WO2021094230A1 - Pressure sensor for determining or monitoring the pressure of a process medium - Google Patents

Pressure sensor for determining or monitoring the pressure of a process medium Download PDF

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WO2021094230A1
WO2021094230A1 PCT/EP2020/081416 EP2020081416W WO2021094230A1 WO 2021094230 A1 WO2021094230 A1 WO 2021094230A1 EP 2020081416 W EP2020081416 W EP 2020081416W WO 2021094230 A1 WO2021094230 A1 WO 2021094230A1
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WO
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pressure
housing
pressure sensor
cup
adapter
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/081416
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German (de)
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Inventor
Andreas Krumbholz
Davide Parrotto
Igor Getman
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
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Publication date
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    • 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
    • G01L19/0654—Protection against aggressive medium in general against moisture or humidity
    • 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
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0046—Fluidic connecting means using isolation membranes
    • 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
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/142—Multiple part housings

Definitions

  • Pressure sensor for determining or monitoring the pressure of a process medium
  • the invention relates to a pressure sensor for determining or monitoring the pressure of a process medium.
  • Pressure measuring devices are used to measure the pressure and / or to control, regulate and / or automate a process running in an automation system.
  • Pressure gauges are used in automation technology in a large number of branches of industry, e.g. in chemistry and in the food industry, to name just a few important areas of application.
  • a pressure measuring device usually has a pressure measuring cell and sensor electronics connected to the pressure measuring cell.
  • the pressure measuring cell comprises an electromechanical converter that converts the reaction of a pressure-sensitive element into an electrical signal that is recorded by the sensor electronics and is accessible for further evaluation and / or processing.
  • the pressure measuring device can be designed as an absolute pressure measuring device or as a relative pressure measuring device. While in an absolute pressure measuring device a pressure to be measured is absolute, i. H. is detected as a pressure difference compared to the vacuum, a relative pressure sensor detects the pressure of a process medium relative to a reference pressure.
  • the reference pressure is usually the atmospheric pressure that prevails at the installation site of the pressure measuring device.
  • silicon-based pressure-sensitive measuring elements are increasingly being used for pressure measurement, the deflection of which is determined piezoresistively, capacitively or optoelectronically as a result of the action of pressure. Since silicon-based pressure-sensitive measuring elements are not inert to aggressive and corrosive process media, the pressure to be measured is not directly applied to the pressure-sensitive element, but is transmitted hydraulically to the pressure-sensitive element of the pressure measuring cell via a diaphragm seal consisting of a separating membrane and a base body.
  • a pressure chamber is formed between the separating membrane and the membrane bed which is filled with an incompressible transmission fluid, in particular a hydraulic oil.
  • the pressure acting on the separating membrane is transmitted to the pressure-sensitive element via a subsequent hydraulic path or via a capillary.
  • the measurement pressure of the process medium is applied to the process-facing surface of the pressure-sensitive element of the relative pressure sensor via the separating membrane, the surface of the pressure-sensitive element facing away from the process is subjected to vacuum or atmospheric / relative pressure.
  • a gaseous medium usually air, is applied to the pressure-sensitive element via a suitable supply opening or via a reference channel.
  • Gaseous media usually have a certain amount of moisture, which depends on the temperature at the measuring location.
  • the reference air duct in the outside area is usually closed by a filter, commercially available filters are not able to completely filter the moisture out of the gaseous medium. Consequently, with the air, moisture gets into the interior of the relative pressure sensor and to the pressure-sensitive element and the measuring circuit.
  • the larger the interior space of the housing available for the gaseous, moist medium i.e. the larger the so-called pump volume), the larger the amount of the gaseous medium and thus the amount of moisture in the housing.
  • the condensate collects in the interior of the housing. Since the pressure-sensitive element and the electronic components of the sensor electronics located in the interior of the housing are very sensitive to moisture, it is important to design a pressure sensor to be condensate-proof, i.e. to design it in such a way that no condensation occurs in the interior of the pressure sensor. If condensate is deposited in the interior of the housing, this has negative effects on the measuring performance of the pressure sensor.
  • the supply channel for the reference air consists of several components: two tubes which are arranged in defined areas in the interior of the pressure sensor, a hose being arranged between the two tubes.
  • the surface of the pressure-sensitive element facing away from the process is connected to the atmosphere in the outer space of the pressure sensor via a gap in the interior of the pressure sensor and a bore provided in the housing.
  • the condensate barrier is implemented by a relatively long input capillary and a zeolite module.
  • the reference air duct has a bore in the housing and a Hose on.
  • the reference air channel runs inside the housing through a molded body made of a material that adsorbs the moisture.
  • the molded body is designed in such a way that it fills at least 40% of the free volume of the interior of the pressure sensor. The molded body is able to adsorb the moisture penetrating via the reference air supply and thus effectively prevent condensation of water in the interior of the pressure sensor for years.
  • the invention is based on the object of proposing a condensate-proof reference pressure sensor that is easy to manufacture.
  • a pressure sensor for determining or monitoring the pressure of a process medium with a pressure measuring cell with a pressure-sensitive element and with a pressure transmitter upstream of the pressure measuring cell, via which the pressure of the process medium is transmitted to the surface of the pressure-sensitive element of the pressure measuring cell facing the process.
  • the pressure measuring cell is arranged in a cup-shaped housing, the cup-shaped housing with the pressure measuring cell and the diaphragm seal being arranged in a process adapter housing.
  • the surface of the pressure-sensitive element facing away from the process can be exposed to reference air via a reference air channel consisting of a feed opening in the cup-shaped housing, an annular air gap and a reference air opening in the wall of a housing adapter.
  • a sealing system is designed and / or arranged between the cup-shaped housing and the process adapter housing and / or the housing adapter in such a way that a volume area exposed to reference air in the interior of the pressure sensor is below a predetermined limit value. Expressed alternatively, the volume area to which reference air is applied is minimized.
  • minimized means that the reference air present in the volume area spatially restricted by the sealing system, which usually has a certain amount of moisture, is so low that under no conditions condensation will form in the volume area and in particular in the area of the pressure-sensitive element and a corresponding measuring circuit occurs.
  • By minimizing / reducing the reference air duct in the interior of the pressure sensor it is possible to reduce the pump volume in such a way that condensation in the interior of the pressure sensor is - if possible - completely avoided or reduced to a tolerable level.
  • the pressure sensor is therefore resistant to condensation and the measurement performance of the pressure sensor is not negatively influenced by the formation of condensation.
  • the measuring circuit - in one of the configurations known from the prior art - uses the deformation of the pressure-sensitive element provides a measurement signal for determining or monitoring the pressure of the process medium.
  • a feed opening for the reference pressure is arranged in the end face of the cup-shaped housing facing away from the process. Viewed from the pressure measuring cell, the feed opening for the reference pressure preferably runs axially and is then guided essentially radially through the cup-shaped housing or its end region. Furthermore, according to one embodiment of the pressure sensor according to the invention, it is provided that the housing adapter has an essentially radially extending feed opening which is arranged offset in the axial direction with respect to the feed opening in the cup-shaped housing receiving the pressure measuring cell. It goes without saying that the feed opening in the housing adapter can also run inclined against the radial alignment.
  • the reference air is supplied between the two supply openings through an annular gap between the outer wall of the cup-shaped housing and the inner wall of the housing adapter and / or the inner wall of the process adapter housing.
  • the length of the annular air gap is limited by the axially arranged sealing system, so that the reference air is only located in a limited volume area in the interior of the pressure sensor.
  • the essentially radial feed opening running through the cup-shaped housing opens into the partial area of the air gap between the cup-shaped housing and the process adapter housing and / or the housing adapter that is delimited by the sealing system.
  • the supply opening in the cup-shaped housing and the reference air supply in the housing adapter communicate with one another via the annular air gap.
  • This variant has the advantage that the individual components are quite easy to manufacture and assemble. In the simplest case, the components, which are usually made of stainless steel, are manufactured using a turning process.
  • the pressure transmitter and the pressure measuring cell are resiliently mounted in the process adapter housing and / or in the housing adapter.
  • the resilient one In the simplest case, storage takes place via the sealing system.
  • the resilient mounting is reinforced by a molded part made of a non-conductive elastic material. The molded part is arranged between the cup-shaped housing and the process adapter housing and / or the housing adapter and is designed so that it fixes the sealing system, preferably consisting of four O-rings or injected soft components, in the axial and radial directions.
  • the length and the width of the feed openings - in particular the annular air gap between the cup-shaped housing and the process adapter housing and / or the housing adapter - are chosen so that the pressure sensor meets the requirements for use in potentially explosive areas.
  • the pressure sensor is intrinsically safe and, for example, fulfills the Ex-d type of protection.
  • the thickness of the gap is also dimensioned in such a way that, firstly, a secure assembly of the components is guaranteed and, secondly, it is ensured for the specified temperature range of the pressure sensor that the neighboring components do not come into contact with one another due to thermal expansion.
  • the appropriately adapted dimensioning always ensures that, on the one hand, in the event of an explosion in the interior of the pressure sensor, no spark can penetrate into the possibly explosive ambient atmosphere of the pressure sensor; on the other hand, the reference air pressure is always applied to the pressure-sensitive element.
  • the pressure sensor according to the invention can be made both condensate-proof and explosion-proof in a simple manner by means of comparable structural features.
  • the necessary condensate resistance is ensured by limiting the internal volume. Safe explosion protection is achieved in particular via: the length and thickness of the gap in the reference air channel, and the suitably dimensioned length and diameter of the capillary located in the diaphragm seal.
  • a modular assembly consisting of a capillary component functioning as a diaphragm seal and a process adapter housing with a membrane bed.
  • the capillary component and the process adapter housing are only connected to one another via an axial weld seam between the edge region of the end face of the capillary component and the surface region of the membrane bed radially adjoining the recess.
  • the pressure-sensitive element arranged above the capillary component is largely thermally decoupled from the process. Therefore, in particular temperature shocks, that is to say brief temperature increases that occur during manufacture or during operation of the pressure measuring device, do not have any negative effects on the pressure measuring device.
  • the defined length of the capillary and the design of the corresponding capillary component are dimensioned so that a temperature shock and / or an increased temperature of the process medium occurring during the manufacture of the pressure sensor or during ongoing operation of the pressure sensor pressure-sensitive elements are / is not critical.
  • the corresponding built-up pressure measuring device can also be used in the high temperature range.
  • the depth of the axial weld seam between the end area of the capillary component and the membrane bed is dimensioned in such a way that it can withstand a maximum pressure acting on the membrane bed, e.g. of 700 bar.
  • the capillary of the capillary component or the diaphragm seal also fulfills another function:
  • the capillary is dimensioned so that the pressure measuring device can be used in potentially explosive areas.
  • the capillary is dimensioned in such a way that the pressure measuring device fulfills the Ex-d requirements, for example: In the event of spark formation in the interior of the pressure sensor, e.g. as a result of a short circuit, it is ensured that a spark that occurs within the Pressure measuring device evaporates before it comes into contact with the process medium or the ambient atmosphere.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of the pressure sensor 1 according to the invention for determining or monitoring the pressure of a process medium 10.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a second embodiment of the pressure sensor 1 according to the invention differ only in the design and arrangement of the sealing system 12. Therefore, repetitions are dispensed with in the description of FIG. 2, and only the features that differ from the features of the solution described in FIG. 1 are presented.
  • the core of the pressure sensor 1 is the pressure measuring cell 2 with the pressure-sensitive element 3 and the measuring circuit 15 the process pressure of the process medium 10 is transmitted - unadulterated - to the surface of the pressure-sensitive element 3 of the pressure measuring cell 2 facing the process.
  • a process adapter 26 connects in the direction of the process, via which the pressure sensor 1 can be attached to a container, for example by means of a screw thread.
  • the pressure measuring cell 3 is at least partially enclosed by a correspondingly dimensioned recess of a one-piece cup-shaped filling body 21.
  • Pressure measuring cell 3 and filling body 21 are positioned in a recess of a cup-shaped housing 13.
  • the connecting wires of the measuring circuit 15 are incidentally led away from the measuring circuit 15 via a gas-tight glass bushing (not shown separately).
  • the filling body 21 also has a bore 22 into which a filling tube 23 is inserted.
  • the pressure sensor 1 is filled with the incompressible transmission fluid 8 via the filling tube 23.
  • the transmission fluid 8 is, for example, a highly viscous silicone oil.
  • the filling body 21 is locked in the cup-shaped housing 13 via a fastening mechanism, for example via at least one locking lug.
  • the filling body 21 is clipped into the cup-shaped housing 13, e.g. via 2, 3 or 4 locking lugs.
  • the filling body 21 has the task of reducing the required oil volume or restricting it to a minimum. It goes without saying that the configuration using an oil reservoir and a filling body 21 is only optional in connection with the invention.
  • the pressure measuring cell 2 is therefore arranged in the cup-shaped housing 13.
  • the diaphragm seal 4, the pressure measuring cell 2 and the cup-shaped housing 13 are arranged in the housing adapter 16.
  • the surface of the pressure-sensitive element 3 facing away from the process is acted upon by the relative pressure prevailing in the outer space of the pressure sensor 1 via a reference air duct 11, 19, 14.
  • the reference air duct 11, 19, 14, which essentially defines the volume area in which the reference air is located in the interior of the pressure sensor 1, is composed of the following partial volume partial areas: the supply opening 11, which in the case shown is only guided axially then radially - as seen from the pressure measuring cell 2 - in the end face of the cup-shaped housing 13; the reference air supply 14 axially offset with respect to the supply opening 11, which preferably runs radially in the wall of the housing adapter 16 , the annular air gap 19 between the outer surface of the cup-shaped housing 13 and the inner surface of the process housing adapter 24 and / or the housing adapter 16, the air gap 19 in the axial direction through a sealing system 12 of two O-rings (Fig. 1) or 4 O -Ringen (Fig. 2) is limited.
  • the volume area located in the interior of the pressure sensor 1, in which the reference air for acting on the pressure-sensitive element 3 is located, is designed and / or arranged such that the pressure sensor 1 is resistant to condensation in the specified temperature range. For this reason, the volume area is as small as possible.
  • the reference air supply is indicated in FIG. 1 by arrows.
  • the pressure transmitter 4 or the capillary component 4 and the cup-shaped housing 13 with the internal pressure measuring cell 2 form a modular assembly.
  • This modular assembly is designed in such a way that it can be inserted into the process adapter housing 24.
  • the process adapter housing 24 has an arbitrarily configured membrane bed 25 at its end region facing the process.
  • the membrane bed 25 can have a shape known from the prior art; however, it can also be shaped as it is described in the parallel patent application of the applicant, which has the same filing date as the present patent application.
  • the separation membrane 27 is arranged in front of the membrane bed 25.
  • the pressure chamber 7 is located between the separating membrane 27 and the membrane bed 25.
  • the membrane bed 25 has an opening in the center which serves to accommodate the end region of the capillary component 4 facing the process.
  • the end region of the capillary component 4 and the membrane bed 25 are connected to one another in a gas-tight manner via an axial weld seam.
  • the individual components of the modular assembly 4, 13 are dimensioned and coordinated in such a way that the axial weld seam forms the only contact surface between the capillary component 4 and the cup-shaped housing 13 on the one hand and the process adapter housing 24 on the other. Otherwise, the modular assembly 4, 13 and the process adapter housing 24 preferably have different spatial distances from one another in different areas.
  • the length of the capillary component 4 and the capillary 5 running in the capillary component 4 are dimensioned such that the pressure-sensitive element 3 is thermally decoupled from the temperatures prevailing in the process.
  • the thermal decoupling is in the Reached essentially via the cavities 29 with air inclusions between the capillary component 4 and the process adapter housing 24.
  • the capillary component 4 has a reduced diameter, at least in a partial area in which the capillary 5 is located. This considerably reduces the thermal conductivity of the capillary component 4.
  • the components are usually preferably turned parts made of stainless steel.
  • the capillary component can also be a welded assembly consisting of a holding element and a capillary tube.
  • a mechanical decoupling of modular assembly 9, 13 and process adapter housing 24 and housing adapter 16 is also provided. Due to the mechanical decoupling, the pressure sensor 1 is insensitive to external interference.
  • the mechanical decoupling is achieved via a resilient mounting, which is implemented either via O-rings 12 or other elastic components.
  • a resilient mounting which is implemented either via O-rings 12 or other elastic components.
  • two O-rings 12 are used for resilient mounting, while the resilient / elastic sealing system 12 in Fig. 2 consists of four O-rings.
  • a plastic molded part 20 is also provided, which has suitable annular recesses for receiving and fixing the O-rings 12 in the radial and axial directions.
  • Two of the O-rings 12 are used for elastic mounting on the housing adapter 16, and two O-rings 12 are used for mounting on the process adapter housing 24.
  • the sealing system 12 has a further, extremely important function in both configurations: the O-rings 12 or other elastic elements, which also fulfill the sealing function that is also required, are designed in this way and / or arranged that the volume range for reference air in the interior of the pressure sensor 1 is restricted and the pressure sensor is resistant to condensation.
  • the openings 11, 14 with the electrical components, in particular the measuring circuit 15, in gas exchange and the air gap 19 in the interior of the pressure sensor 1 are dimensioned in terms of diameter or width and length such that the pressure sensor 1 meets the requirements of a predetermined type of protection.
  • the width and the length of the annular air gap 19 are dimensioned such that a spark occurring in the interior is extinguished in the air gap 19, so that it cannot cause an explosion in the exterior.
  • the pressure sensor 1 is preferably designed in such a way that it is intrinsically safe.
  • the diameter and the length of the capillary 5 of the diaphragm seal 4 are dimensioned so that a spark occurring in the interior does not get into the potentially explosive ambient atmosphere.

Abstract

The invention relates to a pressure sensor (1) for determining or monitoring the pressure of a process medium (10), comprising a pressure measurement cell (2) with a pressure-sensitive element (3) and a pressure transmission device (4) which is mounted in front of the pressure measurement cell (2) and via which the pressure of the process medium (10) is transmitted to the surface of the pressure-sensitive element (3) of the pressure measurement cell (2), said surface facing the process medium, wherein the pressure measurement cell (2) is arranged in a cup-like housing (13), and the cup-like housing (13) together with the pressure measurement cell (2) and the pressure transmission device (4) is arranged in a process medium adapter housing (24). The surface of the pressure-sensitive element (3) facing away from the process medium is supplied with reference air via a supply opening (11) in the cup-like housing (13) and via an annular air gap (19) and a reference air opening (14) in the wall of a housing adapter (16). A seal system (12) is arranged between the cup-like housing (13) and the process medium adapter housing (16) and/or the housing adapter (16) such that a volume region (11, 19, 14) supplied with reference air lies below a specified threshold. The pressure sensor also comprises a measurement circuit (15) which provides a measurement signal for determining or monitoring the pressure of the process medium (10) using the deformation of the pressure-sensitive element (3).

Description

Drucksensor zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks eines Prozessmediums Pressure sensor for determining or monitoring the pressure of a process medium
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks eines Prozessmediums. The invention relates to a pressure sensor for determining or monitoring the pressure of a process medium.
Druckmessgeräte dienen zur Messung des Drucks und/oder zur Steuerung, Regelung und/oder Automatisierung eines in einer Automatisierungsanlage ablaufenden Prozesses. Druckmessgeräte werden in der Automatisierungstechnik in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt, z.B. in der Chemie und in der Lebensmittelindustrie, um nur einige wichtige Anwendungsgebiete zu nennen. Pressure measuring devices are used to measure the pressure and / or to control, regulate and / or automate a process running in an automation system. Pressure gauges are used in automation technology in a large number of branches of industry, e.g. in chemistry and in the food industry, to name just a few important areas of application.
Ein Druckmessgerät weist üblicherweise eine Druckmesszelle und eine mit der Druckmesszelle verbundene Sensorelektronik auf. Die Druckmesszelle umfasst einen elektromechanischen Wandler, der die Reaktion eines druckempfindlichen Elementes in ein elektrisches Signal umwandelt, das über die Sensorelektronik aufgenommen und einerweiteren Auswertung und/oder Verarbeitung zugänglich ist. A pressure measuring device usually has a pressure measuring cell and sensor electronics connected to the pressure measuring cell. The pressure measuring cell comprises an electromechanical converter that converts the reaction of a pressure-sensitive element into an electrical signal that is recorded by the sensor electronics and is accessible for further evaluation and / or processing.
Das Druckmessgerät kann als Absolutdruckmessgerät oder als Relativdruckmessgerät ausgestaltet sein. Während bei einem Absolutdruckmessgerät ein zu messender Druck absolut, d. h. als Druckunterschied gegenüber dem Vakuum erfasst wird, erfasst ein Relativdrucksensor den Druck eines Prozessmediums relativ zu einem Referenzdruck. Üblicherweise handelt es sich bei dem Referenzdruck um den Atmosphärendruck, der am Installationsort des Druckmessgeräts herrscht. The pressure measuring device can be designed as an absolute pressure measuring device or as a relative pressure measuring device. While in an absolute pressure measuring device a pressure to be measured is absolute, i. H. is detected as a pressure difference compared to the vacuum, a relative pressure sensor detects the pressure of a process medium relative to a reference pressure. The reference pressure is usually the atmospheric pressure that prevails at the installation site of the pressure measuring device.
In zunehmendem Maße werden zur Druckmessung der halbleiter-, insbesondere siliziumbasierte druckempfindliche Messelemente eingesetzt, deren Auslenkung infolge der Druckeinwirkung piezoresistiv, kapazitiv oder optoelektronisch bestimmt wird. Da siliziumbasierte druckempfindliche Messelemente nicht inert gegenüber aggressiven und korrosiven Prozessmedien sind, liegt der zu messende Druck nicht unmittelbar an dem druckempfindlichen Element an, sondern wird über einen Druckmittler, bestehend aus einer Trennmembran und einem Grundkörper, hydraulisch zum druckempfindlichen Element der Druckmesszelle übertragen. Damit der Druck möglichst unverfälscht zum druckempfindlichen Element übertragen wird, ist zwischen der Trennmembran und dem Membranbett eine Druckkammer ausgebildet, die mit einer inkompressiblen Übertragungsflüssigkeit, insbesondere einem Hydrauliköl, gefüllt ist. Über einen sich anschließenden hydraulischen Pfad bzw. über eine Kapillare wird der auf die Trennmembran wirkende Druck auf das drucksensitive Element übertragen. Während der Messdruck des Prozessmediums über die Trennmembran an der dem Prozess zugewandten Fläche des drucksensitiven Elements des Relativdrucksensors anliegt, wird die dem Prozess abgewandte Fläche des drucksensitiven Elements mit Vakuum oder dem Atmosphären-/Relativdruck beaufschlagt. Die Beaufschlagung des drucksensitiven Elements mit einem gasförmigen Medium, üblicherweise Luft, erfolgt über eine geeignete Zuführöffnung bzw. über einen Referenzkanal. Semiconductor-based, in particular silicon-based pressure-sensitive measuring elements are increasingly being used for pressure measurement, the deflection of which is determined piezoresistively, capacitively or optoelectronically as a result of the action of pressure. Since silicon-based pressure-sensitive measuring elements are not inert to aggressive and corrosive process media, the pressure to be measured is not directly applied to the pressure-sensitive element, but is transmitted hydraulically to the pressure-sensitive element of the pressure measuring cell via a diaphragm seal consisting of a separating membrane and a base body. In order for the pressure to be transmitted to the pressure-sensitive element as unadulterated as possible, a pressure chamber is formed between the separating membrane and the membrane bed which is filled with an incompressible transmission fluid, in particular a hydraulic oil. The pressure acting on the separating membrane is transmitted to the pressure-sensitive element via a subsequent hydraulic path or via a capillary. While the measurement pressure of the process medium is applied to the process-facing surface of the pressure-sensitive element of the relative pressure sensor via the separating membrane, the surface of the pressure-sensitive element facing away from the process is subjected to vacuum or atmospheric / relative pressure. A gaseous medium, usually air, is applied to the pressure-sensitive element via a suitable supply opening or via a reference channel.
Gasförmige Medien haben üblicherweise einen gewissen Feuchtigkeitsanteil, der abhängig ist von der am Messort herrschenden Temperatur. Zwar ist der Referenzluftkanal im Außenbereich üblicherweise durch ein Filter verschlossen, jedoch sind handelsübliche Filter nicht in der Lage, die Feuchtigkeit vollständig aus dem gasförmigen Medium herauszufiltern. Folglich gelangt mit der Luft Feuchtigkeit in den Innenraum des Relativdrucksensors und zu dem drucksensitiven Element und der Messschaltung. Je größer der für das gasförmige, feuchte Medium zu Verfügung stehende Innenraum des Gehäuses ist (also je größer das sog. Pumpvolumen ist), umso größer ist die Menge des gasförmigen Mediums und somit die in dem Gehäuse befindliche Feuchtigkeitsmenge. Gaseous media usually have a certain amount of moisture, which depends on the temperature at the measuring location. Although the reference air duct in the outside area is usually closed by a filter, commercially available filters are not able to completely filter the moisture out of the gaseous medium. Consequently, with the air, moisture gets into the interior of the relative pressure sensor and to the pressure-sensitive element and the measuring circuit. The larger the interior space of the housing available for the gaseous, moist medium (i.e. the larger the so-called pump volume), the larger the amount of the gaseous medium and thus the amount of moisture in the housing.
Ist die Temperatur in der Umgebung des Messorts höher als die Temperatur im Innenraum des Gehäuses, so besteht die Gefahr, dass im Innenraum des Gehäuses der Taupunkt unterschritten wird und Kondensatbildung auftritt. Das Kondensat sammelt sich im Innenraum des Gehäuses. Da das drucksensitive Element und die im Innenraum des Gehäuses befindlichen elektronischen Komponenten der Sensorelektronik sehr empfindlich gegenüber Feuchtigkeit sind, ist es wichtig, einen Drucksensor kondensatfest auszugestalten, also derart auszugestalten, dass keine Kondensatbildung im Innenraum des Drucksensors erfolgt. Lagert sich im Innenraum des Gehäuses nämlich Kondensat ab, so hat dies negative Auswirkungen auf die Messperformance des Drucksensors. If the temperature in the vicinity of the measurement location is higher than the temperature in the interior of the housing, there is a risk that the interior of the housing will fall below the dew point and condensation will form. The condensate collects in the interior of the housing. Since the pressure-sensitive element and the electronic components of the sensor electronics located in the interior of the housing are very sensitive to moisture, it is important to design a pressure sensor to be condensate-proof, i.e. to design it in such a way that no condensation occurs in the interior of the pressure sensor. If condensate is deposited in the interior of the housing, this has negative effects on the measuring performance of the pressure sensor.
Eine Möglichkeit, das Eindringen von Feuchtigkeit in den Innenraum eines Drucksensors zu verhindern, ist aus der DE 103 16 033 A1 bekannt geworden. Bei der bekannten Lösung besteht der Zuführkanal für die Referenzluft aus mehreren Komponenten: zwei Röhrchen, die an definierten Bereichen im Innenraum des Drucksensors angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Röhrchen ein Schlauch angeordnet ist. Über einen Spalt im Innenraum des Drucksensors und eine im Gehäuse vorgesehene Bohrung steht die vom Prozess abgewandten Oberfläche des drucksensitiven Elements mit der Atmosphäre im Außenraum des Drucksensors in Verbindung. One way of preventing moisture from penetrating into the interior of a pressure sensor is known from DE 103 16 033 A1. In the known solution, the supply channel for the reference air consists of several components: two tubes which are arranged in defined areas in the interior of the pressure sensor, a hose being arranged between the two tubes. The surface of the pressure-sensitive element facing away from the process is connected to the atmosphere in the outer space of the pressure sensor via a gap in the interior of the pressure sensor and a bore provided in the housing.
Bei der Lösung, die aus der DE 10 2011 080 142 A1 bekannt geworden ist, wird die Kondensatsperre durch eine relativ lange Eingangskapillare und ein Zeolith-Modul realisiert. Auch hier weist der Referenzluftkanal eine Bohrung im Gehäuse und einen Schlauch auf. Der Referenzluftkanal verläuft im Gehäuseinnern durch einen Formkörper, der aus einem die Feuchtigkeit adsorbierenden Material gefertigt ist. Der Formkörper ist so ausgestaltet, dass er mindestens 40% des freien Volumens des Innenraums des Drucksensor ausfüllt. Der Formkörper ist in der Lage, die über die Referenzluftzuführung eindringende Feuchtigkeit zu adsorbieren und somit eine Kondensation von Wasser im Innenraum des Drucksensors über Jahre hinweg effektiv zu verhindern. In the solution, which has become known from DE 10 2011 080 142 A1, the condensate barrier is implemented by a relatively long input capillary and a zeolite module. Here, too, the reference air duct has a bore in the housing and a Hose on. The reference air channel runs inside the housing through a molded body made of a material that adsorbs the moisture. The molded body is designed in such a way that it fills at least 40% of the free volume of the interior of the pressure sensor. The molded body is able to adsorb the moisture penetrating via the reference air supply and thus effectively prevent condensation of water in the interior of the pressure sensor for years.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach zu fertigenden, kondensatfesten Referenzdrucksensor vorzuschlagen. The invention is based on the object of proposing a condensate-proof reference pressure sensor that is easy to manufacture.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Drucksensor zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks eines Prozessmediums mit einer Druckmesszelle mit einem drucksensitiven Element und mit einem der Druckmesszelle vorgelagerten Druckmittler, über den der Druck des Prozessmediums auf die dem Prozess zugewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements der Druckmesszelle übertragen wird. Die Druckmesszelle ist in einem becherförmigen Gehäuse angeordnet, wobei das becherförmige Gehäuse mit der Druckmesszelle und der Druckmittler in einem Prozessadaptergehäuse angeordnet sind. Die vom Prozess abgewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements ist über einen Referenzluftkanal, bestehend aus einer Zuführöffnung in dem becherförmigen Gehäuse, einem ringförmigen Luftspalt und einer Referenzluftöffnung in der Wandung eines Gehäuseadapters, mit Referenzluft beaufschlagbar. Ein Dichtsystem ist zwischen dem becherförmigen Gehäuse und dem Prozessadaptergehäuse und/oder dem Gehäuseadapter derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass ein mit Referenzluft beaufschlagter Volumenbereich im Innenraum des Drucksensors unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt. Alternativ ausgedrückt, ist der mit Referenzluft beaufschlagte Volumenbereich minimiert. The object is achieved by a pressure sensor for determining or monitoring the pressure of a process medium with a pressure measuring cell with a pressure-sensitive element and with a pressure transmitter upstream of the pressure measuring cell, via which the pressure of the process medium is transmitted to the surface of the pressure-sensitive element of the pressure measuring cell facing the process. The pressure measuring cell is arranged in a cup-shaped housing, the cup-shaped housing with the pressure measuring cell and the diaphragm seal being arranged in a process adapter housing. The surface of the pressure-sensitive element facing away from the process can be exposed to reference air via a reference air channel consisting of a feed opening in the cup-shaped housing, an annular air gap and a reference air opening in the wall of a housing adapter. A sealing system is designed and / or arranged between the cup-shaped housing and the process adapter housing and / or the housing adapter in such a way that a volume area exposed to reference air in the interior of the pressure sensor is below a predetermined limit value. Expressed alternatively, the volume area to which reference air is applied is minimized.
Minimiert heißt in diesem Zusammenhang, dass die in dem durch das Dichtsystem räumlich beschränkten Volumenbereich vorhandene Referenzluft, die üblicherweise einen gewissen Feuchteanteil aufweist, so gering ist, dass unter keinen Bedingungen eine Kondensatbildung in dem Volumenbereich und insbesondere im Bereich des drucksensitiven Elements und einer entsprechenden Messschaltung auftritt. Oder in anderen Worten: Durch die Minimierung/Reduzierung des Referenzluftkanals im Innenraum des Drucksensors ist es möglich, das Pumpvolumen so zu reduzieren, dass eine Kondensatbildung im Innenraum des Drucksensors - möglichst - vollständig vermieden wird bzw. auf ein tolerierbares Maß reduziert wird. Daher ist der Drucksensor kondensatfest, und es kommt zu keiner negativen Beeinflussung der Mess-Performance des Drucksensors durch Kondensatbildung. Die Messschaltung - in einer der aus dem Stand der Technik bekannten Ausgestaltungen - stellt anhand der Verformung des drucksensitiven Elements ein Messsignal zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks des Prozessmediums zur Verfügung. In this context, minimized means that the reference air present in the volume area spatially restricted by the sealing system, which usually has a certain amount of moisture, is so low that under no conditions condensation will form in the volume area and in particular in the area of the pressure-sensitive element and a corresponding measuring circuit occurs. Or in other words: By minimizing / reducing the reference air duct in the interior of the pressure sensor, it is possible to reduce the pump volume in such a way that condensation in the interior of the pressure sensor is - if possible - completely avoided or reduced to a tolerable level. The pressure sensor is therefore resistant to condensation and the measurement performance of the pressure sensor is not negatively influenced by the formation of condensation. The measuring circuit - in one of the configurations known from the prior art - uses the deformation of the pressure-sensitive element provides a measurement signal for determining or monitoring the pressure of the process medium.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksensors ist eine Zuführöffnung für den Referenzdruck in der vom Prozess abgewandten Stirnfläche des becherförmigen Gehäuses angeordnet. Von der Druckmesszelle aus gesehen, verläuft die Zuführöffnung für den Referenzdruck bevorzugt axial und ist anschließend im Wesentlichen radial durch das becherförmige Gehäuse bzw. dessen Stirnbereich geführt. Weiterhin ist gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors vorgesehen, dass der Gehäuseadapter eine im Wesentlichen radial verlaufende Zuführöffnung aufweist, die bezüglich der Zuführöffnung in dem die Druckmesszelle aufnehmenden becherförmigen Gehäuse in axialer Richtung versetzt angeordnet ist. Es versteht sich von selbst, dass die Zuführöffnung im Gehäuseadapter auch gegen die radiale Ausrichtung geneigt verlaufen kann. According to a further development of the pressure sensor according to the invention, a feed opening for the reference pressure is arranged in the end face of the cup-shaped housing facing away from the process. Viewed from the pressure measuring cell, the feed opening for the reference pressure preferably runs axially and is then guided essentially radially through the cup-shaped housing or its end region. Furthermore, according to one embodiment of the pressure sensor according to the invention, it is provided that the housing adapter has an essentially radially extending feed opening which is arranged offset in the axial direction with respect to the feed opening in the cup-shaped housing receiving the pressure measuring cell. It goes without saying that the feed opening in the housing adapter can also run inclined against the radial alignment.
Zwischen den beiden Zuführöffnungen erfolgt die Referenzluftzufuhr durch einen ringförmigen Spalt zwischen der Außenwand des becherförmigen Gehäuses und der Innenwand des Gehäuseadapters und/oder der Innenwand des Prozessadaptergehäuses. Der ringförmige Luftspalt ist durch das axial angeordnete Dichtsystem in seiner Länge begrenzt, so dass sich die Referenzluft nur in einem beschränkten Volumenbereich im Innenraum des Drucksensors befindet. Durch den Versatz der beiden Zuführöffnungen lässt sich die Länge des Weges, den die Referenzluft im Innenraum des Drucksensors nehmen muss, vergrößern, ohne dass es zu einer vergleichbaren Zunahme des Volumenbereichs für die Referenzluft kommt. Dies ist für die Eigensicherheit des Drucksensors von großer Wichtigkeit, die später noch näher beschrieben wird. The reference air is supplied between the two supply openings through an annular gap between the outer wall of the cup-shaped housing and the inner wall of the housing adapter and / or the inner wall of the process adapter housing. The length of the annular air gap is limited by the axially arranged sealing system, so that the reference air is only located in a limited volume area in the interior of the pressure sensor. By offsetting the two feed openings, the length of the path that the reference air has to take in the interior of the pressure sensor can be increased without there being a comparable increase in the volume range for the reference air. This is of great importance for the intrinsic safety of the pressure sensor, which will be described in more detail later.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksensors schlägt vor, dass die durch das becherförmigen Gehäuse verlaufende im Wesentlichen radiale Zuführöffnung in den durch das Dichtsystem begrenzten Teilbereich des Luftspalts zwischen becherförmigem Gehäuse und Prozessadaptergehäuse und/oder Gehäuseadapter mündet. Die Zuführöffnung in dem becherförmigen Gehäuse und die Referenzluftzuführung im Gehäuseadapter kommunizieren miteinander über den ringförmigen Luftspalt. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Einzelkomponenten recht einfach zu fertigen und zu montieren sind. Im einfachsten Fall werden die üblicherweise aus Edelstahl bestehenden Komponenten über einen Drehprozess gefertigt. An advantageous development of the pressure sensor according to the invention proposes that the essentially radial feed opening running through the cup-shaped housing opens into the partial area of the air gap between the cup-shaped housing and the process adapter housing and / or the housing adapter that is delimited by the sealing system. The supply opening in the cup-shaped housing and the reference air supply in the housing adapter communicate with one another via the annular air gap. This variant has the advantage that the individual components are quite easy to manufacture and assemble. In the simplest case, the components, which are usually made of stainless steel, are manufactured using a turning process.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors wird vorgeschlagen, dass der Druckmittler und die Druckmesszelle federnd in dem Prozessadaptergehäuse und/oder in dem Gehäuseadapter gelagert sind. Die federnde Lagerung erfolgt im einfachsten Fall über das Dichtsystem. In einer Weiterbildung ist die federnde Lagerung verstärkt durch ein Formteil aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material. Das Formteil ist zwischen dem becherförmigen Gehäuse und dem Prozessadaptergehäuse und/oder dem Gehäuseadapter angeordnet und so ausgestaltet ist, dass es das Dichtsystem, bevorzugt bestehend aus vier O-Ringen oder eingespritzten Weichkomponenten, in axialer und radialer Richtung fixiert. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da infolge der federnden Lagerung die drucksensitiven Komponenten des Drucksensors von Störeinflüssen aus der Umgebung weitgehend mechanisch entkoppelt sind. According to a preferred embodiment of the pressure sensor according to the invention, it is proposed that the pressure transmitter and the pressure measuring cell are resiliently mounted in the process adapter housing and / or in the housing adapter. The resilient one In the simplest case, storage takes place via the sealing system. In a further development, the resilient mounting is reinforced by a molded part made of a non-conductive elastic material. The molded part is arranged between the cup-shaped housing and the process adapter housing and / or the housing adapter and is designed so that it fixes the sealing system, preferably consisting of four O-rings or injected soft components, in the axial and radial directions. This refinement is advantageous because, as a result of the resilient mounting, the pressure-sensitive components of the pressure sensor are largely mechanically decoupled from interfering influences from the environment.
Wie bereits zuvor angedeutet, sind die Länge und die Breite der Zuführöffnungen - insbesondere des ringförmigen Luftspalts zwischen dem becherförmigen Gehäuse und dem Prozessadaptergehäuse und/oder dem Gehäuseadapter - so gewählt, dass der Drucksensor die Anforderungen für einen Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich erfüllt. Beispielsweise ist der Drucksensor eigensicher und erfüllt z.B. die Zündschutzart Ex-d. Die Dicke des Spalts ist darüber hinaus so bemessen, dass erstens eine sichere Montage der Komponenten gewährleistet ist und dass zweitens für den spezifizierten Temperaturbereich des Drucksensors gewährleistet ist, dass die benachbarten Komponenten aufgrund von Wärmeausdehnung nicht miteinander in Kontakt kommen. As already indicated above, the length and the width of the feed openings - in particular the annular air gap between the cup-shaped housing and the process adapter housing and / or the housing adapter - are chosen so that the pressure sensor meets the requirements for use in potentially explosive areas. For example, the pressure sensor is intrinsically safe and, for example, fulfills the Ex-d type of protection. The thickness of the gap is also dimensioned in such a way that, firstly, a secure assembly of the components is guaranteed and, secondly, it is ensured for the specified temperature range of the pressure sensor that the neighboring components do not come into contact with one another due to thermal expansion.
Durch die entsprechend angepasste Dimensionierung ist stets sichergestellt, dass einerseits im Falle eine Explosion im Innenraum des Drucksensors kein Funke in die ggf. explosive Umgebungsatmosphäre des Drucksensors durchschlagen kann; andererseits liegt an dem drucksensitiven Element stets der Referenzluftdruck an. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, dass der erfindungsgemäße Drucksensor durch vergleichbare konstruktive Merkmale auf einfache Weise sowohl kondensatfest als auch explosionssicher gemacht werden kann. Die erforderliche Kondensatfestigkeit wird durch die Begrenzung des Innenvolumens sichergestellt. Der sichere Explosionsschutz wird insbesondere erreicht über: die Länge und Dicke des Spalts im Referenzluftkanal, und die geeignete dimensionierte Länge und den Durchmesser der Kapillare, die sich im Druckmittler befindet. The appropriately adapted dimensioning always ensures that, on the one hand, in the event of an explosion in the interior of the pressure sensor, no spark can penetrate into the possibly explosive ambient atmosphere of the pressure sensor; on the other hand, the reference air pressure is always applied to the pressure-sensitive element. It is considered to be particularly advantageous that the pressure sensor according to the invention can be made both condensate-proof and explosion-proof in a simple manner by means of comparable structural features. The necessary condensate resistance is ensured by limiting the internal volume. Safe explosion protection is achieved in particular via: the length and thickness of the gap in the reference air channel, and the suitably dimensioned length and diameter of the capillary located in the diaphragm seal.
Die zuvor genannte Lösung ist darüber hinaus auch sehr vorteilhaft, da zum Explosionsschutz keine Zusatzkomponenten erforderlich sind, die üblicherweise auch in einem weiteren Arbeitsschritt montiert werden müssen. So ist in der bereits genannten DE 103 16 033 A1 z.B. offenbart, dass in die Wandung des Gehäuses eine Bohrung eingebracht ist und dass in die Bohrung ein Stift, z.B. aus Metall, eingesetzt werden muss. Nur wenn dieser Stift eingefügt ist, wird die benötigte Zündschutzart für den Einsatz des Druckmessgeräts im explosionsgefährdeten Bereich erreicht. Weiterhin erfolgt der Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Drucksensors und der umgebenden Atmosphäre über den Spalt zwischen Stift und Bohrung. Bei dem Stift handelt es sich um einen gekrümmten Stift, der in die Bohrung eingeschlagen wird. Die Dimensionierung des Spalts ist derart, dass die Bohrung und der in der Bohrung fixierte Stift eine Flammendurchschlagsperre bilden. The aforementioned solution is also very advantageous since no additional components are required for explosion protection, which usually also have to be installed in a further work step. For example, it is disclosed in DE 103 16 033 A1 already mentioned that a bore is made in the wall of the housing and that a pin, for example made of metal, must be inserted into the bore. The required type of protection for the use of the pressure measuring device in the potentially explosive area is only achieved if this pin is inserted. Farther the pressure equalization between the interior of the pressure sensor and the surrounding atmosphere takes place via the gap between the pin and the bore. The pin is a curved pin that is driven into the hole. The dimensioning of the gap is such that the bore and the pin fixed in the bore form a flame arrester.
In einer parallelen Patentanmeldung der Anmelderin, die denselben Anmeldetag hat wie die vorliegende Patentanmeldung, liegt der Fokus auf einer modularen Baugruppe, bestehend aus als Druckmittler fungierendem Kapillarbauteil und einem Prozessadaptergehäuse mit Membranbett. Das Kapillarbauteil und das Prozessadaptergehäuse sind nur über eine axiale Schweißnaht zwischen dem Randbereich der Stirnfläche des Kapillarbauteils und dem radial an die Ausnehmung angrenzende Oberflächenbereich des Membranbettes miteinander verbunden. Hierdurch ist das oberhalb des Kapillarbauteils angeordnete drucksensitive Element thermisch weitgehend vom Prozess entkoppelt. Daher haben insbesondere Temperaturschocks, also kurzzeitig auftretenden Temperaturerhöhungen, die während der Fertigung oder im Betrieb des Druckmessgeräts auftreten, keine negativen Auswirkungen auf das Druckmessgerät. Ebenso haben hohe Prozesstemperaturen keine negativen Auswirkungen auf die Messeigenschaften des Druckmessgeräts. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen federnden Lagerung der drucksensitiven Komponenten im Innenraum des Drucksensors sind die drucksensitiven Elemente sowohl thermisch als auch mechanisch vom Prozess und der Umgebung entkoppelt. In a parallel patent application by the applicant, which has the same filing date as the present patent application, the focus is on a modular assembly consisting of a capillary component functioning as a diaphragm seal and a process adapter housing with a membrane bed. The capillary component and the process adapter housing are only connected to one another via an axial weld seam between the edge region of the end face of the capillary component and the surface region of the membrane bed radially adjoining the recess. As a result, the pressure-sensitive element arranged above the capillary component is largely thermally decoupled from the process. Therefore, in particular temperature shocks, that is to say brief temperature increases that occur during manufacture or during operation of the pressure measuring device, do not have any negative effects on the pressure measuring device. Likewise, high process temperatures have no negative effects on the measuring properties of the pressure measuring device. In connection with the previously described resilient mounting of the pressure-sensitive components in the interior of the pressure sensor, the pressure-sensitive elements are both thermally and mechanically decoupled from the process and the environment.
Bei der in der parallelen Patentanmeldung beschriebenen modularen Baugruppe ist die definierte Länge der Kapillare und die Ausgestaltung des korrespondierenden Kapillarbauteils so bemessen, dass ein während der Fertigung des Drucksensors oder während des laufenden Betriebs des Drucksensors auftretender Temperaturschock und/oder eine erhöhte Temperatur des Prozessmediums für das drucksensitive Element unkritisch sind/ist. Je nach Dimensionierung der Kapillare und des Kapillarbauteils ist das entsprechende aufgebaute Druckmessgerät auch im Hochtemperaturbereich einsetzbar. Weiterhin ist die Tiefe der axialen Schweißnaht zwischen dem Endbereich des Kapillarbauteils und dem Membranbett so bemessen, das sie einem maximal auf das Membranbett einwirkenden Druck, z.B. von 700bar, standhält. In the modular assembly described in the parallel patent application, the defined length of the capillary and the design of the corresponding capillary component are dimensioned so that a temperature shock and / or an increased temperature of the process medium occurring during the manufacture of the pressure sensor or during ongoing operation of the pressure sensor pressure-sensitive elements are / is not critical. Depending on the dimensioning of the capillary and the capillary component, the corresponding built-up pressure measuring device can also be used in the high temperature range. Furthermore, the depth of the axial weld seam between the end area of the capillary component and the membrane bed is dimensioned in such a way that it can withstand a maximum pressure acting on the membrane bed, e.g. of 700 bar.
Die Kapillare des Kapillarbauteils bzw. des Druckmittlers erfüllt neben der thermischen Entkopplung auch noch eine weitere Funktion: Die Kapillare ist so dimensioniert, dass das Druckmessgerät im explosionsgefährdeten Bereich zum Einsatz kommen kann. Insbesondere ist die Kapillare so dimensioniert, dass das Druckmessgerät z.B. die Ex-d Anforderungen erfüllt: Bei einer Funkenbildung im Innenraum des Drucksensors, z.B. infolge eines Kurzschlusses, ist sichergestellt, dass ein entstehender Funke innerhalb des Druckmessgeräts verpufft, bevor er in Kontakt mit dem Prozessmedium oder der Umgebungsatmosphäre gelangt. In addition to thermal decoupling, the capillary of the capillary component or the diaphragm seal also fulfills another function: The capillary is dimensioned so that the pressure measuring device can be used in potentially explosive areas. In particular, the capillary is dimensioned in such a way that the pressure measuring device fulfills the Ex-d requirements, for example: In the event of spark formation in the interior of the pressure sensor, e.g. as a result of a short circuit, it is ensured that a spark that occurs within the Pressure measuring device evaporates before it comes into contact with the process medium or the ambient atmosphere.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: The invention is explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
Fig. 1 : einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessgeräts und 1: a longitudinal section through a first embodiment of the pressure measuring device according to the invention and
Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessgeräts. 2: a longitudinal section through a second embodiment of the pressure measuring device according to the invention.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors 1 zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks eines Prozessmediums 10. Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors 1. Die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausgestaltungen unterscheiden sich lediglich durch die Ausgestaltung und Anordnung des Dichtsystems 12. Daher wird bei der Beschreibung der Fig. 2 auf Wiederholungen verzichtet, und es werden lediglich die Merkmale dargelegt, die sich von den Merkmalen der in Fig. 1 beschriebenen Lösung unterscheiden. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of the pressure sensor 1 according to the invention for determining or monitoring the pressure of a process medium 10. FIG. 2 shows a longitudinal section through a second embodiment of the pressure sensor 1 according to the invention differ only in the design and arrangement of the sealing system 12. Therefore, repetitions are dispensed with in the description of FIG. 2, and only the features that differ from the features of the solution described in FIG. 1 are presented.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass jeder der nachfolgend genannten Sätze der Figurenbeschreibung einzeln - und damit aus dem speziellen technischen Zusammenhang der zugehörigen Figur gelöst - in den Hauptanspruch oder die Unteransprüche ganz oder in Teilen eingefügt werden kann. Zum Offenbarungsgehalt gehört daher nicht nur die Figurenbeschreibung für die dargestellte Lösung in ihrer Gesamtheit, sondern auch für sich genommen jedes einzelne Merkmal, das in einzelnen Sätzen oder Teilsätzen beschrieben ist. Diese einzelnen Merkmale können darüber hinaus in jeder beliebigen Kombination mit den Merkmalen der einzelnen Ansprüche kombiniert werden, um ggf. eine ausreichende Abgrenzung gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen. Furthermore, it is pointed out that each of the following sentences of the description of the figures can be inserted in whole or in part into the main claim or the subclaims individually - and thus solved from the special technical context of the associated figure. The content of the disclosure therefore includes not only the description of the figures for the solution shown in its entirety, but also, taken individually, each individual feature that is described in individual sentences or partial sentences. In addition, these individual features can be combined in any combination with the features of the individual claims in order, if necessary, to achieve a sufficient differentiation from the prior art.
Kernstück des Drucksensors 1 ist die Druckmesszelle 2 mit dem drucksensitivem Element 3 und der Messschaltung 15. Der Druckmesszelle 2 vorgelagert ist ein Druckmittler 4 bzw. im gezeigten Fall ein speziell ausgebildetes Kapillarbauteil mit Trennmembran 6, Druckkammer 7 und Übertragungsflüssigkeit 8. Über den Druckmittler 4 wird der Prozessdruck des Prozessmediums 10 - unverfälscht - auf die dem Prozess zugewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements 3 der Druckmesszelle 2 übertragen. In Richtung des Prozesses schließt sich ein Prozessadapter 26 an, über den der Drucksensor 1 an einem Behälter, z.B. mittels eines Schraubgewindes, befestigbar ist. The core of the pressure sensor 1 is the pressure measuring cell 2 with the pressure-sensitive element 3 and the measuring circuit 15 the process pressure of the process medium 10 is transmitted - unadulterated - to the surface of the pressure-sensitive element 3 of the pressure measuring cell 2 facing the process. A process adapter 26 connects in the direction of the process, via which the pressure sensor 1 can be attached to a container, for example by means of a screw thread.
Bei der gezeigten Ausgestaltung wird die Druckmesszelle 3 zumindest teilweise von einer entsprechend dimensionierten Ausnehmung eines einteiligen becherförmigen Füllkörpers 21 umschlossen. Druckmesszelle 3 und Füllkörper 21 sind in einer Ausnehmung eines becherförmigen Gehäuses 13 positioniert. Zwischen dem Füllkörper 21 und der Druckmesszelle 2 ist ein Spalt von wenigen Zehntel Millimetern vorgesehen, z.B. von 0,3mm. Dieser Spalt ermöglicht erstens eine sichere Montage und stellt zweitens auch sicher, dass es in dem Temperaturbereich, für den der Drucksensor 1 spezifiziert ist, zu keinem Kontakt zwischen Füllkörper 21 und Druckmesszelle 2 kommt. Die Anschlussdrähte der Messschaltung 15 sind übrigens über eine gasdichte Glasdurchführung (nicht gesondert dargestellt) von der Messschaltung 15 weggeführt. In the embodiment shown, the pressure measuring cell 3 is at least partially enclosed by a correspondingly dimensioned recess of a one-piece cup-shaped filling body 21. Pressure measuring cell 3 and filling body 21 are positioned in a recess of a cup-shaped housing 13. A gap of a few tenths of a millimeter, e.g. 0.3 mm, is provided between the filling body 21 and the pressure measuring cell 2. This gap firstly enables secure assembly and secondly also ensures that there is no contact between the filling body 21 and the pressure measuring cell 2 in the temperature range for which the pressure sensor 1 is specified. The connecting wires of the measuring circuit 15 are incidentally led away from the measuring circuit 15 via a gas-tight glass bushing (not shown separately).
Der Füllkörper 21 weist weiterhin eine Bohrung 22 auf, in die ein Befüllröhrchen 23 eingefügt ist. Über das Befüllröhrchen 23 erfolgt die Befüllung des Drucksensors 1 mit der inkompressiblen Übertragungsflüssigkeit 8. Bei der Übertragungsflüssigkeit 8 handelt es sich z.B. um ein hochviskoses Silikonöl. The filling body 21 also has a bore 22 into which a filling tube 23 is inserted. The pressure sensor 1 is filled with the incompressible transmission fluid 8 via the filling tube 23. The transmission fluid 8 is, for example, a highly viscous silicone oil.
Über einen Befestigungsmechanismus, z.B. über zumindest eine Rastnase, wird der Füllkörper 21 in dem becherförmigen Gehäuse 13 arretiert. Vorzugsweise wird der Füllkörper 21 in das becherförmige Gehäuse 13 z.B. über 2, 3 oder 4 Rastnasen eingeclipst. Der Füllkörper 21 hat die Aufgabe, das benötigte Ölvolumen zu reduzieren, bzw. auf ein Mindestmaß zu beschränken. Es versteht sich von selbst, dass die Ausgestaltung unter Verwendung einer Ölvorlage und eines Füllkörpers 21 im Zusammenhang mit der Erfindung nur optional ist. The filling body 21 is locked in the cup-shaped housing 13 via a fastening mechanism, for example via at least one locking lug. Preferably, the filling body 21 is clipped into the cup-shaped housing 13, e.g. via 2, 3 or 4 locking lugs. The filling body 21 has the task of reducing the required oil volume or restricting it to a minimum. It goes without saying that the configuration using an oil reservoir and a filling body 21 is only optional in connection with the invention.
Eine ausführliche Beschreibung des als Ölverdrängungskörper fungierenden Füllkörpers 21 findet sich übrigens in einer parallelen Patentanmeldung der Anmelderin, die denselben Anmeldetag hat wie die vorliegende Patentanmeldung. Die in der parallelen Patentanmeldung genannten Ausgestaltungen des Ölverdrängungskörpers 21 sind dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung zuzurechnen. A detailed description of the filling body 21 functioning as an oil displacement body can be found in a parallel patent application by the applicant, which has the same filing date as the present patent application. The configurations of the oil displacement body 21 mentioned in the parallel patent application are to be added to the disclosure content of the present patent application.
Die Druckmesszelle 2 ist also in dem becherförmigen Gehäuse 13 angeordnet. Der Druckmittler 4, die Druckmesszelle 2 und das becherförmige Gehäuse 13 sind in dem Gehäuseadapter 16 angeordnet. Die vom Prozess abgewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements 3 wird über einen Referenzluftkanal 11 , 19, 14 mit dem im Außenraum des Drucksensors 1 herrschenden Relativdruck beaufschlagt. Der Referenzluftkanal 11 , 19, 14, der im Wesentlichen den Volumenbereich definiert, in dem sich im Innenraum des Drucksensors 1 die Referenzluft befindet, setzt sich zusammen aus folgenden Teilvolumenteilbereichen: der Zuführöffnung 11 , die im gezeigten Fall erst axial dann radial - von der Druckmesszelle 2 aus gesehen - in der Stirnfläche des becherförmigen Gehäuses 13 geführt ist, der axial bezüglich der Zuführöffnung 11 versetzten Referenzluftzuführung 14, die bevorzugt radial in der Wandung des Gehäuseadapters 16 verläuft, dem ringförmigen Luftspalt 19 zwischen der Außenfläche des becherförmigen Gehäuses 13 und der Innenfläche des Prozessgehäuseadapters 24 und/oder des Gehäuseadapters 16, wobei der Luftspalt 19 in axialer Richtung durch ein Dichtsystem 12 aus zwei O-Ringen (Fig. 1) bzw. 4 O-Ringen (Fig. 2) begrenzt ist. The pressure measuring cell 2 is therefore arranged in the cup-shaped housing 13. The diaphragm seal 4, the pressure measuring cell 2 and the cup-shaped housing 13 are arranged in the housing adapter 16. The surface of the pressure-sensitive element 3 facing away from the process is acted upon by the relative pressure prevailing in the outer space of the pressure sensor 1 via a reference air duct 11, 19, 14. The reference air duct 11, 19, 14, which essentially defines the volume area in which the reference air is located in the interior of the pressure sensor 1, is composed of the following partial volume partial areas: the supply opening 11, which in the case shown is only guided axially then radially - as seen from the pressure measuring cell 2 - in the end face of the cup-shaped housing 13; the reference air supply 14 axially offset with respect to the supply opening 11, which preferably runs radially in the wall of the housing adapter 16 , the annular air gap 19 between the outer surface of the cup-shaped housing 13 and the inner surface of the process housing adapter 24 and / or the housing adapter 16, the air gap 19 in the axial direction through a sealing system 12 of two O-rings (Fig. 1) or 4 O -Ringen (Fig. 2) is limited.
Der im Innenraum des Drucksensors 1 befindliche Volumenbereich, in dem sich die Referenzluft zur Beaufschlagung des drucksensitiven Elements 3 befindet, ist so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass der Drucksensor 1 in dem spezifizierten Temperaturbereich kondensatfest ist. Der Volumenbereich ist aus diesem Grund so klein wie möglich. Die Referenzluftzufuhr ist übrigens in Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet. The volume area located in the interior of the pressure sensor 1, in which the reference air for acting on the pressure-sensitive element 3 is located, is designed and / or arranged such that the pressure sensor 1 is resistant to condensation in the specified temperature range. For this reason, the volume area is as small as possible. Incidentally, the reference air supply is indicated in FIG. 1 by arrows.
Bei beiden Ausführungsbeispielen bilden der Druckmittler 4 bzw. das Kapillarbauteil 4 und das becherförmige Gehäuse 13 mit innenliegender Druckmesszelle 2 eine modulare Baugruppe. Diese modulare Baugruppe ist so ausgestaltet, dass sie in das Prozessadaptergehäuse 24 einfügbar ist. Das Prozessadaptergehäuse 24 hat an seinem dem Prozess zugewandten Endbereich ein beliebig ausgestaltetes Membranbett 25. Das Membranbett 25 kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Formung aufweisen; es kann aber auch so geformt sein, wie es in der parallelen Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben ist, die denselben Anmeldetag hat wie die vorliegende Patentanmeldung. In Richtung Prozess ist vor dem Membranbett 25 die T rennmembran 27 angeordnet. Zwischen der Trennmembran 27 und dem Membranbett 25 befindet sich die Druckkammer 7. In both exemplary embodiments, the pressure transmitter 4 or the capillary component 4 and the cup-shaped housing 13 with the internal pressure measuring cell 2 form a modular assembly. This modular assembly is designed in such a way that it can be inserted into the process adapter housing 24. The process adapter housing 24 has an arbitrarily configured membrane bed 25 at its end region facing the process. The membrane bed 25 can have a shape known from the prior art; however, it can also be shaped as it is described in the parallel patent application of the applicant, which has the same filing date as the present patent application. In the direction of the process, the separation membrane 27 is arranged in front of the membrane bed 25. The pressure chamber 7 is located between the separating membrane 27 and the membrane bed 25.
Das Membranbett 25 hat mittig eine Öffnung, die zur Aufnahme des prozesszugewandten Endbereichs des Kapillarbauteils 4 dient. Über eine axiale Schweißnaht sind der Endbereich des Kapillarbauteils 4 und das Membranbett 25 gasdicht miteinander verbunden. Die einzelnen Komponenten der modularen Baugruppe 4, 13 sind derart dimensioniert und aufeinander abgestimmt, dass die axiale Schweißnaht die einzige Kontaktfläche zwischen dem Kapillarbauteil 4 und dem becherförmigen Gehäuse 13 einerseits und dem Prozessadaptergehäuse 24 andererseits bildet. Ansonsten haben die modulare Baugruppe 4, 13 und das Prozessadaptergehäuse 24 in unterschiedlichen Bereichen bevorzugt unterschiedliche räumliche Abstände voneinander. Weiterhin sind die Länge des Kapillarbauteils 4 und die in dem Kapillarbauteil 4 verlaufenden Kapillare 5 so bemessen, dass das drucksensitive Element 3 von den in dem Prozess herrschenden Temperaturen thermisch entkoppelt ist. Die thermische Entkopplung wird im Wesentlichen über die Hohlräume 29 mit Lufteinschlüsse zwischen Kapillarbauteil 4 und Prozessadaptergehäuse 24 erreicht. Weiterhin weist das Kapillarbauteil 4 zumindest in einem Teilbereich, in dem sich die Kapillare 5 befindet, einen reduzierten Durchmesser auf. Hierdurch wird die thermische Leitfähigkeit des Kapillarbauteils 4 erheblich reduziert. Üblicherweise handelt es sich bei den Komponenten übrigens bevorzugt um Drehteile aus Edelstahl. Bei dem Kapillarbauteil kann es sich jedoch auch um einen Schweißbaugruppe, bestehend aus einem Halteelement und einem Kapillarrohr handeln. The membrane bed 25 has an opening in the center which serves to accommodate the end region of the capillary component 4 facing the process. The end region of the capillary component 4 and the membrane bed 25 are connected to one another in a gas-tight manner via an axial weld seam. The individual components of the modular assembly 4, 13 are dimensioned and coordinated in such a way that the axial weld seam forms the only contact surface between the capillary component 4 and the cup-shaped housing 13 on the one hand and the process adapter housing 24 on the other. Otherwise, the modular assembly 4, 13 and the process adapter housing 24 preferably have different spatial distances from one another in different areas. Furthermore, the length of the capillary component 4 and the capillary 5 running in the capillary component 4 are dimensioned such that the pressure-sensitive element 3 is thermally decoupled from the temperatures prevailing in the process. The thermal decoupling is in the Reached essentially via the cavities 29 with air inclusions between the capillary component 4 and the process adapter housing 24. Furthermore, the capillary component 4 has a reduced diameter, at least in a partial area in which the capillary 5 is located. This considerably reduces the thermal conductivity of the capillary component 4. Incidentally, the components are usually preferably turned parts made of stainless steel. However, the capillary component can also be a welded assembly consisting of a holding element and a capillary tube.
Neben der thermischen Entkopplung der modularen Baugruppe 4, 13 - gebildet aus Kapillarbauteil 4 und becherförmigem Gehäuse 13 mit integrierter Druckmesszelle 3 - von dem umgebenden Prozessadaptergehäuse 24 ist auch eine mechanische Entkopplung von modularer Baugruppe 9, 13 und Prozessadaptergehäuse 24 und Gehäuseadapter 16 vorgesehen. Durch die mechanische Entkopplung ist der Drucksensor 1 unempfindlich gegenüber äußeren Störeinflüssen. Die mechanische Entkopplung wird über eine federnde Lagerung erreicht, die entweder über O-Ringe 12 oder anderweitige elastische Komponenten realisiert ist. In Fig. 1 werden zwei O-Ringe 12 zur federnden Lagerung verwendet, während das federnde/ elastische Dichtsystem 12 in Fig. 2 aus vier O-Ringen besteht. In Fig. 2 ist weiterhin ein Kunststoffformteil 20 vorgesehen, das geeignete ringförmige Ausnehmungen zur Aufnahme und Fixierung der O-Ringe 12 in radialer und axialer Richtung aufweist. Zwei der O-Ringe 12 dienen der elastischen Lagerung am Gehäuseadapter 16, und zwei O-Ringe 12 dienen der Lagerung am Prozessadaptergehäuse 24. In addition to the thermal decoupling of the modular assembly 4, 13 - formed from capillary component 4 and cup-shaped housing 13 with integrated pressure measuring cell 3 - from the surrounding process adapter housing 24, a mechanical decoupling of modular assembly 9, 13 and process adapter housing 24 and housing adapter 16 is also provided. Due to the mechanical decoupling, the pressure sensor 1 is insensitive to external interference. The mechanical decoupling is achieved via a resilient mounting, which is implemented either via O-rings 12 or other elastic components. In Fig. 1, two O-rings 12 are used for resilient mounting, while the resilient / elastic sealing system 12 in Fig. 2 consists of four O-rings. In FIG. 2, a plastic molded part 20 is also provided, which has suitable annular recesses for receiving and fixing the O-rings 12 in the radial and axial directions. Two of the O-rings 12 are used for elastic mounting on the housing adapter 16, and two O-rings 12 are used for mounting on the process adapter housing 24.
Neben der mechanischen Entkopplung der auf Störeinflüsse sensitiv reagierenden Komponenten des Drucksensors 1 hat das Dichtsystem 12 in beiden Ausgestaltungen eine weitere, äußerst wichtige Funktion: Die O-Ringe 12 oder anderweitige elastische Elemente, die darüber hinaus auch die gleichfalls benötigte Dichtfunktion erfüllen, sind so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass der Volumenbereich für Referenzluft im Innenraum des Drucksensors 1 eingeschränkt und der Drucksensor kondensatfest ist. In addition to the mechanical decoupling of the components of the pressure sensor 1 that are sensitive to interference, the sealing system 12 has a further, extremely important function in both configurations: the O-rings 12 or other elastic elements, which also fulfill the sealing function that is also required, are designed in this way and / or arranged that the volume range for reference air in the interior of the pressure sensor 1 is restricted and the pressure sensor is resistant to condensation.
Die mit den elektrischen Komponenten, insbesondere der Messschaltung 15, im Gasaustausch stehenden Öffnungen 11 , 14 und der Luftspalt 19 im Innenraum des Drucksensors 1 sind bezüglich Durchmesser oder Breite und Länge derart dimensioniert, dass der Drucksensor 1 den Anforderungen einer vorgegebenen Zündschutzart genügt. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor 1 die Breite und die Länge des ringförmigen Luftspalts 19 so bemessen, dass ein im Innenraum entstehender Funke in dem Luftspalt 19 erlischt, wodurch er im Außenraum keine Explosion hervorrufen kann. Bevorzugt ist der Drucksensor 1 bezüglich seines ringförmigen Luftspalts 19 so ausgestaltet, dass er eigensicher ist. In diesem Zusammenhang ist auch noch einmal hervorzugeben, dass der Durchmesser und die Länge der Kapillare 5 des Druckmittlers 4 so dimensioniert sind, dass auch hier ein im Innenraum auftretender Funke nicht in die ggf. explosive Umgebungsatmosphäre gelangt. The openings 11, 14 with the electrical components, in particular the measuring circuit 15, in gas exchange and the air gap 19 in the interior of the pressure sensor 1 are dimensioned in terms of diameter or width and length such that the pressure sensor 1 meets the requirements of a predetermined type of protection. In particular, in the pressure sensor 1 according to the invention, the width and the length of the annular air gap 19 are dimensioned such that a spark occurring in the interior is extinguished in the air gap 19, so that it cannot cause an explosion in the exterior. With regard to its annular air gap 19, the pressure sensor 1 is preferably designed in such a way that it is intrinsically safe. In this context it should also be pointed out once again that the diameter and the length of the capillary 5 of the diaphragm seal 4 are dimensioned so that a spark occurring in the interior does not get into the potentially explosive ambient atmosphere.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Drucksensor 1 pressure sensor
2 Druckmesszelle 2 pressure measuring cell
3 drucksensitives Element 3 pressure sensitive element
4 Druckmittler/ Kapillarbauteil 4 diaphragm seal / capillary component
5 Kapillare 5 capillary
6 Trennmembran 6 separating membrane
7 Druckkammer 7 pressure chamber
8 Übertragungsflüssigkeit 8 transmission fluid
9 9
10 Prozessmedium 10 process medium
11 Zuführöffnung 11 feed opening
12 Dichtsystem / O-Ring / eingespritzte Weichkomponente12 Sealing system / O-ring / injected soft component
13 becherförmiges Gehäuse 13 cup-shaped housing
14 Referenzluftzuführung 14 Reference air supply
15 Messschaltung 15 Measurement circuit
16 Gehäuseadapter 16 housing adapters
17 Innenfläche des Prozessadaptergehäuses 17 Inner surface of the process adapter housing
18 Außenfläche des becherförmigen Gehäuses 18 Outer surface of the cup-shaped housing
19 ringförmiger Spalt 19 annular gap
20 Formteil, z.B. aus Kunststoff 20 molded part, e.g. made of plastic
21 Füllkörper / Ölverdrängungskörper 21 Packing / oil displacement body
22 Bohrung 22 bore
23 Befüllröhrchen 23 filling tubes
24 Prozessadaptergehäuse 24 Process adapter housing
25 Membranbett 25 membrane bed
26 Prozessadapter 26 process adapter
27 Trennmembran 27 separating membrane
28 Schraubgewinde 28 screw thread
29 Hohlraum 29 cavity

Claims

Patentansprüche Claims
1 .Drucksensor (1) zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks eines Prozessmediums (10) mit einer Druckmesszelle (2) mit einem drucksensitivem Element1. Pressure sensor (1) for determining or monitoring the pressure of a process medium (10) with a pressure measuring cell (2) with a pressure-sensitive element
(3) und mit einem der Druckmesszelle (2) vorgelagerten Druckmittler (4), über den der Druck des Prozessmediums (10) auf die dem Prozess zugewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements (3) der Druckmesszelle (2) übertragen wird, wobei die Druckmesszelle (2) in einem becherförmigen Gehäuse (13) angeordnet ist, wobei das becherförmige Gehäuse (13) mit der Druckmesszelle (2) und der Druckmittler(3) and with a pressure transmitter (4) upstream of the pressure measuring cell (2), via which the pressure of the process medium (10) is transmitted to the surface of the pressure-sensitive element (3) of the pressure measuring cell (2) facing the process, the pressure measuring cell ( 2) is arranged in a cup-shaped housing (13), the cup-shaped housing (13) with the pressure measuring cell (2) and the diaphragm seal
(4) in einem Prozessadaptergehäuse (24) angeordnet sind, wobei die vom Prozess abgewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements (3) über eine Zuführöffnung (11) in dem becherförmigen Gehäuse (13), einen ringförmigen Luftspalt (19) und eine Referenzluftöffnung (14) in der Wandung eines Gehäuseadapters (16) mit einer Referenzluft beaufschlagt ist, wobei ein Dichtsystem (12) zwischen dem becherförmigen Gehäuse (13) und dem Prozessadaptergehäuse (16) und/oder dem Gehäuseadapter (16) derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass ein mit Referenzluft beaufschlagter Volumenbereich (11 , 19, 14) unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, und mit einer Messschaltung (15), die anhand der Verformung des drucksensitiven Elements (3) ein Messsignal zur Bestimmung oder Überwachung des Drucks des Prozessmediums (10) zur Verfügung stellt. (4) are arranged in a process adapter housing (24), the surface of the pressure-sensitive element (3) facing away from the process via a feed opening (11) in the cup-shaped housing (13), an annular air gap (19) and a reference air opening (14) a reference air is applied to the wall of a housing adapter (16), a sealing system (12) being designed and / or arranged between the cup-shaped housing (13) and the process adapter housing (16) and / or the housing adapter (16) in such a way that a volume range (11, 19, 14) acted upon by reference air is below a predetermined limit value, and with a measuring circuit (15) which uses the deformation of the pressure-sensitive element (3) to generate a measuring signal for determining or monitoring the pressure of the process medium (10) Provides.
2. Drucksensor nach Anspruch 1 , wobei der Grenzwert bzw. der mit Referenzluft beaufschlagte Volumenbereich so bemessen ist, dass der Drucksensor (1) kondensatfest ist. 2. Pressure sensor according to claim 1, wherein the limit value or the volume range to which reference air is applied is dimensioned such that the pressure sensor (1) is resistant to condensate.
3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zuführöffnung (11) für den Referenzdruck - von der Druckmesszelle (2) aus gesehen - axial verläuft und anschließend radial durch das becherförmige (13) Gehäuse geführt ist. 3. Pressure sensor according to claim 1 or 2, wherein the feed opening (11) for the reference pressure - viewed from the pressure measuring cell (2) - extends axially and is then guided radially through the cup-shaped (13) housing.
4. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehäuseadapter (16) eine im Wesentlichen radial verlaufende Referenzluftzuführung (14) aufweist, die bezüglich der zumindest teilweise in dem becherförmigen Gehäuse (13) radial verlaufenden Zuführöffnung (11) in axialer Richtung versetzt angeordnet ist. 4. Pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the housing adapter (16) has a substantially radially extending reference air supply (14) which is offset in the axial direction with respect to the at least partially radially extending supply opening (11) in the cup-shaped housing (13) is arranged.
5. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuführöffnung (11) in dem becherförmigen Gehäuse (13) mit dem ringförmigen Luftspalt (19) kommuniziert, der durch das Dichtsystem (12) in axialer Richtung begrenzt ist. 5. Pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the feed opening (11) in the cup-shaped housing (13) communicates with the annular air gap (19) which is delimited in the axial direction by the sealing system (12).
6. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuführöffnung (11) in dem becherförmigen Gehäuse (13) und die Relativluftzuführung (14) im Gehäuseadapter (16) über den ringförmigen Luftspalt (19) zwischen der Außenfläche (18) des becherförmigen Gehäuses (13) und der Innenfläche (17) des Prozessadapters (24) und/oder des Gehäuseadapters (16) miteinander kommunizieren. 6. Pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the feed opening (11) in the cup-shaped housing (13) and the relative air supply (14) in the housing adapter (16) via the annular air gap (19) between the outer surface (18) of the cup-shaped Housing (13) and the inner surface (17) of the process adapter (24) and / or of the housing adapter (16) communicate with one another.
7. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckmittler (4) und das becherförmige Gehäuse (13) mit der Druckmesszelle (2) federnd in dem Prozessadaptergehäuse (24) und/oder in dem Gehäuseadapter (16) gelagert sind. 7. Pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the diaphragm seal (4) and the cup-shaped housing (13) with the pressure measuring cell (2) are resiliently mounted in the process adapter housing (24) and / or in the housing adapter (16).
8. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die federnde Lagerung des Druckmittlers (4) und des becherförmigen Gehäuses (13) mit der Druckmesszelle (2) in dem Prozessadaptergehäuse (24) und/oder in dem Gehäuseadapter über das Dichtsystem erfolgt. 8. Pressure sensor according to one or more of the preceding claims, the resilient mounting of the diaphragm seal (4) and the cup-shaped housing (13) with the pressure measuring cell (2) in the process adapter housing (24) and / or in the housing adapter via the sealing system.
9. Drucksensor nach Anspruch 7, wobei es sich bei dem Dichtsystem (12) bevorzugt um mindestens zwei axial zueinander versetzte O-Ringe oder um elastische eingespritzte Weichkomponenten handelt. 9. Pressure sensor according to claim 7, wherein the sealing system (12) is preferably at least two axially offset O-rings or elastic injected soft components.
10. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Formteil (20) aus einem nicht-leitfähigem Material zwischen dem becherförmigen Gehäuse (13) und dem Prozessadaptergehäuse (24) und/oder dem Gehäuseadapter angeordnet ist, wobei das Formteil (20) so ausgestaltet ist, dass es das Dichtsystem (12) in axialer und radialer Richtung fixiert. 10. Pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein a molded part (20) made of a non-conductive material between the cup-shaped housing (13) and the process adapter housing (24) and / or the housing adapter is arranged, wherein the molded part (20) is designed so that it fixes the sealing system (12) in the axial and radial directions.
11 . Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ringförmige Luftspalt (19) bezüglich seiner Länge und/oder seiner Breite so dimensioniert ist, dass der Drucksensor (1) die Anforderungen für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich gemäß einer vorgegebenen Zündschutzart erfüllt. 11. Pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the length and / or width of the annular air gap (19) is dimensioned so that the pressure sensor (1) fulfills the requirements for use in potentially explosive areas according to a specified type of protection.
12. Drucksensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in dem Druckmittler (4) verlaufende Kapillare (5) so dimensioniert ist, dass die Anforderungen für den Einsatz des Drucksensors (1) im explosionsgefährdeten Bereich gemäß der vorgegebenen Zündschutzart erfüllt sind. 12. Pressure sensor according to one or more of the preceding claims, wherein the capillary (5) running in the diaphragm seal (4) is dimensioned so that the requirements for use of the pressure sensor (1) in the potentially explosive area according to the specified type of protection are met.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021133183A1 (en) * 2021-12-15 2023-06-15 Endress+Hauser SE+Co. KG Relative pressure sensor for determining a first pressure of a medium

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002029365A2 (en) * 2000-10-03 2002-04-11 Honeywell International Inc. Freeze resistant sensor
DE10316033A1 (en) 2003-04-07 2004-10-21 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Relativdruckmeßumformer
DE102011080142A1 (en) 2011-07-29 2013-01-31 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Composite material, shaped article, electronic device with a shaped article, and method for the production of a shaped article
DE102012109632A1 (en) * 2012-10-10 2014-04-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Transducer for metrological detection of pressure to-be measured as relative pressure, has closure portion whose opposite side is connected on region of reference pressure source relative to pressure sensor through prominent hole
WO2015197344A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-30 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Capacitive differential pressure sensor and method for the production thereof
DE102016124026A1 (en) * 2016-12-12 2018-06-14 Endress+Hauser SE+Co. KG Pressure sensor for determining a differential pressure

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1070948A1 (en) 1999-07-20 2001-01-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Relative pressure sensor
DE102015215991B3 (en) 2015-08-21 2017-01-19 Ifm Electronic Gmbh Measuring instrument for process measuring technology with rotatable venting sleeve
DE102016124028A1 (en) 2016-12-12 2018-06-14 Endress+Hauser SE+Co. KG Pressure sensor for determining a pressure of a medium with a medium temperature of up to 200 ° C

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002029365A2 (en) * 2000-10-03 2002-04-11 Honeywell International Inc. Freeze resistant sensor
DE10316033A1 (en) 2003-04-07 2004-10-21 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Relativdruckmeßumformer
DE102011080142A1 (en) 2011-07-29 2013-01-31 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Composite material, shaped article, electronic device with a shaped article, and method for the production of a shaped article
DE102012109632A1 (en) * 2012-10-10 2014-04-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Transducer for metrological detection of pressure to-be measured as relative pressure, has closure portion whose opposite side is connected on region of reference pressure source relative to pressure sensor through prominent hole
WO2015197344A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-30 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Capacitive differential pressure sensor and method for the production thereof
DE102016124026A1 (en) * 2016-12-12 2018-06-14 Endress+Hauser SE+Co. KG Pressure sensor for determining a differential pressure

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