnehmen. Diese sind explizit dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung zuzurechnen. Fig. 5 shows a fifth embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with parallel connection of the overload protection. The functionality of the overload protection corresponds to the solutions mentioned above. The connections / crossings of the connection and auxiliary capillaries 10a, 10b, 11a, 11b are arranged in the rear space of the converter chamber 3. The filling bores 14a, 14b are provided either in the measuring mechanism 2 or in the converter chamber 3. A combination of both arrangements is also possible. Here, too, the measuring mechanism is designed to be fully symmetrical. Further details on this embodiment can be found in the corresponding patent application filed by the applicant on the same day. These are explicitly included in the disclosure content of the present application.
Fig. 6 zeigt eine sechste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers mit Parallelschaltung des Überlastschutzes. Die Funktionsweise des Überlastschutzes entspricht den Lösungen, die zuvor genannt wurden. Die Anordnung der Verbindungen/Kreuzungen der Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11a, 11b liegen hier teilweise in der Wandlerkammer 3 und teilweise im Vorraum der Wandlerkammer 3. Die Befüllungsbohrungen 14a, 14b sind in der Wandlerkammer 3 vorgesehen. Auch hier ist das Messwerk vollsymmetrisch ausgestaltet. Fig. 6 shows a sixth embodiment of the differential pressure measuring transducer according to the invention with parallel connection of the overload protection. The functionality of the overload protection corresponds to the solutions mentioned above. The arrangement of the connections / crossings of the connection and auxiliary capillaries 10a, 10b, 11a, 11b are here partly in the converter chamber 3 and partly in the antechamber of the converter chamber 3. The filling bores 14a, 14b are provided in the converter chamber 3. Here, too, the measuring mechanism is designed to be fully symmetrical.
Die Figuren Fig. 7a und Fig. 7b zeigen Skizzen des Verlaufs der Verbindungskapillaren 10a, 10b und der Hilfskapillaren 11a, 11 b, 11c, 11 d bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdrucksaufnehmers 1 mit in Reihe geschaltetem Überlastschutz. Im Messwerk 2 befinden sich die Doppelmembranen 4a, 4b; in derFigures 7a and 7b show sketches of the course of the connecting capillaries 10a, 10b and the auxiliary capillaries 11a, 11b, 11c, 11d in an embodiment of the differential pressure sensor 1 according to the invention with overload protection connected in series. The double diaphragms 4a, 4b are located in the measuring mechanism 2; in the
Wandlerkammer 3 befindet sich die Differenzdruckmesszelle 12 mit dem drucksensitiven Element 13. The transducer chamber 3 contains the differential pressure measuring cell 12 with the pressure-sensitive element 13.
Jede der beiden Doppelmembranen 4a, 4b setzt sich zusammen aus einer Trennmembrane 5a, 5b und einer in Richtung der üblichen Druckwirkung hinter der Trennmembrane 5a, 5b angeordneten Überlastmembrane 6a, 6b. Zwischen der ersten Trennmembrane 5a und der ersten Überlastmembrane 6a ist eine erste Druckkammer 7a und zwischen der ersten Überlastmembrane 6a und dem Grundkörper 9 ist eine erste Zusatzdruckkammer 8a ausgebildet. Each of the two double membranes 4a, 4b is composed of a separating membrane 5a, 5b and one in the direction of the usual pressure effect behind the Separating diaphragm 5a, 5b arranged overload diaphragm 6a, 6b. A first pressure chamber 7a is formed between the first separating diaphragm 5a and the first overload diaphragm 6a, and a first additional pressure chamber 8a is formed between the first overload diaphragm 6a and the base body 9.
Zwischen der zweiten Trennmembrane 5b und der zweiten Überlastmembrane 6b ist eine zweite Druckkammer 7b und zwischen der zweiten Überlastmembrane 6b und dem Grundkörper 9 ist eine zweite Zusatzdruckkammer 8b ausgebildet. Die Überlastmembranen 6a, 6b sind bevorzugt derart vorgespannt, dass sie im normalen Messbetrieb an dem wie auch immer geformten Grundkörper 9 formschlüssig und vollflächig anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper 9 abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird. Bei Überschreiten des kritischen Grenzdruckes besteht die Gefahr, dass die Membrane des drucksensitiven Elements 13 zerstört wird und der Differenzdruckmessaufnehmer 1 funktionsuntüchtig wird. A second pressure chamber 7b is formed between the second separating diaphragm 5b and the second overload diaphragm 6b, and a second additional pressure chamber 8b is formed between the second overload diaphragm 6b and the base body 9. The overload diaphragms 6a, 6b are preferably pretensioned in such a way that, during normal measuring operation, they rest against the base body 9, regardless of shape, over the entire surface and only lift off the base body 9 when a predetermined critical limit pressure is exceeded. If the critical limit pressure is exceeded, there is a risk that the membrane of the pressure-sensitive element 13 will be destroyed and the differential pressure measuring transducer 1 will become inoperable.
Der ersten Zusatzdruckkammer 8a ist eine erste Verbindungskapillare 10a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b ist eine zweite Verbindungskapillare 10b zugeordnet. Über die beiden Verbindungskapillaren 10a, 10b wird der Druck hydraulisch zu der Differenzdruckzelle 12 in der Wandlerkammer 3 übertragen. Als Schutz des drucksensitiven Elements 13 vor einem einseitigen Überdruck ist der erstenA first connection capillary 10a is assigned to the first additional pressure chamber 8a and a second connection capillary 10b is assigned to the second additional pressure chamber 8b. The pressure is transmitted hydraulically to the differential pressure cell 12 in the converter chamber 3 via the two connecting capillaries 10a, 10b. The first is to protect the pressure-sensitive element 13 from overpressure on one side
Zusatzdruckkammer 8a eine erste Hilfskapillare 11a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b eine zweite Hilfskapillare 11 b zugeordnet. Der ersten Druckkammer 7a ist eine dritte Hilfskapillare 11c und der zweiten Druckkammer 7b eine vierte Hilfskapillare 11 d zugeordnet. Zur hydraulischen Kopplung ist die erste Hilfskapillare 11a mit der vierten Hilfskapillare 11 d und die zweite Hilfskapillare 11 b mit der dritten Hilfskapillare 11 c verbunden, wobei die Verbindungsstellen bzw. Kreuzungen hier in der Wandlerkammer 3 angeordnet sind. Additional pressure chamber 8a is assigned a first auxiliary capillary 11a and the second additional pressure chamber 8b is assigned a second auxiliary capillary 11b. A third auxiliary capillary 11c is assigned to the first pressure chamber 7a and a fourth auxiliary capillary 11d is assigned to the second pressure chamber 7b. For the hydraulic coupling, the first auxiliary capillary 11a is connected to the fourth auxiliary capillary 11d and the second auxiliary capillary 11b to the third auxiliary capillary 11c, the connection points or crossings being arranged in the converter chamber 3 here.
Im normalen Messbetrieb wird der Druck p1 über die Trennmembrane 5a, die Hilfskapillare 11 c, die Hilfskapillare 11 b und die Verbindungskapillare 10b zur Minusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Der Druck p2 wird über die Trennmembrane 5b, die Hilfskapillare 11 d, die Hilfskapillare 11a und die Verbindungskapillare 10a zur Plusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Liegen die Überlastmembranen 6a, 6b formschlüssig und vollflächig an dem Grundkörper 9 des Messwerks 2 an, ist gegebenenfalls ein hydraulischer Kanal in denIn normal measuring operation, the pressure p1 is transmitted to the minus side of the pressure-sensitive element 13 via the separating membrane 5a, the auxiliary capillary 11c, the auxiliary capillary 11b and the connecting capillary 10b. The pressure p2 is transmitted to the plus side of the pressure-sensitive element 13 via the separating membrane 5b, the auxiliary capillary 11d, the auxiliary capillary 11a and the connecting capillary 10a. If the overload diaphragms 6a, 6b are in a form-fitting and full-area contact with the base body 9 of the measuring mechanism 2, a hydraulic channel may be in the
Überlastmembranen 6a, 6b oder in den beiden Membranbetten eingebracht. Overload membranes 6a, 6b or placed in the two membrane beds.
Anhand von Pfeilen ist dargestellt, wie im Falle einer Überlast bzw. eines Überdrucks der Überdruck PeÜL in dem Kapillarsystem übertragen wird. Im dargestellten Fall tritt auf der Hochdruckseite an der Trennmembrane 5b ein Überdruck PeÜL auf. Bei Auftreten eines einseitigen Überdrucks PeÜL an einer der Membranen des drucksensitiven Elements 13 würde die Gefahr bestehen, dass das drucksensitive Element 13, bei dem es sich üblicherweise um einen Siliziumchip handelt, zerstört wird. Erfindungsgemäß wird diese Gefahr dadurch gebannt, dass der Überdruckschutz aktiviert wird, bevor der Überdruck PeÜL zu dem drucksensitiven Element 13 gelangt. Der an der Trennmembrane 5b anliegende Überdruck PeÜL wird von der Druckkammer 7b über die Zusatzmembrane 6b auf die Zusatzdruckkammer 8b übertragen und bringt die Trennmembrane 5b letztlich zur Anlage auf der am Grundkörper 9 des Messwerks 2 bereits anliegenden Überlastmembrane 6b. Eine eventuell noch in der Zusatzdruckkammer 8b vorhandenes Übertragungsflüssigkeit wird herausgedrückt. Nachfolgend kann dann keineThe use of arrows shows how the overpressure PeÜL is transmitted in the capillary system in the event of an overload or overpressure. In the case shown, an overpressure PeÜL occurs on the high pressure side at the separating membrane 5b. When a One-sided overpressure PeÜL on one of the membranes of the pressure-sensitive element 13 would run the risk of the pressure-sensitive element 13, which is usually a silicon chip, being destroyed. According to the invention, this risk is averted in that the overpressure protection is activated before the overpressure PeÜL reaches the pressure-sensitive element 13. The overpressure PeÜL applied to the separating membrane 5b is transmitted from the pressure chamber 7b via the additional membrane 6b to the additional pressure chamber 8b and ultimately brings the separating membrane 5b to rest on the overload membrane 6b already resting on the base body 9 of the measuring mechanism 2. Any transmission fluid still present in the additional pressure chamber 8b is pressed out. Then there can be no
Übertragungsflüssigkeit 16 mehr verschoben werden; der einseitige Überdruck PeÜL wird nicht zur Minusseite (-) des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Weiterhin wird der Überdruck PeÜL im Bypass über die Trennmembrane 5b, die Druckkammer 7b, die Hilfskapillare 11 d und die Hilfskapillare 11 a zur Zusatzdruckkammer 8a und von dort zur Überlastmembrane 6a geführt. Die vorgespannte Überlastmembrane 6a wird von ihrem Bett im Grundkörper 9 abgehoben und überträgt den Überdruck PeÜL zur Druckkammer 7a und zur Trennmembrane 5a. Infolge der Auslenkung der Überlastmembrane 6a und der Trennmembrane 5a kann die aus der Hochdruckseite herausgedrückte hydraulische Übertragungsflüssigkeit 16 in der Druckkammer 7a und der Zusatzdruckkammer 8a aufgenommen werden. Transmission fluid 16 can be moved more; the one-sided overpressure PeÜL is not transmitted to the minus side (-) of the pressure-sensitive element 13. Furthermore, the overpressure PeÜL is bypassed via the separating membrane 5b, the pressure chamber 7b, the auxiliary capillary 11d and the auxiliary capillary 11a to the additional pressure chamber 8a and from there to the overload membrane 6a. The pretensioned overload membrane 6a is lifted from its bed in the base body 9 and transfers the overpressure PeÜL to the pressure chamber 7a and to the separating membrane 5a. As a result of the deflection of the overload diaphragm 6a and the separating diaphragm 5a, the hydraulic transmission fluid 16 pressed out of the high pressure side can be received in the pressure chamber 7a and the additional pressure chamber 8a.
Es wird so viel Übertragungsflüssigkeit 16 von der Hochdruckseite des Doppelmembransystems 4b auf die Niederdruckseite des Doppelmembransystems 4a übertragen, bis auf der Hochdruckseite keine Übertragungsflüssigkeit 16 mehr verschoben werden kann, da die T rennmembrane 5b auf der sich an dem Grundkörper des Messwerks 2 abstützenden Überlastmembrane 6b anliegt. Der maximale Druck, welcher an der Plusseite (+) des drucksensitiven Elements 15 anliegt, lässt sich über die Rückstellkraft der Überlastmembrane 6a, 6b (Feder im ausgelenkten Zustand) festlegen bzw. dimensionieren. So wird einer Zerstörung des drucksensitiven Elements 13, üblicherweise eines Siliziumchips, effektiv entgegengewirkt. So much transfer fluid 16 is transferred from the high pressure side of the double diaphragm system 4b to the low pressure side of the double diaphragm system 4a until no more transfer liquid 16 can be displaced on the high pressure side because the separating diaphragm 5b rests on the overload diaphragm 6b which is supported on the main body of the measuring mechanism 2 . The maximum pressure which is applied to the plus side (+) of the pressure-sensitive element 15 can be determined or dimensioned via the restoring force of the overload diaphragm 6a, 6b (spring in the deflected state). Destruction of the pressure-sensitive element 13, usually a silicon chip, is thus effectively counteracted.
Um sicherzustellen, dass der Überdruck PeÜL zuerst die Überlastmembrane 6a auslenkt, bevor er die Membrane des drucksensitiven Elements 13 erreicht, sind bei der erfindungsgemäßen Lösung die hydraulischen Pfade in Serie geführt. Der druckempfindliche Chip 13 befindet sich hierbei am Ende der Reihenschaltung. Unterstützt bzw. sichergestellt wird dies durch entsprechend angepasste Kapillargeometrien, die in Richtung des druckempfindlichen Chips eine Bremsfunktion erfüllen. Zusätzlich oder alternativ können auch dem drucksensitiven Element 13 vorgeschaltete Dynamikbremsen 18 vorgesehen sein. Insbesondere sind die Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b, 11c, 11 d geeignet in Länge und Durchmesser dimensioniert, so dass die Funktion des Überlastschutzes sicher greifen kann. In order to ensure that the overpressure PeÜL first deflects the overload diaphragm 6a before it reaches the diaphragm of the pressure-sensitive element 13, the hydraulic paths are routed in series in the solution according to the invention. The pressure-sensitive chip 13 is here at the end of the series connection. This is supported or ensured by appropriately adapted capillary geometries, which have a braking function in the direction of the pressure-sensitive chip. In addition or as an alternative, dynamic brakes 18 connected upstream of the pressure-sensitive element 13 can also be provided. In particular, the connecting capillaries 10a, 10b and the auxiliary capillaries 11a, 11b, 11c, 11d are suitable in Length and diameter dimensioned so that the function of the overload protection can safely take hold.
Als vorteilhaft wird es gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers 1 angesehen, wenn zusätzlich oder alternativ in den Verbindungskapillaren 10a, 10b sog. Dynamikbremsen 18 eingesetzt sind. Diese verzögern die Weiterleitung des Drucks, insbesondere eines Überdrucks PeÜL, und schützen das drucksensitive Element 13 insbesondere auch vor im Prozess auftretenden Druckspitzen. Bei den Dynamikbremsen 18 kann es sich um Sintermetalleinsätze handeln. Bei Einsatz des Differenzdruckmessaufnehmers 1 im explosionsgeschützten Bereich werden die Dynamikbremsen aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt. In diesem Fall erfüllen die Dynamikbremsen 18 dann also eine Doppelfunktion: Verzögerte Weiterleitung des Drucks und Explosionsschutz entsprechend einer benötigten Explosionsschutzart. According to a further development of the differential pressure measuring transducer 1 according to the invention, it is considered advantageous if so-called dynamic brakes 18 are additionally or alternatively used in the connecting capillaries 10a, 10b. These delay the forwarding of the pressure, in particular an overpressure PeÜL, and protect the pressure-sensitive element 13 in particular from pressure peaks occurring in the process. The dynamic brakes 18 can be sintered metal inserts. When using the differential pressure measuring transducer 1 in the explosion-protected area, the dynamic brakes are made of a non-conductive material. In this case, the dynamic brakes 18 then fulfill a double function: Delayed forwarding of the pressure and explosion protection in accordance with a required explosion protection type.
Die in Fig. 8 dargestellte Ausgestaltung eines Differenzdrucksensors mit in Reihe geschaltetem Überlastschutz funktioniert so wie die zuvor beschriebene Ausgestaltung. Allerdings erfolgen die Kreuzungen/Verbindungen der Hilfskapillaren im Vorraum zur Wandlerkammer 3, ggf. in einem separaten Zwischenmodul 19. Auch hier ist das Messwerk vollsymmetrisch ausgestaltet. Weitere Einzelheiten zu dieser Ausgestaltung sind der am selben Tag eingereichten entsprechenden Patentanmeldung der Anmelderin zu entnehmen. Diese sind explizit dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung zuzurechnen. The embodiment of a differential pressure sensor with series-connected overload protection shown in FIG. 8 functions in the same way as the embodiment described above. However, the crossings / connections of the auxiliary capillaries take place in the anteroom to the converter chamber 3, possibly in a separate intermediate module 19. Here too, the measuring mechanism is designed to be fully symmetrical. Further details on this embodiment can be found in the corresponding patent application filed by the applicant on the same day. These are explicitly included in the disclosure content of the present application.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Differenzdruckmessaufnehmer 1 differential pressure sensor
2 Messwerk 3 Wandlerkammer 2 measuring mechanism 3 converter chamber
4 Doppelmembransystem 4 double membrane system
4a, 4b erste Doppelmembrane, zweite Doppelmembrane 5a, 5b erste Trennmembrane, zweite Trennmembrane 6a, 6b erste Überlastmembrane, zweite Überlastmembrane 7a, 7b erste Druckkammer, zweite Druckkammer 4a, 4b first double membrane, second double membrane 5a, 5b first separating membrane, second separating membrane 6a, 6b first overload membrane, second overload membrane 7a, 7b first pressure chamber, second pressure chamber
8a, 8b erste Zusatzdruckkammer, zweite Zusatzdruckkammer 9 Grundkörper 8a, 8b first additional pressure chamber, second additional pressure chamber 9 base body
10a, 10b Kapillarverbindungen / Verbindungskapillare 11a, 11b Kapillarverbindungen / Hilfskapillare 11c, 11d Kapillarverbindungen / Hilfskapillare 10a, 10b capillary connections / connecting capillary 11a, 11b capillary connections / auxiliary capillary 11c, 11d capillary connections / auxiliary capillary
12 Differenzdruckmesszelle 13 drucksensitives Differenzdruckelement 12 differential pressure measuring cell 13 pressure-sensitive differential pressure element
14a, 14b Befüllungsbohrung 15a, 15b Verschlusselement 16 Übertragungsflüssigkeit /Hydraulikflüssigkeit / Öl14a, 14b filling bore 15a, 15b closure element 16 transmission fluid / hydraulic fluid / oil
17a, 17b Kapillarröhrchen 18a, 18b Dynamikbremse 19 Zwischenbereich 17a, 17b capillary tubes 18a, 18b dynamic brake 19 intermediate area
20a, 20b Dynamikbremse 21 Prozessanschluss 22 Gehäuseadapter 20a, 20b dynamic brake 21 process connection 22 housing adapter

Claims

Patentansprüche Claims
1 .Differenzdruckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken (p1 , p2) mit einem Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3), wobei in der Wandlerkammer (3) eine Differenzdruckmesszelle (12) mit einem drucksensitiven Element (13) angeordnet ist, wobei in dem Messwerk an einem dem Prozess zugewandten Endbereich ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen (4a, 4b) vorgesehen ist, wobei die beiden Doppelmembranen (4a, 4b) jeweils aus einer Trennmembrane (5a, 5b) und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane (5a, 5b) angeordneten Überlastmembrane (6a, 6b) bestehen, wobei zwischen der ersten Trennmembrane (5a) und der ersten Überlastmembrane (6a) eine erste Druckkammer (7a) und zwischen der ersten Überlastmembrane (6a) und einem Grundkörper (9) des Messwerks (2) eine erste Zusatzdruckkammer (8a) ausgebildet ist, wobei zwischen der zweiten Trennmembrane (5b) und der zweiten Überlastmembrane (6b) eine zweite Druckkammer (7b) und zwischen der zweiten Überlastmembrane (6b) und dem Grundkörper (9) des Messwerks (2) eine zweite Zusatzdruckkammer (8b) ausgebildet ist, wobei jeder der beiden Druckkammern (7a, 7b) eine Kapillarverbindung (10, 11) zugeordnet ist, und wobei jeder der beiden Zusatzdruckkammern (8a, 8b) zumindest eine Kapillarverbindung (10, 11) zugeordnet ist, wobei die Kapillarverbindungen (10, 11) so ausgestaltet und verbunden/gekoppelt sind, dass im normalen Messbetrieb die an den Trennmembranen (5a, 5b) anliegenden Drücke (p1 , p2) hydraulisch zu dem drucksensitiven Element (13) übertragen werden, und dass im Überdruckfall der Überdruck mittels einer Hydraulikflüssigkeit (16) von der Hochdruckseite (4b) auf die Niederdruckseite (4a) hydraulisch übertragen wird, so dass die Überdruckmembrane (6a) und die Trennmembrane (5a) zur Auslenkung gebracht werden und die von der Hochdruckseite (4b) verschobene Hydraulikflüssigkeit (16) in der Zusatzdruckkammer (8a) auf der Niederdruckseite (4a) aufgenommen wird, bevor der Überdruck zu dem drucksensitiven Element (13) gelangt, wobei der Grundkörper des Messwerks (2) einteilig ausgestaltet ist und zumindest bis zu den Verbindungen/Kopplungen der1. Differential pressure sensor (1) for determining the differential pressure of two pressures (p1, p2) with a measuring mechanism (2) and a converter chamber (3), with a differential pressure measuring cell (12) with a pressure-sensitive element (13) in the converter chamber (3) is arranged, wherein a coplanar double membrane system with two double membranes (4a, 4b) is provided in the measuring mechanism at an end area facing the process, the two double membranes (4a, 4b) each consisting of a separating membrane (5a, 5b) and one in the direction of the There is a pressure effect behind the separating membrane (5a, 5b) arranged overload membrane (6a, 6b), with a first pressure chamber (7a) between the first separating membrane (5a) and the first overload membrane (6a) and between the first overload membrane (6a) and a base body (9) of the measuring mechanism (2) a first additional pressure chamber (8a) is formed, with a second pressure chamber (7b) and between the second separating membrane (5b) and the second overload membrane (6b) n the second overload membrane (6b) and the base body (9) of the measuring mechanism (2) a second additional pressure chamber (8b) is formed, each of the two pressure chambers (7a, 7b) being assigned a capillary connection (10, 11), and each at least one capillary connection (10, 11) is assigned to the two additional pressure chambers (8a, 8b), the capillary connections (10, 11) being designed and connected / coupled in such a way that the pressures applied to the separating membranes (5a, 5b) during normal measuring operation (p1, p2) are transmitted hydraulically to the pressure-sensitive element (13), and that in the event of overpressure, the overpressure is transmitted hydraulically by means of a hydraulic fluid (16) from the high pressure side (4b) to the low pressure side (4a), so that the overpressure membrane (6a ) and the separating membrane (5a) are caused to deflect and the hydraulic fluid (16) displaced from the high pressure side (4b) is received in the additional pressure chamber (8a) on the low pressure side (4a), before r the overpressure reaches the pressure-sensitive element (13), the base body of the measuring mechanism (2) being designed in one piece and at least up to the connections / couplings of the
Kapillarverbindungen (10, 11) einen im Wesentlichen vollsymmetrischen Aufbau aufweist. Capillary connections (10, 11) have an essentially fully symmetrical structure.
2. Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 1 , wobei die Überlastmembranen (6a, 6b) so vorgespannt sind, dass sie im normalen Messbetrieb im Wesentlichen an dem Grundkörper (9) des Messwerks (2) anliegen und dass bei Überschreiten eines das drucksensitive Element (13) gefährdenden Überdrucks die Überlastmembrane (6b) auf der Hochdruckseite (4b) an den Grundkörper (9) angepresst wird und die Überlastmembrane (6a) auf der Niederdruckseite (4a) von dem Grundkörper (9) abgehoben wird. 2. Differential pressure measuring transducer according to claim 1, wherein the overload diaphragms (6a, 6b) are pretensioned in such a way that, in normal measuring operation, they essentially rest against the base body (9) of the measuring mechanism (2) and that if a pressure-sensitive element (13) is exceeded Overpressure, the overload membrane (6b) on the high pressure side (4b) is pressed against the base body (9) and the overload membrane (6a) on the low pressure side (4a) is lifted off the base body (9).
3. Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Messwerk (2) integraler Bestandteil eines im Wesentlichen symmetrisch aufgebauten Prozessanschlusses (21) ist und wobei die Wandlerkammer (3) in einem mit dem Prozessanschluss (21) verbundenen Gehäuseadapter (22) integriert ist. 3. Differential pressure transducer according to claim 1 or 2, wherein the measuring mechanism (2) is an integral part of an essentially symmetrically constructed process connection (21) and wherein the converter chamber (3) is integrated in a housing adapter (22) connected to the process connection (21).
4. Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Kapillarverbindungen (10, 11) als Kapillarbohrungen und/und oder als Kapillarröhrchen ausgestaltet sind. 4. Differential pressure transducer according to claim 1, 2 or 3, wherein the capillary connections (10, 11) are designed as capillary bores and / or as capillary tubes.
5. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, wobei die Anzahl, die Anordnung und Kopplung der Kapillarverbindungen so bemessen oder ausgestaltet ist, dass das drucksensitive Element (13) und die dem Überdruckschutz dienenden Überlastmembranen (6a, 6b) druckdynamisch gesehen in Reihe geschaltet sind (Variante B2, Variante C1 , 5. Differential pressure transducer according to one or more of claims 1-4, wherein the number, the arrangement and coupling of the capillary connections is dimensioned or designed so that the pressure-sensitive element (13) and the overload membranes (6a, 6b) serving for overpressure protection, viewed in terms of pressure dynamics Are connected in series (variant B2, variant C1,
6. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, wobei die Anzahl, die Anordnung und Kopplung der Kapillarverbindungen so bemessen oder ausgestaltet ist, dass das drucksensitive Element (13) und die dem Überdruckschutz dienenden Überlastmembranen (6a, 6b) druckdynamisch gesehen parallel geschaltet sind (Variante A1 , Variante A2, Variante B1 , Variante C2a, Variante C3, Variante C4). 6. Differential pressure transducer according to one or more of claims 1-4, wherein the number, arrangement and coupling of the capillary connections is dimensioned or designed so that the pressure-sensitive element (13) and the overload membranes (6a, 6b) serving for overpressure protection are parallel in terms of pressure dynamics are switched (variant A1, variant A2, variant B1, variant C2a, variant C3, variant C4).
7. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplung der Verbindungskapillaren (10, 11) zum Zwecke des Überdruckschutzes im Messwerk (2), im Zwischenbereich (19) von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3), teilweise im Zwischenbereich von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) und teilweise in der Wandlerkammer (3), in der Wandlerkammer (3) oder im Rückraum der Wandlerkammer (3) vorgesehen ist. 7. Differential pressure transducer according to one or more of the preceding claims, wherein the coupling of the connecting capillaries (10, 11) for the purpose of overpressure protection in the measuring unit (2), in the intermediate area (19) of the measuring unit (2) and converter chamber (3), partly in the intermediate area of the measuring mechanism (2) and converter chamber (3) and partially in the converter chamber (3), in the converter chamber (3) or in the rear of the converter chamber (3).
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