WO2003025534A1 - Druckmessgerät - Google Patents

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WO2003025534A1
WO2003025534A1 PCT/EP2002/009480 EP0209480W WO03025534A1 WO 2003025534 A1 WO2003025534 A1 WO 2003025534A1 EP 0209480 W EP0209480 W EP 0209480W WO 03025534 A1 WO03025534 A1 WO 03025534A1
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WO
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membrane
monitoring unit
pressure
measuring device
edge
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/009480
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Rosskopf
Andreas Bernauer
Original Assignee
Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP02760326A priority patent/EP1425563B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0672—Leakage or rupture protection or detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0645—Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means

Definitions

  • the invention relates to a pressure measuring device with a measuring element and a diaphragm seal upstream of the measuring element and filled with a pressure-transmitting liquid, with a diaphragm closing the diaphragm seal, on which a pressure p to be measured acts during operation.
  • Diaphragm seals are very often used in pressure measurement technology.
  • a diaphragm seal ensures that the measuring element does not come into contact with a medium whose pressure is to be measured. This is e.g. with chemically and / or mechanically sensitive measuring elements, e.g. Semiconductor chips, required.
  • diaphragm seals are used when there are very high temperatures at the measuring location which could impair or even destroy the measuring element and / or an electronic unit connected to it for receiving and / or processing signals from the measuring element generated by the measuring element.
  • Thin membranes are preferably used so that diaphragm seals transmit a pressure acting on them as unchanged as possible.
  • membranes with a thickness of e.g. 0.01 mm to 0.2 mm used.
  • Such thin membranes are sensitive to corrosion, mechanical damage, abrasion, etc. Damage to the membrane is often only noticed when the downstream measuring element is damaged and fails. Then, as a rule, the liquid with which the diaphragm seal is filled has already leaked out.
  • the invention consists in a pressure measuring device - A measuring element and
  • the intermediate space between the first and the second membrane is evacuated, and the change monitored by the monitoring unit is an abolition of the vacuum.
  • the monitoring unit has a pressure switch, which is used to detect a pressure increase in the intermediate space.
  • the monitoring unit has a capacitor which has an electrode arranged on the second membrane and whose capacitance depends on a distance between the first and the second membrane.
  • the intermediate space between the first and the second membrane is filled with a liquid, and the change monitored by the monitoring unit is a change in a consistency of the liquid.
  • the monitoring unit has an optical sensor which serves to determine a change in a refractive index of the liquid or a degree of turbidity in the liquid.
  • the monitoring unit has an optical sensor which serves to determine a change in the transit time of an optical signal from the optical sensor to the second membrane and back.
  • the second membrane has a larger diameter than the first membrane
  • the second membrane has an outer annular disk-shaped edge, which lies opposite an annular disk-shaped surface of the diaphragm seal adjoining the first membrane,
  • the monitoring unit monitors an edge area defined by the outer edge of the second membrane for changes caused by destruction of the second membrane.
  • the space between the first and the second membrane is evacuated, and the change monitored by the monitoring unit is a release of the vacuum.
  • the monitoring unit has a pressure switch which serves to detect a pressure increase in the intermediate space, or the monitoring unit has a capacitor which has an electrode arranged on the edge of the second membrane and its capacitance at a distance depends between the edge and the opposite surface of the diaphragm seal.
  • FIG. 1 shows schematically a section through a pressure measuring device according to the invention with a diaphragm seal with a first and a second membrane and a monitoring unit which monitors an intermediate space existing between the first and the second membrane;
  • Fig. 2 shows schematically a section of the pressure measuring device shown in Fig. 1, wherein the space is evacuated and the monitoring unit has a pressure switch;
  • Fig. 3 shows schematically a section of the pressure measuring device shown in Fig. 1, wherein the space is evacuated and the monitoring unit has a capacitor;
  • FIG. 4 schematically shows a section of the pressure measuring device shown in FIG. 1, the intermediate space being filled with a liquid and the monitoring unit having an optical sensor;
  • FIG. 5 schematically shows a section of the pressure measuring device shown in FIG. 1, a solid being introduced between the first and the second membrane, the remaining free part of the intermediate space being evacuated and the monitoring unit having a pressure switch;
  • FIG. 6 shows schematically a section of the pressure measuring device shown in FIG. 1, a solid being introduced between the first and the second membrane, the remaining free part of the intermediate space being evacuated and the monitoring unit having a capacitor;
  • Fig. 1 shows a section through a schematically illustrated pressure measuring device. It has a measuring element 1, upstream of which a diaphragm seal 3 is connected. In operation, the diaphragm seal 3 causes a pressure to be measured acting on the diaphragm seal 3 to be transmitted to the measuring element 1.
  • the measuring element 1 is a membrane made of a semiconductor in the illustrated embodiment. The membrane is bridge-shaped and applied directly to a rear side of the diaphragm seal 3. Through a bore 5 penetrating the diaphragm seal 3, a pressure to be measured is supplied to the membrane during operation.
  • a pressure acting on the membrane causes a pressure-dependent deflection of the membrane, which is detected by means of an electromechanical transducer, for example resistance elements doped into the membrane, and converted into a pressure-dependent electrical signal.
  • an electromechanical transducer for example resistance elements doped into the membrane
  • the electrical signal is accessible via connection lines 7 for further processing and / or evaluation.
  • the diaphragm seal 3 has a cylindrical solid block, e.g. from a steel, in the middle of which the bore 5 runs.
  • the diaphragm seal 3 has a chamber 9 on a side facing away from the measuring element 1.
  • the bore 5 opens into the chamber 9 and the chamber 9 is closed off by means of a first membrane 11.
  • the chamber 9, the bore 5 and an interior of the measuring element 1 facing the diaphragm seal 3, here the space enclosed by the bridge-shaped membrane, are filled with an incompressible liquid, e.g. a silicone oil.
  • the liquid serves to transmit a pressure acting on the first membrane 11 to the measuring element 1.
  • a second membrane 13 is arranged directly on a side of the first membrane 11 facing away from the measuring element.
  • the second membrane 13 runs parallel to the first membrane 11.
  • the first and second diaphragms 11, 13 consist, for example, of a stainless steel and can be connected to the diaphragm seal 3, for example by welding at their outer circular edge.
  • the pressure p to be measured is present on the second membrane 13, is transmitted through it to the first membrane 11 and from there through the liquid to the measuring element 1.
  • a monitoring unit 17 is provided, which monitors the intermediate space 15 for changes caused by the destruction of the second membrane 13.
  • the intermediate space 15 between the first and the second membrane 11, 13 is evacuated.
  • the two membranes 11 and 13 are mechanically coupled to one another and there is only very little reaction of the second membrane 13 to the pressure measurement.
  • the second membrane 13 can also be mechanically connected to the first membrane 11, e.g. be welded to it.
  • the second diaphragm 13 In normal operation, the second diaphragm 13 is in close contact with the first diaphragm 11 and the annular disk-shaped surface of the diaphragm seal 3 due to the vacuum. If the second membrane 13 leaks or is even completely destroyed, the vacuum is released. Abrasion and corrosion may be mentioned here as examples of possible damage and / or destruction of the second membrane 13.
  • the change monitored by the monitoring unit 17 is here an abolition of the vacuum.
  • a suitable monitoring unit 17 is e.g. a pressure switch 19, which serves to detect a pressure increase in the intermediate space 15.
  • a simple switch is sufficient, which is switched by a certain pressure acting thereon, the value of which is greater than a predetermined switch-specific threshold value.
  • FIG. 2 shows an enlarged section of the pressure measuring device shown in FIG. 1, which contains the first and second diaphragms 11, 13 and the monitoring unit 17.
  • the second membrane 13 is damaged in the pressure measuring device shown in FIG. 2. It has a crack 21. The vacuum is therefore destroyed and the pressure p to be measured acts in the intermediate space. This pressure p is above the threshold. Accordingly, the pressure switch 19 is pressed.
  • a switch position which corresponds to a pressure switch 19 that is not pressed in, is shown in the form of a dashed line.
  • An electronic circuit 23 is connected to the pressure switch 19 and serves to recognize whether the pressure switch 19 is open or closed. This can be, for example, a simple resistance measurement circuit that measures a resistance of the pressure switch 19.
  • the electronic Circuit 23 has connection lines 24, via which a signal corresponding to a pressure switch state is available for further use. It can be used, for example, to report the damage and / or to trigger an alarm.
  • the damage is detected immediately by the monitoring unit 17, here the pressure switch 19, without the need for extensive maintenance and / or measuring device checks.
  • the first membrane 11, which is still intact, offers the certainty that no liquid escapes from the diaphragm seal 3.
  • the operator of the pressure measuring device has a period of time to remedy the damage, since the first membrane 11 is still completely intact. Only when there is a risk that the first membrane 11, which is now exposed due to the damage or destruction of the second membrane 13, is also damaged, is there a risk that the liquid will escape. Is the damage or destruction e.g. caused by corrosion or another slow process, the operator can determine a minimum service life of the second membrane 13 and use this to determine a guide value for the period of time available to remedy the damage. Especially in large systems in which a large number of pressure gauges are used, maintenance and damage repair can be made much more economical.
  • FIG. 3 shows a further enlarged section of the pressure measuring device shown in FIG. 1, which contains the first and second diaphragms 11, 13 and the monitoring unit 17.
  • the monitoring unit 17 has a capacitor, the capacitance of which depends on a distance between the first and the second membrane.
  • the capacitor has two electrodes 25, 27.
  • An electrode 25 is arranged on the second membrane 13.
  • the further electrode 27 is arranged opposite the first electrode 25 on a side of the intermediate space 15 facing the measuring element.
  • the electrode 25 is arranged on an outer edge of the second membrane 13.
  • the further electrode 27 is arranged on the annular disk-shaped surface of the diaphragm seal 3.
  • the electrode 25 can also be formed directly by the second membrane 13 itself. That offers the Advantage that no electrode has to be applied later and its electrical connection can also be omitted. In the latter case, the membrane 13 is preferably at a fixed reference potential, for example to ground.
  • the intermediate space 15 is evacuated in normal operation.
  • the vacuum is released and the distance between the two electrodes 25, 27 changes due to a push-back force of the second membrane 13.
  • An electronic circuit 29 is connected to the capacitor and serves to recognize whether the capacitance of the capacitor changes. For example, a simple capacitance measurement circuit can be used.
  • the electronic circuit 29 has connecting lines 24, via which a signal corresponding to a change in capacitance is available for further use. For example, be used to report the damage and / or trigger an alarm.
  • FIG. 4 shows a further enlarged section of the pressure measuring device shown in FIG. 1, which contains the first and second diaphragms 11, 13 and the monitoring unit 17.
  • the intermediate space 15 is not evacuated, but is filled with a liquid.
  • the liquid should be selected in such a way that a small amount can escape completely. Since the amount of liquid is very small due to the small space volume, a variety of liquids can be used. While the liquid with which the diaphragm seal 3 is filled, its physical properties, in particular its compressibility and its coefficient of thermal expansion, because of the large amount, play an important role for the measurement accuracy and therefore not all liquids can be used, the physical ones Properties of the liquid with which the intermediate space 15 is filled are insignificant due to the small amount of liquid. Accordingly, it is much easier to find liquids that the operator considers harmless.
  • an optical sensor 31 is particularly suitable, which is embedded, for example, in the surface of the diaphragm seal 3 in the form of an annular disk
  • Window 33 sends optical signals in the space 15, which at the second
  • Membrane 13 are reflected back to the sensor 31.
  • the optical sensor 31 detects e.g. a change in a refractive index of the liquid or a change in a degree of turbidity of the liquid.
  • the optical sensor 31 can also serve to determine a change in the transit time of an optical signal from the optical sensor 31 to the second membrane 13 and back.
  • an electronic circuit which converts the monitored change into a corresponding signal and makes it available for further use via connecting lines 24.
  • FIG. 5 shows a further section of the pressure measuring device shown in FIG. 1.
  • the second membrane 13 has a larger diameter than the first membrane 11.
  • An outer annular disk-shaped edge 35 of the second membrane 13 lies opposite an annular disk-shaped surface of the diaphragm seal 3 adjoining the first membrane 11.
  • a suitable solid 35 is e.g. an elastomer, e.g. a silicone elastomer.
  • the monitoring unit 17 is used here to monitor an edge region defined by the outer edge 35 of the second membrane 13 for changes caused by destruction of the second membrane 13.
  • the intermediate space 15 between the first and second diaphragms 11, 13 is also evacuated here, and the change monitored by the monitoring unit 17 removes the vacuum.
  • a pressure switch 19 can be provided, which serves to detect a pressure increase in the edge region of the intermediate space 15. This is shown in FIG. 5.
  • a capacitor can be provided which has an electrode 25 arranged on the edge 35 of the second membrane 13 and its capacitance at a distance between the edge 35 and the opposite surface of the diaphragm seal 3 depends. This is shown in FIG. 6.

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Abstract

Es ist ein Druckmeßgerät vorgesehen, das ein hohes Maß an Sicherheit bietet, mit einem Meßelement (1) und einem dem Meßelement (1) vorgeschalteten Druckmittler (3) mit einer ersten Membran (11), einer unmittelbar auf einer meßelement-abgewandten Seite der ersten Membran (11) angeordneten zweiten Membran (13), die parallel zu der ersten Membran (11) verläuft, und einer Überwachungseinheit (17), die einen durch die erste und die zweite Membran (11, 13) begrenzten Zwischenraum (15) auf durch eine Zerstörung der zweiten Membran (13) verursachte Veränderungen überwacht.

Description

Druckmeßgerät
Die Erfindung betrifft ein Druckmeßgerät mit einem Meßelement und einem dem Meßelement vorgeschalteten mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit gefüllten Druckmittler mit einer den Druckmittler abschließenden Membran, auf die im Betrieb ein zu messender Druck p einwirkt.
In der Druckmeßtechnik werden sehr häufig Druckmittler eingesetzt. Durch einen Druckmittler wird erreicht, daß das Meßelement nicht mit einem Medium, dessen Druck gemessen werden soll, in Berührung kommt. Dies ist z.B. bei chemisch und/oder mechanisch empfindlichen Meßelementen, z.B. Halbleiter-Chips, erforderlich. Zusätzlich werden Druckmittler eingesetzt, wenn am Meßort sehr hohe Temperaturen herrschen, die das Meßelement und/oder eine daran angeschlossene elektronische Einheit zur Aufnahme und/oder Verarbeitung von von dem Meßelement generierten Signalen des Meßelements beeinträchtigen oder sogar zerstören könnten.
Damit Druckmittler einen auf sie einwirkenden Druck möglichst unverändert übertragen, werden vorzugsweise dünne Membranen eingesetzt. Je nach Größe der zu erfaßenden Drücke werden Membranen mit einer Dicke von z.B. 0,01 mm bis 0,2 mm eingesetzt. Derart dünne Membranen sind empfindlich gegenüber Korrosion, mechanischer Beschädigung, Abrasion etc. Eine Beschädigung der Membran wird oft erst bemerkt, wenn das nachgeschaltete Meßelement beschädigt wird und ausfällt. Dann ist aber in der Regel bereits die Flüssigkeit, mit der der Druckmittler gefüllt ist, ausgetreten.
Herkömmliche Druckmeßgeräte arbeiten mit einem Leck in der Membran weiter. Es kann einige Zeit vergehen, bis der Betreiber die Beschädigung bemerkt. In dieser Zeit können sich im Bereich der Beschädigung Verunreinigungen ablagern, die bei einer Reinigung nicht vollständig entfernt werden. Dies kann insb. in der Lebensmittelindustrie zu Problemen führen. Es könne sich z.B. Bakterien ansammeln.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Druckmeßgerät anzugeben, das ein hohes Maß an Sicherheit bietet.
Hierzu besteht die Erfindung in einem Druckmeßgerät mit - einem Meßelement und
- einem dem Meßelement vorgeschalteten Druckmittler mit
- einer ersten Membran,
- einer unmittelbar auf einer meßelement-abgewandten Seite der ersten Membran angeordneten zweiten Membran,
- die parallel zu der ersten Membran verläuft, und
- einer Überwachungseinheit,
- die einen durch die erste und die zweite Membran begrenzten Zwischenraum auf durch eine Zerstörung der zweiten Membran verursachte Veränderungen überwacht.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Membran evakuiert, und die von der Überwachungseinheit überwachte Veränderung ist eine Aufhebung des Vakuums.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Weiterbildung weist die Überwachungseinheit einen Druckschalter auf, der dazu dient, einen Druckanstieg im Zwischenraum zu erfassen.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Weiterbildung weist die Überwachungseinheit einen Kondensator auf, der eine auf der zweiten Membran angeordnete Elektrode aufweist, und dessen Kapazität von einem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Membran abhängt.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Membran mit einer Flüssigkeit gefüllt, und die von der Überwachungseinheit überwachte Veränderung ist eine Änderung einer Konsistenz der Flüssigkeit.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der letztgenannten Weiterbildung weist die Überwachungseinheit einen optischen Sensor auf, der dazu dient eine Veränderung eines Brechungsindexes der Flüssigkeit oder eines Trübungsgrades der Flüssigkeit festzustellen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der letztgenannten Weiterbildung weist die Überwachungseinheit einen optischen Sensor auf, der dazu dient eine Veränderung einer Laufzeit eines optischen Signals vom optischen Sensor zur zweiten Membran und zurück zu ermitteln.
Gemäß einer Weiterbildung
- weist die zweite Membran einen größeren Durchmesser auf als die erste Membran, und
- die zweite Membran weist einen äußeren ringscheibenförmigen Rand auf, der einer an die erste Membran angrenzenden ringscheibenförmigen Oberfläche des Druckmittlers gegenüber liegt,
- wobei der von dem Rand eingeschlossene Teil des Zwischenraums zwischen der ersten und der zweiten Membran mit einem Feststoff gefüllt ist, und
- die Überwachungseinheit einen durch den äußeren Rand der zweiten Membran definierten Randbereich auf durch eine Zerstörung der zweiten Membran verursachte Veränderungen überwacht.
Gemäß einer Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung ist der Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Membran evakuiert, und die von der Überwachungseinheit überwachte Veränderung ist eine Aufhebung des Vakuums.
Gemäß einer Ausgestaltung der letztgenannten Weiterbildung weist die Überwachungseinheit einen Druckschalter auf, der dazu dient, einen Druckanstieg im Zwischenraum zu erfassen, oder die Überwachungseinheit weist einen Kondensator auf, der eine auf dem Rand der zweiten Membran angeordnete Elektrode aufweist, und dessen Kapazität von einem Abstand zwischen dem Rand und der gegenüberliegenden Oberfläche des Druckmittlers abhängt.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen fünf Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckmeßgerät mit einem Druckmittler mit einer ersten und einer zweiten Membran und einer Überwachungseinheit, die einen zwischen der ersten und der zweiten Membran bestehenden Zwischenraum überwacht;
Fig. 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts, wobei der der Zwischenraum evakuiert ist und die Überwachungseinheit einen Druckschalter aufweist;
Fig. 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts, wobei der der Zwischenraum evakuiert ist und die Überwachungseinheit einen Kondensator aufweist;
Fig. 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts, wobei der der Zwischenraum mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und die Überwachungseinheit einen optischen Sensor aufweist;
Fig. 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts, wobei zwischen der ersten und der zweiten Membran ein Feststoff eingebracht ist, der verbleibende freie Teil des Zwischenraum evakuiert ist und die Überwachungseinheit einen Druckschalter aufweist; und
Fig. 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts, wobei zwischen der ersten und der zweiten Membran ein Feststoff eingebracht ist, der verbleibende freie Teil des Zwischenraum evakuiert ist und die Überwachungseinheit einen Kondensator aufweist;
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein schematisch dargestelltes Druckmeßgerät. Es weist ein Meßelement 1 auf, dem ein Druckmittler 3 vorgeschaltet ist. Der Druckmittler 3 bewirkt im Betrieb eine Übertragung eines auf den Druckmittler 3 einwirkenden zu messenden Druckes auf das Meßelement 1. Das Meßelement 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Membran aus einem Halbleiter. Die Membran ist brückenförmig ausgebildet und unmittelbar auf einer Rückseite des Druckmittlers 3 aufgebracht. Durch eine den Druckmittler 3 durchdringenden Bohrung 5 wird der Membran im Betrieb ein zu messender Druck zugeführt. Ein auf die Membran einwirkender Druck bewirkt eine druckabhängige Auslenkung der Membran, die mittels eines elektromechanischen Wandlers, z.B. in die Membran eindotierte Widerstandselemente, erfaßt und in ein druck-abhängiges elektrisches Signal umgewandelt wird. Selbstverständlich können auch andere Sensorarten eingesetzt werden. Das elektrische Signal ist über Anschlußleitungen 7 einer weiteren Verarbeitung und/oder Auswertung zugänglich.
Der Druckmittler 3 weist einen zylindrischen massiven Block, z.B. aus einem Stahl, auf, in dessen Mitte die Bohrung 5 verläuft. An einer von dem Meßelement 1 abgewandten Seite weist der Druckmittler 3 eine Kammer 9 auf. Die Bohrung 5 mündet in die Kammer 9 und die Kammer 9 ist mittels einer ersten Membran 11 abgeschlossen. Die Kammer 9, die Bohrung 5 und ein dem Druckmittler 3 zugewandter Innenraum des Meßelements 1 , hier der von der brückenformigen Membran eingeschlossene Raum, sind mit einer möglichst inkompressiblen Flüssigkeit, z.B. einem Silikonöl, gefüllt. Die Flüssigkeit dient dazu einen auf die erste Membran 11 einwirkenden Druck auf das Meßelement 1 zu übertragen.
Unmittelbar auf einer meßelement-abgewandten Seite der ersten Membran 11 ist eine zweite Membran 13 angeordnet. Die zweite Membran 13 verläuft parallel zu der ersten Membran 11. Zwischen der ersten und der zweiten Membran 11, 13 besteht ein Zwischenraum 15, der durch die erste und die zweite Membran 11 ,13 begrenzt ist. Weist die zweite Membran 13, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dargestellt, einen größeren Durchmesser auf, so ist der Zwischenraum 15 zusätzlich durch eine ringscheiben-förmige Oberfläche des Druckmittlers 3 begrenzt, der die erste Membran 11 umgibt.
Die erste und die zweite Membran 11 , 13 bestehen z.B. aus einem Edelstahl und können z.B. durch eine Schweißung an deren äußerem kreisförmigen Rand mit dem Druckmittler 3 verbunden sein. Im Betrieb liegt der zu messende Druck p auf der zweiten Membran 13 an, wird durch diese auf die erste Membran 11 und von dort durch die Flüssigkeit auf das Meßelement 1 übertragen. Es ist eine Überwachungseinheit 17 vorgesehen, die den Zwischenraum 15 auf durch eine Zerstörung der zweiten Membran 13 verursachte Veränderungen überwacht.
Gemäß einer ersten Variante ist der Zwischenraum 15 zwischen der ersten und der zweiten Membran 11, 13 evakuiert. Hierdurch sind die beiden Membranen 11 und 13 mechanisch aneinander gekoppelt und es besteht eine nur sehr geringe Rückwirkung der zweiten Membran 13 auf die Druckmessung.
Alternativ kann die zweite Membran 13 auch mit der ersten Membran 11 mechanisch verbunden sein, z.B. mit ihr verschweißt sein.
Im Normalbetrieb liegt die zweite Membran 13 durch das Vakuum eng an der ersten Membran 11 und der ringscheiben-förmigen Oberfläche des Druckmittlers 3 an. Wird die zweite Membran 13 undicht oder sogar völlig zerstört, so wird das Vakuum aufgehoben. Als Beispiele für eine mögliche Beschädigung und/oder Zerstörung der zweiten Membran 13 seien hier Abrasion und Korrosion genannt.
Die von der Überwachungseinheit 17 überwachte Veränderung ist hier eine Aufhebung des Vakuums. Als Überwachungs-einheit 17 eignet sich z.B. ein Druckschalter 19, der dazu dient, einen Druckanstieg im Zwischenraum 15 zu erfassen. Dabei genügt ein einfacher Schalter, der durch einem bestimmten darauf einwirkenden Druck, dessen Wert größer als ein vorgegebener schalterspezifischer Schwellwert ist, geschaltet wird.
In Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts, der die erste und die zweite Membran 11 , 13 und die Überwachungseinheit 17 enthält dargestellt. Die zweite Membran 13 ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Druckmeßgerät beschädigt. Sie weist einen Riß 21 auf. Das Vakuum ist also zerstört und im Zwischenraum wirkt der zu messende Druck p. Dieser Druck p liegt oberhalb des Schwellwerts. Entsprechend ist der Druckschalter 19 eingedrückt. Eine Schalterposition, die einem nicht eingedrückten Druckschalter 19 entspricht, ist in Form einer gestrichelten Linie eingezeichnet. An den Druckschalter 19 ist eine elektronische Schaltung 23 angeschlossen, die dazu dient, zu erkennen, ob der Druckschalter 19 geöffnet oder geschlossen ist. Dies kann z.B. eine einfache Widerstandsmeßschaltung sein, die einen Widerstand des Druckschalter 19 mißt. Die elektronische Schaltung 23 weist Anschlußleitungen 24 auf, über die ein einem Druckschalterzustand entsprechendes Signal einer weiteren Verwendung zur Verfügung steht. Es kann z.B. eingesetzt werden, um die Beschädigung zu melden und/oder einen Alarm auszulösen.
Durch die Überwachungseinheit 17, hier den Druckschalter 19 wird die Beschädigung sofort erkannt, ohne daß Aufwendige Wartungen und/oder Meßgerätkontrollen durchgeführt werden müssen. Dabei bietet die erste Membran 11, die ja noch intakt ist, die Sicherheit, daß keine Flüssigkeit aus dem Druckmittler 3 austritt. Ist die zweite Membran 13 beschädigt oder zerstört worden, so steht dem Betreiber des Druckmeßgeräts ein Zeitraum zur Behebung des Schadens zur Verfügung, da die erste Membran 11 noch völlig intakt ist. Erst wenn die Gefahr besteht, daß die durch die Beschädigung oder Zerstörung der zweiten Membran 13 nun freiliegende erste Membran 11 ebenfalls Schaden nimmt, besteht die Gefahr, daß die Flüssigkeit austritt. Ist die Beschädigung oder Zerstörung z.B. durch Korrosion oder einen anderen langsam ablaufenden Vorgang verursacht worden, so kann der Betreiber eine Mindestlebensdauer der zweiten Membran 13 bestimmen und daraus einen Richtwert für den zur Behebung des Schadens zur Verfügung stehenden Zeitraum ermitteln. Gerade bei großen Anlagen in denen eine Vielzahl von Druckmeßgeräten eingesetzt werden, kann hierdurch die Wartung bzw. die Schadensbehebung sehr viel ökonomischer gestaltet werden.
In Fig. 3 ist ein weiterer vergrößerter Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts dargestellt, der die erste und die zweite Membran 11, 13 und die Überwachungseinheit 17 enthält. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Druckmeßgerät weist die Überwachungseinheit 17 einen Kondensator auf, dessen Kapazität von einem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Membran abhängt. Der Kondensator weist zwei Elektroden 25, 27 auf. Eine Elektrode 25 ist auf der zweiten Membran 13 angeordnet. Die weitere Elektrode 27 ist gegenüber von der ersten Elektrode 25 auf einer meßelement-zugewandten Seite des Zwischenraums 15 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 25 auf einem äußeren Rand der zweiten Membran 13 angeordnet. Die weitere Elektrode 27 ist auf der ringscheiben-förmigen Oberfläche des Druckmittlers 3 angeordnet. Während die weitere Elektrode 27 vorzugsweise gegenüber dem Druckmittler 3 isoliert aufgebracht ist, kann die Elektrode 25 auch unmittelbar durch die zweite Membran 13 selbst gebildet sein. Das bietet den Vorteil, daß keine Elektrode nachträglich aufgebracht werden muß und auch deren elektrischer Anschluß entfallen kann. Die Membran 13 liegt in letzterem Fall vorzugsweise auf einem festen Bezugspotential, z.B. auf Masse.
Auch hier ist der Zwischenraum 15 im Normalbetrieb evakuiert. Wird die zweite Membran 13 jedoch beschädigt oder zerstört, wird das Vakuum aufgehoben, und es ändert sich -bedingt durch eine rücktreibende Kraft der zweiten Membran 13- der Abstand zwischen den beiden Elektroden 25, 27.
An den Kondensator ist eine elektronische Schaltung 29 angeschlossen, die dazu dient, zu erkennen, ob sich die Kapazität des Kondensators ändert. Es kann z.B. eine einfache Kapazitätsmeßschaltung eingesetzt werden. Die elektronische Schaltung 29 weist Anschlußleitungen 24 auf, über die ein einer Kapazitätsänderung entsprechendes Signal einer weiteren Verwendung zur Verfügung steht. Es kann z.B. eingesetzt werden, um die Beschädigung zu melden und/oder einen Alarm auszulösen.
In Fig. 4 ist ein weiterer vergrößerter Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts dargestellt, der die erste und die zweite Membran 11, 13 und die Überwachungseinheit 17 enthält. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zwischenraum 15 nicht evakuiert, sondern mit einer Flüssigkeit ausgefüllt. Die Flüssigkeit ist so auszuwählen, daß ein Austreten einer geringen Menge vollkommen unbedenklich ist. Da die Flüssigkeitsmenge aufgrund des geringen Zwischenraumvolumens sehr gering ist, sind eine Vielzahl von Flüssigkeiten einsetzbar. Während bei der Flüssigkeit, mit der der Druckmittler 3 gefüllt ist, deren physikalische Eigenschaften, insb. deren Kompressiblilität und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient, aufgrund der großen Menge, eine wichtige Rolle für die Meßgenauigkeit spielen und daher nicht alle Flüssigkeiten eingesetzt werden können, sind die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit, mit der der Zwischenraum 15 gefüllt wird aufgrund der geringen Flüssigkeitsmenge unerheblich. Entsprechend lassen sich viel leichter Flüssigkeiten finden, die der Betreiber für unbedenklich hält.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit der Überwachungseinheit 17 eine Veränderung einer Konsistenz der Flüssigkeit überwacht. Hierzu eignet sich besonders ein optischer Sensor 31 , der beispielsweise durch ein in der ringscheiben-förmigen Oberfläche des Druckmittlers 3 eingelassenes
Fenster 33 optische Signale in den Zwischenraum 15 sendet, die an der zweiten
Membran 13 zurück zum Sensor 31 reflektiert werden.
Der optische Sensor 31 detektiert z.B. ein Veränderung eines Brechungsindexes der Flüssigkeit oder stellt eine Veränderung eines Trübungsgrades der Flüssigkeit fest.
Der optische Sensor 31 kann auch dazu dienen eine Veränderung einer Laufzeit eines optischen Signals vom optischen Sensor 31 zur zweiten Membran 13 und zurück zu ermittein.
Auch hier ist wieder eine elektronische Schaltung vorgesehen, die die überwachte Veränderung in ein entsprechendes Signal umwandelt und über Anschlußleitungen 24 einer weiteren Verwendung zur Verfügung stellt.
Fig. 5 zeigt einen weiteren Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Druckmeßgeräts. Die zweite Membran 13 weist einen größeren Durchmesser als die erste Membran 11 auf. Ein äußerer ringscheibenförmigen Rand 35 der zweiten Membran 13 liegt einer an die erste Membran 11 angrenzenden ringscheibenförmigen Oberfläche des Druckmittlers 3 gegenüber.
Der von dem Rand eingeschlossene Teil des Zwischenraums 15 zwischen der ersten und der zweiten Membran 11 , 13 ist mit einem Feststoff 35 gefüllt. Als Feststoff 35 eignet sich z.B. ein Elastomer, z.B. ein Silikonelastomer.
Da eine Überwachung in dem feststoff-gefüllten Teil des Zwischenraums 15 nur schwerlich möglich ist, wird die Überwachungseinheit 17 hier eingesetzt, um einen durch den äußeren Rand 35 der zweiten Membran 13 definierten Randbereich auf durch eine Zerstörung der zweiten Membran 13 verursachte Veränderungen zu überwachen.
Genau wie bei den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbespielen ist auch hier der Zwischenraum 15 zwischen der ersten und der zweiten Membran 11 , 13 evakuuiert, und die von der Überwachungseinheit 17 überwachte Veränderung eine Aufhebung des Vakuums. Dabei kann, analog zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, ein Druckschalter 19 vorgesehen sein, der dazu dient, einen Druckanstieg im Randbereich des Zwischenraums 15 zu erfassen. Dies ist in Fig. 5 dargestellt.
Ebenso kann, analog zu dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, ein Kondensator vorgesehen sein, der eine auf dem Rand 35 der zweiten Membran 13 angeordnete Elektrode 25 aufweist, und dessen Kapazität von einem Abstand zwischen dem Rand 35 und der gegenüberliegenden Oberfläche des Druckmittlers 3 abhängt. Dies ist in Fig. 6 dargestellt.
Das zu den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Überwachungseinheiten 17 gilt für die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Überwachungseinheiten 17 entsprechend.

Claims

Patentansprüche
1. Druckmeßgerät mit
- einem Meßelement (1) und
- einem dem Meßelement (1) vorgeschalteten Druckmittler (3) mit
- einer ersten Membran (11),
- einer unmittelbar auf einer meßelement-abgewandten Seite der ersten Membran (11) angeordneten zweiten Membran (13),
- die parallel zu der ersten Membran (11) verläuft, und
- einer Überwachungseinheit (17),
- die einen durch die erste und die zweite Membran (11 , 13) begrenzten Zwischenraum (15) auf durch eine Zerstörung der zweiten Membran (13) verursachte Veränderungen überwacht.
2. Druckmeßgerät nach Anspruch 1 , bei dem der
Zwischenraum (15) zwischen der ersten und der zweiten Membran (11 , 13) evakuiert ist, und die von der Überwachungseinheit (17) überwachte Veränderung eine Aufhebung des Vakuums ist.
3. Druckmeßgerät nach Anspruch 2, bei dem die Überwachungseinheit (17) einen Druckschalter (19) aufweist, der dazu dient, einen Druckanstieg im Zwischenraum (15) zu erfassen.
4. Druckmeßgerät nach Anspruch 2, bei dem die Überwachungseinheit (17) einen Kondensator aufweist, der eine auf der zweiten Membran (13) angeordnete Elektrode (25) aufweist, und dessen Kapazität von einem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Membran (11 , 13) abhängt.
5. Druckmeßgerät nach Anspruch 1 , bei dem der
Zwischenraum (15) zwischen der ersten und der zweiten Membran (11, 13) mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, und die von der Überwachungseinheit (17) überwachte Veränderung eine Änderung einer Konsistenz der Flüssigkeit ist.
6. Druckmeßgerät nach Anspruch 5, bei dem der die Überwachungseinheit (17) einen optischen Sensor (31) aufweist, der dazu dient eine Veränderung eines Brechungsindexes der Flüssigkeit oder eines Trübungsgrades der Flüssigkeit festzustellen.
7. Druckmeßgerät nach Anspruch 5, bei dem der die Überwachungseinheit (17) einen optischen Sensor (31) aufweist, der dazu dient eine Veränderung einer Laufzeit eines optischen Signals vom optischen Sensor (31) zur zweiten Membran (13) und zurück zu ermitteln.
8. Druckmeßgerät nach Anspruch 1 , bei dem
- die zweite Membran (13) einen größeren Durchmesser aufweist als die erste Membran (11), und
- die zweite Membran (13) einen äußeren ringscheibenförmigen Rand (35) aufweist, der einer an die erste Membran (11) angrenzenden ringscheiben- förmigen Oberfläche des Druckmittlers (3) gegenüber liegt,
- wobei ein von dem Rand (35) eingeschlossene Teil des Zwischenraums (15) zwischen der ersten und der zweiten Membran (11 , 13) mit einem Feststoff (37) gefüllt ist, und
- die Überwachungseinheit (17) einen durch den äußeren Rand (35) der zweiten Membran (13) definierten Randbereich auf durch eine Zerstörung der zweiten Membran (13) verursachte Veränderungen überwacht.
9. Druckmeßgerät nach Anspruch 8, bei dem der
Zwischenraum (15) zwischen der ersten und der zweiten Membran (11 , 13) evakuiert ist, und die von der Überwachungseinheit (17) überwachte Veränderung eine Aufhebung des Vakuums ist.
0. Druckmeßgerät nach Anspruch 9, bei dem die Überwachungseinheit (17)
- einen Druckschalter (19) aufweist, der dazu dient, einen Druckanstieg im Zwischenraum (15) zu erfassen, oder
- einen Kondensator aufweist, der eine auf dem Rand (35) der zweiten Membran (13) angeordnete Elektrode (25) aufweist, und dessen Kapazität von einem Abstand zwischen dem Rand (35) und der gegenüberliegenden Oberfläche des Druckmittlers (3) abhängt.
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