KR101511654B1 - 압력 변환기, 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 압력 센서 - Google Patents

압력 변환기, 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 압력 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분리 다이어프램(5a,5b), 적어도 하나의 제1압력 감지 요소(6a,6b), 접촉 매체(7a,7b), 적어도 하나의 제1접속 요소(8a,8b) 및 적어도 하나의 제1시일(9a,9b)을 갖춘 하우징(4)을 가진, 공정 매체(3a,3b) 내의 적어도 하나의 압력(pa,pb)을 결정하기 위한 압력 센서(2)용 압력 변환기로서, 분리 다이어프램(5a,5b)은 접촉 매체(7a,7b)로부터 공정 매체(3a,3b)를 분리하고, 접촉 매체(7a,7b)는 분리 다이어프램(5a,5b)에 의해 결정된 공정 매체(3a,3b)의 압력(pa,pb)을 제1압력 감지 요소(6a,6b)로 전달하고, 제1시일(9a,9b)은 제1접속 요소(8a,8b)를 수용하고 하우징(4), 분리 다이어프램(5a,5b) 및 제 1 시일(9a,9b)은 제1압력 챔버(10a,10b)를 형성하는 압력 변환기에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 특히 제1시일의 영역에서의 틈(flaw)의 낮은 검출에 대해, 종래 기술에 알려진 압력 변환기의 -적어도 부분적으로- 전술한 문제점을 피하는 것이다. 상기 목적은 제2압력 챔버(14)가 제1시일(9a,9b)과 마주하는 제1압력 챔버(10a,10b) 측에 제공되고 제2압력 감지 요소(15)는 제2압력 챔버(14)에 배치되어 달성된다.
제 2 압력 챔버, 제 1 시일, 제 1 압력 챔버, 제 2 압력 감지 요소

Description

압력 변환기, 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 압력 센서{Pressure transducer, method for monitoring the state of a pressure transducer and pressure sensor}
본 발명은 하우징, 분리 다이어프램, 적어도 하나의 제 1 압력 감지 요소, 및 적어도 제 1 시일과 함께 하우징을 가진, 공정 매체 내의 적어도 하나의 압력을 결정하기 위한 압력 센서용 압력 변환기로서, 상기 분리 다이어프램은 상기 접촉 매체로부터 상기 공정 매체를 분리하고, 상기 접촉 매체는 상기 분리 다이어프램에 의해 결정된 상기 공정 매체의 상기 압력을 상기 제 1 압력 감지 요소로 전달하고, 상기 제 1 시일은 상기 제 1 접속 요소를 수용하고 상기 하우징, 상기 분리 다이어프램 및 상기 제 1 시일은 제 1 압력 챔버를 형성하는 압력 변환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이와 같은 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 이와 같은 압력 변환기가 제공된 압력 센서에 관한 것이다.
여기서 논의되는 형태의 압력 변환기들은 오랜 동안 알려져 왔고 공정 매체에서 결정될 압력을 추가 처리될 수 있는 측정 신호로 변환하기 위해 사용, 예를 들면 공정 제어 태스크 범위의 가장 넓은 견지에서 디스플레이되거나 사용된다.
공정 매체 또는 각각 압력 변환기의 제 1 압력 챔버 내의 압력을 측정하기 위해 그리고 압력을 대응하는 패러미터로 변환하기 위해 기본적으로 사용되는 물리적 작용은 매우 상이하고 기계적 또는 유체정력학적 원리에 기초하지만, 종종 평가될 수 있는 전기 효과(예컨대, 탄성 압력 감지 프로브들, 전기 왜곡 측정, 용량성 편향 측정, 스트레인 게이지(strain gauge)를 이용한 변형 측정, 유도성 또는 용량성 거리 측정 또는 피에조 전기, 자기탄성 또는 저항 압력 감지 프로브들)를 보이는 방법들에 기초한다. 압력 변환을 위한 정확한 방법은 여기에 기술된 발명의 범위에서는 중요하지 않다. 또 압력 변환기가 절대, 기준 또는 상대 압력측정을 위한 변환기인지의 여부는 중요하지 않고, 여기에 보인 모든 고려사항은 위에 언급된 유형의 압력 변환기들 모두에 대해 적용될 수 있다.
압력 변환기의 외측에서 발견되는 공정 매체를 압력 변환기의 내부로부터 분리하는 분리 다이어프램과 함께 여기 논의되는 종류의 압력 변환기의 전술한 실시예는 주로 압력 변환기의 내부를 보호하기 위해 존재하지만, 특히 공격적인 공정 매체로부터 압력 변환기의 압력 감지 요소를 보호하기 위해 존재한다. 이 때문에, 분리 다이어프램은 일반적으로 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy) 또는 탄탈륨과 같은 잘 부식하지 않는 재료로 만들어지며, 여기서 분리 다이어프램은 매우 얇아야 하며, 예를 들면 30㎛ 내지 50㎛ 범위에 있어야 하며, 그 결과 공정 매체로부터 제 1 압력 챔버 내의 대부분 액체인 접촉 매체로 압력을 전달하는 것은 분리 다이어프램에 의한 영향을 받지 않고 일어날 수 있고, 압력 변환기의 동력학(dynamics)은 가능한 한 적게 감소된다.
적용 범위에 의존하여, 압력 변환기들은 높은 기계적 부하에, 예를 들면 압력 임펄스들, 온도 변동 및 화학적으로 공격적인 공정 매체를 통해 노출될 수 있고, 그 결과 매우 얇고 따라서 기계적으로 민감한 분리 다이어프램이 누설되는 지점에서 손상될 수 있고 공정 매체는 압력 변환기의 내부로부터 더 이상 유지될 수 없다. 압력 변환기의 내부로의 화학적으로 공격적인 공정 매체의 침입은 종종 전체 공정 내의 중요한 교란으로 이어지는 보통 압력 변환기의 파괴를 야기하는데 그 이유는 상태 변수가 압력 변환기에 의해 공급되거나 각각 압력 변환기가 적용되는 압력 센서가 일반적으로 제어 또는 조절의 범위에서 공정에 대해 거꾸로 작용하기 때문이다.
그러나 압력 변환기로 침투하는 공정 매체의 결과는 특히 공정 매체가 가연성이거나 폭발성이 있을 때 훨씬 더 심각할 수 있다. 이 경우에, 대부분의 압력 변환기들에서 일어나는, 전위에 접속되면, 제 1 압력 챔버 내의 제 1 압력 감지 요소위에서 공정 매체가 발화할 위험이 있다. 가장 큰 위험은, 공급장치의 모든 영역의 폭발 및 공정 매체에 의한 이송 공정으로 이어질 수 있는, 제 1 압력 챔버 내의 제 1 압력 감지 요소 위에서 발화된 공정 매체로부터의 불꽃이 제 1 압력 챔버를 넘어서 외측 공정 파이프라인으로 확산하는 것이다. 이와 같은 불꽃의 확산은 제 1 압력 챔버의 영역에서의 적절한 구조적 대책에 의해 방지될 수 있고, 이와 같은 "방화벽(flame barrier)"을 가진 변환기들은 "이엑스-디(ex-d)" 방폭(explosion proof)으로서 알려져 있다.
그러나, 상기한 안전 메카니즘에 의해 방지되지 않는 다른 결함들이 경험으 로부터 알려져 있다. 입증된 위험한 결함은 제 1 압력 챔버의 제 1 시일이 누설되어 접촉 매체가 제 1 압력 챔버 밖으로 누설될 수 있고, 분리 다이어프램에 추가 손상이 있는 경우에, 가연성 공정 매체가 제 1 압력 챔버와 마주하는 제 1 시일의 다른 측상의 압력 변환기의 영역으로 제 1 압력 챔버에 의해 방해받지 않고 제 1 시일을 통해 침투할 수 있다는 것에 있다. 제 1 압력 챔버와 마주하는 제 1 시일의 이러한 측면 상에, 압력 센서에 속하는 전기 회로가 보통 있으므로, 여기서 공정 매체가 발화될 가능성이 더 있다. 가연성의 공정 매체는, 전술한 안전 메카니즘이 제 1 압력 챔버의 영역에서 폭발의 돌파(breakthrough)에 대한 방어를 더 이상 보장하지 않는 양으로 발화될 충분한 공간을 여기에 가진다. 특히, 예컨대 제 1 압력 챔버의 외부로부터 제 1 압력 감지 요소의 전기 접속을 허용하는, 접속 요소들이 제공되는 제 1 시일에서의 피드스루(feedthrough)는 누설을 일으킬 수 있는 약한 지점들이다.
따라서, 본 발명의 목적은 특히 제 1 시일 영역에서의 틈(flaw)의 검출을 허용하기 위해, 알려진 압력 변환기에서의 상기한 문제점을 -적어도 부분적으로- 피하는 것이다.
상기 목적은 제 2 압력 챔버가 제 1 시일과 마주하는 제 1 압력 챔버 측에 제공되고 제 2 압력 감지 요소가 제 2 압력 챔버 내에 배치되는, 여기에서 논의되 는 압력 변환기와 먼저 그리고 필연적으로 부합한다. 이러한 건설적인 방법은 특히 높은 폭발 위험성이 있는 제 1 시일과 마주하는 제 1 압력 챔버 측의 공간이 또한 공간에서 우세한 압력에 대해 모니터링될 수 있게 한다. 제 1 압력 챔버의 제 1 시일에서의 누설은 -예기치 않게- 제 2 압력 챔버 내의 제 2 압력 감지 요소에 의해 검출될 수 있는 제 2 압력 챔버 내의 압력 변화를 항상 야기할 것이다.
본 발명의 특히 유리한 실시예에 있어서, 압력 변환기는 제 1 시일이 완벽한 밀봉 상태에 있을 때 제 2 압력 챔버 내의 압력이 제 1 압력 챔버 내의 압력에 반드시 독립하도록 설계된다. 따라서, 이 경우에, 제 1 시일의 누설은 제 2 압력 감지 요소가 제 1 압력 챔버 내의 압력에 대한 의존을 보이거나 또는 가장 단순한 경우에, 단지 시간 이동가능한(time-shiftable) 압력을 기록하는 것이 관측될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 압력 변환기는 제 1 시일이 완벽한 밀봉 상태에 있을 때 제 2 압력 챔버 내의 압력이 제 1 압력 챔버 내의 압력에 의존하도록 설계된다. 상기 실시예는 제 2 압력 감지 요소에 의해 측정된 제 2 압력 챔버 내의 압력이 제 1 압력 감지 요소에 의해 측정된 제 1 압력 챔버 내의 압력에 예상했던 방식으로 더 이상 응답하지 않을 때 제 1 압력 챔버의 제 1 시일에서의 누설을 인식할 가능성을 열어둔다. 본 발명의 실시예는 공정 매체로부터 제 1 압력 챔버, 제 1 시일, 제 2 압력 챔버 및 제 2 압력 감지 요소까지의 압력 전송을 위한 경로가 특별한 완충 전달 거동을 갖는 경로라는 지식에 기초한다. 이러한 전달 거동은 관련된 전달 요소들의 기계적-기하학적 조건들의 변화에 의해 따라서 제 2 압 력 챔버로부터 제 1 압력 챔버를 분리하는 제 1 시일의 견실함(soundness)의 변화에 의해 영향을 받는다. 제 1 시일의 견실함의 변화는 제 2 압력 감지 요소에 의해 측정된 제 2 압력 챔버 내의 압력이 제 1 압력 감지 요소에 의해 측정된 제 1 압력 챔버 내의 압력보다 더 높거나 낮거나 어느 정도 완충되는 것에서 반드시 관찰할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제 2 압력 챔버는 제 2 시일을 가지며, 여기서 제 2 시일은 적어도 제 2 접속 요소 및 제 2 압력 감지 요소를 수용하고 및/또는 간접적으로 제 1 압력 감지 요소는 제 2 접속 요소를 통해 특히 제 2 압력 챔버의 외부로부터 접속된다.
제 1 압력 챔버가 제 1 시일을 가지며 제 2 압력 챔버가 제 2 시일을 가진다고 할 때, 그것은 이들 시일들이 하우징으로부터 분리되어 설계되어야 하는 것보다 오히려 이들이 하우징 내에 또는 각각 하우징 벽에 설계되어, 하우징이 제 1 접속 요소 또는 제 2 접속 요소로 각각 확실하게 폐쇄된다는 것을 의미하지 않는다.
접속 요소들은, 예를 들면 제 1 압력 감지 요소 또는 제 2 압력 감지 요소를 각각 접촉시키기 위한 전기 회로 지점들이지만, 상이한 압력 센서 또는 접촉 매체로 제 1 압력 챔버를 충전하기 위한 필러 네크(filler neck)인 경우에 이들은 도관 튜브에 대한 접속 지점들일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 제 1 시일 및 제 2 시일은 또한 이들이 확실히 별개로 만들어질 수 있고, 여기서 제 1 시일 및 제 2 시일은 바람직하게는 세라믹 또는 유리로, 바람직하게는 소결(sintering)을 이용하여 만들어진다. 원재료에 의존하여, 이와 같은 시일들은 또한 공격적인 공정 매체에 대해 높은 저항성이 있다.
전술한 목적은 또한 본 발명에 따른 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법과 부합하며, 여기서 상기 압력 변환기는 하우징, 분리 다이어프램, 적어도 제 1 압력 감지 요소, 접촉 매체, 적어도 제 1 접속 요소 및 적어도 제 1 시일을 구비하고, 상기 분리 다이어프램은 상기 접촉 매체로부터 상기 공정 매체를 분리하고, 상기 접촉 매체는 상기 분리 다이어프램을 통해 전달된 상기 공정 매체의 상기 압력을 상기 제 1 압력 감지 요소로 전달하고, 상기 제 1 시일은 상기 제 1 접속 요소를 수용하고 상기 하우징, 상기 분리 다이어프램 및 상기 제 1 시일은 제 1 압력 챔버를 형성하고, 제 2 압력 챔버가 상기 제 1 시일과 마주하는 상기 제 1 압력 챔버측에 제공되고, 제 2 압력 감지 요소가 상기 제 2 압력 챔버 내에 배치된다. 이와 같은 압력 변환기에 적용되는 본 발명에 따른 방법은 상기 제 2 압력 챔버 내의 상기 제 2 압력 감지 요소에 의해 결정된 상기 압력값이 주어진 압력값과 비교되고 편차 신호(deviation signal)가 상기 제 2 압력 챔버에 대해 결정된 상기 압력값이 주어진 또는 상기 주어진 압력값으로부터 미리 정해진 편차를 각각 초과하며 상쇄된다고 하는 것을 최우선으로 그리고 반드시 제공한다.
본 발명에 따른 방법은 가능성이 먼저 제 2 압력 감지 요소에 의해 제 2 압력 챔버 내의 제 1 압력 챔버와 마주하는 시일 측에서 압력을 측정하고 따라서 상기 압력 또는 제 2 압력 챔버 내의 압력 진행과 주어진 압력값을 각각 비교하는 것의 이익을 얻는다.
본 발명에 따른 방법의 특히 최선의 실시예에서, 편차 신호는 사라질 뿐만 아니라 압력 변환기 또는 압력 변환기의 제 1 압력 감지 요소 및/또는 제 2 압력 감지 요소는 각각 전위가 없거나 한정된 전위로 바뀌거나 바뀔 것이다. 이러한 방법은 제 1 압력 챔버 및/또는 제 2 압력 챔버로 침투하는 공정 매체가 제 1 압력 감지 요소 및/또는 제 2 압력 감지 요소 및/또는 제 1 압력 챔버 및 제 2 압력 챔버의 외부에 위치된 다른 전기 회로부들의 전기 방전으로 인한 발화를 방지한다.
제 1 시일이 결함이 없고 밀봉된 상태에 있을 때 제 2 압력 챔버 내의 압력이 제 1 압력 챔버 내의 압력에 반드시 독립하는 방식으로 압력 변환기가 설계될 경우, 이 때 이 방법의 최선의 실시예에서, 기본적으로 일정한 압력값이 주어진 압력값으로서, 특히 "정상(normal)" -예컨대 프리셋- 조건을 포함하는 값으로서 선택된다. 주어진 압력값으로부터 허용되는 편차는 바람직하게는 제로(0) 편차가 아니며 오히려 주어진 압력값으로부터의 편차는 이러한 주어진 압력값 주위의 허용 범위 내에 있다. 허용 범위는 특히 온도차에 의해서만 야기되는 제 2 압력 챔버 내의 압력 변동이 편차 신호의 상쇄로 이어지지 않도록 측정된다.
그러나, 제 1 시일이 결함이 없고 밀봉된 상태에 있을 때 제 2 압력 챔버 내의 압력이 제 1 압력 챔버 내의 압력에 어느 정도 의존성을 갖도록 압력 변환기가 설계될 경우, 이 때 주어진 또는 미리 설정가능한 압력값이 제 1 압력 챔버 내의 제 1 압력 감지 요소에 의해 결정되는 압력이 되도록 문제의 상기 방법은 바람직하게 설계된다. 따라서, 제 2 압력 챔버 내의 압력을 제 1 압력 챔버 내의 압력과 비교함으로써 제 2 시일의 압력 전달 거동이 제 1 압력 챔버로부터 제 2 압력 챔버로의 압력 전달에 대해 일정하게 모니터링되는 것이 유지되고, 이러한 방식으로, 누 설이 제 1 압력 챔버와 제 2 압력 챔버 사이에서 검출된다.
특히 마지막에 언급한 방법에서, 주어진 압력값으로부터 제 2 압력 챔버 내의 제 2 압력 감지 요소에 의해 결정된 압력값의 편차를 평가함에 있어서, 제 2 압력 챔버에서 결정된 압력값 및/또는 주어진 압력값의 역동적인 변화가 고려될 때 유리하다는 것이 입증되었다. 이것은 제 2 압력 챔버의 제 1 압력 챔버로부터의 압력 신호의 역동적인 전달 거동의 지식이 이용된다는 것을 의미한다. 여기서, 압력값들의 일시적인 감소 및/또는 비교될 상기 압력값들간의 정지 시간(down time)을 고려하는 것이 특히 현명하다.
끝으로, 전술한 목적은 전술한 유형의 압력 변환기를 구비하고, 측정된 압력값이 평가기에 의해 처리될 수 있도록 상기 압력 변환기 또는 상기 제 1 압력 감지 요소 및/또는 상기 제 2 압력 감지 요소에 각각 신호에 의해 접속되는 전자 평가기를 추가로 가지는 압력 센서와 부합한다. 평가기는 전술한 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법의 실행이 가능하도록 설계된다.
압력 센서의 특히 단순한 구성의 구현은 전자 평가기가 적어도 부분적으로 제 2 압력 챔버 내에 제공될 때 가능하다. 원칙적으로, 이것은 제 1 압력 감지 요소 및 제 2 압력 감지 요소로부터 오는 신호의 평가가 제 2 압력 챔버에서 이미 실행될 수 있고 제 1 압력 감지 요소와 제 2 압력 감지 요소와 불가피하게 협력해 가는 신호 전송이 더 이상 제 2 압력 챔버를 통해 이루어지지 않아야 한다는 것을 허용한다. 바람직하게는 제 2 압력 감지 요소는 평가기에 의해 통합되고, 특히 제 2 압력 감지 요소는 평가기의 인쇄 회로 기판 위에 또는 제 1 부분의 인쇄 회로 기판 위에 각각 제공된다.
상세하게는 본 발명에 따른 압력 변환기, 본 발명에 따른 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 압력 센서를 설계하고 더 발전시킬 다양한 가능성이 있다. 이 사항에 관해서는, 한편에서는 청구항 1 내지 5에 종속하는 청구항들을 참조하고 한편에서는 도면과 관련된 실시예의 이하의 상세한 설명을 참조하라.
도 1 내지 도 7에서, 압력 변환기(1)는 완전한 압력 센서와 관련하여 도시되고, 여기서, 그것은 결합된 절대 및 차동 압력 센서 요소이다. 압력 변환기(1)는 공정 매체(3a, 3b) 내의 적어도 하나의 압력(pa, pb)을 결정하도록 작용한다. 압력 변환기(1)는 분리 다이어프램(5a, 5b), 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b), 접촉 매체(7a, 7b), 다수의 접속 요소들(8a, 8b) 및 제 1 시일(9a, 9b)과 함께 하우징(4)을 가진다. 전술한 압력 변환기(1)는 또한 반드시 압력차 변환기이므로, 측정방법과 결합된 구조 모두는 실제로 2배로 존재하며, 그러나 상기 및 도시된 압력 변환기(1) 및 상기 및 도시된 압력 센서(2) 및 도면들을 이용하여 기술된 방법은 단순한(절대) 압력 센서만큼 쉽게 실현될 수 있다는 사실을 변경하지 않는다.
분리 다이어프램(5a, 5b)은 항상 사용할 수 있는 홀스토이(Hallstoy)로 만들어지고 접촉 매체(7a, 7b)로부터 공정 매체(3a, 3b)를 분리하고, 여기서 접촉 매체(7a, 7b)는 한편에서는 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)로 공정 매체(3a, 3b) 내의 압력(pa, pb)의 바람직하게는 약화되지 않고 전달되도록 해야 하고, 다른 한편에서 는 가능한 저돌적인 또는 폭발적인 공정 매체(3a, 3b)와 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b) 사이의 배리어로서 작용한다.
하우징(4), 분리 다이어프램(5a, 5b) 및 제 1 시일(9a, 9b)은 제 1 압력 챔버(10a, 10b)를 형성하고 접촉 매체(7a, 7b)가 제 1 압력 챔버(10a, 10b)를 완전히 충전하는 것을 도 1 내지 도 5에서 알 수 있다.
제 1 시일(9a, 9b)은 제 1 접속 요소(8a, 8b)를 수용하고, 도 1 내지 도 4에서, 제 1 접속 요소(8a) 및 제 1 접속 요소(8b)는 각각 다수의 접속 요소들, 즉 압력차를 측정하기 위해 제 1 압력 챔버(10a, 10b)로부터 제 1 압력 감지 요소(6a)로 압력을 전달하는 컨듀잇 튜브들(conduit tubes)(11), 접촉 매체(7a, 7b)로 제 1 압력 챔버(10a, 10b)를 충전하기 위해 사용되는 충전 부품(12) 및 전위를 제 1 접속 요소(8a, 8b)에 전달하고 제 1 접속 요소(8a, 8b)로부터 전달받는 전기 케이블(13)을 구비한다.
완전한 압력 변환기(1)가 도 1에 도시되어 있고, 이 완전한 압력 변환기(1)는 무결점 분리 다이어프램(5a, 5b) 및 무결점 제 1 시일(9a, 9b)을 가지며, 따라서 폐쇄된 제 1 압력 챔버(10a, 10b)를 가진다. 도 4에 도시된 고장 위치는 특히 위험한데, 분리 다이어프램(5a, 5b) 뿐만 아니라 제 1 시일(9a, 9b)도 결함이 있으므로 접촉 매체(7a, 7b)는 더 이상 공정 매체(3a, 3b)와 제 1 시일(9a, 9b)과 마주하는 제 1 압력 챔버(10a, 10b)의 측의 공간 사이에 배리어를 형성하지 않고, 그 결과 압력 변환들에서는 -종래 기술로 알려져 있고, 여기에 도시하지 않은- 가연성 공정 매체가 전기 회로들 및 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)의 전기 접속부를 연소시 킬 위험이 있다.
이러한 위험을 피하기 위해, 도 1 내지 도 4에 도시된 압력 변환기(1)는 제 2 압력 챔버(14)가 제 1 시일(9a, 9b)과 마주하는 제 1 압력 챔버 측에 제공되고, 제 2 압력 감지 요소(15)가 제 2 압력 챔버(14)에 배치되도록 설계된다. 이러한 방법으로 인해, 제 1 시일(9a, 9b)을 통과한 공정 매체는 고압 센서(2)의 전기 회로부와 직접 접촉하지 않고, 오히려 먼저 제 2 압력 챔버(14)에 도달하는 데, 여기서 거기에 제공된 제 2 압력 감지 요소(15)는 일반적으로 제 2 압력 챔버(14) 내의 변화된 압력 환경에 기초하여 상기한 고장을 인식할 가능성이 있게 된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 압력 변환기에 있어서, 제 2 압력 챔버(14) 내의 압력(p2)은 제 1 시일(9a, 9b)이 완벽하게 밀봉된 상태에 있을 때, 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 내의 압력(p1)에 특정 의존성을 가진다. 더욱이, 제 2 압력 챔버(14)는 각각 제 2 시일(16)을 가지며, 여기서 제 2 시일(16)은 적어도 하나의 제 2 접속 요소(17) 및 제 2 압력 감지 요소(15)를 수용하며, 간접적으로 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)는 제 2 접속 요소(17)를 통해 접촉된다.
여기에 도시되지 않은 다른 실시예에 있어서, 제 2 압력 챔버(14) 내의 압력(p2)은 반드시 제 1 시일(9a, 9b)이 제 2 압력 챔버(14)로부터 제 1 압력 챔버(10a, 10b)의 특히 양호한 분리에 의해 실현되는, 완벽하게 밀봉된 상태에 있을 때, 제 1 압력 챔버(10a, 10b)의 압력(p1a, p1b)에 독립한다. 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 있어서, 제 1 시일(9a, 9b) 뿐만 아니라 제 2 시일(16)은 내식성면에서 매우 양호한 특성을 가진 유리재료로 만들어진다.
도 1 내지 도 4에 각각 도시된 압력 변환기(1) 또는 압력 센서(2)에 있어서, 제 2 압력 챔버(14) 내의 제 2 압력 감지 요소(15)에 의해 결정된 압력값(p2)이 주어진 압력값과 비교되고 주어진 압력값으로부터의 주어진 편차가 제 2 압력 챔버(14)에 대해 결정된 압력값(p2)만큼 초과되면, 편차 신호가 상쇄되는, 압력 변환기(1)의 상태를 모니터링하는 방법이 실현된다. 그것은 먼저 예상치 못한 압력 변화가 있는 제 2 압력 챔버(14)와 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 사이의 전달에서 결함을 결정하기 위한 제 2 압력 챔버(14) 내의 제 2 압력 감지 요소(15)에 의해 가능하다.
도시된 압력 변환기에 있어서, 제 2 압력 챔버(14) 내의 제 2 압력 감지 요소(15)에 의해 결정된 압력값(p2)과 주어진 압력값 사이의 허용할 수 없는 편차에 대한 반작용으로서 편차 신호가 상쇄될 뿐만 아니라, 압력 변환기(1)는 또한 전기적으로 스위치된 전위가 없어, 압력 변환기(1)를 관통하는 공정 매체(3a, 3b)(도 4 참조)는 더 이상 상이한 전위들을 생기게 할 수 없다.
도시된 모든 실시예들은, 제 1 시일(9a, 9b)이 완벽하게 밀봉된 상태에서, 제 2 압력 챔버(14) 내의 압력(p2)이 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 내의 압력(p1a, p1b)에 대해 특정 의존성을 가지는 이와 같은 압력 변환기를 다루므로, 주어진 압력값은 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)에 의해 결정된 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 내의 압 력(p1a, p1b)과 반드시 동일한 것으로 본 명세서에는 규정된다.
제 1 시일(9a, 9b)은 접촉 매체(7a)가 제 2 압력 챔버(14)내로 침투할 수 있는 누설을 가지는 것이 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 제 1 시일(9a)은 도 1의 완전한 시일(9a)과는 다른 압력 전달 거동을 가지므로, 제2 압력 챔버(14) 내의 제 2 압력 감지 요소(15)에 의해 결정된 압력 값(p2)이 도 2에 도시된 에러가 식별될 수 있는, 제 1 압력 챔버(10a) 내의 제 1 압력 감지 요소(6a)에 의해 측정된 압력과 비교될 경우 차이는 도 1 및 도 2에 도시된 상황을 생기게 한다. 동일한 것이 분리 다이어프램(5a)이 추가적으로 결함이 있는, 도 4에 도시된 에러에도 적용된다.
상기 결과로, 완전한 압력 센서들(2)이 도 1 내지 도 4에 도시되는 데 압력 센서 각각은 상기한 압력 변환기(1)를 가지며 추가로 압력 변환기(1) 또는 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b) 및/또는 제 2 압력 감지 요소(15) 각각에 신호에 의해 접속되는 전자 평가기(18)를 가진다. 평가기(18)는 모든 실시예들에서 압력 변환기(1)의 상태를 모니터링하기 위한 전술한 방법이 평가기에 의해 행해질 수 있도록 설계된다.
도 1 내지 도 4에 있어서, 평가기(18)는 항상 단일 부품으로서 설계되고 별도의 챔버(22)에 배치되는 데, 별도의 챔버(22)는 제 2 압력 챔버(14)로부터 압력이 새지않게 밀폐된다. 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b) 및 제 2 압력 감지 요소(15)로부터 오는 전기 케이블들(13)이 제 2 시일(16)을 통해 별도로 안내되어야 하므로 이들이 전달하는 신호들은 평가기(18)에 의해 평가될 수 있다.
도 5에는 압력 센서(2)의 변형 실시예가 도시되어 있는 데 이 도 5에서 전자 평가기(18)는 제 2 압력 챔버(14)에 부분적으로 제공되고, 제 2 압력 감지 요소(15)가 평가기(18)에 의해 또는 각각 평가기(18)의 제 1 부분(18a)에 의해 통합되며, 즉 평가기의 인쇄 회로 기판(18a) 위에 제공된다. 제 2 압력 챔버(15)에 평가기(18) 또는 평가기의 제 1 부분(18a)을 각각 배치하는 것의 이점은 특히 제 2 시일(16)이 정밀하게 설계될 필요가 없다는 것인데, 그 이유는 평가기(18)의 제 1 부분(18a)과 평기기의 제 2 부분(18b) 사이에서의 데이터 교환을 위해 필요할 때 그것을 통해 단지 전기 신호들이 안내될 필요가 있기 때문이다. 제 2 압력 챔버(14) 내에 적어도 부분적으로 배치된 평가기(18)를 가진 압력 센서(2)의 제조는 상대적으로 용이하게 실현될 수 있다.
도 6 및 도 7는 도 1 내지 도 5에 따른 압력 센서들(2)과는 다른 압력 센서(2)의 다른 실시예를 나타낸다. 도 1 내지 도 5와는 대조되는 도 6 및 도 7에 있어서는, 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b), 제 1 시일(9a, 9b) 및 제 1 압력 챔버(10a, 10b)가 단지 블록으로서 도시되어 있고 전기 케이블들(13)이 제 2 압력 챔버(14)로 들어가는 것이 단지 표시된다. 도 6에 따른 압력 센서(2)는 기본적으로 도 1 내지 5에 따른 압력 센서들(2)과 일치하는 데 그 이유는 평기기의 제 1 부분(18a) 및 제 2 부분(18b)로 구성된 평가기가 -심지어 부분적으로- 제 2 압력 챔버(14) 내에 배치되지 않기 때문이다. 여기서, 한번 더, 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)의 전기 케이블들(13) 및 제 2 압력 감지 요소(15)를 위한 피드스루(feedthroughs)를 제공할 필요가 있고, 여기서 모든 신호 전송은 궁극적으로 평가기(18)의 제 1 부분(18a)과 관계된다. 하우징(19)은 평가기(18)를 둘러싸고, 여기서 하우징(19) 내의 디바이더(20)는 평가기(18)가 인접하는 공간으로부터 적어도 부분적으로 위치되는 별도의 챔버(22)를 분리한다.
도 7에 따른 압력 센서(2)는 구성면에서 평가기(18)의 제 1 부분(18a)이 제 2 압력 챔버(14)의 내부에 배치되는 도 5에 따른 압력 센서(2)에 대응한다. 실현하기 쉬운 제 2 시일(16)의 구조적 이점은 특히 도 6에 따른 압력 센서와 비교되는 이러한 압력 센서(2)를 이용하여 자체 설명된다. 평가기(18)의 제 1 부분(18a)과 평가기(18)의 제 2 부분(18b) 사이의 단지 하나의 신호 접속은 제 2 시일(16)을 통해 이루어지는 데, 여기서 이것은 단지 하나의 단일 케이블로 제 2 시일(16)을 한정하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 게다가, 평가기(18)의 제 2 부분(18b)에 평가기(18)의 제 1 부분(18a)에 의해 제공되는 데이터/신호들을 전송할 필요가 있는 다수의 케이블들이 있을 수 있는데, 이것은 예를 들면 직렬 신호 접속이 될 수 있다.
도 1은 밀봉된 상태의 압력 변환기를 갖는 압력 센서를 나타낸 도면.
도 2는 제 1 압력 챔버 내의 제 1 시일이 누설하는, 결함이 있는 압력 변환기를 갖는 압력 센서를 나타낸 도면.
도 3은 분리 다이어프램이 결함이 있는, 압력 변환기를 갖는 압력 센서를 나타낸 도면.
도 4는 제 1 압력 챔버 내의 분리 다이어프램 및 제 1 시일이 결함이 있는, 압력 변환기를 갖는 압력 센서를 나타낸 도면.
도 5는 제 2 압력 챔버에 배치된 평가기(evaluator)를 가진 도 1에 따른 압력 센서를 나타낸 도면.
도 6은 제 2 압력 챔버의 외측에 평가기를 가진 압력 센서의 다른 변형예를 나타낸 도면.
도 7은 제 2 압력 챔버 내에 부분적으로 배치된 평가기를 가진 압력 센서의 다른 변형예를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 압력 변환기 2: 압력 센서
3a, 3b: 공정 매체 4: 하우징
5a, 5b: 분리 다이어프램 6a, 6b: 제 1 압력 감지 요소
7a, 7b: 접촉 매체 8a, 8b: 다수의 접속 요소
9a, 9b: 제 1 시일

Claims (12)

  1. 분리 다이어프램(5a, 5b), 적어도 하나의 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b), 접촉 매체(7a, 7b), 적어도 하나의 제 1 접속 요소(8a, 8b) 및 적어도 하나의 제 1 시일(9a, 9b)과 함께 하우징(4)을 가진, 공정 매체(3a, 3b) 내의 적어도 하나의 압력(pa, pb)을 결정하기 위한 압력 센서(2)용 압력 변환기로서, 상기 분리 다이어프램(5a, 5b)은 상기 접촉 매체(7a, 7b)로부터 상기 공정 매체(3a, 3b)를 분리하고, 상기 접촉 매체(7a, 7b)는 상기 분리 다이어프램(5a, 5b)에 의해 결정된 상기 공정 매체(3a, 3b)의 상기 압력(pa, pb)을 상기 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)로 전달하고, 상기 제 1 시일(9a, 9b)은 상기 제 1 접속 요소(8a, 8b)를 수용하고 상기 하우징(4), 상기 분리 다이어프램(5a, 5b) 및 상기 제 1 시일(9a, 9b)은 제 1 압력 챔버(10a, 10b)를 형성하는 압력 변환기에 있어서,
    제 2 압력 챔버(14)가 상기 제 1 시일(9a, 9b)과 마주하는 상기 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 측에 제공되고, 제 2 압력 감지 요소(15)가 상기 제 2 압력 챔버(14) 내에 배치되고,
    상기 제 1 접속 요소(8a, 8b)는 구비된 전기 케이블(13)을 통해 상기 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)와 전자 평가기(18,18a,18b)를 상호 전기적으로 접속하며,
    상기 제 2 압력 챔버(14) 내의 압력(p2)은 상기 제 1 시일(9a, 9b)이 완벽하게 밀봉된 상태에 있을 때 상기 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 내의 압력(p1a, p1b)과는 본질적으로 독립적이고, 또는 상기 제 2 압력 챔버(14) 내의 상기 압력(p2)은 상기 제 1 시일(9a, 9b)이 완벽하게 밀봉된 상태에 있을 때 상기 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 내의 상기 압력(p1a, p1b)에 특정 의존성을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 압력 챔버(14)는 제 2 시일(16)을 가지며, 상기 제 2 시일(16)은 적어도 하나의 제 2 접속 요소(17)를 수용하고 상기 제 2 압력 감지 요소(15) 또는 간접적으로 상기 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)는 상기 제 2 접속 요소(17)를 통해 접촉되는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 시일(9a, 9b) 또는 상기 제 2 시일(16)은 세라믹 또는 유리 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
  5. 제 1 항에 따른 압력 변환기(1)의 상태를 모니터링하기 위한 방법으로서, 상기 압력 변환기(1)는 압력(pa, pb)을 결정하기 위해 공정 매체(3a, 3b)에 제공되고 하우징(4), 분리 다이어프램(5a, 5b), 적어도 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b), 접촉 매체(7a, 7b), 적어도 제 1 접속 요소(8a, 8b) 및 적어도 제 1 시일(9a, 9b)을 구비하고, 상기 분리 다이어프램(5a, 5b)은 상기 접촉 매체(7a, 7b)로부터 상기 공정 매체(3a, 3b)를 분리하고, 상기 접촉 매체(7a, 7b)는 상기 분리 다이어프램(5a, 5b)에 의해 결정된 상기 공정 매체(3a, 3b)의 상기 압력(pa, pb)을 상기 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)로 전달하고, 상기 제 1 시일(9a, 9b)은 상기 제 1 접속 요소(8a, 8b)를 수용하고 상기 하우징(4), 상기 분리 다이어프램(5a, 5b) 및 상기 제 1 시일(9a, 9b)은 제 1 압력 챔버(10a, 10b)를 형성하고, 제 2 압력 챔버(14)는 상기 제 1 시일(9a, 9b)과 마주하는 상기 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 측에 제공되고, 제 2 압력 감지 요소(15)는 상기 제 2 압력 챔버(14) 내에 배치되는, 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법에 있어서,
    상기 제 2 압력 챔버(14) 내의 상기 제 2 압력 감지 요소(15)에 의해 결정된 상기 압력값(p2)은 주어진 압력값과 비교되고 편차 신호(deviation signal)는 상기 제 2 압력 챔버(14)에 대해 결정된 상기 압력값(p2)이 주어진 압력값 또는 상기 주어진 압력값으로부터 미리 정해진 편차를 각각 초과할 때 상쇄되는 것을 특징으로 하는 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압력 변환기(1) 또는 상기 압력 변환기(1)의 상기 제 1 압력 감지 요소(9a, 9b) 또는 상기 제 2 압력 감지 요소(16)는 각각 전위가 없거나 또는 한정된 전위로 스위칭되거나 스위칭될 것임을 특징으로 하는 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 주어진 또는 미리 설정가능한 압력값은, 상기 제 1 시일(9a, 9b)이 완벽하게 밀봉된 상태에서, 상기 제 2 압력 챔버(14) 내의 상기 압력(p2)이 필수적으로 상기 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 내의 상기 압력(p1a, p1b)과 독립적이도록 상기 압력 변환기(1)가 설계될 경우, 필수적으로 일정한 압력값인 것을 특징으로 하는 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 주어진 또는 미리 설정가능한 압력값은, 상기 제 1 시일(9a, 9b)이 완벽하게 밀봉된 상태에서, 상기 제 2 압력 챔버(14) 내의 상기 압력(p2)이 상기 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 내의 상기 압력(p1a, p1b)과 특정 의존성을 가지도록 상기 압력 변환기(1)가 설계될 경우, 상기 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 내의 상기 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)에 의해 결정된 상기 압력(p1a, p1b)인 것을 특징으로 하는 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    주어진 압력값으로부터 상기 제 2 압력 챔버(14) 내의 상기 압력 감지 요소(15)에 의해 결정된 상기 압력값(p2)의 상기 편차를 평가함에 있어서, 상기 제 2 압력 챔버(14)에서 결정된 상기 압력값(p2) 또는 상기 주어진 압력값의 역동적인 변화들(dynamic changes)은 상기 압력값들의 일시적인 감소 또는 비교될 상기 압력값들간의 정지 시간(down time)이 고려되는 것을 특징으로 하는 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 따른 압력 변환기(1); 및 상기 압력 변환기(1)에 접속되는 상기 전자 평가기(18, 18a, 18b);를 포함하며,
    상기 전자 평가기(18, 18a, 18b)는 상기 압력 변환기(1)의 상태를 모니터링하기 위한 방법의 실행이 가능하도록 설계되며,
    상기 방법은, 상기 압력 변환기(1)는 압력(pa, pb)을 결정하기 위해 공정 매체(3a, 3b)에 제공되고 하우징(4), 분리 다이어프램(5a, 5b), 적어도 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b), 접촉 매체(7a, 7b), 적어도 제 1 접속 요소(8a, 8b) 및 적어도 제 1 시일(9a, 9b)을 구비하고, 상기 분리 다이어프램(5a, 5b)은 상기 접촉 매체(7a, 7b)로부터 상기 공정 매체(3a, 3b)를 분리하고, 상기 접촉 매체(7a, 7b)는 상기 분리 다이어프램(5a, 5b)에 의해 결정된 상기 공정 매체(3a, 3b)의 상기 압력(pa, pb)을 상기 제 1 압력 감지 요소(6a, 6b)로 전달하고, 상기 제 1 시일(9a, 9b)은 상기 제 1 접속 요소(8a, 8b)를 수용하고 상기 하우징(4), 상기 분리 다이어프램(5a, 5b) 및 상기 제 1 시일(9a, 9b)은 제 1 압력 챔버(10a, 10b)를 형성하고, 제 2 압력 챔버(14)는 상기 제 1 시일(9a, 9b)과 마주하는 상기 제 1 압력 챔버(10a, 10b) 측에 제공되고, 제 2 압력 감지 요소(15)는 상기 제 2 압력 챔버(14) 내에 배치되는, 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법으로,
    상기 제 2 압력 챔버(14) 내의 상기 제 2 압력 감지 요소(15)에 의해 결정된 상기 압력값(p2)은 주어진 압력값과 비교되고, 편차 신호(deviation signal)는 상기 제 2 압력 챔버(14)에 대해 결정된 상기 압력값(p2)이 주어진 압력값 또는 상기 주어진 압력값으로부터 미리 정해진 편차를 각각 초과할 때 상쇄되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자 평가기(18, 18a, 18b)는 상기 제 2 압력 챔버 내에 적어도 부분적으로 제공되고, 상기 제 2 압력 감지 요소(15)는 상기 전자 평가기(18, 18a, 18b)에 의해 포함되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전자 평가기(18, 18a, 18b)의 제 1 부분(18a)과 상기 전자 평가기(18, 18a, 18b)의 제 2 부분(18b) 사이의 단지 하나의 신호 접속은 상기 제 2 시일(16)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
KR1020080107048A 2007-10-31 2008-10-30 압력 변환기, 압력 변환기의 상태를 모니터링하기 위한 방법 및 압력 센서 KR101511654B1 (ko)

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