WO2005017481A1 - Differenzdruckaufnehmer mit ringscheibenförmiger überlastmembran - Google Patents

Differenzdruckaufnehmer mit ringscheibenförmiger überlastmembran Download PDF

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WO2005017481A1
WO2005017481A1 PCT/EP2004/007973 EP2004007973W WO2005017481A1 WO 2005017481 A1 WO2005017481 A1 WO 2005017481A1 EP 2004007973 W EP2004007973 W EP 2004007973W WO 2005017481 A1 WO2005017481 A1 WO 2005017481A1
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WO
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overload
membrane
chamber
line
pressure
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PCT/EP2004/007973
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English (en)
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Inventor
Dietfried Burczyk
Wolfgang Dannhauer
Ralf Nürnberger
Original Assignee
Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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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
    • G01L19/0618—Overload protection
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a differential pressure transducer with a sensor element, with a first and a second pressure measuring chamber adjacent to the sensor element, a first first pressure receiving chamber closed by a first separating membrane, a second second receiving pressure chamber closed by a second separating membrane, a first overload chamber connected to a first Line is connected to the first pressure receiving chamber and which is connected by a second line to the first pressure measuring chamber, a second overload chamber which is connected by a third line to the second pressure receiving chamber and which is connected by a fourth line to the second pressure measuring chamber, one of which first and the second pressure receiving chamber, the first and the second overload chamber, the first and the second pressure measuring chamber, and the first, the second, the third and the fourth line filling liquid, and an overload membrane through which the first te and the second overload chamber are separated.
  • Differential pressure transducers can usually be connected via process connections, so that a first pressure acts on the first separating membrane and a second pressure acts on the second separating membrane.
  • the pressures are transferred to the pressure measurement chambers via the liquid and are applied to the sensor element.
  • the sensor element e.g. a piezoresistive differential pressure measuring cell, emits an output signal which is proportional to the difference between the first and the second pressure.
  • the output signal is available for further processing, evaluation and / or display.
  • Differential pressure transducers are used to measure the process variable differential pressure in a variety of applications.
  • a level in a container can also be determined with a differential pressure sensor based on a hydrostatic pressure difference.
  • the pressure difference between two different locations of different cross-sections in a channel can be determined a flow.
  • EP-A 1 172 640 describes a differential pressure sensor with - a sensor element
  • a first pressure receiving chamber closed off by a first separating membrane a second second pressure receiving chamber closed off by a second separating membrane
  • a first overload chamber which is connected to the first pressure receiving chamber by a first line and which is connected to the first pressure measuring chamber by a second line
  • a second overload chamber which is connected to the second pressure receiving chamber by a third line, and which is connected by a fourth line to the second pressure measuring chamber, one filling the first and the second pressure receiving chamber, the first and the second overload chamber, the first and the second pressure measuring chamber, and the first, the second, the third and the fourth line , and - an overload membrane
  • the sensor element is enclosed in a solid block in a plane that is located between the overload membrane and the second separating membrane.
  • a distance between the overload membrane and the first separation membrane is less than a distance between the overload membrane and the second separation membrane.
  • the first line which leads from the first pressure receiving chamber to the first pressure measuring chamber, is shorter than the third line from the second pressure receiving chamber to the second pressure measuring chamber.
  • the second line leads from the first overload chamber through the middle of the overload membrane to the first pressure measuring chamber. The second line thus forms a deflection channel that leads from one side of the overload membrane to the other.
  • Separating membrane to the second pressure measuring chamber are designed differently or asymmetrically lead to pressure surges on the sensor element.
  • Pressure surges on the sensor element can only be absorbed by a precise coordination of all components in the two pressure transmission paths, e.g. hydraulic resistors, hydraulic capacities and hydraulic inductors. This usually means a very high level of design effort.
  • the invention consists in a differential pressure sensor
  • an overload membrane which has a closed outer edge and a closed inner edge and is firmly clamped along their outer and inner edges
  • the sensor element is arranged in a plane defined by the overload membrane within the inner edge of the overload membrane.
  • a section of the overload membrane enclosed by the first and the second overload chamber is in the form of an annular disk.
  • each overload chamber is delimited by the overload membrane and an essentially concave wall opposite it.
  • the overload membrane is arranged centrally between the first and the second separation membrane.
  • the first line and the third line have the same shape and run symmetrically to the level of the overload membrane.
  • the first line and the third line are currently running.
  • the second line and the fourth line are currently running.
  • An advantage of such a differential pressure transducer is that it has a high degree of symmetry due to the arrangement of the sensor element in the plane of the overload membrane.
  • the pressure transmission from the first pressure receiving chamber to the first pressure measuring chamber is almost identical to the pressure transmission from the second pressure receiving chamber to the second
  • Another advantage of a differential pressure transducer according to the invention is that a smaller design can be achieved by the arrangement of the sensor element in the plane of the overload membrane. This saves material, reduces the space requirement of the differential pressure sensor and reduces the required length of the lines within the differential pressure sensor. As a result, the volume of liquid required for pressure transmission is lower. Measurement errors caused by thermal expansion of the liquid are correspondingly lower.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a differential pressure transducer according to the invention.
  • the differential pressure transducer consists of a pressure recording unit in which a sensor element 1 is located and an adjacent housing, not shown in FIG. 1, e.g. to accommodate evaluation electronics.
  • the sensor element 1 is, for example, a silicon chip of the membrane type and a first and a second pressure measuring chamber 2, 3 adjoin the sensor element 1.
  • a pressure prevailing in the first pressure measuring chamber 2 is on one side the membrane, a pressure prevailing in the second pressure measuring chamber 3 is present on the opposite side of the membrane.
  • the resulting deflection of the membrane is a measure of the differential pressure acting on it.
  • Piezoresistive integrated in the membrane for example, combined as a bridge circuit serve as electromechanical transducers
  • Elements that generate an output signal proportional to the differential pressure for generating measured values are Elements that generate an output signal proportional to the differential pressure for generating measured values.
  • the output signal is available via line 11 for further processing and / or display.
  • the differential pressure recording unit has a first pressure receiving chamber 22 closed off by a first separating membrane 21 and a second pressure receiving chamber 32 closed off by a second separating membrane 31.
  • the differential pressure recording unit is e.g. clamped between two flanges, not shown in FIG. 1, each having a process connection through which a measuring medium can be fed to the respective separating membrane 21, 31.
  • the differential pressure recording unit has two solid blocks 4, 5 which are connected to one another and on which an overload membrane 6 is clamped.
  • the overload membrane 6 is in the middle between the first and the second
  • a distance between the overload membrane 6 and the first separating membrane 21 is preferably identical to a distance between the overload membrane 6 and the second separating membrane 31.
  • the respectively adjacent block 4, 5 has a recess.
  • the recesses have the same base area as the overload membrane 6 and the wall thereof is essentially concave.
  • the overload membrane 6 has a closed outer edge and a closed inner edge and is firmly clamped along their outer and inner edges.
  • a section of the overload membrane 6 enclosed by the first and the second overload chamber 23, 33 is in the form of an annular disk. An inner and an outer area adjacent to the enclosed section is clamped between the block 4 and the block 5.
  • Differential pressure transducers with an overload membrane 6 clamped on their closed outer and closed inner edges have, compared to conventional differential pressure transducers with overload membranes, which only have an outer edge and in which only the outer edge is firmly clamped in the same way in the event of an overload due to the deflection of the overload membrane 6 on one side available volume has a much lower hysteresis volume. This is described in detail in EP-A 1 172 640 mentioned at the outset.
  • the sensor element 1 is arranged in a plane defined by the overload membrane 6 within the inner edge of the overload membrane 6.
  • a second line 25 forms a connection between the first overload chamber 23 and the first pressure measuring chamber 2.
  • a fourth line 35 forms a connection between the second overload chamber 33 and the second pressure measuring chamber 3.
  • the first and second overload chambers 23, 33 are separated from one another by the overload membrane 6.
  • the first line 24 and the third line 34 are preferably of identical shape and run symmetrically to the level of the overload membrane 6.
  • Line 24 and the third line 34 preferably run straight and thus form the shortest possible connection between the first pressure receiving chamber 22 and the first overload chamber 23 and between the second pressure receiving chamber 32 and the second overload chamber 33. Due to the high symmetry of the arrangement of the overload membrane 6 and Arrangement of the sensor element 1 in the plane of the overload membrane 6 requires only very short lines 24, 34.
  • the second line 25 and the fourth line 35 likewise preferably run straight. They thus form the shortest possible connection between the first overload chamber 23 and the first pressure measuring chamber 2 and between the overload chamber 33 and the second pressure measuring chamber 3. Since the sensor element 1 is located in the plane of the overload membrane 6 within the inner edge thereof, there are also a great deal here short cable lengths.
  • the first and the second pressure receiving chamber 22, 32, the first and the second overload chamber 23, 33, the first and the second pressure measuring chamber 2, 3, and the first, the second, the third and the fourth line 24, 25, 34, 35 are filled with a liquid.
  • a liquid is preferably an incompressible liquid with a low coefficient of thermal expansion, e.g. a silicone oil.
  • the dimensions of the differential pressure sensor can be very small. This goes hand in hand with very short lengths of the first, second, third and fourth line 24, 34, 25, 35 and a correspondingly small amount of liquid required for pressure transmission. Since the liquid always has a finite coefficient of thermal expansion and a temperature-related change in volume changes the properties of the differential pressure sensor, a reduction in the
  • Another advantage is that all lines 24, 34, 25, 35 have a straight course. Esp. no diversion channels are required which cause a change in the direction of pressure transmission. As a result, the pressure transmission to the first and to the second pressure measuring chamber is almost identical. Static and dynamic measurement errors caused by different pressure transmission paths are largely excluded.

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Abstract

Es ist ein kompakter Differenzdruckaufnehmer mit konstruktiv einfachem und symmetrischem Aufbau vorgesehen, der ein Sensorelement (1), zwei daran angrenzende Druckmeßkammern (2, 3), zwei von Trennmembranen (21, 31) abgeschlossene Druckempfangskammern (22, 32) und zwei durch eine Überlastmembran (6) voneinander getrennte Überlastkammern (23, 33) aufweist, bei dem die Überlastmembran (6) einen geschlossenen äußeren Rand und einen geschlossenen inneren Rand aufweist und entlang deren äußerem und deren innerem Rand fest eingespannt ist. Wobei das Sensorelement (1), bei projektion auf eine durch die Überlastmembran (6) definierten Ebene, innerhalb des inneren Randes der Überlastmembran (6) angeordnet ist.

Description

DIFFERENZDRUCKAUFNEHMER MIT RINGSCHEIBENFÖRMIGER ÜBERLASTMEMBRAN
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckaufnehmer mit einem Sensorelement, mit einer ersten und einer zweiten jeweils an das Sensorelement angrenzenden Druckmeßkammer, einer ersten von einer ersten Trennmembran abgeschlossenen ersten Druckempfangskammer, einer zweiten von einer zweiten Trennmembran abgeschlossenen zweiten Druckempfangskammer, einer ersten Überlastkammer, die mit einer ersten Leitung mit der ersten Druckempfangskammer verbunden ist und die mit einer zweiten Leitung mit der ersten Druckmeßkammer verbunden ist, einer zweiten Überlastkammer, die mit einer dritten Leitung mit der zweiten Druckempfangskammer verbunden ist und die mit einer vierten Leitung mit der zweiten Druckmeßkammer verbunden ist, einer die erste und die zweite Druckempfangskammer, die erste und die zweite Überlastkammer, die erste und die zweite Druckmeßkammer, sowie die erste, die zweite, die dritte und die vierte Leitung ausfüllende Flüssigkeit, und einer Überlastmembran, durch die die erste und die zweite Überlastkammer voneinander getrennt sind.
Differenzdruckaufnehmer sind üblicherweise über Prozeßanschlüsse anschließbar, so daß ein erster Druck auf die erste Trennmembran und ein zweiter Druck auf die zweite Trennmembran einwirkt. Die Drücke werden über die Flüssigkeit in die Druckmeßkammern übertragen und liegen am Sensorelement an. Das Sensorelement, z.B. eine piezoresistive Differenzdruckmeßzelle, gibt ein Ausgangssignal ab, das proportional zu der Differenz des ersten und des zweiten Drucks ist. Das Ausgangssignal steht zu einerweiteren Verarbeitung, Auswertung und/oder Anzeige zur Verfügung.
Differenzdruckaufnehmer werden zur Messung der Prozeßgröße Differenzdruck in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Neben der Meßgröße Differenzdruck als solches ist mit einem Differenzdruckaufnehmer auch aufgrund einer hydrostatischen Druckdifferenz ein Füllstand in einem Behälter bestimmbar. Genauso kann z.B. aus der Druckdifferenz zwischen zwei verschiedenen Orten unterschiedlichen Querschnitts in einem Gerinne ein Durchfluß bestimmt werden.
In der EP-A 1 172 640 ist ein Differenzdruckaufnehmer beschrieben mit - einem Sensorelement,
- einer ersten und einer zweiten jeweils an das Sensorelement angrenzenden Druckmeßkammer,
- einer ersten von einer ersten Trennmembran abgeschlossenen ersten Druckempfangskammer, - einer zweiten von einer zweiten Trennmembran abgeschlossenen zweiten Druckempfangskammer,
- einer ersten Überlastkammer, - die mit einer ersten Leitung mit der ersten Druckempfangskammer verbunden ist und - die mit einer zweiten Leitung mit der ersten Druckmeßkammer verbunden ist, - einer zweiten Überlastkammer, - die mit einer dritten Leitung mit der zweiten Druckempfangskammer verbunden ist und - die mit einer vierten Leitung mit der zweiten Druckmeßkammer verbunden ist, - einer die erste und die zweite Druckempfangskammer, die erste und die zweite Überlastkammer, die erste und die zweite Druckmeßkammer, sowie die erste, die zweite, die dritte und die vierte Leitung ausfüllende Flüssigkeit, und - einer Überlastmembran,
- die einen geschlossenen äußeren Rand und einen geschlossenen inneren Rand aufweist und entlang deren äußerem und deren innerem Rand fest eingespannt ist, -- durch die die erste und die zweite Überlastkammer voneinander getrennt sind. Im Überlastfall, d.h. wenn auf eine der Trennmembranen ein Druck einwirkt, der größer als ein zulässiger oberer Grenzwert ist, für den der Druckmeßaufnehmer ausgelegt ist, wird die Trennmembran gegen deren Membranbett gedrückt. Das durch die Auslenkung der Trennmembran verdrängte Flüssigkeitsvolumen gelangt durch eine der Leitungen von der Druckempfangskammer in die zugeordnete Überlastkammer und führt zu einer Auslenkung der Überlastmembran aus deren Nullage. In dem durch die Auslenkung der Überlastmembran einseitig zusätzlich zur Verfügung stehenden Volumen wird während der Dauer der Überlast zumindest ein Teil des verschobenen Flüssigkeitsvolumens aufgenommen. Der Druck der im Überlastfall auf das
Sensorelement einwirkt ist hierdurch begrenzt und das Sensorelement vor einer Überbelastung geschützt.
Bei dem beschriebenen Druckaufnehmer ist das Sensorelement in einem massiven Block in einer Ebene, die sich zwischen der Überlastmembran und der zweiten Trennmembran befindet eingeschlossen. Hierdurch bedingt ist ein Abstand zwischen der Überlastmembran und der ersten Trennmembran geringer als ein Abstand zwischen der Überlastmembran und der zweiten Trennmembran. Enstprechend ist die erste Leitung, die von der ersten Druckempfangskammer zur ersten Druckmeßkammer führt, kürzer als die dritte Leitung von der zweiten Druckempfangskammer zur zweiten Druckmeßkammer führt. Die zweite Leitung führt von der ersten Überlastkammer durch die Mitter der Überlastmembran hindurch zur ersten Druckmeßkammer. Die zweite Leitung bildet also einen Umlenkkanal, der von der einen Seite der Überlastmembran auf die andere führt.
Im Überlastfall können schnell große Druckstöße auf die Überlastmembran einwirken. Solche dynamischen Überlastungen können bei Differenzdruckaufnehmenern, bei denen die Druckübertragungswege von der ersten Trennmembran zur ersten Druckmeßkammer und von der zweiten
Trennmembran zur zweiten Druckmeßkammer ungleich bzw. unsymmetrisch ausgestaltet sind zu Druckstößen am Sensorelement führen. Derartige Druckstöße am Sensorelement lassen sich nur durch eine genaue Abstimmung aller in den beiden Druckübertragungswegen liegenden Bauelemente, z.B. hydraulischer Widerstände, hydraulischer Kapazitäten und hydraulischer Induktivitäten, abfangen. Dies bedeutet in der Regel einen sehr hohen konstruktiven Aufwand.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen kompakten Differenzdruckaufnehmer mit konstruktiv einfachen und symmetrischen Aufbau anzugeben.
Hierzu besteht die Erfindung in einem Differenzdruckaufnehmer
- einem Sensorelement,
- einer ersten und einer zweiten jeweils an das Sensorelement angrenzenden Druckmeßkammer,
- einer ersten von einer ersten Trennmembran abgeschlossenen ersten Druckempfangskammer,
- einer zweiten von einer zweiten Trennmembran abgeschlossenen zweiten Druckempfangskammer,
- einer ersten Überlastkammer,
-- die mit einer ersten Leitung mit der ersten Druckempfangskammer verbunden ist und
- die mit einer zweiten Leitung mit der ersten Druckmeßkammer verbunden ist,
- einer zweiten Überlastkammer,
-- die mit einer dritten Leitung mit der zweiten Druckempfangskammer verbunden ist und
- die mit einer vierten Leitung mit der zweiten Druckmeßkammer verbunden ist,
- einer die erste und die zweite Druckempfangskammer, die erste und die zweite Überlastkammer, die erste und die zweite Druckmeß- kammer, sowie die erste, die zweite, die dritte und die vierte Leitung ausfüllende Flüssigkeit, und
- einer Überlastmembran , - die einen geschlossenen äußeren Rand und einen geschlossenen inneren Rand aufweist und entlang deren äußerem und deren innerem Rand fest eingespannt ist,
- durch die die erste und die zweite Überlastkammer voneinander getrennt sind,
- wobei das Sensorelement in einer durch die Überlastmembran definierten Ebene innerhalb des inneren Randes der Überlastmembran angeordnet ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein von der ersten und der zweiten Überlastkammer eingeschlossener Abschnitt der Überlastmembran ringscheibenförmig.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist jede Überlastkammer durch die Überlastmembran und eine dieser gegenüberliegenden im wesentlichen konkaven Wand begrenzt.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Überlastmembran mittig zwischen der ersten und der zweiten Trennmembran angeordnet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind die erste Leitung und die dritte Leitung formgleich und verlaufen symmetrisch zur Ebene der Überlastmembran.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung verlaufen die erste Leitung und die dritte Leitung gerade.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung verlaufen die zweite Leitung und die vierte Leitung gerade. Ein Vorteil eines solchen Differenzdruckaufnehmers ist, daß er durch die Anordnung des Sensorelements in der Ebene der Überlastmembran eine hohe Symmetrie aufweist. Die Druckübertragung von der ersten Druckempfangskammer zur ersten Druckmeßkammer erfolgt nahezu identisch zur Druckübertragung von der zweiten Druckempfangskammer zur zweiten
Druckmeßkammer. Verfälschungen des Meßergebnisse durch unterschiedliche Druckübertragungswege treten praktisch nicht mehr auf. Hierdurch wird eine hohe Meßgenauigkeit erreicht.
Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers besteht darin, daß durch die Anordnung des Sensorelements in der Ebene der Überlastmembran eine kleinere Bauform erzielt werden kann. Dies spart Material, reduziert den Platzbedarf des Differenzdruckaufnehmers und verringert die erforderliche Länge der Leitungen innerhalb des Differenzdruckaufnehmers. Dadurch ist das zur Druckübertragung erforderliche Flüssigkeitvolumen geringer. Entsprechend geringer sind auch durch eine thermische Ausdehnung der Flüssigkeit bedingte Meßfehler.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmer.
In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Differenzdruckaufnehmer dargestellt. Der Differenzdruckaufnehmer besteht aus einer Druckaufnahmeeinheit in dem sich ein Sensorelement 1 befindet und einem daran angrenzenden, in Fig. 1 nicht dargestellten, Gehäuse, z.B. zur Aufnahme einer Auswerteelektronik.
Das Sensorelement 1 ist z.B. ein Siliziumchip vom Membrantyp und es grenzen eine erste und eine zweite Druckmeßkammer 2, 3 an das Sensorelement 1 an. Ein in der ersten Druckmeßkammer 2 herrschender Druck liegt an einer Seite der Membran, ein in der zweiten Druckmeßkammer 3 herrschender Druck liegt an der gegenüberliegenden Seite der Membran an. Die resultierende Durchbiegung der Membran ist ein Maß für den auf sie einwirkenden Differenzdruck. Als elektromechanische Wandler dienen z.B. in die Membran integrierte zu einer Brückenschaltung zusammengefaßte piezoresistive
Elemente, die ein differenzdruck-proportionales Ausgangssignal erzeugen, zur Meßwerterzeugung. Das Ausgangssignal steht über eine Leitung 11 zu einer weiteren Verarbeitung und/oder Anzeige zur Verfügung.
Die Differenzdruckaufnahmeeinheit weist eine von einer ersten Trennmembran 21 abgeschlossene erste Druckempfangskammer 22 und eine von einer zweiten Trennmembran 31 abgeschlossene zweiten Druckempfangskammer 32 auf. Die Differenzdruckaufnahmeeinheit ist z.B. zwischen zwei in Fig. 1 nicht dargestellten Flanschen eingespannt, die jeweils einen Prozeßanschluß aufweisen, durch den ein Meßmedium der jeweiligen Trennmembran 21 , 31 zuführbar ist.
Die Differenzdruckaufnahmeeinheit weist zwei miteinander verbundene massive Blocks 4, 5, auf zwischen denen eine Überlastmembran 6 eingespannt ist. Die Überlastmembran 6 ist mittig zwischen der ersten und der zweiten
Trennmembran 21 , 31 angeordnet. Vorzugsweise ist ein Abstand zwischen der Überlastmembran 6 und der ersten Trennmembran 21 identisch zu einem Abstand zwischen der Überlastmembran 6 und der zweiten Trennmembran 31. Zu beiden Seiten der Überlastmembran 6 weist der jeweils benachbarte Block 4, 5 eine Ausnehmung aus. Die Ausnehmungen weisen die gleiche Grundfläche auf wie die Überlastmembran 6 und deren Wand ist im wesentlichen konkav.
Die Überlastmembran 6 weist einen geschlossenen äußeren Rand und einen geschlossenen inneren Rand auf und ist entlang deren äußerem und deren innerem Rand fest eingespannt. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein von der ersten und der zweiten Überlastkammer 23, 33 eingeschlossener Abschnitt der Überlastmembran 6 ringscheibenförmig. Ein innerer und ein äußerer an den eingeschlossenen Abschnitt angrenzender Bereich ist zwischen dem Block 4 und dem Block 5 eingespannt.
Differenzdruckaufnehmer mit an deren geschlossenen äußerem und an deren geschlossenem inneren Rand eingespannter Überlastmembran 6 weisen gegenüber herkömmlichen Differenzdruckaufnehmern mit Überlastmembranen, die lediglich einen äußeren Rand aufweisen und bei denen lediglich der äußere Rand fest eingespannt ist bei gleichem im Überlastfall durch die Auslenkung der Überlastmembran 6 einseitig zusätzlich zur Verfügung stehenden Volumen ein sehr viel geringeres Hysteresevolumen auf. Dies ist in der eingangs genannten EP-A 1 172 640 ausführlich beschreiben.
Das Sensorelement 1 ist erfindungsgemäß in einer durch die Überlastmembran 6 definierten Ebene innerhalb des inneren Randes der Überlastmembran 6 angeordnet ist.
Die Überlastmembran 6 und die dieser gegenüberliegende Wand der in dem Block 4 angeordneten Ausnehmung begrenzen eine erste Überlastkammer 23, die mit einer ersten Leitung 24 mit der ersten Druckempfangskammer 22 verbunden ist. Eine zweite Leitung 25 bildet eine Verbindung zwischen der ersten Überlastkammer 23 und der ersten Druckmeßkammer 2.
Entsprechend begrenzen die Überlastmembran 6 und die dieser gegenüberliegende Wand der in dem Block 5 angeordneten Ausnehmung eine zweite Überlastkammer 33, die mittels einer dritte Leitung 34 mit der zweiten Druckempfangskammer 32 verbunden ist.
Eine vierte Leitung 35 bildet eine Verbindung zwischen der zweiten Überlastkammer 33 und der zweiten Druckmeßkammer 3. Die erste und die zweite Überlastkammer 23, 33 sind durch die Überlastmembran 6 voneinander getrennt.
Vorzugsweise sind die erste Leitung 24 und die dritte Leitung 34 formgleich und verlaufen symmetrisch zur Ebene der Überlastmembran 6. Die erste
Leitung 24 und die dritte Leitung 34 verlaufen vorzugsweise gerade und bilden somit eine kürzest mögliche Verbindung zwischen der ersten Druckempfangskammer 22 und der ersten Überlastkammer 23 und zwischen der zweiten Druckempfangskammer 32 und der zweiten Überlastkammer 33. Aufgrund der hohen Symmetrie der Anordnung der Überlastmembran 6 und der Anordnung des Sensorelements 1 in der Ebene der Überlastmembran 6 sind hier nur sehr kurze Leitungen 24, 34 erforderlich.
Die zweite Leitung 25 und die vierte Leitung 35 verlaufen ebenfalls vorzugsweise gerade. Sie bilden somit eine kürzest mögliche Verbindung zwischen der ersten Überlastkammer 23 und der ersten Druckmeßkammer 2 sowie zwischen der Überlastkammer 33 und der zweiten Druckmeßkammer 3. Da sich das Sensorelement 1 in der Ebene der Überlastmembran 6 innerhalb des inneren Randes derselben befindet, liegen hier ebenfalls sehr kurze Leitungslängen vor.
Die erste und die zweite Druckempfangskammer 22, 32, die erste und die zweite Überlastkammer 23, 33, die erste und die zweite Druckmeßkammer 2, 3, sowie die erste, die zweite, die dritte und die vierte Leitung 24, 25, 34, 35 sind mit einer Flüssigkeit ausgefüllt. Dies ist vorzugsweise eine möglichst inkompressible Flüssigkeit mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, z.B. ein Silikonöl.
Bedingt durch die Anordnung des Sensorelements 1 in der Mitte des Differenzdruckaufnehmers innerhalb des inneren Randes der Überlastmembran 6 können die Abmessungen des Differenzdruckaufnehmers sehr gering sein. Dies geht einher mit sehr geringen Längen der ersten, zweiten, dritten und vierten Leitung 24, 34, 25, 35 und einer entsprechend geringen zur Druckübertragung benötigten Flüssigkeitsmenge. Da die Flüssigkeit immer einen endlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und eine temperaturbedingte Volumenänderung die Eigenschaften des Differenzdruckaufnehmers ändert, bedeutet eine Reduktion des
Flüssigkeitsvolumens gleichzeitig eine Verbesserung der Meßgenauigkeit.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß alle Leitungen 24, 34, 25, 35 einen geraden Verlauf aufweisen. Insb. sind keine Umlenkkanäle erforderlich, die eine Änderung der Druckübertragungsrichtung bewirken. Hierdurch ist die Druckübertragung zur ersten und zur zweiten Druckmeßkammer nahezu identisch. Durch überschiedliche Druckübertragungswege entstehende statische und dynamische Meßfehler werden hierdurch weitgehend ausgeschlossen.

Claims

Patentansprüche
1. Differenzdruckaufnehmer mit - einem Sensorelement (1), - einer ersten und einer zweiten jeweils an das Sensorelement (1 ) angrenzenden Druckmeßkammer (2, 3), - einer ersten von einer ersten Trennmembran (21 ) abgeschlossenen ersten Druckempfangskammer (22), - einer zweiten von einer zweiten Trennmembran (31 ) abgeschlossenen zweiten Druckempfangskammer (32), - einer ersten Überlastkammer (23), - die mit einer ersten Leitung (24) mit der ersten Druckempfangskammer (22) verbunden ist und - die mit einer zweiten Leitung (25) mit der ersten Druckmeßkammer (2) verbunden ist, - einer zweiten Überlastkammer (33), ~ die mit einer dritten Leitung (34) mit der zweiten Druckempfangskammer (32) verbunden ist und - die mit einer vierten Leitung (35) mit der zweiten Druckmeßkammer (3) verbunden ist, - einer die erste und die zweite Druckempfangskammer (2, 3), die erste und die zweite Überlastkammer (23, 33), die erste und die zweite Druckmeßkammer (2, 3), sowie die erste, die zweite, die dritte und die vierte Leitung (24, 25, 34, 35) ausfüllende Flüssigkeit, und - einer Überlastmembran (6), -- die einen geschlossenen äußeren Rand und einen geschlossenen inneren Rand aufweist und entlang deren äußerem und deren innerem Rand fest eingespannt ist, - durch die die erste und die zweite Überlastkammer (23, 33) voneinander getrennt sind, - wobei das Sensorelement (1 ) in einer durch die Überlastmembran (6) definierten Ebene innerhalb des inneren Randes der Überlastmembran (6) angeordnet ist.
2. Differenzdruckaufnehmer nach Anspruch 1 , bei dem ein von der ersten und der zweiten Überlastkammer (23, 33) eingeschlossener Abschnitt der Überlastmembran (6) ringscheibenförmig ist.
3. Differenzdruckaufnehmer nach Anspruch 1 , bei dem jede Überlastkammer (23, 33) durch die Überlastmembran (6) und eine dieser gegenüberliegenden im wesentlichen konkaven Wand begrenzt ist.
4. Differenzdruckaufnehmer nach Anspruch 1 , bei dem die Überlastmembran (6) mittig zwischen der ersten und der zweiten Trennmembran (21 , 31 ) angeordnet ist.
5. Differenzdruckaufnehmer nach Anspruch 4, bei dem die erste Leitung (24) und die dritte Leitung (34) formgleich sind und symmetrisch zur Ebene der Überlastmembran (6) verlaufen.
6. Differenzdruckaufnehmer nach Anspruch 1 , bei dem die erste Leitung (24) und die dritte Leitung (34) gerade verlaufen.
7. Differenzdruckaufnehmer nach Anspruch 1 , bei dem die zweite Leitung (25) und die vierte Leitung (35) gerade verlaufen.
PCT/EP2004/007973 2003-07-29 2004-07-16 Differenzdruckaufnehmer mit ringscheibenförmiger überlastmembran WO2005017481A1 (de)

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