WO2015032619A1 - Pressure transducer - Google Patents

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WO2015032619A1
WO2015032619A1 PCT/EP2014/067715 EP2014067715W WO2015032619A1 WO 2015032619 A1 WO2015032619 A1 WO 2015032619A1 EP 2014067715 W EP2014067715 W EP 2014067715W WO 2015032619 A1 WO2015032619 A1 WO 2015032619A1
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WO
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pressure
pressure sensor
sensor module
sensor
shaped
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PCT/EP2014/067715
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German (de)
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Inventor
Gilbert Alexander Erdler
Dominik Herzog
Thomas Himmelsbach
Markus Pfeiffer
Erich Schwabenland
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details 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
    • G01L19/14Housings
    • G01L19/147Details about the mounting of the sensor to support or covering means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details 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
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0645Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details 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
    • G01L19/0007Fluidic connecting means
    • G01L19/0015Fluidic connecting means using switching means

Definitions

  • the invention relates to a pressure transducer with a disk-shaped pressure sensor module, which has a pressure sensor on a disk-shaped sensor carrier, wherein the sensor carrier is firmly connected in the edge region with a pressure feed body, according to the preamble of claim 1.
  • a pressure transducer is already known.
  • a standard pressure sensor is provided there with a base and this is connected to the outer edge by welding with a Druckzu leadership body.
  • To increase the mechanical stability of the pressure sensor module is located on an intermediate filling of resin with its back to the bottom of a cap-like component. The bottom of the cap-like component thus supports the base.
  • the socket has lead wires in a spatial arrangement, as is common in so-called T08 sockets.
  • a low-pressure side connection pipe for realizing a channel for connecting the sensor rear side with atmospheric pressure is led out, as well as a filling pipe, which serves to fill a pressure supply channel in the pressure supply body with a silicone oil.
  • the opposite side of the pressure feed channel is closed by a separation membrane.
  • An insulating tube with its one end is pushed onto the low-pressure side connection tube.
  • the other end of the insulating tube is inserted into a substantially parallel to the pressure guide channel extending bore of the cap-like component, which leads via a lateral opening to the outside.
  • Hose for connecting the sensor back with the atmosphere surrounding the pressure transducer is arranged, DE 42 44 460 Cl.
  • the respective arrangement of the channel for connecting the sensor back with the atmosphere surrounding the pressure transducer which is an electronic circuit arrangement, which is located in a housing of the pressure transducer, in the event of pressure overload of the pressure sensor with accompanying mechanical breakthrough of the sensor membrane is protected from damage.
  • silicone can be used as tube material in standard pressure transmitters or in pressure transmitters with a pressure-resistant version of the transmitter housing polyether ether ketone (PEEK).
  • PEEK polyether ether ketone
  • the tubing must be bent and glued or welded in place if it is not already preformed.
  • unwanted mechanical stresses can occur in the bending process and the welding in the pressure sensor, on the other hand, these processes are associated with considerable effort during assembly.
  • automating assembly operations to reduce manufacturing costs and scrap rates is difficult.
  • the invention is therefore based on the object to provide a pressure transducer whose production is associated with a lower effort.
  • the invention has the advantage that, with particularly low assembly costs and high production reliability, protection of the electronic circuit arrangement in the housing of the pressure measuring Transformer can be achieved from damage caused by sensor breakage.
  • the assembly of a tube made of silicone or PEEK is no longer required and the number of components is thus reduced.
  • the reference pressure connection of the sensor rear side already takes place with the assembly of the pressure sensor module on the pressure feed body, so that it can be designated as a reference pressure connection integrated in the pressure sensor module.
  • Such a pressure sensor module is mounted as a prefabricated component on the Druckzuke- rungs emotionss. This process is easier to automate and reduces the risk of assembly errors.
  • the yield in the manufacturing process is improved and reduces the expense associated with the production. Manufacturing steps in assembly are required in smaller numbers and at the same time easier, faster and more reliable than previously feasible.
  • Hose which were associated with the risk of contamination of the pressure transmitter, such as silicone oil. Because of a possible silicone oil contamination especially in the pressure-resistant design of the pressure transmitter previously performed furnace and cleaning processes are no longer required in an advantageous manner.
  • pressure transmitters can be produced with comparatively low costs, in which, as in the pressure transducers known from DE 42 44 459 C1 or DE 42 44 460 C1, protection of the electronic circuitry of the pressure transducer against damage in the event of break-through Pressure sensor diaphragm is achieved in pressure overload, that a portion of the channel, which serves to connect the sensor back with the atmosphere surrounding the pressure transducer, substantially parallel to the pressure supply passage in the pressure-feeding body runs.
  • the pressure sensor module on a disk-shaped sensor carrier made of high-strength steel and it is for connecting the sensor back to the outlet opening of the portion of the
  • this method allows the secure welding of high-strength steels or Kovar alloys, which are advantageous as material for the disk-shaped sensor carrier can be used. This allows a smaller thickness of the sensor carrier and a shorter line feedthrough, which also reduces the manufacturing cost of the pressure transducer.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the top side of a pressure transmitter
  • Figure 3 is a perspective view of the bottom of the
  • a pressure sensor module 1 is arranged in a pot-shaped recess 2 of a pressure feed body 3.
  • the pressure feed body 3 has a pressure feed channel 4, which is widened in its upper part 5.
  • a stopper 6, for example made of stealite is pressed, which can form a flame arresting safe route together with the channel 4 due to its properties and dimensions.
  • the channel 4 is filled with a diaphragm seal, for example a silicone oil, through a filling tube 7, which was closed after the filling process.
  • the one, lower side of a membrane of a pressure sensor 8 is surrounded by the pressure transmitter located in the channel 4, so that the pressure introduced from a process side via a separating membrane 9 is transmitted to the sensor 8.
  • the upper side of the membrane of the pressure sensor 8 is designed as a low-pressure or reference pressure side via a disk-shaped sensor carrier.
  • ger ger 10 attached opening 11, a pipe 12, a channel 13 and a side outlet opening 14 through connected to the atmosphere surrounding the pressure transducer.
  • a filter 15 is arranged in the channel 13.
  • the pressure sensor module 1 is an electronic circuit arrangement for evaluating the signals of the pressure sensor 8 with the purpose of calculating a pressure value, which is used for example in a process engineering plant as a process variable for process control.
  • Electronic circuitry and housing of the pressure transducer are of no significance to the understanding of the invention and therefore not shown in the drawings. They may, for example, be designed as described in the already mentioned DE 42 44 460 C1.
  • the supply of the signals from the pressure sensor 8 to the electronic circuit arrangement takes place in a known manner via bonding wires, line bushings 16 and a multi-core ribbon cable 17, not shown.
  • the arrangement of the cable bushings 16 corresponds to that of a conventional T08 socket, wherein one is replaced by the filling tube 7 ,
  • the sensor carrier 10 forms a low-tension mechanical base for the glued and / or soldered pressure sensor 8.
  • the sensor carrier 10 is made of a high-strength steel or a Kovar alloy and can be made comparatively thin as a disk-shaped plate. Its stability is hardly affected by the pressure-tight cable bushings 16 for the electrical signals and by the filling and reference pressure ports.
  • the sensor carrier 10 may be firmly connected to the bottom of the cup-shaped recess 2 of the pressure feed body 3 in a sealing and pressure-resistant manner, for example by laser or capacitor discharge welding. In this case, a capacitor discharge welding is preferably used, since this offers the advantages explained above for the pressure transducer. So that temperature fluctuations of the transmitter do not lead to additional mechanical stresses in the sensor carrier 10, this is Tube 12 is preferably made of a VACON alloy with a defined thermal expansion coefficient.
  • a pressure sensor module 1 shown in FIGS. 2 and 3 is provided as a prefabricated component during the assembly process, in which the tube 12 is already welded with its two ends before the pressure sensor module 1 is welded to the pressure feed body 3.
  • no further assembly step is required for attaching a separate reference pressure hose and gluing the ends thereof, as was previously the case, so that the new pressure transmitter, as already explained in detail above, is associated with a significantly lower production cost.
  • the channel for connecting the rear side of the pressure sensor 8 with the atmosphere surrounding the pressure transmitter points outwards past the electronic circuit arrangement, it is ensured that no process medium penetrates into the housing interior due to overload due to overload.
  • connection between the back of the pressure sensor 8 and the substantially parallel to the pressure supply channel 4 extending channel - section 13 is produced with the correct position welding of the pressure sensor module 1 in Druckzu outs stresses 3, since the pressure sensor module 1 with its disk surface a Outlet opening 18 of the extending in the pressure feed body 3 section 13 of the atmosphere communication channel, as shown in Figure 1.
  • the pressure sensor module 1 whose upper side is shown in FIG. 2 and its underside in FIG. 3, consists essentially of the sensor carrier 10, which is made of high-strength steel, seven pressure-tight electrical cable bushings 16, a pressure-tight feedthrough with the filling tube 7 and It is prefabricated as a component, so that the manufacturing steps during assembly significantly reduced and the risk of assembly errors due to an automated assembly are significantly reduced.
  • the pressure sensor module 1 shown can be used in both a standard measuring cell and a pressure-resistant design, so that the number of variants is reduced, which also has a favorable effect on the production cost.

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Abstract

The invention relates to a pressure transducer with a disc-shaped pressure sensor module (1) which has a pressure sensor (8) and a disc-shaped sensor carrier (10). A pressure feed duct (4) and a section (13) of an atmosphere-connecting duct (11, 12, 13, 14) run essentially parallel to one another in a pressure feed body (3). To reduce the manufacturing expenditure, the pressure sensor module (1) is prefabricated as a component which is already fitted with a pipe (12) for connecting the rear of the pressure sensor (8) to the section (13) of the atmosphere-connecting duct when said pressure sensor module (1) is welded into a pot-shaped recess (2) in the pressure feed body (3). The section (13) of the atmosphere-connecting duct is therefore already connected to the rear of the sensor by means of the pressure sensor module (1) and the subsequent mounting of a separate connecting hose is advantageously dispensed with. In addition, the mounting steps can then easily be automated, and the risk of assembly errors is reduced.

Description

Beschreibung description
Druckmessumformer Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer mit einem scheibenförmigen Drucksensor-Baustein, der einen Drucksensor auf einem scheibenförmigen Sensorträger aufweist, wobei der Sensorträger im Randbereich mit einem Druckzuführungskörper fest verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a pressure transducer with a disk-shaped pressure sensor module, which has a pressure sensor on a disk-shaped sensor carrier, wherein the sensor carrier is firmly connected in the edge region with a pressure feed body, according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 42 44 459 Cl ist bereits ein derartiger Druckmessumformer bekannt. Für eine kostengünstige Herstellung wird dort ein serienmäßiger Drucksensor mit einem Sockel versehen und dieser am äußeren Rand durch Schweißen mit einem Druckzu- führungskörper verbunden. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität liegt der Drucksensor-Baustein über eine Zwischenfüllung aus Gießharz mit seiner Rückseite am Boden eines kappenartigen Bauteils an. Der Boden des kappenartigen Bauteils stützt somit den Sockel ab. Der Sockel weist Anschlussdrähte in einer räumlichen Anordnung auf, wie sie bei so genannten T08-Sockeln üblich ist. Aus dem Sockel des serienmäßigen Drucksensors ist auch ein niederdruckseitiges Anschlussrohr zur Realisierung eines Kanals zur Verbindung der Sensorrückseite mit Atmosphärendruck herausgeführt, sowie ein Einfüll - rohr, welches zur Befüllung eines Druckzuführungskanals im Druckzuführungskörper mit einem Silikonöl dient. Die gegenüberliegende Seite des Druckzuführungskanals ist durch eine Trennmembran verschlossen. Auf das niederdruckseitige An- schlussröhrchen ist ein Isolierschlauch mit seinem einen Ende aufgeschoben. Das andere Ende des Isolierschlauchs ist in eine im Wesentlichen parallel zum Druckführungskanal verlaufende Bohrung des kappenartigen Bauteils eingeführt, die über eine seitliche Öffnung nach außen führt. Eine entsprechende Anordnung einer Bohrung im Druckzuführungskörper, in welcher ebenfalls das andere Ende eines From DE 42 44 459 Cl such a pressure transducer is already known. For a cost-effective production, a standard pressure sensor is provided there with a base and this is connected to the outer edge by welding with a Druckzu leadership body. To increase the mechanical stability of the pressure sensor module is located on an intermediate filling of resin with its back to the bottom of a cap-like component. The bottom of the cap-like component thus supports the base. The socket has lead wires in a spatial arrangement, as is common in so-called T08 sockets. From the base of the standard pressure sensor, a low-pressure side connection pipe for realizing a channel for connecting the sensor rear side with atmospheric pressure is led out, as well as a filling pipe, which serves to fill a pressure supply channel in the pressure supply body with a silicone oil. The opposite side of the pressure feed channel is closed by a separation membrane. An insulating tube with its one end is pushed onto the low-pressure side connection tube. The other end of the insulating tube is inserted into a substantially parallel to the pressure guide channel extending bore of the cap-like component, which leads via a lateral opening to the outside. A corresponding arrangement of a bore in the pressure feed body, in which also the other end of a
Schlauches zur Verbindung der Sensorrückseite mit der den Druckmessumformer umgebenden Atmosphäre angeordnet ist, beschreibt die DE 42 44 460 Cl . Bei den beiden bekannten Druckmessumformern wird durch die jeweilige Anordnung des Kanals zur Verbindung der Sensorrückseite mit der den Druckmessumformer umgebenden Atmosphäre erreicht, das eine elektronische Schaltungsanordnung, die sich in einem Gehäuse des Druckmessumformers befindet, im Falle einer Drucküberlastung des Drucksensors mit einhergehendem mechanischem Durchbruch der Sensormembran vor Beschädigungen geschützt ist. Als Schlauchmaterial kann in Standarddruckmessumformern beispielsweise Silikon oder in Druckmessumformern mit einer druckfesten Ausführung des Messumformergehäuses Polyether- etherketon (PEEK) zum Einsatz kommen. Nachteilig bei den bekannten Druckmessumformern ist in jedem Fall die problematische Handhabung des Schlauchs bei der Montage und dass die Montage insbesondere in der druckfesten Ausführung mit einem gewissen Fehlerrisiko behaftet ist. Der Schlauch muss, wenn er nicht bereits in geeigneter Weise vor- geformt ist, gebogen und eingeklebt oder eingeschweißt werden. Zum einen können bei dem Biegevorgang und dem Schweißen im Drucksensor unerwünschte mechanische Spannungen entstehen, zum anderen sind diese Vorgänge bei der Montage mit erheblichem Aufwand verbunden. Eine Automatisierung der Montagevor- gänge zur Verringerung der Fertigungskosten und Ausschussraten ist jedoch schwierig. Hose for connecting the sensor back with the atmosphere surrounding the pressure transducer is arranged, DE 42 44 460 Cl. In the two known pressure transmitters is achieved by the respective arrangement of the channel for connecting the sensor back with the atmosphere surrounding the pressure transducer, which is an electronic circuit arrangement, which is located in a housing of the pressure transducer, in the event of pressure overload of the pressure sensor with accompanying mechanical breakthrough of the sensor membrane is protected from damage. For example, silicone can be used as tube material in standard pressure transmitters or in pressure transmitters with a pressure-resistant version of the transmitter housing polyether ether ketone (PEEK). A disadvantage of the known pressure transmitters in any case, the problematic handling of the hose during assembly and that the assembly is subject in particular in the pressure-resistant design with a certain risk of error. The tubing must be bent and glued or welded in place if it is not already preformed. On the one hand, unwanted mechanical stresses can occur in the bending process and the welding in the pressure sensor, on the other hand, these processes are associated with considerable effort during assembly. However, automating assembly operations to reduce manufacturing costs and scrap rates is difficult.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessumformer zu schaffen, dessen Herstellung mit einem gerin- geren Aufwand verbunden ist. The invention is therefore based on the object to provide a pressure transducer whose production is associated with a lower effort.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Druckmessumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf . In den abhängigen An- Sprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben . To solve this problem, the new pressure transducer of the type mentioned in the characterizing part of claim 1 features. In the dependent claims, advantageous developments of the invention are described.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass bei besonders geringem Montageaufwand und hoher Fertigungssicherheit ein Schutz der elektronischen Schaltungsanordnung im Gehäuse des Druckmess- Umformers vor Beschädigungen bei Sensorbruch erreicht werden kann. Insbesondere ist die Montage eines Schlauchs aus Silikon oder PEEK nicht mehr erforderlich und die Anzahl der Bauteile wird somit reduziert. Die Referenzdruckanbindung der Sensorrückseite erfolgt bereits mit der Montage des Drucksensor-Bausteins auf dem Druckzuführungskörper, so dass diese als in den Drucksensor-Baustein integrierte Referenzdruckanbindung bezeichnet werden kann. Ein derartiger Drucksensor- Baustein wird als vorgefertigtes Bauteil auf dem Druckzufüh- rungskörper montiert. Dieser Vorgang kann einfacher automatisiert werden und das Risiko eines Montagefehlers wird verringert. Es wird also die Ausbeute beim Herstellungsprozess verbessert und der mit der Herstellung verbundene Aufwand reduziert. Fertigungsschritte bei der Montage sind in geringerer Anzahl erforderlich und gleichzeitig einfacher, schneller und zuverlässiger als bisher durchführbar. The invention has the advantage that, with particularly low assembly costs and high production reliability, protection of the electronic circuit arrangement in the housing of the pressure measuring Transformer can be achieved from damage caused by sensor breakage. In particular, the assembly of a tube made of silicone or PEEK is no longer required and the number of components is thus reduced. The reference pressure connection of the sensor rear side already takes place with the assembly of the pressure sensor module on the pressure feed body, so that it can be designated as a reference pressure connection integrated in the pressure sensor module. Such a pressure sensor module is mounted as a prefabricated component on the Druckzufüh- rungskörpers. This process is easier to automate and reduces the risk of assembly errors. Thus, the yield in the manufacturing process is improved and reduces the expense associated with the production. Manufacturing steps in assembly are required in smaller numbers and at the same time easier, faster and more reliable than previously feasible.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass derselbe Drucksensor-Baustein sowohl in einer Standardmesszelle als auch in einer druckfesten Ausführung der Messzelle einsetzbar ist. Durch die damit erreichte Variantenreduzierung verringert sich die Anzahl der vorzuhaltenden Bauteiltypen und infolgedessen ebenfalls der Herstellungsaufwand. Mit dem Wegfall der Schlauchmontage entfallen zudem die bisher erforderlichen Klebeprozesse zur Befestigung des Another advantage is the fact that the same pressure sensor module can be used both in a standard measuring cell and in a flameproof version of the measuring cell. By thus achieved variant reduction reduces the number of component types to be kept and consequently also the production cost. With the elimination of the hose assembly also eliminates the previously required bonding processes for fastening the
Schlauchs, die mit dem Risiko einer Kontamination des Druckmittlers, beispielsweise Silikonöls, verbunden waren. Wegen einer möglichen Silikonölkontamination insbesondere bei der druckfesten Ausführung des Druckmessumformers bisher durchgeführte Ofen- und Reinigungsprozesse sind in vorteilhafter Weise nicht mehr erforderlich. Hose, which were associated with the risk of contamination of the pressure transmitter, such as silicone oil. Because of a possible silicone oil contamination especially in the pressure-resistant design of the pressure transmitter previously performed furnace and cleaning processes are no longer required in an advantageous manner.
Durch die Erfindung sind vorteilhaft selbst Druckmessumformer mit vergleichsweise niedrigen Kosten herstellbar, in welchen wie bei den aus der eingangs erwähnten DE 42 44 459 Cl oder DE 42 44 460 Cl bekannten Druckmessumformern dadurch ein Schutz der elektronischen Schaltungsanordnung des Druckmessumformers vor Beschädigungen im Falle eines Durchbruchs der Drucksensormembran bei Drucküberlast erreicht wird, dass ein Abschnitt des Kanals, der zur Verbindung der Sensorrückseite mit der den Druckmessumformer umgebenden Atmosphäre dient, im Wesentlichen parallel zu dem Druckzuführungskanal im Druckzu- führungskörper verläuft . By the invention, even pressure transmitters can be produced with comparatively low costs, in which, as in the pressure transducers known from DE 42 44 459 C1 or DE 42 44 460 C1, protection of the electronic circuitry of the pressure transducer against damage in the event of break-through Pressure sensor diaphragm is achieved in pressure overload, that a portion of the channel, which serves to connect the sensor back with the atmosphere surrounding the pressure transducer, substantially parallel to the pressure supply passage in the pressure-feeding body runs.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Drucksensor-Baustein einen scheibenförmigen Sensorträger aus hochfestem Stahl auf und es ist zur Verbindung der Sensorrückseite mit der Austrittsöffnung des Abschnitts desIn a particularly advantageous embodiment of the invention, the pressure sensor module on a disk-shaped sensor carrier made of high-strength steel and it is for connecting the sensor back to the outlet opening of the portion of the
Atmosphärenverbindungskanals ein Rohr vorgesehen, dessen beide Enden jeweils auf einer Druckdurchführungsöffnung mit dem Sensorträger fest verbunden sind. Ein derartiger Baustein kann in einfacher Weise vollständig vorgefertigt werden, so dass nach dem Einschweißen des Drucksensor-Bausteins auf dem Druckzuführungskörper keinerlei weitere Fertigungsschritte zur Anbringung des Rohrs mehr durchgeführt werden müssen. Zudem ist bei dieser Ausführungsform des Bausteins in vorteilhafter Weise kein zusätzliches kappenartiges Bauteil zur Un- terstützung des Drucksensor-Bausteins erforderlich, wie dies bei der eingangs genannten DE 42 44 459 Cl bisher der Fall war. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer weiteren Reduzierung des Herstellungsaufwands. Eine Entstehung mechanischer Verspannungen im Drucksensor durch Temperatureintrag bei der Herstellung der Schweißverbindung zwischen dem Druckzuführungskörper und den Sensorträger in dessen Randbereich kann in vorteilhafter Weise nahezu vollständig ausgeschlossen werden, wenn als Schweißverfahren Kondensatorentladungsschweißen verwendet wird. Dabei wird die Energie von zuvor aufgeladenen Kondensatoren beim Schweißvorgang auf die Schweißstelle übertragen. Vorteile dieses Verfahrens sind sehr hohe Schweißströme, der steile Stromanstieg, die kurze Schweißzeit und somit die durch Energiekon- zentration vergleichsweise kleine Wärmeeinflusszone um denAtmosphärenverbindungskanals a tube provided, the two ends are each firmly connected to a pressure passage opening with the sensor carrier. Such a module can be completely prefabricated in a simple manner, so that after the welding of the pressure sensor module on the Druckzuführungskörper no further manufacturing steps for attaching the tube must be performed more. In addition, in this embodiment of the block advantageously no additional cap-like component for supporting the pressure sensor module is required, as was previously the case in the aforementioned DE 42 44 459 Cl. This leads advantageously to a further reduction of the manufacturing effort. An emergence of mechanical stresses in the pressure sensor due to the introduction of temperature in the production of the welded connection between the pressure feed body and the sensor carrier in its edge region can advantageously be almost completely excluded if capacitor discharge welding is used as the welding method. The energy of previously charged capacitors is transferred to the weld during the welding process. Advantages of this process are very high welding currents, the steep increase in current, the short welding time and thus the comparatively small heat affected zone due to the energy concentration
Bereich der Schweißstelle, da kurze Schweißzeiten die Hitzeentwicklung in der Umgebung minimieren. Zudem ermöglicht dieses Verfahren das sichere Verschweißen von hochfesten Stählen oder Kovar-Legierungen, die mit Vorteil als Material für den scheibenförmigen Sensorträger zum Einsatz kommen können. Dadurch wird eine geringere Dicke des Sensorträgers ermöglicht und eine kürzere Leitungsdurchführung, wodurch ebenfalls die Herstellungskosten des Druckmessumformers verringert werden. Weld area because short weld times minimize heat buildup in the environment. In addition, this method allows the secure welding of high-strength steels or Kovar alloys, which are advantageous as material for the disk-shaped sensor carrier can be used. This allows a smaller thickness of the sensor carrier and a shorter line feedthrough, which also reduces the manufacturing cost of the pressure transducer.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert. Es zeigen: With reference to the drawings, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below. Show it:
Figur 1 einen Ausschnitt eines Schnittbilds von einem 1 shows a detail of a sectional view of a
Druckmessumformer, Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Oberseite eines  2 shows a perspective view of the top side of a pressure transmitter
Drucksensor-Bausteins und  Pressure sensor module and
Figur 3 eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Figure 3 is a perspective view of the bottom of the
Drucksensor-Bausteins gemäß Figur 2.  Pressure sensor module according to FIG. 2.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen . In the figures, like parts are given the same reference numerals.
Wie Figur 1 zeigt, ist ein Drucksensor-Baustein 1 in einer topfförmigen Ausnehmung 2 eines Druckzuführungskörpers 3 angeordnet. Der Druckzuführungskörper 3 weist einen Druckzuführungskanal 4 auf, der in seinem oberen Teil 5 erweitert ist. In den oberen Teil 5 ist ein Stopfen 6 beispielsweise aus Stealit eingepresst, der gemeinsam mit dem Kanal 4 aufgrund seiner Eigenschaften und Abmessungen eine flammenrückschlag- sichere Strecke bilden kann. Der Kanal 4 ist mit einem Druckmittler, beispielsweise einem Silikonöl, durch ein Füllrohr 7 befüllt, welches nach dem Füllvorgang verschlossen wurde. Die eine, untere Seite einer Membran eines Drucksensors 8 ist von dem im Kanal 4 befindlichen Druckmittler umspült, so dass der von einer Prozessseite über eine Trennmembran 9 eingeleitete Druck auf den Sensor 8 übertragen wird. Die Oberseite der Membran des Drucksensors 8 ist als Niederdruck- oder Referenzdruckseite über eine in einem scheibenförmigen Sensorträ- ger 10 angebrachte Öffnung 11, ein Rohr 12, einen Kanal 13 und eine seitliche Austrittsöffnung 14 hindurch mit der den Druckmessumformer umgebenden Atmosphäre verbunden. Zur Vermeidung von Verunreinigungen ist im Kanal 13 ein Filter 15 angeordnet . As FIG. 1 shows, a pressure sensor module 1 is arranged in a pot-shaped recess 2 of a pressure feed body 3. The pressure feed body 3 has a pressure feed channel 4, which is widened in its upper part 5. In the upper part 5, a stopper 6, for example made of stealite is pressed, which can form a flame arresting safe route together with the channel 4 due to its properties and dimensions. The channel 4 is filled with a diaphragm seal, for example a silicone oil, through a filling tube 7, which was closed after the filling process. The one, lower side of a membrane of a pressure sensor 8 is surrounded by the pressure transmitter located in the channel 4, so that the pressure introduced from a process side via a separating membrane 9 is transmitted to the sensor 8. The upper side of the membrane of the pressure sensor 8 is designed as a low-pressure or reference pressure side via a disk-shaped sensor carrier. ger ger 10 attached opening 11, a pipe 12, a channel 13 and a side outlet opening 14 through connected to the atmosphere surrounding the pressure transducer. To avoid contamination, a filter 15 is arranged in the channel 13.
Beispielsweise oberhalb des Drucksensor-Bausteins 1 befindet sich eine elektronische Schaltungsanordnung zur Auswertung der Signale des Drucksensors 8 mit dem Zweck der Berechnung eines Druckwerts, welcher beispielsweise in einer prozesstechnischen Anlage als Prozessvariable zur Prozesssteuerung verwendet wird. Elektronische Schaltungsanordnung und Gehäuse des Druckmessumformers sind für das Verständnis der Erfindung ohne Bedeutung und daher in den Zeichnungen nicht darge- stellt. Sie können beispielsweise wie in der bereits eingangs genannten DE 42 44 460 Cl ausgeführt sein. Die Zuführung der Signale vom Drucksensor 8 zur elektronischen Schaltungsanordnung erfolgt in bekannter Weise über nicht dargestellte Bonddrähte, Leitungsdurchführungen 16 und eine mehradrige Flach- bandleitung 17. Die Anordnung der Leitungsdurchführungen 16 entspricht der eines üblichen T08-Sockels, wobei eine durch das Füllrohr 7 ersetzt ist. For example, above the pressure sensor module 1 is an electronic circuit arrangement for evaluating the signals of the pressure sensor 8 with the purpose of calculating a pressure value, which is used for example in a process engineering plant as a process variable for process control. Electronic circuitry and housing of the pressure transducer are of no significance to the understanding of the invention and therefore not shown in the drawings. They may, for example, be designed as described in the already mentioned DE 42 44 460 C1. The supply of the signals from the pressure sensor 8 to the electronic circuit arrangement takes place in a known manner via bonding wires, line bushings 16 and a multi-core ribbon cable 17, not shown. The arrangement of the cable bushings 16 corresponds to that of a conventional T08 socket, wherein one is replaced by the filling tube 7 ,
Der Sensorträger 10 bildet eine spannungsarme mechanische Ba- sis für den aufgeklebten und/oder gelöteten Drucksensor 8. Der Sensorträger 10 besteht aus einem hochfesten Stahl oder einer Kovar-Legierung und kann als scheibenförmige Platte vergleichsweise dünn ausgeführt sein. Seine Stabilität wird durch die druckdichten Leitungsdurchführungen 16 für die elektrischen Signale sowie durch die Füll- und Referenzdrucköffnungen kaum beeinträchtigt. Im Umfangsbereich kann der Sensorträger 10 beispielsweise durch Laser- oder Kondensatorentladungsschweißen dichtend und druckfest mit dem Boden der topfförmigen Ausnehmung 2 des Druckzuführungskörpers 3 fest verbunden sein. Dabei wird vorzugsweise ein Kondensatorentladungsschweißen verwendet, da dies die eingangs erläuterten Vorteile für den Druckmessumformer bietet. Damit Temperaturschwankungen des Messumformers zu keinen zusätzlichen mechanischen Spannungen in dem Sensorträger 10 führen, ist das Rohr 12 vorzugsweise aus einer VACON-Legierung mit definiertem thermischem Ausdehnungskoeffizienten gefertigt. The sensor carrier 10 forms a low-tension mechanical base for the glued and / or soldered pressure sensor 8. The sensor carrier 10 is made of a high-strength steel or a Kovar alloy and can be made comparatively thin as a disk-shaped plate. Its stability is hardly affected by the pressure-tight cable bushings 16 for the electrical signals and by the filling and reference pressure ports. In the peripheral region, the sensor carrier 10 may be firmly connected to the bottom of the cup-shaped recess 2 of the pressure feed body 3 in a sealing and pressure-resistant manner, for example by laser or capacitor discharge welding. In this case, a capacitor discharge welding is preferably used, since this offers the advantages explained above for the pressure transducer. So that temperature fluctuations of the transmitter do not lead to additional mechanical stresses in the sensor carrier 10, this is Tube 12 is preferably made of a VACON alloy with a defined thermal expansion coefficient.
Ein in den Figuren 2 und 3 dargestellter Drucksensor-Baustein 1 wird beim Montagevorgang als vorgefertigtes Bauteil bereitgestellt, in welchem das Rohr 12 bereits mit seinen beiden Enden eingeschweißt ist, bevor der Drucksensor-Baustein 1 mit dem Druckzuführungskörper 3 verschweißt wird. Dadurch ist nachträglich kein Montageschritt mehr zur Anbringung eines gesonderten Referenzdruckschlauchs und Verkleben dessen Enden erforderlich, wie es bisher der Fall war, so dass der neue Druckmessumformer, wie bereits oben ausführlich erläutert, mit einem wesentlich niedrigeren Herstellungsaufwand verbunden ist. Da der Kanal zur Verbindung der Rückseite des Druck- sensors 8 mit der den Druckmessumformer umgebenden Atmosphäre dabei an der elektronischen Schaltungsanordnung vorbei nach außen weist, ist gleichzeitig sichergestellt, dass bei einem Bruch der Sensormembran aufgrund Überlast kein Prozessmedium in das Gehäuseinnere eindringt. In vorteilhafter Weise wird mit dem lagerichtigen Einschweißen des Drucksensor-Bausteins 1 im Druckzuführungskörper 3 gleichzeitig die Verbindung zwischen der Rückseite des Drucksensors 8 und dem im Wesentlichen parallel zum Druckzuführungskanal 4 verlaufenden Kanal - abschnitt 13 hergestellt, da der Drucksensor-Baustein 1 mit seiner Scheibenfläche eine Austrittsöffnung 18 des im Druckzuführungskörper 3 verlaufenden Abschnitts 13 des Atmosphärenverbindungskanals überdeckt, wie es in Figur 1 gezeigt ist . A pressure sensor module 1 shown in FIGS. 2 and 3 is provided as a prefabricated component during the assembly process, in which the tube 12 is already welded with its two ends before the pressure sensor module 1 is welded to the pressure feed body 3. As a result, no further assembly step is required for attaching a separate reference pressure hose and gluing the ends thereof, as was previously the case, so that the new pressure transmitter, as already explained in detail above, is associated with a significantly lower production cost. At the same time, since the channel for connecting the rear side of the pressure sensor 8 with the atmosphere surrounding the pressure transmitter points outwards past the electronic circuit arrangement, it is ensured that no process medium penetrates into the housing interior due to overload due to overload. Advantageously, the connection between the back of the pressure sensor 8 and the substantially parallel to the pressure supply channel 4 extending channel - section 13 is produced with the correct position welding of the pressure sensor module 1 in Druckzuführungskörper 3, since the pressure sensor module 1 with its disk surface a Outlet opening 18 of the extending in the pressure feed body 3 section 13 of the atmosphere communication channel, as shown in Figure 1.
Der Drucksensor-Baustein 1, dessen Oberseite in Figur 2 und dessen Unterseite in Figur 3 dargestellt ist, besteht im Wesentlichen aus dem Sensorträger 10, der scheibenförmig aus hochfestem Stahl gefertigt ist, sieben druckdichten elektrischen Leitungsdurchführungen 16, einer druckdichten Durchführung mit dem Füllrohr 7 sowie dem aufgeklebten und/oder auf- gelöteten Drucksensor 8. Er wird als Bauteil vorgefertigt, so dass die Fertigungsschritte bei der Montage erheblich reduziert und das Risiko von Montagefehlern aufgrund einer automatisierbaren Montage deutlich vermindert sind. In vorteilhafter Weise kann der gezeigte Drucksensor-Baustein 1 zu- dem sowohl bei einer Standardmesszelle als auch bei einer druckfesten Ausführung verwendet werden, so dass sich die Variantenzahl verringert, was sich ebenfalls günstig auf den Herstellungsaufwand auswirkt. The pressure sensor module 1, whose upper side is shown in FIG. 2 and its underside in FIG. 3, consists essentially of the sensor carrier 10, which is made of high-strength steel, seven pressure-tight electrical cable bushings 16, a pressure-tight feedthrough with the filling tube 7 and It is prefabricated as a component, so that the manufacturing steps during assembly significantly reduced and the risk of assembly errors due to an automated assembly are significantly reduced. Advantageously, the pressure sensor module 1 shown can be used in both a standard measuring cell and a pressure-resistant design, so that the number of variants is reduced, which also has a favorable effect on the production cost.

Claims

Patentansprüche claims
1. Druckmessumformer mit einem scheibenförmigen Drucksensor- Baustein (1) , der einen Drucksensor (8) und einen scheiben- förmigen Sensorträger (10) aufweist, wobei der Sensorträger (10) im Randbereich mit einem Druckzuführungskörper (3) fest verbunden ist, wobei zur Verbindung der Sensorrückseite mit der den Druckmessumformer umgebenden Atmosphäre ein Atmosphärenverbindungskanal (11, 12, 13, 14) vorgesehen ist, der zu- mindest mit einem Abschnitt (13) im Wesentlichen parallel zu einem Druckzuführungskanal (4) im Druckzuführungskörper (3) verläuft, dadurch gekennzeichnet, 1. Pressure transmitter with a disc-shaped pressure sensor module (1) having a pressure sensor (8) and a disc-shaped sensor carrier (10), wherein the sensor carrier (10) in the edge region with a pressure supply body (3) is firmly connected, wherein the Connection of the sensor back with the atmosphere surrounding the pressure transducer an atmosphere communication passage (11, 12, 13, 14) is provided, which extends at least with a portion (13) substantially parallel to a pressure supply channel (4) in the pressure feed body (3) in
dass der scheibenförmige Drucksensor-Baustein (1) mit seiner Scheibenfläche eine Austrittsöffnung (18) des im Druckzufüh- rungskörper (3) verlaufenden Abschnitts (13) des Atmosphärenverbindungskanals überdeckt und that the disc-shaped pressure sensor module (1) covers with its disk surface an outlet opening (18) of the section (13) of the atmosphere connection channel extending in the pressure feed body (3) and
dass die Sensorrückseite durch den Drucksensor-Baustein (1) mit dem Abschnitt (13) des Atmosphärenverbindungskanals verbunden ist. in that the sensor rear side is connected to the section (13) of the atmosphere connection channel by the pressure sensor module (1).
2. Druckmessumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Sensorträger (10) des Drucksensor- Bausteins (1) aus hochfestem Stahl oder einer Legierung, insbesondere Kovar, besteht und dass zur Verbindung der Sensor- rückseite mit der Austrittsöffnung (18) des Abschnitts (13) des Atmosphärenverbindungskanals ein Rohr (12) vorgesehen ist, dessen beide Enden jeweils auf einer Druckdurchführungs- öffnung (11) mit dem Sensorträger (10) fest verbunden sind. 2. Pressure transmitter according to claim 1, characterized in that the disc-shaped sensor carrier (10) of the pressure sensor module (1) made of high-strength steel or an alloy, in particular Kovar, and that for connecting the sensor rear side with the outlet opening (18) of the Section (13) of the atmosphere communication passage a pipe (12) is provided, whose both ends are fixedly connected to the sensor carrier (10) in each case on a Druckdurchführungs- opening (11).
3. Druckmessumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Drucksensor-Baustein (1) durch Kondensatorentladungsschweißen mit dem Druckzuführungs- körper (3) fest verbunden ist. 3. Pressure transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that the disk-shaped pressure sensor module (1) by capacitor discharge welding with the Druckzuführungs- body (3) is firmly connected.
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