WO2022037861A1 - Differenzdruckmessaufnehmer zur bestimmung des differenzdrucks von zwei drücken - Google Patents

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WO2022037861A1
WO2022037861A1 PCT/EP2021/069988 EP2021069988W WO2022037861A1 WO 2022037861 A1 WO2022037861 A1 WO 2022037861A1 EP 2021069988 W EP2021069988 W EP 2021069988W WO 2022037861 A1 WO2022037861 A1 WO 2022037861A1
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WO
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pressure
differential pressure
capillaries
chamber
capillary
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/069988
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Uehlin
Florian Gutmann
Alexander Beck
Igor Getman
Benjamin Mack
Michael Noack
Michael Hügel
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0618—Overload protection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G01L13/026—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms involving double diaphragm

Definitions

  • Differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures
  • the invention relates to a differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures.
  • the differential pressure sensor according to the invention is preferably used in the field of automation technology.
  • Differential pressure gauges are used in particular for the continuous measurement of pressure differences in measurement media, e.g. in liquids, vapours, gases and dust.
  • the level of a medium in a container or the flow of a medium through a pipe can be determined from the differential pressure.
  • a silicon chip is usually used as the pressure-sensitive element.
  • a differential pressure sensor preferably works in a range that is close to a critical limit value for the pressure (nominal pressure). If the critical limit is exceeded, there is a risk that the chip will be destroyed. Since silicon chips, in particular, have a relatively low overload resistance, overload protection is usually assigned to a differential pressure sensor. This is preferably designed in such a way that it affects the measurement sensitivity and the measurement accuracy of the pressure-sensitive element as little as possible.
  • DE 3 222 620 A1 discloses a pressure difference measuring device which has a pressure measuring device protected against overload.
  • the measuring device has a central recording body that forms an antechamber on two opposite sides between a membrane bed and a separating membrane.
  • an additional chamber is provided in each case behind the side facing away from the membrane bed, which is delimited by a prestressed additional membrane.
  • Inside the receiving body there is also a measuring chamber, which is divided into two sub-chambers by the pressure measuring device.
  • Each of the two partial chambers of the measuring chamber is connected to one of the two antechambers via a respective connecting channel.
  • Each of the two connecting channels is connected to one of the two additional chambers via an additional channel.
  • the device If the device is exposed to a differential pressure below or in the range of the nominal differential pressure value, then this differential pressure is transmitted to the pressure sensor device via the connecting channels.
  • the additional membranes develop a small effect, which is negligible in a first approximation. If the pressure difference exceeds the nominal pressure difference value by a predetermined value as a result of an overload, the pressure transmitter liquid located below it is pressed into the antechamber assigned to it on the high-pressure side of the separating membrane. The liquid that is pressed out reaches the additional diaphragm on the low-pressure side via the connecting duct and the additional duct, causing it to expand to take off.
  • the liquid that is pressed out on the high-pressure side under the separating diaphragm is under the lifting additional diaphragm on the low-pressure side. Consequently, an overload of the pressure sensor device is avoided.
  • the converter chamber is integrated into the measuring mechanism.
  • WO 2018/165122 A1 discloses a coplanar differential pressure sensor in which the pressure inputs with separating diaphragm and overload diaphragm are arranged in one plane - specifically in the end area facing the process - and not on opposite, parallel planes as in the previously mentioned German patent application. It is a so-called double membrane system.
  • the advantage of double membrane systems lies in the significantly lower oil volume that is required for the hydraulic operation of the differential pressure sensor.
  • the pressure-loaded center membrane weld can be dispensed with here, so that the measuring mechanism can be made in one piece.
  • the overload protection is also arranged in the measuring mechanism in this known solution, i.e. the crossed capillaries are located in the measuring mechanism.
  • the converter chamber is placed directly on the measuring mechanism or integrated into the measuring mechanism.
  • the known solutions have several disadvantages: Since the crossed hydraulic pressure feedthroughs are arranged in the measuring mechanism, e.g. in the known coplanar design, for the purpose of oil filling, externally exposed bores are required, which are closed after filling. The closure areas are potential corrosion weak points. In addition, the holes are quite long, which has a negative impact on manufacturing costs. Long bores also inevitably require a larger oil volume, which in turn makes it difficult to implement overload protection in the measuring mechanism. Since defined distances between the pressure ducts must be maintained, there are limits to minimizing the dimensions of the measuring unit.
  • the object of the invention is to propose a pressure sensor with overload protection and reduced oil volume.
  • oil volume is chosen because the hydraulic transmission fluid is usually an oil that is almost incompressible in the specified measuring range, e.g. a silicone oil.
  • a differential pressure sensor for determining the differential pressure of two pressures with a measuring mechanism and a converter chamber, with a coplanar double membrane system with two double membranes being provided on or in an end region of the measuring mechanism facing the process and with a differential pressure measuring cell with a pressure-sensitive one in the converter chamber element is arranged.
  • the pressure-sensitive element is preferably a silicon chip.
  • the two double diaphragms each consist of a separating diaphragm and an overload diaphragm arranged behind the separating diaphragm in the direction of the pressure effect.
  • a first pressure chamber is formed between the first separating diaphragm and the first overload diaphragm, and a first additional pressure chamber is formed between the first overload diaphragm and the base body.
  • a second pressure chamber is formed between the second separating diaphragm and the second overload diaphragm, and a second additional pressure chamber is formed between the second overload diaphragm and the base body.
  • a first connection capillary is assigned to the first additional pressure chamber, and a second connection capillary is assigned to the second additional pressure chamber.
  • a first auxiliary capillary is associated with the first pressure chamber and a second auxiliary capillary is associated with the second pressure chamber.
  • a pressure-transmitting coupling between the first auxiliary capillary and the second connecting capillary and between the second auxiliary capillary and the first connecting capillary, i.e. a crossing of the auxiliary and connecting capillaries, is arranged in an intermediate module that is provided as a separate unit between the measuring mechanism and the converter chamber. The two pressures are transmitted hydraulically to the differential pressure measuring cell via the connecting capillary - protected against overpressure on one side.
  • the measuring mechanism is designed in one piece.
  • the measuring mechanism has a relatively simple and largely symmetrical structure. Measuring mechanism and converter chamber are separated from each other, between them is the intermediate module, in which the crossings of the auxiliary capillaries and the connecting capillaries are arranged. Only the two connecting lines to the converter chamber go from the intermediate module;
  • any overpressure occurring on one side on the high-pressure side is routed to the back of the overload diaphragm/additional diaphragm on the low-pressure side and parallel via the connecting lines to the converter chamber.
  • the converter chamber and overload diaphragm are parallel.
  • a fast reaction time of the overload protection is achieved by the dimensioning of the auxiliary and connecting lines and, if necessary, by the dynamic brakes incorporated in the lines.
  • the amount of hydraulic fluid, especially silicone oil can be kept low. Cost savings in the measuring mechanism, in particular through material savings (small dimensions) and as a result of simplified production and processing, since the number of capillaries is small; the capillaries can be produced inexpensively, for example, by drilling or eroding;
  • the measuring mechanism and the converter chamber are spatially separated from one another via a further component, the intermediate module, or both components are separated from one another via the intermediate module. This achieves a mechanical decoupling between the measuring unit and the sensitive differential pressure measuring cell, which is located in the converter chamber.
  • the joints between the components are of course designed to be pressure-resistant and gas-tight.
  • the measurement error of the differential pressure sensor according to the invention is relatively small. Furthermore, a small oil volume also enables the use of smaller diaphragm diameters, which is very advantageous for the realization of a coplanar differential pressure sensor with effective overload protection: the smaller the diameter of the diaphragms, the more sensitive the differential pressure sensor works in the range of very small pressure changes.
  • the pressure sensor according to the invention is therefore also suitable for use in small measuring ranges, that is to say when the pressure changes to be measured are small. The reason for this can be seen in the fact that with a small measuring range, the activation or deflection of the membranes can be kept low, which is reflected in smaller measuring errors.
  • the invention ensures that overpressure occurring on one side on the coplanar double membrane system is limited when it reaches the pressure-sensitive element such that destruction of the pressure-sensitive element is ruled out.
  • the additional membranes are prestressed in such a way that they rest against the base body over their entire surface and are form-fitting and only lift off from the base body when a predetermined critical limit pressure is exceeded. This ensures that the overload or overpressure protection is only activated when the pressure to be measured is so high that there is a risk of the pressure-sensitive element being destroyed.
  • a process membrane/separation membrane that can be used in connection with the solution according to the invention, among other things, is described, for example, in US Pat. No. 10,656,039 B2.
  • the measured pressure reaches the pressure chambers, the correspondingly coupled auxiliary and connecting capillaries to the corresponding additional pressure chamber and to minus or the Plus side of the pressure sensitive element.
  • the overload membranes and the pressure-sensitive element are parallel.
  • the deflection of the overload diaphragms is forcibly prevented up to a specified value as a result of their prestressing or is so small that it can be neglected.
  • the preload is designed in such a way that it is larger than the measuring range of the differential pressure sensor. Aging effects are also taken into account here, so that the specified preload is ensured over the entire service life of the differential pressure sensor.
  • the pressure-sensitive element receives the pressure information for the plus side via the second pressure chamber, the second auxiliary capillary and the first connection capillary coupled to it.
  • the pressure-sensitive element receives the pressure information for the minus side via the first pressure chamber, the first auxiliary capillary and the second connecting capillary coupled to it.
  • Due to the parallel connection of overload membranes and pressure-sensitive element the pressures applied to both sides of the pressure-sensitive element also act on the backs of the corresponding overload membranes.
  • the pressure-sensitive element deflects according to the applied differential pressure. Incidentally, the effect of the parallel paths via the additional pressure chambers is almost negligible due to the prestressed and form-fitting contact of the overload membranes on the base body of the measuring unit.
  • the prestressing of the overload membranes ensures that they are only deflected when a critical overpressure occurs on one of the double membranes, which would entail the risk of destroying the pressure-sensitive element. For example, as soon as a critical overpressure occurs at the second separating diaphragm, the second separating diaphragm is moved against the second overload diaphragm until it is in contact with the overload diaphragm. Due to the hydraulic coupling, when the pretension of the first overload membrane is exceeded, it is deflected and the transmission fluid pushed out of the second pressure chamber is pushed into the first additional pressure chamber via the second auxiliary capillary and the first connecting capillary coupled to it.
  • the pressure in the first additional pressure chamber and in the first pressure chamber that is operatively connected to it increases. Shifting ends when all hydraulic fluid is shifted from the high-pressure side to the low-pressure side. The hydraulic pressure in the measuring unit can then no longer rise and the pressure limitation, i.e. the overpressure protection, takes effect.
  • the connecting capillaries and auxiliary capillaries arranged in the intermediate module are preferably capillary bores.
  • connecting capillaries and the auxiliary capillaries in the measuring unit and the connecting capillaries in the converter chamber are also capillary bores. These preferably run essentially parallel to the longitudinal axis of the differential pressure sensor.
  • the transitions between the connecting capillaries and the auxiliary capillaries of the measuring mechanism and intermediate module are preferably realized via capillary tubes which are fastened in the bores in a pressure-tight, non-positive and gas-tight manner. The same preferably applies to the connection of the connection capillaries of the intermediate module and converter chamber via capillary tubes.
  • the measuring unit be arranged in a process connection, with the process connection having a diameter in the area facing the process that is larger than the diameter in the area facing away from the process, in which it is pressure-, gas and / or liquid-tight is connected. Due to the separation of measuring mechanism and converter chamber, it is also possible in a simple manner to implement an electrically insulated separation between the two components—measuring mechanism and converter chamber. More on that later.
  • an advantageous embodiment of the differential pressure sensor proposes that the connecting capillaries and/or the auxiliary capillaries be designed and/or dimensioned in such a way that a pressure above the specified critical limit pressure is reached Overpressure is compensated by the overload protection before the overpressure is transmitted to the differential pressure measuring cell.
  • dynamic brakes are installed in the connecting lines or in the connecting capillary between the measuring unit and the intermediate module or between the intermediate module and the converter chamber, according to one embodiment of the differential pressure sensor.
  • the dynamic brakes are flow resistances, e.g. sintered metal inserts.
  • the dynamic brakes can also be designed in such a way that they also assume the function of explosion protection.
  • auxiliary capillaries in the intermediate module in a first section run essentially parallel to the longitudinal axis of the differential pressure sensor in an area facing the measuring unit and in a second section are routed with a change of direction of approximately 90° to the corresponding connecting capillaries.
  • An embodiment of the differential pressure sensor according to the invention proposes that two filling holes for filling the hydraulic system of the differential pressure sensor with a hydraulic fluid are provided on the intermediate module, the filling holes being provided as an extension of the auxiliary capillaries running in the second section.
  • the filling bores are each closed in a pressure-tight and gas-tight or at least liquid-tight manner by means of a closure element after filling with the hydraulic fluid.
  • the closure element is a ball that is pressed into the bore and then caulked. It is also possible to weld the closure element in the bore.
  • the closure elements are preferably arranged as close as possible to the crossing points of the auxiliary capillaries with the connecting capillaries.
  • the filling holes - behind the closing elements - are protected against corrosion. Furthermore, the corresponding areas of the filling bores can also be cast on the outside; however, this is not absolutely necessary due to the closed position of the filling bores within the housing adapter from the outside.
  • connection capillaries can also be designed in such a way that they electrically insulate the converter chamber from the measuring mechanism.
  • the electrical insulation of the converter chamber from the measuring mechanism is preferably carried out via additional elements. These can be arranged in the connecting or auxiliary capillaries of the measuring unit and/or the intermediate module and/or in the connecting capillaries of the converter chamber, in particular in the transitions between the connecting capillaries and the converter chamber.
  • An additional insulating element can be, in particular, a ceramic insulating body or an insulating glazing.
  • the connection must be gas-tight: either it is a soldered connection or a glazing.
  • the electrical insulators can be provided in the converter chamber and/or in the measuring mechanism and/or in the intermediate module between the measuring mechanism and the converter chamber. In particular, the electrical insulators can also be integrated as intermediate pieces in the connecting capillaries designed as capillary tubes.
  • the pressure-sensitive element usually a silicon chip
  • the pressure-sensitive element is preferably applied to a silicon base.
  • a silicon base is used instead of the usual glass base, a more favorable thermal behavior (T hysteresis) can be achieved, which is reflected in a lower static pressure error.
  • T hysteresis thermal behavior
  • the modulus of elasticity of glass is different from the modulus of elasticity of silicon. Glass suffers from greater deformation and thus greater error due to static pressure than silicon.
  • silicon is not an insulator but has a certain conductivity, minimum insulation distances are required for safe electrical operation. These can be implemented, for example, by using ceramic insulating bodies in the connecting lines and/or correspondingly designed dynamic brakes.
  • the full or partial explosion protection potting in the converter chamber which was previously required for differential pressure sensors, can be omitted. So far, encapsulation has been used in order to be able to keep the minimum distances between the current-carrying elements and the ground potential as small as possible. This reduction in distance can be omitted in the embodiment of the invention where the insulation elements are arranged in the connecting capillaries. In order to achieve reliable electrical insulation, the required minimum distances can turn out to be somewhat smaller than in the two solutions that have been known hitherto. These minimum distances can also be achieved without great effort.
  • the electrical connecting pins or connecting lines from the electrical converter are routed in a gas-tight manner through one of the end regions of the converter chamber facing away from the process in the direction of an electronic circuit board.
  • the gas-tightness is preferably achieved via glass bushings. Because the transducer chamber is electrically isolated from the metering mechanism, the glass feedthrough PINs can be smaller and therefore more pressure resistant. The aim is in particular to achieve a pressure resistance that is greater than 1280 bar. Smaller PINs/encapsulation elements also allow more PINs to be accommodated in the same space. This may also mean that less oil volume is required.
  • the converter chamber is designed in such a way that the same transmission liquid or oil volumes are present on the low-pressure side and the high-pressure side.
  • the oil volumes on the high-pressure and low-pressure side can be equalized, for example, by creating a corresponding additional volume by enlarging or lengthening one of the bores.
  • a corresponding pressure-sensitive element for measuring the static pressure is provided in the converter chamber.
  • the pressure-sensitive element for measuring the differential pressure and the pressure-sensitive element for measuring the static pressure are stacked one on top of the other.
  • Fig. 3a a schematic representation of the embodiment shown in Fig. 2 in the case of overpressure or overload
  • Fig. 3c a more realistic representation of the operation of the coplanar differential pressure sensor in the event of an overload
  • Fig. 5 Different representations of advantageous variants of how the electrical insulation between the measuring mechanism and the converter chamber is achieved
  • Fig. 6 different views and sections through a converter chamber with a unit for compensating for the static pressure
  • Fig. 7 the circuit of the electrical connections of the differential pressure measuring cell and the static pressure measuring cell
  • Fig. 8 a longitudinal section through a differential pressure sensor shown schematically
  • Fig. 1 the structure of a differential pressure sensor 1 according to the invention is outlined.
  • the differential pressure sensor 1 consists of a measuring unit 2 with the coplanar double membrane system 4a, 4b, an intermediate module 19 and a converter chamber 3 in which the differential pressure measuring cell 12 with the pressure-sensitive element 13 is arranged.
  • the differential pressure measuring cell 12 the pressures p1, p2 hydraulically transmitted by the separating membranes 5a, 5b are converted into an electrical differential pressure signal; a corresponding measured value is generated.
  • Measuring mechanism 2 and converter chamber 3 are separated from one another by a separate component, which is referred to as intermediate module 19 .
  • the intersection/coupling of the auxiliary capillaries 11a, 11b with the connecting capillaries 10a, 10b, which serves as overpressure protection, is arranged in the intermediate module 19.
  • the connecting capillaries 10a, 10b and the auxiliary capillaries 11a, 11b are only sketchily indicated in FIG. 1 and are therefore not provided with reference numbers.
  • the differential pressure sensor 1 is used to determine the differential pressure of two pressures p1, p2.
  • the measurement of the differential pressure of two pressures p1, p2 is used, e.g. in a pipeline to determine the flow rate.
  • Another application of a differential pressure sensor 1 is, for example, the determination of the fill level of a fluid medium located in a tank.
  • the coplanar differential pressure sensor 1 consists of a measuring unit 2, a converter chamber 3 and an intermediate module 19 arranged between the two components 2, 3.
  • the measuring unit 2 is arranged in the process connection 21.
  • the process connection 21 has a larger diameter in the area facing the process than in the area facing away from the process.
  • the intermediate module 19 is located in the housing adapter 22.
  • the process connection 21 and the housing adapter 22 are connected to one another via the joint 20 in a pressure-tight, gas-tight and/or liquid-tight manner.
  • the measuring unit 2 In its end region facing the process, the measuring unit 2 has two double diaphragms 4a, 4b lying in one plane, which together form the coplanar double diaphragm system.
  • Each of the two double diaphragms 4a, 4b consists of a separating diaphragm/process diaphragm 5a, 5b and an overload diaphragm 6a, 6b arranged behind the separating diaphragm 5a, 5b in the direction of the pressure effect.
  • a first pressure chamber 7a is formed between the first separating membrane 5a and the first overload membrane 6a and a first additional pressure chamber 8a is formed between the first overload membrane 6a and the base body 9 .
  • a second pressure chamber 7b is formed between the second separating membrane 5b and the second overload membrane 6b, and a second additional pressure chamber 8b is formed between the second overload membrane 6b and the base body 9.
  • the overload membranes 6a, 6b are prestressed in such a way that in regular measuring operation they essentially lie against the base body 9 over their entire surface and/or with a form fit or force fit and only lift off from the base body 9 when a predetermined critical limit pressure is reached on one side - i.e. on one of the two Separating membranes 5a, 5b - is exceeded. possibly At least one hydraulic channel is provided in the membrane beds and/or the corresponding rear sides of the overload membranes. Destruction of the pressure-sensitive element 13 can only be ruled out if care is taken to ensure that the pressure transmitted to the pressure-sensitive element 13 arranged in the pressure-measuring cell 12 is always below this critical limit pressure.
  • the first additional pressure chamber 8a is assigned a first connecting capillary 10a and the second additional pressure chamber 8b is assigned a second connecting capillary 10b.
  • the connecting capillaries 10a, 10b lead directly to the pressure measuring cell 12.
  • the two pressures p1, p2 applied to the separating membranes 5a, 5b are hydraulically protected via the auxiliary capillaries 11a, 11b and the connecting capillaries 10b, 10a - against overpressure on one side transmitted to the minus side (+) and plus side (+) of the differential pressure measuring cell 12 and the pressure-sensitive element 13, respectively.
  • the transmission medium in the capillary system is a liquid 16 that is largely incompressible in the specified measuring range of the differential pressure sensor 1, e.g. a silicone oil.
  • connection and auxiliary capillaries 10a, 10b, 11a, 11b are preferably designed as capillary bores. However, it is also possible to configure the capillary bores at least in part as capillary tubes 17 . In the case shown, capillary tubes 17 are provided at the transitions of the capillary bores between measuring unit 2 and intermediate module 19 or between intermediate module 19 and converter chamber 3 .
  • the pressure-transmitting coupling between the auxiliary capillaries 11a, 11b and the connecting capillaries 10a, 10b for the purpose of overload protection is achieved by crossing the first auxiliary capillary 11a with the second connecting capillary 10b or the second auxiliary capillary 11b with the first connecting capillary 10a. According to the invention, this intersection is arranged in the intermediate module 19 which is located in the rear space of the sensor behind the measuring unit 2 .
  • the Intermediate module 19 is preferably arranged in the interior of housing adapter 22 in front of converter chamber 3 .
  • dynamic brakes 18a, 18b are provided. These also serve to slow down any pressure peaks that may occur.
  • the dynamic brakes 18a, 18b are arranged at the transitions between the connecting capillaries 10a, 10b of the intermediate module 19 and the converter chamber 3. They are advantageously integrated into the capillary tubes 18a, 18b.
  • the dynamic brakes 18a, 18b can be sintered metal inserts. If the differential pressure measuring transducer 1 is used in an area at risk of explosion, the dynamic brakes 18a, 18b are made of a non-conductive material.
  • the dynamic brakes 18a, 18b then fulfill a dual function: delayed transmission of the pressure and explosion protection, which is designed according to the required type of explosion protection. It goes without saying that dynamic brakes 18a, 18b in the two variants described above can be integrated at all points within the capillary system at which their use ensures the correct functioning of the overload protection. Additionally or alternatively, the dimensions (length and diameter) of the capillaries are designed in such a way that the overload protection can develop its effect.
  • the capillary system of the differential pressure sensor 1 is filled with a hydraulic transmission fluid 16 via the filling bores 14a, 14b in the intermediate module 19 .
  • the arrangement and position of the filling holes 14a, 14b is chosen so that the volume of oil required for filling is as small as possible.
  • the closure elements 15a, 15b are also provided as close as possible to the crossing points of the filling bores 14a, 14b.
  • the embodiment is preferred in which the closed filling bores 14a, 14b end in the rear space of the sensor and there preferably within the housing adapter 22. Due to this arrangement in the interior of the differential pressure sensor 1, the filling bores 14a, 14b are protected against corrosion, even outside of the closure elements 15a, 15b. Furthermore, the corresponding areas of the filling bores 14a, 14b can be cast to the outside; however, this is not absolutely necessary in the embodiment shown in FIG. 2 due to the closed position of the filling bores 14a, 14b from the outside.
  • a preferably spherical closure element 15a, 15b is provided as a pressure-tight, gas-tight or at least liquid-tight closure, which is pressed from the outside into the filling bore 14a, 14b and then caulked.
  • other methods for closing the openings are also available. Welding will, however viewed as critical insofar as negative repercussions on the defined properties of the transmission fluid 16 can occur as a result of the temperature increase.
  • Fig. 3a it is shown schematically by arrows pointing in the direction how - in the case of an overpressure PeÜL applied on one side - this overpressure PeÜL is transmitted through the coupled capillaries 11b, 10a to the back of the first overload membrane 6a and parallel to the positive side of the pressure-sensitive element 13 .
  • the mode of operation is described in detail in connection with FIG. 3c.
  • FIGS. 3b and 3c relate to the configuration of the differential pressure sensor 1 according to the invention shown in Figures 3a.
  • the overload diaphragms 6a, 6b are in full contact with the base body 9 of the measuring unit 2.
  • the system is largely form-fitting, the overload membranes 6a, 6b are suitably prestressed.
  • the measured pressures p1, p2 reach the backs of the overload membranes 6a, 6b and parallel to the converter chamber 3 or to the sides of the pressure-sensitive element 13 via the pressure chambers 7a, 7b, the auxiliary capillaries 11a, 11b and the connecting capillaries 10a, 10b.
  • the overload membranes 6a, 6b and the pressure-sensitive element 13 are pressure-dynamically parallel, so the same pressure acts on both.
  • the pressure-sensitive element 13 deflects depending on the differential pressure.
  • the overload membranes 6a, 6b are prestressed. The deflection is forcibly prevented up to a specified value. In any case, the bias voltage is greater than the measuring range.
  • the pressure-sensitive measuring element 13 receives the pressure information for the plus side (+) via the pressure chamber 7b and the connecting capillaries 11b, 10a.
  • the pressure information for the minus side (-) of the pressure-sensitive measuring element 13 is transmitted via the pressure chamber 7a and the connecting capillaries 11a, 10b.
  • the effect of the parallel paths via the additional pressure chambers 8a, 8b is almost negligible due to the preloaded and approximately form-fitting contact of the overload membranes 6a, 6b on the base body 9 of the measuring mechanism 2
  • 3c shows the mode of operation of the coplanar membrane system 4 in the event of an overload, ie when a one-sided overload occurs.
  • the overpressure PeÜL also occurs here on the right-hand side of the differential pressure sensor 1 at the separating membrane 4b.
  • the overload membranes 6a, 6b are prestressed and lie as positively as possible on a suitably shaped bed of the base body 9. Since the overload membrane 6b on the base body 9 is applied, the pressure in the additional pressure chamber 8b cannot rise.
  • the overload pressure PeÜL reaches the back of the overload diaphragm 6a and the pressure-sensitive element 13 via the pressure chambers 7b, the auxiliary capillary 11b and the connecting capillary 10a likewise, the separating diaphragm 5a is deflected and hydraulic fluid/oil 16 is shifted from the high-pressure side to the low-pressure side.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the converter chamber 3 with the two connecting capillaries 10a, 10b.
  • the pressures p1, p2 applied to the separating membranes 5a, 5b are transmitted hydraulically to the pressure-sensitive element 15 via the connecting capillaries 10a, 10b.
  • the pressure p1 is on the plus side, the pressure p2 on the minus side.
  • two vertical (ie parallel to the longitudinal axis of the differential pressure sensor 1) bores and one horizontal bore are required in the converter chamber 3 . It may also make sense to have two filling and closure accesses to make filling easier.
  • the dynamic brakes could make filling more difficult or greatly increase the filling times.
  • FIG. 4a shows an exploded view of a cube-shaped configuration of the differential pressure measuring cell 14 and visualizes how the individual components of the differential pressure measuring cell 14 and the current bushing 23 are arranged in the converter chamber 3.
  • An insulating base (eg, a ceramic base) 31 is bonded to the bottom surface of a recess in the transducer chamber 3 with a suitable adhesive 30 .
  • the pressure measuring cell 12 which preferably has a silicon chip as the pressure-sensitive element 13 , is connected to the ceramic base 31 by means of an adhesive 32 .
  • a filling body 33 is provided, which encloses the pressure measuring cell 12 as closely as possible in the side area.
  • the filling body 33 is closed with a cover 34 .
  • the converter chamber 3 is closed to the outside with a sealing cap 34 for the current feedthrough 23 .
  • the silicon chip 13 is insulated via the insulation base 31, which can be a ceramic base or a glass base, which has a thickness d>0.5 mm, for example for reasons of explosion protection. Furthermore, the isolation of the silicon chip 15 and its Bond connections 24 of the packing 33 with cover 34, which is made of a suitable plastic, for example.
  • the connection capillaries 10a, 10b designed as capillary tubes are shown below.
  • FIG. 5 shows different representations of advantageous variants of how the electrical insulation between the measuring mechanism 2 and the converter chamber 3 can be realized via insulation elements 25, preferably insulation tubes 25, adapted in or on the capillary tubes.
  • insulation elements 25 preferably insulation tubes 25, adapted in or on the capillary tubes.
  • the ceramic base 31 glued in place in the converter chamber 3, as described above, can be dispensed with.
  • the electrical insulation between the measuring unit 2 and the intermediate module is preferably in the area of the capillary tubes 17 between the corresponding connecting capillaries 10a, 10b or at the transition of the capillary tubes 17 to the measuring unit 2 or to the converter chamber 3.
  • the electrically insulating ceramic tubes 25 in the converter chamber 3 (Fig. 5a), in the intermediate module 19 (Fig. 5b) or between the intermediate module 19 and the converter chamber 3 (Fig. 5c) be executed.
  • the insulation preferably achieves potential isolation from ground or the internal ground. This is required for Ex ia safety level and electrical safety.
  • the alternative that the Ex separation can also be achieved by appropriate design of the dynamic brakes 18 has already been mentioned above.
  • the differential pressure measuring sensor 1 according to the invention can also be used in potentially explosive areas. To do this, it must meet the ex d safety requirements, for which additional safety measures are required.
  • FIG. 6 shows a converter chamber 3 or its components and different sections through the converter chamber 3.
  • a measuring cell 27 is also provided for determining the static pressure.
  • the power feedthrough 23 is shown with an advantageous arrangement of the connection pins 26 for the differential pressure measuring cell 12 with the pressure-sensitive element 13 and the measuring cell 27 arranged above it for determining the static pressure.
  • the PINs 26 are preferably found symmetrically in the edge area of the two pressure measuring cells 12, 27, which are preferably stacked one on top of the other.
  • it can also be an advantage to position at least one PIN asymmetrically in order to make further processing, e.g. soldering on the circuit board, safe in the later process (poka-yoke principle).
  • Two pins 1.1, 1.2 of the eight pins 26 (FIG. 7c) can be connected without insulation, e.g. B. soldered, since they are on ground / housing potential.
  • the PINS 2 and 3 could be electrically connected together, ie in a common PIN, to potential (FIG. 7b).
  • the electrical insulation then preferably takes place via a glazing. If the ground PINS 1.1, 1.2 corresponding to PINs 1, 8 and PINS 2, 3 for the power supply are combined, the two bridges are connected in parallel to the power supply. This circuit is shown in FIG. 7c.
  • all PINs 26 are arranged or spaced such that there is sufficient dielectric strength both from PIN 26 to PIN 26 and from PIN 26 to the housing/ground of the converter chamber 3 is. Since the oil volume is all the smaller, the smaller the interior space of the converter chamber 3 is dimensioned, the interior space preferably has a diameter of ⁇ 10 mm, in particular ⁇ 8 mm.
  • the 6b shows a longitudinal section through the pressure measuring cells 12, 27 stacked on top of one another.
  • the power feedthrough 23 is designed to be pressure-resistant and gas- or liquid-resistant.
  • the PINs 26 are either soldered or glazed. Alternatively they are pressed in or impulse welded. Only the ground PINS are arranged in the housing without insulation, all others must be insulated. This is possible if the housing is isolated and connected to the measuring unit via the capillaries. Otherwise, all PINs (including the ground PINS) must be electrically isolated.
  • the differential pressure measuring cell 12 with the bonding wires 24 is embedded as closely as possible in the filling body 33 and the filling body cap 37 .
  • the packing cap 37 has a recess for receiving the chip/static pressure cell 27 .
  • the sealing cap 35 follows an insulating film 29.
  • FIG. 6c shows a cross section in the area of the differential pressure measuring cell 14, while FIG. 6d shows a section in the area of the chip 27 for measuring the static pressure.
  • FIGS. 7a, 7b and 7c The circuits for the previously mentioned arrangements of the PINs 26 are shown in FIGS. 7a, 7b and 7c.
  • the differential pressure (1 .2) and the static pressure (1.1) are measured via two resistance bridges.
  • the measured values are sent to an electronic circuit board 36 for further processing.
  • 7a shows the basic connection diagram of the two Si chips 15, 27.
  • eight PINs 26 are required; a minimum of six PINs 26 (FIG. 7b) are required.
  • 7c shows a circuit with 7 PINs 26.
  • This intermediate solution has a separate plus supply but a common ground.
  • the advantage of using a smaller number of PINs 26 is clearly that space can be saved.
  • the PINs 26 for the ground connection can also be implemented as a direct connection between the corresponding PIN 26 or the corresponding PINs 26 and the conductive housing (metal housing). The connection can be made by soldering, pressing in or welding.
  • a common PIN 26 can also be used for the ground connection.
  • FIG. 8 shows a longitudinal section through a differential pressure measuring sensor 1 shown schematically. Furthermore, the different zones AG to which the differential pressure sensor 1 is exposed are listed in FIG. 8 . Since the zones are listed by name in the figure, they will not be repeated at this point.
  • the encircled numbers schematically document components that characterize the basic structure of the differential pressure sensor 1 according to the invention:
  • FIG. 9 shows a plan view of a packing 33 in which the pressure measuring cell 12 and the pressure measuring cell 27 for the static pressure are arranged in one plane.
  • the distances between the pins--only the recesses 38 for the pins from the current feedthrough can be seen in FIG. 9--are selected in such a way that galvanic isolation is ensured.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken (p1, p2) mit einem Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3), wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks (2) ein koplanares Doppelmembransystem (4) mit zwei Doppelmembranen (4a, 4b) vorgesehen ist und wobei in der Wandlerkammer (3) eine Differenzdruckmesszelle (12) mit einem drucksensitiven Element (13) angeordnet ist, wobei die beiden Doppelmembranen (4a, 4b) jeweils aus einer Trennmembrane (5a, 5b) und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane (5a, 5b) angeordneten Überlastmembrane (6a, 6b) bestehen, wobei zwischen der ersten Trennmembrane (5a) und der ersten Überlastmembrane (6a) eine erste Druckkammer (7a) und zwischen der ersten Überlastmembrane (6a) und dem Grundkörper (9) eine erste Zusatzdruckkammer (8a) ausgebildet ist, wobei zwischen der zweiten Trennmembrane (5b) und der zweiten Überlastmembrane (6b) eine zweite Druckkammer (7b) und zwischen der zweiten Überlastmembrane (6b) und dem Grundkörper (9) eine zweite Zusatzdruckkammer (8b) ausgebildet ist, wobei der ersten Zusatzdruckkammer (8a) eine erste Verbindungskapillare (10a) zugeordnet ist, wobei der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine zweite Verbindungskapillare (10b) zugeordnet ist, wobei der ersten Druckkammer (7a) eine erste Hilfskapillare (11a) zugeordnet ist, wobei der zweiten Druckkammer (7b) eine zweite Hilfskapillare (11b) zugeordnet ist, wobei eine druckübertragende Kopplung zwischen der ersten Hilfskapillare (11a) und der zweiten Verbindungskapillare (10b) und zwischen der zweiten Hilfskapillare (11b) und der ersten Verbindungskapillare (10a) in einem Zwischenmodul (19) angeordnet ist, das zwischen dem Messwerk (2) und der Wandlerkammer (3) vorgesehen ist, wobei die beiden Drücke (p1, p2) über die Verbindungskapillare (10a, 10b) – gegen einen einseitigen Überdruck geschützt - hydraulisch zu der Differenzdruckmesszelle (12) übertragen werden.

Description

Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken. Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer im Bereich der Automatisierungstechnik eingesetzt.
Differenzdruckmessgeräte dienen insbesondere zur kontinuierlichen Messung von Druckdifferenzen in Messmedien, z.B. in Flüssigkeiten, Dämpfen, Gasen und Stäuben. Aus dem Differenzdruck kann z.B. der Füllstand eines Füllguts in einem Behälter oder der Durchfluss eines Messmediums durch eine Rohrleitung ermittelt werden.
Als drucksensitives Element wird üblicherweise ein Silizium-Chip verwendet. Um eine gute Messempfindlichkeit zu erreichen, arbeitet ein Differenzdruckmessaufnehmer bevorzugt in einem Bereich, der in der Nähe eines kritischen Grenzwertes für den Druck (Nenndruck) liegt. Wird der kritische Grenzwert überschritten, besteht die Gefahr, dass der Chip zerstört wird. Da insbesondere Silizium-Chips eine relativ geringe Überlastfestigkeit aufweisen, ist einem Differenzdruckmessaufnehmer üblicherweise ein Überlastschutz zugeordnet. Dieser ist bevorzugt so ausgestaltet, dass er die Messempfindlichkeit und die Messgenauigkeit des drucksensitiven Elements möglichst wenig beeinträchtigt.
Aus der DE 3 222 620 A1 ist ein Druckdifferenzmessgerät bekannt geworden, das eine vor Überlastung geschützte Druckmessaufnehmereinrichtung aufweist. Das Messgerät hat einen zentralen Aufnah me körper, der an zwei gegenüberliegenden Seiten zwischen einem Membranbett und einer T rennmembrane jeweils eine Vorkammer ausbildet. In dem Aufnahmekörper ist jeweils hinter der vom Membranbett abgewandten Seite eine Zusatzkammer vorgesehen, die durch eine vorgespannte Zusatzmembrane begrenzt wird. Innerhalb des Aufnah me körpers befindet sich weiterhin eine Messkammer, die durch die Druckmessaufnehmereinrichtung in zwei Teilkammern unterteilt ist. Jede der beiden Teilkammern der Messkammer ist über jeweils einen Verbindungskanal mit einer der beiden Vorkammern verbunden. Über jeweils einen Zusatzkanal ist jeder der beiden Verbindungskanäle an eine der beiden Zusatzkammern angeschlossen.
Ist das Gerät einem Differenzdruck unterhalb oder im Bereich des Differenzdruck-Nennwertes ausgesetzt, dann wird dieser Differenzdruck der Druckmessaufnehmereinrichtung über die Verbindungskanäle übermittelt. Die Zusatzmembranen entfalten eine geringe Wirkung, die in erster Näherung vernachlässigbar ist. Übersteigt die Druckdifferenz infolge einer Überlast den Druckdifferenz-Nennwert um einen vorgegebenen Wert, dann wird bei der Trennmembrane auf der Hochdruckseite die unter ihr befindliche Druckvermittler-Flüssigkeit in die ihr zugeordnete Vorkammer gedrückt. Die herausgedrückte Flüssigkeit gelangt über den Verbindungskanal und den Zusatzkanal zur Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite und veranlasst diese, sich abzuheben. Somit befindet die sich auf der Hochdruckseite unter der Trennmembrane herausgedrückte Flüssigkeit im Überlastfall unter der sich abhebenden Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite. Eine Überlastung der Druckmessaufnehmereinrichtung wird folglich vermieden. Die Wandlerkammer ist bei der Deutschen Patentanmeldung in das Messwerk integriert.
Aus der WO 2018/165122 A1 ist ein koplanar aufgebauter Differenzdruckmessaufnehmer bekannt geworden, bei dem die Druckeingänge mit Trennmembrane und Überlastmembrane in einer Ebene - und zwar im dem Prozess zugewandten Endbereich - angeordnet sind und nicht auf gegenüberliegenden, parallelen Ebenen wie in der zuvor genannten Deutschen Patentanmeldung. Es handelt sich um ein sog. Doppelmembransystem. Der Vorteil bei Doppelmembransystemen liegt in dem deutlich geringeren Ölvolumen, das für den hydraulischen Betrieb des Differenzdruckmessaufnehmers benötigt wird. Zudem kann hier auf die druckbelastete Mittenmembranschweißung verzichtet werden, so dass das Messwerk einteilig ausgeführt werden kann. Ebenso wie bei der zuvor genannten Patentanmeldung ist auch bei dieser bekannten Lösung der Überlastschutz im Messwerk angeordnet, d.h. die gekreuzten Kapillaren befinden sich im Messwerk. Die Wandlerkammer ist unmittelbar auf das Messwerk aufgesetzt bzw. in das Messwerk integriert.
Die bekannten Lösungen haben mehrere Nachteile: Da die gekreuzten hydraulischen Druckdurchführungen im Messwerk angeordnet sind, sind z.B. bei der bekannten Koplanar- Ausführung zwecks Ölbefüllung von außen freiliegenden Bohrungen erforderlich, die nach der Befüllung verschlossen werden. Die Verschlussbereiche sind potenzielle Korrosionsschwachstellen. Außerdem sind die Bohrungen ziemlich lang, was sich negativ auf die Fertigungskosten auswirkt. Lange Bohrungen erfordern zudem zwangsläufig ein größeres Ölvolumen, was wiederum die Umsetzung des Überlastschutzes im Messwerk erschwert. Da definierte Abstände zwischen den Druckdurchführungen eingehalten werden müssen, sind einer Minimierung der Dimensionen des Messwerks Grenzen gesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessaufnehmer mit Überlastschutz und reduzierten Ölvolumen vorzuschlagen. An dieser Stelle wird der Begriff “Ölvolumen“ gewählt, da es sich bei der hydraulischen Übertragungsflüssigkeit üblicherweise um ein im spezifizierten Messbereich annähernd inkompressibles Öl, z.B. ein Silikonöl, handelt.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken mit einem Messwerk und einer Wandlerkammer, wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen vorgesehen ist und wobei in der Wandlerkammer eine Differenzdruckmesszelle mit einem drucksensitiven Element angeordnet ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem drucksensitiven Element um einen Siliziumchip. Der Differenzdruck wird über ein kapazitives oder resistives Messverfahren oder einen Resonator ermittelt.
Die beiden Doppelmembranen bestehen jeweils aus einer Trennmembrane und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane angeordneten Überlastmembrane. Zwischen der ersten Trennmembrane und der ersten Überlastmembrane ist eine erste Druckkammer und zwischen der ersten Überlastmembrane und dem Grundkörper eine erste Zusatzdruckkammer ausgebildet. Weiterhin ist zwischen der zweiten Trennmembrane und der zweiten Überlastmembrane eine zweite Druckkammer und zwischen der zweiten Überlastmembrane und dem Grundkörper eine zweite Zusatzdruckkammer ausgebildet. Der ersten Zusatzdruckkammer ist eine erste Verbindungskapillare zugeordnet, und der zweiten Zusatzdruckkammer ist eine zweite Verbindungskapillare zugeordnet ist. Darüber hinaus sind der ersten Druckkammer eine erste Hilfskapillare und der zweiten Druckkammer eine zweite Hilfskapillare zugeordnet. Eine druckübertragende Kopplung zwischen der ersten Hilfskapillare und der zweiten Verbindungskapillare und zwischen der zweiten Hilfskapillare und der ersten Verbindungskapillare, sprich eine Kreuzung der Hilfs- und Verbindungskapillaren, ist in einem Zwischenmodul angeordnet, das zwischen dem Messwerk und der Wandlerkammer als separate Einheit vorgesehen. Die beiden Drücke werden über die Verbindungskapillare - gegen einen einseitigen Überdruck geschützt - hydraulisch zu der Differenzdruckmesszelle übertragen.
Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:
Das Messwerk ist einteilig ausgestaltet.
Das Messwerk hat einen relativ einfachen und in weiten Teilen symmetrischen Aufbau. Messwerk und Wandlerkammer sind voneinander abgesetzt, dazwischen befindet sich das Zwischenmodul, in dem die Kreuzungen der Hilfskapillaren und er Verbindungskapillaren angeordnet sind. Von dem Zwischenmodul gehen nur die beiden Verbindungsleitungen zur Wandlerkammer;
Aufgrund des Abstands zwischen Messwerk und Wandlerkammer lässt sich eine gute mechanische und thermische Entkopplung zwischen Messwerk und Wandlerkammer erreichen.
Ein einseitig auftretender Überdruck auf der Hochdruckseite wird auf die Rückseite der Überlastmembrane/Zusatzmembrane der Niederdruckseite und parallel über die Verbindungsleitungen zur Wandlerkammer geleitet. Wandlerkammer und Überlastmembrane liegen druckdynamisch parallel.
Eine schnelle Reaktionszeit des Überlastschutzes wird über die Dimensionierung der Hilfs- und Verbindungsleitungen und ggf. über in die Leitungen eingebrachte Dynamikbremsen erreicht.
Aufgrund der günstigen Lage der Befüllungsöffnungen im Zwischenmodul lässt sich die Menge der Hydraulikflüssigkeit, insbesondere des Silikonöls, geringhalten. Kosteneinsparung beim Messwerk, insbesondere durch Materialeinsparung (kleine Dimensionen) und infolge einer vereinfachten Fertigung und Bearbeitung, da die Anzahl der Kapillaren gering ist; die Kapillaren können z.B. kostengünstig durch Bohren oder Erodieren hergestellt werden;
Das Messwerk und die Wandlerkammer, beides separate Komponenten, sind über eine weitere Komponente, das Zwischenmodul, räumlich voneinander getrennt bzw. beide Komponenten sind über das Zwischenmodul voneinander abgesetzt. Hierdurch wird eine mechanische Entkopplung zwischen dem Messwerk und der sensitiven Differenzdruckmesszelle, die sich in der Wandlerkammer befindet, erreicht. Die Fügestellen zwischen den Komponenten sind natürlich druckfest und gasdicht ausgestaltet.
Aufgrund des reduzierten Ölvolumens ist der Messfehler des erfindungsgemäßen Differenzdrucksensors, der durch den Temperaturgradienten erzeugt wird, relativ gering. Weiterhin ermöglicht ein kleines Ölvolumen auch die Verwendung kleinerer Membrandurchmesser, was für die Realisierung eines koplanaren Differenzdruckmessaufnehmers mit einem effektiven Überlastschutz sehr vorteilhaft ist: Je geringer der Durchmesser der Membranen, um so sensitiver arbeitet der Differenzdruckmessaufnehmer im Bereich sehr geringer Druckänderungen. Daher ist der erfindungsgemäße Drucksensor auch für den Einsatz in kleinen Messbereichen, also bei geringeren zu messenden Druckänderungen, geeignet. Der Grund dafür ist darin zu sehen, dass bei einem kleinen Messbereich die Ansteuerung bzw. die Auslenkung der Membranen geringgehalten werden kann, was sich in kleineren Messfehlern niederschlägt.
Allgemein lässt sich sagen, dass es zum Schutz des drucksensitiven Elements gegen Überdruck erfindungsgemäß sichergestellt ist, dass ein einseitig auftretender Überdruck am koplanaren Doppelmembransystem bei Erreichen des drucksensitiven Elements so beschränkt ist, dass eine Zerstörung des drucksensitiven Elements ausgeschlossen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers sind die Zusatzmembranen derart vorgespannt, dass sie vollflächig und formschlüssig am Grundkörper anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird. Somit ist sichergestellt, dass der Überlast- bzw. Überdruckschutz erst dann aktiviert wird, wenn der zu messende Druck so hoch ist, dass die Gefahr einer Zerstörung des drucksensitiven Elements besteht. Eine Prozessmembrane/Trennmembrane, die u.a. in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung eingesetzt werden kann, ist z.B. in der US 10,656,039 B2 beschrieben.
Infolge der vollflächigen und bevorzugt formschlüssigen Anlage der Überlastmembranen am Messwerk gelangt der Messdruck über die Druckkammern, die entsprechend gekoppelten Hilfs- und Verbindungskapillaren zu der entsprechenden Zusatzdruckkammer und zu Minus- bzw. der Plusseite des drucksensitiven Elements. Die Überlastmembranen und das drucksensitive Element liegen druckdynamisch gesehen parallel. Die Auslenkung der Überlastmembranen wird infolge ihrer Vorspannung bis zu einem vorgegebenen Wert zwangsweise verhindert bzw. ist so gering, dass sie vernachlässigt werden kann. Die Vorspannung ist so ausgelegt, dass sie größer als der Messbereich des Differenzdruckaufnehmers ist. Hierbei werden auch Alterungseffekte berücksichtigt, so dass die vorgegebene Vorspannung über die gesamte Lebenszeit des Differenzdruckmessaufnehmers sichergestellt ist.
Im normalen Messbetrieb erhält das drucksensitive Element erhält über die zweite Druckkammer, die zweite Hilfskapillare und die mit ihr gekoppelte erste Verbindungskapillare die Druckinformation für die Plusseite. Über die erste Druckkammer, die erste Hilfskapillare und die mit ihr gekoppelte zweite Verbindungskapillare erhält das drucksensitive Element die Druckinformation für die Minusseite. Aufgrund der Parallelschaltung von Überlastmembranen und drucksensitivem Element wirken die an den beiden Seiten des drucksensitiven Elements anliegenden Drücke auch auf die Rückseiten der entsprechenden Überlastmembranen. Das drucksensitive Element lenkt sich entsprechend dem anliegenden Differenzdruck aus. Die Wirkung der Parallelpfade über die Zusatzdruckkammern sind übrigens aufgrund der vorgespannten und formschlüssigen Anlage der Überlastmembranen am Grundkörper des Messwerks nahezu vernachlässigbar.
Durch die Vorspannung der Überlastmembranen ist sichergestellt, dass ihre Auslenkung erst erfolgt, wenn an einer der Doppelmembranen ein kritischer Überdruck auftritt, der die Gefahr der Zerstörung des drucksensitiven Elements mit sich bringen würde. Sobald beispielsweise an der zweiten Trennmembrane ein kritischer Überdruck auftritt, wird die zweite Trennmembrane gegen die zweite Überlastmembrane bewegt, bis sie an der Überlastmembrane anliegt. Aufgrund der hydraulischen Kopplung wird bei Überschreiten der Vorspannung der ersten Überlastmembrane diese ausgelenkt, und die aus der zweiten Druckkammer herausgeschobene Übertragungsflüssigkeit wird über die zweite Hilfskapillare und die mit ihr gekoppelte erste Verbindungskapillare in die erste Zusatzdruckkammer verschoben. Der Druck in der ersten Zusatzdruckkammer und in der mit ihr in Wirkverbindung stehenden ersten Druckkammer steigt an. Das Verschieben endet, wenn alle Hydraulikflüssigkeit von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite verschoben ist. Nachfolgend kann der hydraulische Druck in dem Messwerk nicht mehr ansteigen und die Druckbegrenzung, also der Überdruckschutz, greift.
Bevorzugt handelt es sich bei den im Zwischenmodul angeordneten Verbindungskapillaren und Hilfskapillaren um Kapillarbohrungen.
Weiterhin handelt es sich auch bei den Verbindungskapillaren und den Hilfskapillaren im Messwerk und bei den Verbindungskapillaren in der Wandlerkammer um Kapillarbohrungen. Diese verlaufen bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Differenzdruckaufnehmers. Bevorzugt sind die Übergänge zwischen den Verbindungskapillaren und den Hilfskapillaren von Messwerk und Zwischenmodul über Kapillarröhrchen realisiert, die in den Bohrungen druckfest, kraftschlüssig und gasdicht befestigt sind. Gleiches gilt bevorzugt für die Verbindung der Verbindungskapillaren von Zwischenmodul und Wandlerkammer über Kapillarröhrchen.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Messwerk in einem Prozessanschluss angeordnet ist, wobei der Prozessanschluss im dem Prozess zugewandten Bereich einen Durchmesser aufweist der größer ist als der Durchmesser im vom Prozess abgewandten Bereich, in dem er mit dem Zwischenmodul bzw. dem Gehäuseadapter druck-, gas- und/oder flüssigkeitsdicht verbunden ist. Aufgrund der Trennung von Messwerk und Wandlerkammer ist es darüber hinaus auch auf einfache Art und Weise möglich, eine elektrisch isolierte Trennung zwischen den beiden Komponenten - Messwerk und Wandlerkammer - zu realisieren. Hierzu später mehr.
Um sicherzustellen, dass eine einseitige Überlast begrenzt wird, bevor sie das drucksensitive Element erreicht, schlägt eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers vor, dass die Verbindungskapillaren und/oder die Hilfskapillaren derart ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass ein über dem vorgegebenen kritischen Grenzdruck liegender Überdruck mittels des Überlastschutzes ausgeglichen ist, bevor der Überdruck an die Differenzdruckmesszelle übertragen wird. Um das drucksensitive Element zusätzlich vor Druckspitzen zu schützen, sind gemäß einer Ausgestaltung des Differenzdruckmessaufnehmers in die Verbindungsleitungen bzw. in die Verbindungskapillare zwischen Messwerk und Zwischenmodul oder zwischen Zwischenmodul und Wandlerkammer Dynamikbremsen eingebaut. Bei den Dynamikbremsen handelt es sich um Strömungswiderstände, z.B. um Sintermetalleinsätze. Die Dynamikbremsen können auch so ausgestaltet sein, dass sie zusätzlich die Funktion des Explosionsschutzes übernehmen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Hilfskapillaren im Zwischenmodul in einem ersten Abschnitt in einem dem Messwerk zugewandten Bereich im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Differenzdruckaufnehmers verlaufen und in einem zweiten Abschnitt unter einem Richtungswechsel von näherungsweise 90° zu der entsprechenden Verbindungskapillaren geführt sind.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers schlägt vor, dass am Zwischenmodul zwei Befüllungsbohrungen zur Befüllung des Hydrauliksystems des Differenzdruckmessaufnehmers mit einer Hydraulikflüssigkeit vorgesehen sind, wobei die Befüllungsbohrungen in Verlängerung der im zweiten Abschnitt verlaufenden Hilfskapillaren vorgesehen sind. Die Befüllungsbohrungen sind jeweils mittels eines Verschlusselements nach dem Befüllen mit der Hydraulikflüssigkeit druckdicht und gasdicht oder zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verschlusselement um eine Kugel, die in die Bohrung eingepresst und anschließend verstemmt wird. Auch ist es möglich, das Verschlusselement in der Bohrung zu verschweißen. Bevorzugt sind die Verschlusselemente möglichst nahe an den Kreuzungspunkten der Hilfskapillaren mit den Verbindungskapillaren angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Befüllmenge an Übertragungsflüssigkeit in dem hydraulischen System reduziert ist. Sitzt das Verschlusselement weit außen, also nahe an der Außenwandung des Differenzdruckmessaufnehmers, so kann die benötigte Menge an Übertragungsflüssigkeit durch das Einbringen von Füllelementen, z.B. von Füllstäben, in die Befüllungsbohrungen reduziert werden.
Durch die Anordnung der Ausgänge der Befüllungsöffnungen im Sensorrückraum und damit im Innenraum des Differenzdruckmessaufnehmers sind die Befüllungsbohrungen - hinter den Verschlusselementen - korrosionsgeschützt. Weiterhin können die entsprechenden Bereiche der Befüllungsbohrungen nach außen hin auch noch vergossen sein; dies ist jedoch aufgrund der vom Außenraum abgeschlossenen Lage der Befüllungsbohrungen innerhalb des Gehäuseadapters nicht unbedingt erforderlich.
Auch können die Verbindungskapillaren derart ausgestaltet sein, dass sie die Wandlerkammer elektrisch von dem Messwerk isolieren. Bevorzugt erfolgt die elektrische Isolierung der Wandlerkammer vom Messwerk über Zusatzelemente. Diese können in den Verbindungs- oder Hilfskapillaren des Messwerks und/oder des Zwischenmoduls und/oder in den Verbindungskapillaren der Wandlerkammer, insbesondere in den Übergängen der Verbindungskapillaren zur Wandlerkammer angeordnet sein. Bei einem isolierenden Zusatzelement kann es sich insbesondere einem Keramikisolierkörper oder um eine isolierende Einglasung handeln. Die Verbindung muss gasdicht ausgestaltet sein: entweder handelt es sich um eine Lötverbindung oder eine Einglasung. Wie gesagt, können die elektrischen Isolatoren in der Wandlerkammer und/oder im Messwerk und/oder in dem Zwischenmodul zwischen Messwerk und Wandlerkammer vorgesehen sein. Insbesondere können die elektrischen Isolatoren auch als Zwischenstücke in die als Kapillarröhrchen ausgestalteten Verbindungskapillaren integriert sein.
Hierdurch ist es möglich, Erde und Masse zu trennen (Schaltungsnullpunkt; Ue = Bezugspunkt der elektrischen Versorgung = Masse) und folgende Vorteile für die Stromdurchführung zu erreichen:
Guarding für besseres EMV (elektromagnetisches Verhalten);
Geringerer bzw. kein Fremdspannungseinfluss;
Möglichkeit einen kapazitiven Siliziumchip einzusetzen, bei dem das Guarding eine Voraussetzung ist, dass nur geringere Störkapazitäten auftreten;
Der bislang erforderliche isolierende Keramiksockel in der Wandlerkammer kann entfallen; Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdrucksensor wird das drucksensitive Element, üblicherweise ein Silizium-Chip, bevorzugt auf einen Silizium-Sockel aufgebracht. Nimmt man einen Silizium-Sockel anstelle des sonst üblichen Glassockels, so lässt sich ein günstigeres thermisches Verhalten (T-Hysterese) erreichen, was sich in einem geringeren statischen Druckfehler niederschlägt. Erklärung: Der E-Modul von Glas ist verschieden von dem E-Modul von Silizium. Bei Glas tritt eine größere Verformung und somit ein größerer Fehler infolge eines statischen Drucks auf als bei Silizium. Da Silizium jedoch kein Isolator ist, sondern eine gewisse Leitfähigkeit aufweist, sind für den sicheren elektrischen Betrieb Mindestisolationsstrecken erforderlich. Diese können z.B. durch in die Verbindungsleitungen eingesetzte keramische Isolierkörper und/oder entsprechend ausgestaltete Dynamikbremsen realisiert werden.
Der volle oder partielle Ex-Schutzverguss in der Wandlerkammer, der bislang bei Differenzdrucksensoren erforderlich war, kann entfallen. Bislang wurde der Verguss genutzt, um die Mindestabstände der stromführenden Elemente zum Massepotential möglichst gering halten zu können. Diese Abstandsreduzierung kann bei der Ausgestaltung der Erfindung entfallen, wo die Isolationselemente in den Verbindungskapillaren angeordnet sind. Zwecks Erzielung einer sicheren elektrischen Isolierung können die erforderlichen Mindestabstände um einiges kleiner ausfallen als beiden bislang bekannt gewordenen Lösungen. Auch lassen sich diese Mindestabstände ohne großen Aufwand erreichen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindungspins bzw. Verbindungsleitungen von dem elektrischen Wandler gasdicht durch einen der vom Prozess abgewandten Endbereiche der Wandlerkammer in Richtung einer Elektronikplatine geführt sind. Bevorzugt wird die Gasdichtigkeit über Glasdurchführungen erreicht. Da die Wandlerkammer elektrisch von dem Messwerk isoliert ist, können die Glasdurchführungs-PINs kleiner ausfallen und sind somit druckfester. Ziel ist insbesondere, eine Druckfestigkeit zu erreichen, die größer ist als 1280 bar. Kleinere PINs/Einglasungs-Elemente ermöglichen es darüber hinaus, dass auf gleichem Raum mehr PINs untergebracht werden können. Das bedeutet u.U. auch, dass weniger Ölvolumen benötigt wird.
Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, ist die Wandlerkammer so ausgestaltet ist, dass auf der Niederdruckseite und der Hochdruckseite gleiche Übertragungsflüssigkeits- bzw. Öl-Volumina vorhanden sind. Eine Angleichung der Ölvolumina auf der Hochdruck- und Niederdruckseite kann beispielweise dadurch erreicht werden, dass ein entsprechendes Zusatzvolumen durch eine Vergrößerung oder Verlängerung einer der Bohrungen geschaffen wird. Um den Einfluss des statischen Drucks auf die Messwerte des Differenzdruckmessaufnehmers zu erfassen und nachfolgend zu kompensieren, ist in der Wandlerkammer ein entsprechendes drucksensitives Element zur Messung des statischen Drucks vorgesehen. Um das Ölvolumen möglichst gering zu halten, sind das drucksensitive Element zur Messung des Differenzdrucks und das drucksensitive Element zur Messung des statischen Drucks gestapelt übereinander anageordnet. Hier kommt nur der Vorteil der zuvor genannten Verkleinerung der PINs besonders zum Tragen: Da die PINs kleiner ausfallen, können die vier Zusatz-PINs, die die Messwerte des statischen Druckelements zur Verfügung stellen, in der Wandlerkammer untergebracht werden, ohne dass diese vergrößert werden müsste. Die Anordnung der PINs wird nachfolgend in der Figurenbeschreibung noch ausführlicher abgehandelt.
Möglich ist es jedoch auch, das drucksensitive Element zur Messung des Differenzdrucks und das drucksensitive Element zur Messung des statischen Drucks nebeneinander, also quasi in einer Ebene, anzuordnen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine Darstellung, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers schematisch skizziert,
Fig. 2: eine Skizze des Verlaufs der Verbindungs- und Hilfsverbindungsleitungen bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdrucksaufnehmers,
Fig. 3a: eine schematische Darstellung der in Fig. 2 gezeigte Ausgestaltung im Überdruck- bzw. Überlastfall,
Fig. 3b eine realistischere Darstellung der Arbeitsweise des koplanaren Differenzdruckmessaufnehmers im Messbetrieb,
Fig. 3c: eine realistischere Darstellung der Arbeitsweise des koplanaren Differenzdruckmessaufnehmers im Überlastfall,
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht der Stromdurchführung
Fig. 4a: eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der Wandlerkammer mit Stromdurchführung,
Fig. 5: unterschiedliche Darstellungen vorteilhafter Varianten, wie die elektrische Isolierung zwischen Messwerk und Wandlerkammer erreicht wird, Fig. 6: unterschiedliche Ansichten und Schnitte durch eine Wandlerkammer mit einer Einheit zur Kompensation des statischen Drucks,
Fig. 7: die Schaltung der elektrischen Anschlüsse von Differenzdruckmesszelle und statischer Druckmesszelle, und
Fig. 8: einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Differenzdruckmesssaufnehmer, und
Fig. 9: eine Draufsicht auf einen Füllkörper, bei dem die Druckmesszelle und die Druckmesszelle für den statischen Druck in einer Ebene angeordnet sind.
In Fig. 1 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers 1 skizziert. Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 setzt sich zusammen aus einem Messwerk 2 mit dem koplanaren Doppelmembransystem 4a, 4b, einem Zwischenmodul 19 und einer Wandlerkammer 3, in der die Differenzdruckmesszelle 12 mit dem drucksensitiven Element 13 angeordnet ist. In der Differenzdruckmesszelle 12 werden die von den Trennmembranen 5a, 5b hydraulisch übertragenen Drücke p1 , p2 in ein elektrisches Differenzdrucksignal umgewandelt; ein entsprechender Messwert wird generiert. Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 sind durch eine separate Komponente, die als Zwischenmodul 19 bezeichnet wird, voneinander abgesetzt. Im Zwischenmodul 19 ist erfindungsgemäß die als Überdruckschutz dienende Kreuzung/Kopplung der Hilfskapillaren 11a, 11 b mit den Verbindungskapillaren 10a, 10b angeordnet. Die Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11 a, 11 b sind in Fig. 1 nur skizzenhaft angedeutet und daher auch nicht mit Bezugszeichen versehen.
In Fig. 2 ist der Verlauf der Verbindungskapillaren 10a, 10b und der Hilfskapillaren 11a, 11 b gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers 1 zu sehen. Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 dient zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken p1 , p2. Zur Anwendung kommt die Messung des Differenzdruckes zweier Drücke p1 , p2 z.B. in einer Rohrleitung zur Durchflussbestimmung. Ein weiterer Anwendungsfall eines Differenzdruckmessaufnehmers 1 stellt beispielsweise die Bestimmung des Füllstandes eines in einem Tank befindlichen fluiden Mediums dar.
Der koplanare Differenzdruckmessaufnehmer 1 besteht aus einem Messwerk 2, einer Wandlerkammer 3 und einem zwischen beiden Komponenten 2, 3 angeordneten Zwischenmodul 19. Das Messwerk 2 ist in dem Prozessanschluss 21 angeordnet. Der Prozessanschluss 21 hat im dem Prozess zugewandten Bereich einen größeren Durchmesser als im vom Prozess abgewandten Bereich. Das Zwischenmodul 19 befindet sich im Gehäuseadapter 22. Prozessanschluss 21 und Gehäuseadapter 22 sind druck-, gas- und/oder flüssigkeitsdicht über die Fügung 20 miteinander verbunden. Das Messwerk 2 weist in seinem dem Prozess zugewandten Endbereich zwei in einer Ebene liegende Doppelmembranen 4a, 4b auf, die zusammen das koplanare Doppelmembransystem bilden. Jede der beiden Doppelmembranen 4a, 4b besteht aus einer Trennmembrane/Prozessmembrane 5a, 5b und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane 5a, 5b angeordneten Überlastmembrane 6a, 6b. Zwischen der ersten Trennmembrane 5a und der ersten Überlastmembrane 6a ist eine erste Druckkammer 7a und zwischen der ersten Überlastmembrane 6a und dem Grundkörper 9 eine erste Zusatzdruckkammer 8a ausgebildet. Zwischen der zweiten Trennmembrane 5b und der zweiten Überlastmembrane 6b ist eine zweite Druckkammer 7b und zwischen der zweiten Überlastmembrane 6b und dem Grundkörper 9 eine zweite Zusatzdruckkammer 8b ausgebildet. Die Überlastmembranen 6a, 6b sind derart vorgespannt, dass sie im regulären Messbetrieb im Wesentlichen vollflächig und/oder formschlüssig bzw. kraftschlüssig am Grundkörper 9 anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper 9 abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck einseitig - also an einer der beiden Trennmembranen 5a, 5b - überschritten wird. Ev. ist in den Membranbetten und/oder den korrespondierenden Rückseiten der Überlastmembranen zumindest ein hydraulischer Kanal vorgesehen. Nur wenn dafür Sorge getragen wird, dass der Druck, der zu dem in der Druckmesszelle 12 angeordneten drucksensitiven Element 13 übertragen wird, stets unterhalb dieses kritischen Grenzdrucks liegt, kann eine Zerstörung des drucksensitiven Elements 13 ausgeschlossen werden.
Der ersten Zusatzdruckkammer 8a ist eine erste Verbindungskapillare 10a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b ist eine zweite Verbindungskapillare 10b zugeordnet. Die Verbindungskapillaren 10a, 10b führen auf direktem Wege zu der Druckmesszelle 12. Die beiden an den T rennmembranen 5a, 5b anliegenden Drücke p1 , p2 werden über die Hilfskapillaren 11a, 11 b und die Verbindungskapillaren 10b, 10a - gegen einen einseitigen Überdruck geschützt - hydraulisch zu der Minusseite (+) und Plusseite (+) der Differenzdruckmesszelle 12 bzw. des drucksensitiven Elements 13 übertragen. Als Übertragungsmedium befindet sich in dem Kapillarsystem eine im spezifizierten Messbereich des Differenzdruckmessaufnehmers 1 weitegehend inkompressible Flüssigkeit 16, z.B. ein Silikonöl.
Bevorzugt sind die Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11a, 11 b übrigens als Kapillarbohrungen ausgeführt. Möglich ist es jedoch auch die Kapillarbohrungen zumindest stückweise als Kapillarröhrchen 17 auszugestalten. Im gezeigten Fall sind Kapillarröhrchen 17 jeweils an den Übergängen der Kapillarbohrungen zwischen Messwerk 2 und Zwischenmodul 19 bzw. zwischen Zwischenmodul 19 und Wandlerkammer 3 vorgesehen. Die druckübertragende Kopplung zwischen den Hilfskapillaren 11a, 11 b und den Verbindungskapillaren 10a, 10b zum Zwecke des Überlastschutzes wird durch eine Kreuzung der ersten Hilfskapillare 11 a mit der zweiten Verbindungskapillare 10b bzw. der zweiten Hilfskapillare 11 b mit der ersten Verbindungskapillare 10a erreicht. Diese Kreuzung ist erfindungsgemäß in dem Zwischenmodul 19 angeordnet, das sich im Sensorrückraum hinter dem Messwerk 2 befindet. Das Zwischenmodul 19 ist bevorzugt im Innenraum des Gehäuseadapters 22 vor der Wandlerkammer 3 angeordnet.
Um darüber hinaus sicherzustellen, dass der Überlastschutz greift, bevor der Druck parallel zu dem drucksensitiven Element 13 übertragen wird, sind Dynamikbremsen 18a, 18b vorgesehen. Diese dienen auch zum Abbremsen von ev. auftretenden Druckspitzen. Im gezeigten Fall sind die Dynamikbremsen 18a, 18b an den Übergängen der Verbindungskapillaren 10a, 10b von Zwischenmodul 19 und Wandlerkammer 3 angeordnet. Sie sind in vorteilhafter weise in die Kapillarröhrchen 18a, 18b integriert. Bei den Dynamikbremsen 18a, 18b kann es sich in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung um Sintermetalleinsätze handeln. Bei einem Einsatz des Differenzdruckmessaufnehmers 1 im explosionsgefährdeten Bereich werden die Dynamikbremsen 18a, 18b aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt. In diesem Fall erfüllen die Dynamikbremsen 18a, 18b dann also eine Doppelfunktion: Eine verzögerte Weiterleitung des Drucks und einen Explosionsschutz, der entsprechend der benötigten Explosionsschutzart ausgestaltet ist. Es versteht sich von selbst, dass Dynamikbremsen18a, 18b in den beiden zuvor beschriebenen Varianten an alle Stellen innerhalb des Kapillarsystems integriert werden können, an denen ihr Einsatz das korrekte Funktionieren des Überlastschutzes sicherstellt. Additiv oder alternativ sind die Dimensionen (Länge und Durchmesser) der Kapillaren so ausgestaltet, dass der Überlastschutz seine Wirkung entfalten kann.
Über die Befüllungsbohrungen 14a, 14b im Zwischenmodul 19 wird das Kapillarsystem des Differenzdruckmesssaufnehmers 1 mit einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit 16 befüllt. Die Anordnung und Lage der Befüllungsbohrungen 14a, 14b ist so gewählt, dass das zum Befüllen benötigte Ölvolumen möglichst gering ist.
Deshalb sind auch die Verschlusselemente 15a, 15b möglichst nahe an den Kreuzungspunkten der Befüllungsbohrungen 14a, 14b vorgesehen. Bevorzugt ist die Ausgestaltung, dass die verschlossenen Befüllungsbohrungen 14a, 14b im Sensorrückraum und dort bevorzugt innerhalb des Gehäuseadapters 22 enden. Durch diese Anordnung im Innenraum des Differenzdruckmessaufnehmers 1 sind die Befüllungsbohrungen 14a, 14b - auch außerhalb der Verschlusselemente 15a, 15b - korrosionsgeschützt. Weiterhin können die entsprechenden Bereiche der Befüllungsbohrungen 14a, 14b nach außen vergossen werden; dies ist jedoch aufgrund der vom Außenraum abgeschlossenen Lage der Befüllungsbohrungen 14a, 14b bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung nicht unbedingt erforderlich.
Als druckdichter, gas- oder zumindest flüssigkeitsdichter Verschluss ist jeweils ein bevorzugt kugelförmiges Verschlusselement 15a, 15b vorgesehen, das von außen in die Befüllungsbohrung 14a, 14b gedrückt und anschließend verstemmt wird. Prinzipiell stehen auch anderen Verfahrens zum Verschließen der Öffnungen zur Verfügung. Schweißen wird allerdings insofern als kritisch angesehen, da infolge der Temperaturerhöhung negative Rückwirkungen auf die definierten Eigenschaften der Übertragungsflüssigkeit 16 auftreten können.
In der Fig. 3a ist schematisch durch richtungsweisende Pfeile dargestellt, wie - im Falle eines einseitig anliegenden Überdrucks PeÜL - dieser Überdruck PeÜL durch die gekoppelten Kapillaren 11 b, 10a zu der Rückseite der ersten Überlastmembrane 6a und parallel zur Plusseite des drucksensitiven Elements 13 übertragen wird. Die Wirkungsweise wird im Zusammenhang mit Fig. 3c detailliert beschrieben.
In den Figuren Fig. 3b und Fig. 3c ist die Arbeitsweise des koplanaren Doppelmembransystems 4 detailgetreuer dargestellt. Die Figuren Fig. 3b und Fig. 3c beziehen sich auf die in den Figuren Fig. 3a dargestellte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers 1.
Fig 3b zeigt die Arbeitsweise des koplanaren Membransystems 4 im regulären Messbetrieb. Die Überlastmembranen 6a, 6b liegen am Grundkörper 9 des Messwerks 2 vollflächig an. Die Anlage ist weitgehend formschlüssig, die Überlastmembranen 6a, 6b sind geeignet vorgespannt. Die Messdrücke p1 , p2 gelangen über die Druckkammern 7a, 7b, die Hilfskapillaren 11a, 11 b und die Verbindungskapillaren 10a, 10b zu den Rückseiten der Überlastmembranen 6a, 6b und parallel zur Wandlerkammer 3 bzw. zu den Seiten des drucksensitiven Elements 13. Die Überlastmembranen 6a, 6b und das drucksensitive Element 13 liegen druckdynamisch parallel, es wirkt daher an beiden jeweils der gleiche Druck. An dem drucksensitiven Element 13 bildet sich der Differenzdruck dp = P1-P2. Das drucksensitive Element 13 lenkt sich in Abhängigkeit von dem Differenzdruck aus. Die Überlastmembranen 6a, 6b sind vorgespannt. Die Auslenkung wird bis zu einem festgelegten Wert zwangsweise verhindert. Auf jeden Fall ist die Vorspannung größer als der Messbereich.
Das drucksensitive Messelement 13 erhält über die Druckkammer 7b und die Verbindungskapillaren 11 b, 10a die Druckinformation für die Plusseite (+). Über die Druckkammer 7a und die Verbindungskapillaren 11 a, 10b wird die Druckinformation für die Minusseite (-) des drucksensitiven Messelementes 13 übermittelt. Die Wirkung der Parallelpfade über die Zusatzdruckkammern 8a, 8b sind aufgrund der vorgespannten und der näherungsweisen formschlüssigen Auflage der Überlastmembranen 6a, 6b auf dem Grundkörper 9 des Messwerks 2 nahezu vernachlässigbar
Fig. 3c zeigt die Arbeitsweise des koplanaren Membransystems 4 im Überlastfall, also bei Auftreten einer einseitigen Überlast. Wie zuvor tritt auch hier der Überdruck PeÜL auf der rechten Seite des Differenzdruckmessaufnehmers 1 an der Trennmembran 4b auf.
Die Überlastmembranen 6a, 6b sind vorgespannt und liegen möglichst formschlüssig auf einem geeignet geformten Bett des Grundkörpers 9 auf. Da die Überlastmembrane 6b am Grundkörper 9 anliegt, kann der Druck in der Zusatzdruckkammer 8b nicht ansteigen. Der Überlastdruck PeÜL gelangt über die Druckkammern 7b, die Hilfskapillare 11 b und die Verbindungskapillare 10a auf die Rückseite der Überlastmembrane 6a und zum drucksensitiven Element 13. Sobald der Überdrück PeÜL die Vorspannung (wobei gilt: Vorspannung > Messbereich) der Überlastmembrane 6a überschreitet, wird diese ebenso die die Trennmembrane 5a ausgelenkt und Hydraulikflüssigkeit / Öl 16 wird von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite verschoben. Da der Druck in der Zusatzdruckkammer 8a und der nachfolgenden Druckkammer 7a kontinuierlich ansteigen, werden die Überlastmembrane 6a und die Trennmembrane 5a in Richtung des Prozesses ausgelenkt. Das Verschieben endet, wenn die Trennmembrane 5b auf der Überlastmembrane 6b aufliegt und das Öl aus der Druckkammer 7b in die Zusatzdruckkammern 8a verschoben wurde und. Ein weiterer Druckanstieg ist nachfolgend ausgeschlossen. Sobald dieser Zustand erreicht ist, kann der hydraulische Druck im Inneren des hydraulischen Systems nicht weiter ansteigen: Die Druckbegrenzung, d.h. der Überlastschutz, entfaltet seine Wirkung. Der an dem drucksensitiven Element 13 anliegende Druck ist unterhalb des kritischen Grenzwertes.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Wandlerkammer 3 mit den beiden Verbindungskapillaren 10a, 10b. Über die Verbindungskapillaren 10a, 10b werden die an den Trennmembranen 5a, 5b anliegenden Drücke p1 , p2 hydraulisch zum drucksensitiven Element 15 übertragen. Der Druck p1 liegt an der Plusseite, der Druck p2 an der Minusseite an. Bei dieser Ausgestaltung sind in der Wandlerkammer 3 zwei vertikale (also parallel zur Längsachse des Differenzdruckmessaufnehmers 1) Bohrungen und eine horizontale Bohrung erforderlich. Eventuell kann es auch sinnvoll sein, zwei Befüll- und Verschlusszugänge zu haben, um die Befüllung leichter durchführen zu können. Die Dynamikbremsen könnten das Befüllen erschweren bzw. die Befüllzeiten stark verlängern.
Fig. 4a zeigt eine Explosionsdarstellung einer würfelförmigen Ausgestaltung der Differenzdruckmesszelle 14 und visualisiert, wie die Einzelkomponenten der Differenzdruckmesszelle 14 bzw. der Stromdurchführung 23 in der Wandlerkammer 3 angeordnet sind. Ein isolierender Sockel (z.B. ein Keramiksockel) 31 ist mit der Bodenfläche einer Ausnehmung in der Wandlerkammer 3 über einen geeigneten Kleber 30 verbunden. Mittels eines Klebers 32 ist die Druckmesszelle 12, die bevorzugt als drucksensitives Element 13 einen Siliziumchip aufweist, mit dem Keramiksockel 31 verbunden. Zwecks Minimierung des benötigten Ölvolumens bzw. des Volumens der Übertragungsflüssigkeit 21 ist ein Füllkörper 33 vorgesehen, der die Druckmesszelle 12 im Seitenbereich möglichst eng umschließt. Der Füllkörper 33 wird mit einem Deckel 34 verschlossen. Nach außen ist die Wandlerkammer 3 mit einer Verschlusskappe 34 für die Stromdurchführung 23 verschlossen. Die Isolation des Siliziumchips 13 erfolgt über den Isolationssockel 31 , bei dem es sich um einen Keramiksockel oder einen Glassockel handeln kann, der beispielsweise aus Exschutzgründen eine Dicke d> 0,5mm hat. Weiterhin übernimmt die Isolation des Siliziumchips 15 und dessen Bondverbindungen 24 der Füllkörper 33 mit Deckel 34, der z.B. aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt ist. Unterhalb sind die als Kapillarröhrchen ausgestalteten Verbindungskapillaren 10a, 10b gezeigt.
Fig. 5 zeigt unterschiedliche Darstellungen vorteilhafter arianten, wie die elektrische Isolierung zwischen Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 über in oder an die Kapillarröhrchen adaptierte Isolationselemente 25, bevorzugt Isolationsröhrchen 25, realisiert werden kann. Bei diesen Ausgestaltungen kann übrigens auf den zuvor beschriebenen eingeklebten Keramiksockel 31 in der Wandlerkammer 3 verzichtet werden. Die elektrische Isolation zwischen Messwerk 2 und Zwischenmodul erfolgt bevorzugt im Bereich der Kapillarröhrchen 17 zwischen den entsprechenden Verbindungskapillaren 10a, 10b oder am Übergang der Kapillarröhrchen 17 zum Messwerk 2 oder zur Wandlerkammer 3.
Wie in der linken Darstellung Fig. 5 zu sehen ist, können die elektrisch isolierenden Keramikröhrchen 25 in der Wandlerkammer 3 (Fig. 5a), im Zwischenmodul 19 (Fig. 5b) oder zwischen dem Zwischenmodul 19 und der Wandlerkammer 3 (Fig. 5c) ausgeführt sein. Bevorzugt wird durch die Isolation eine Potentialtrennung zur Erde bzw. der internen Masse erreicht. Dies ist erforderlich für die Sicherheitsstufe Ex ia und die elektrische Sicherheit. Die Alternative, dass die Ex-Trennung auch durch entsprechende Ausgestaltung der Dynamikbremsen 18 erreicht werden kann, wurde ja zuvor bereits erwähnt. Der erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer 1 kann auch im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden. Hierzu muss er den Sicherheitsanforderungen ex d genügen, wozu weitere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind.
Fig. 6 zeigt eine Wandlerkammer 3 oder deren Komponenten und unterschiedliche Schnitte durch die Wandlerkammer 3. Bei dieser Ausgestaltung ist auch eine Messzelle 27 zur Bestimmung des statischen Drucks vorgesehen. In Fig. 6a ist die Stromdurchführung 23 mit einer vorteilhaften Anordnung der Anschluss-Pins 26 für die Differenzdruckmesszelle 12 mit dem drucksensitiven Element 13 und der darüber angeordneten Messzelle 27 zur Bestimmung des statischen Drucks dargestellt. Die PINs 26 sind bevorzugt symmetrisch im Randbereich der beiden bevorzugt übereinander gestapelt angeordneten Druckmesszellen 12, 27 zu finden. Es kann jedoch auch durchaus von Vorteil sein, mindestens einen PIN asymmetrisch zu positionieren, um im späteren Prozess die Weiterverarbeitung, z.B. das Anlöten der Platine sicher zu machen (Poka-Yoke- Prinzip). Entweder enden die PINs 26 alle in einer Ebene oder in parallelen Ebenen. Zwei Pins 1.1 , 1.2 der acht Pins 26 (Fig. 7c) können ohne Isolierung z. B. gelötet sein, da sie auf Masse/Gehäusepotential liegen.
Die PINS 2 und 3 könnten elektrisch zusammen, also in einem gemeinsamen PIN, auf Potenzial gelegt werden (Fig. 7b). Die elektrische Isolation erfolgt dann bevorzugt über eine Einglasung. Wenn die Masse-PINS 1.1 , 1.2, die den PINs 1 , 8 entsprechen, und die PINS 2, 3 für die Spannungsversorgung zusammengefasst sind, liegen die beiden Brücken parallel an der Spannungsversorgung. Gezeigt ist diese Schaltung in Fig. 7c.
Um die Anforderungen der elektrischen Sicherheit und für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich zu erfüllen, sind alle PINs 26 so angeordnet bzw. beabstandet, dass eine ausreichende Spannungsfestigkeit sowohl von PIN 26 zu PIN 26 als auch von PIN 26 zum Gehäuse/Masse der Wandlerkammer 3 vorhanden ist. Da das Ölvolumen umso geringer ist, je geringer der Innenraum der Wandlerkammer 3 dimensioniert ist, hat der Innenraum bevorzugt einen Durchmesser von < 10, insbesondere von <8mm.
Fig. 6b zeigt einen Längsschnitt durch die übereinander gestapelten Druckmesszellen 12, 27. Die PINS 26 sind isoliert voneinander durch die Stromdurchführung 30 geführt. Die Stromdurchführung 23 ist druckfest und gas- bzw. flüssigkeitsfest ausgestaltet. Die PINs 26 sind entweder eingelötet oder eingeglast. Alternativ sind sie eingepresst oder impulsgeschweißt. Nur die Masse-PINS sind ohne Isolierung im Gehäuse angeordnet, alle anderen müssen isoliert sein. Dies ist dann möglich, wenn das Gehäuse isoliert über die Kapillaren am Messwerk angebunden ist. Ansonsten müssen alle PINs (auch die Masse-PINS) elektrisch isoliert sein.
Zwecks Minimierung des benötigten Ölvolumens, ist die Differenzdruckmesszelle 12 mit den Bonddrähten 24 möglichst eng in den Füllkörper 33 und die Füllkörperkappe 37 eingebettet. Die Füllkörperkappe 37 weist eine Ausnehmung zur Aufnahme des Chips/der Druckmesszelle 27 für den statischen Druck auf. Auf eine Isolierfolie 29 folgt die Verschlusskappe 35. Fig. 6c zeigt einen Querschnitt im Bereich der Differenzdruckmesszelle 14, während Fig. 6d einen Schnitt im Bereich des Chips 27 zur Messung des statischen Drucks zeigt.
In den Figuren Fig. 7a, Fig. 7b und Fig. 7c sind die Schaltungen zu den bereits zuvor erwähnten Anordnungen der PINs 26 gezeigt. Über zwei Widerstandsbrücken werden der Differenzdruck (1 .2) und der statische Druck (1.1) gemessen. Die Messwerte werden einer Elektronikplatine 36 zur Weiterverarbeitung zugeleitet. Fig. 7a zeigt das prinzipielle Anschlussbild der beiden Si- Chips 15, 27. Um die Schaltung komplett unabhängig betreiben zu können, sind acht PINs 26 erforderlich; minimal sind sechs PINs 26 (Fig. 7b) erforderlich. Fig. 7c zeigt eine Schaltung mit 7 PINs 26. Diese Zwischenlösung hat eine getrennte Plus-Versorgung, aber eine gemeinsame Masse. Der Vorteil, den die Nutzung einer geringeren Zahl von PINs 26 bringt, liegt klar darin, dass Platz eingespart werden kann. Die PINs 26 für den Masseanschluss können auch als direkte Verbindung zwischen dem entsprechenden PIN 26 bzw. den entsprechenden PINs 26 und dem leitfähigen Gehäuse (Metallgehäuse) ausgeführt sein. Die Verbindung kann über Einlöten, Einpressen oder Schweißen realisiert werden.
Nachfolgend ist die Funktion der einzelnen in Fig. 7 gezeigten PI Ns 26 aufgeführt: (2), (3): PINs 26 für den Anschluss der Versorgungsspannung, (4), (5): PINs 26 für das Brückenausgangssignal der statischen Druckmesszelle 27,
(6), (7): PINs 26 für das Brückenausgangssignal der Differenzdruckmesszelle 12,
1 = (1.1): Versorgungsspannungs-Minusanschluss (Masse),
8 = (1.2): Versorgungsspannungs-Minusanschluss (Masse).
Wie bereits zuvor beschrieben, kann für die Masseanschluss auch ein gemeinsamer PIN 26 verwendet werden.
Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Differenzdruckmesssaufnehmer 1 . Weiterhin sind in der Fig. 8 die unterschiedlichen Zonen A-G aufgelistet, denen der Differenzdruckmessaufnehmer 1 ausgesetzt ist. Da die Zonen in der Figur namentlich aufgeführt sind, wird an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet. Die eingekreisten Zahlen dokumentieren schematisch Komponenten, die den Prinzipaufbau des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers 1 kennzeichnen:
(1) Innenvolumen, das ev. mit einem Verguss ausgefüllt ist
@ Schweißung zwischen Gehäuseadapter 22 und Messwerk 2
@ Druckzuführung Wandlerkammer 3 - Messwerk 2
© Druckzuführung zur Wandlerkammer 3
@ Stromdurchführung 23 mit PIN/Einglasung
@ Ölverschluss
® Trennung zwischen Gehäuse und Sensorrückraum
@ Exd-Gewinde Gehäuse-Sensor, z.B. über ein Second Containment und/oder einen Verguss
® Verschlusskappe 35 Stromdurchführung 23 ( GDF)
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf einen Füllkörper 33, bei dem die Druckmesszelle 12 und die Druckmesszelle 27 für den statischen Druck in einer Ebene angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Pins - zu sehen sind in der Fig. 9 nur die Ausnehmungen 38 für die Pins von der Stromdurchführung - sind so gewählt, dass eine galvanische Trennung sichergestellt ist. Bezugszeichenliste
1 Differenzdruckmessaufnehmer
2 Messwerk
3 Wandlerkammer
4 Doppelmembransystem
4a, 4b erste Doppelmembrane, zweite Doppelmembrane
5a, 5b erste Trennmembrane, zweite Trennmembrane
6a, 6b erste Überlastmembrane, zweite Überlastmembrane
7a, 7b erste Druckkammer, zweite Druckkammer
8a, 8b erste Zusatzdruckkammer, zweite Zusatzdruckkammer
9 Grundkörper
10a, 10b erste Verbindungskapillare, zweite Verbindungskapillare
11 a, 11 b erste Hilfskapillare, zweite Hilfskapillare,
12 Differenzdruckmesszelle
13 drucksensitives Differenzdruckelement
14a, 14b Befüllungsbohrung
15a, 15b Verschlusselement
16 Übertragungsflüssigkeit
17 Kapillarröhrchen
18a, 18b Dynamikbremse
19 Zwischenmodul
20 Fügung
21 Prozessanschluss
22 Gehäuseadapter
23 Stromdurchführung
24 Bondverbindung
25 Isolationsröhrchen
26 PIN
27 Messzelle zur Bestimmung des Statischen Drucks
28 Füllkörperkappe mit Ausnehmung
29 Isolationsfolie / PTFE Folie
30 Kleber für Klebung des Isolationssockels (Keramiksockels)
31 Keramiksockel
32 Kleber für Klebung der Druckmesszelle
33 Füllkörper 34 Füllkörperdeckel
35 Verschlusskappe für Stromdurchführung
36 Elektronikplatine
37 Füllkörperkappe 38 Ausnehmung für Pin

Claims

Patentansprüche
1. Differenzdruckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken (p1 , p2) mit einem Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3), wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Messwerks (2) ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen (4a, 4b) vorgesehen ist und wobei in der Wandlerkammer (3) eine Differenzdruckmesszelle (12) mit einem drucksensitiven Element (13) angeordnet ist, wobei die beiden Doppelmembranen (4a, 4b) jeweils aus einer Trennmembrane (5a, 5b) und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane (5a, 5b) angeordneten Überlastmembrane (6a, 6b) bestehen, wobei zwischen der ersten Trennmembrane (5a) und der ersten Überlastmembrane (6a) eine erste Druckkammer (7a) und zwischen der ersten Überlastmembrane (6a) und dem Grundkörper (9) eine erste Zusatzdruckkammer (8a) ausgebildet ist, wobei zwischen der zweiten Trennmembrane (5b) und der zweiten Überlastmembrane (6b) eine zweite Druckkammer (7b) und zwischen der zweiten Überlastmembrane (6b) und dem Grundkörper (9) eine zweite Zusatzdruckkammer (8b) ausgebildet ist, wobei der ersten Zusatzdruckkammer (8a) eine erste Verbindungskapillare (10a) zugeordnet ist, wobei der zweiten Zusatzdruckkammer (8b) eine zweite Verbindungskapillare (10b) zugeordnet ist, wobei der ersten Druckkammer (7a) eine erste Hilfskapillare (11a) zugeordnet ist, wobei der zweiten Druckkammer (7b) eine zweite Hilfskapillare (11 b) zugeordnet ist, wobei eine druckübertragende Kopplung zwischen der ersten Hilfskapillare (11 a) und der zweiten Verbindungskapillare (10b) und zwischen der zweiten Hilfskapillare (11 b) und der ersten Verbindungskapillare (10a) in einem Zwischenmodul (19) angeordnet ist, das zwischen dem Messwerk (2) und der Wandlerkammer (3) vorgesehen ist, wobei die beiden Drücke (p1 , p2) über die Verbindungskapillare (1 Oa, 10b) und Hilfskapillaren (11a, 11 b) - gegen einen einseitigen Überdruck geschützt - hydraulisch zu der Differenzdruckmesszelle (12) übertragen werden.
2. Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 1 , wobei die Überlastmembranen (6a, 6b) derart vorgespannt sind, dass sie an dem Grundkörper (9) anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper (9) abheben, wenn ein vorgegebener kritischer Grenzdruck überschritten wird.
3. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den im Zwischenmodul (19) angeordneten Verbindungs- und Hilfskapillaren (10a, 10b, 11a, 11 b) um Kapillarbohrungen handelt.
4. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei es sich bei den Verbindungskapillaren (1 Oa, 10b) und den Hilfskapillaren (11a, 11 b) im Messwerk (2) und den Verbindungskapillaren (10a, 10b) in der Wandlerkammer (3) um Kapillarbohrungen handelt, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Differenzdruckaufnehmers (1) verlaufen, und wobei die Übergänge zwischen den Verbindungskapillaren (10a, 10b) und den Hilfskapillaren (11a, 11 b) von Messwerk (2) und Zwischenmodul (19) sowie zwischen den Verbindungskapillaren (10a, 10b) von Zwischenmodul (19) und Wandlerkammer (3) über Kapillarröhrchen (17) realisiert sind.
5. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, wobei das Messwerk (2) in einem Prozessanschluss (21) angeordnet ist, wobei der Prozessanschluss (21) im dem Prozess zugewandten Bereich einen Durchmesser aufweist der größer ist als der Durchmesser in dem vom Prozess abgewandten Bereich, in dem er mit dem Zwischenmodul (19) bzw. dem Gehäuseadapter (22) druck-, gas- und/oder flüssigkeitsdicht verbunden ist.
6. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b) und/oder die Hilfskapillaren (11a, 11 b) derart ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass ein über dem vorgegebenen kritischen Grenzdruck liegender Überdruck (peÜL) mittels des Überlastschutzes begrenzt wird, bevor der Überdruck an die Differenzdruckmesszelle (12) übertragen wird.
7. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei in jeder der Verbindungskapillaren (10a, 10b) mindestens eine Druckdynamikbremse (18a, 18b) eingesetzt ist.
8. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hilfskapillaren (11a, 11 b) im Zwischenmodul (19) in einem ersten Abschnitt in einem dem Messwerk (2) zugewandten Bereich im Wesentlichen parallel zur Längsachse (L) des Differenzdruckaufnehmers (1) verlaufen und in einem zweiten Abschnitt unter einem Richtungswechsel von näherungsweise 90° zu der entsprechenden Verbindungskapillaren (10b, 10a) geführt sind.
9. Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 8, wobei am Zwischenmodul (19) zwei Befüllungsbohrungen (14a, 14b) zur Befüllung des Hydrauliksystems des Differenzdrucksensors (1) mit einer Hydraulikflüssigkeit (16) vorgesehen sind, wobei die Befüllungsbohrungen (14a, 14b) in Verlängerung der im zweiten Abschnitt verlaufenden Hilfskapillaren (11a, 11 b) vorgesehen sind, wobei die Befüllungsbohrungen (14a, 14b) jeweils mittels eines Verschlusselements (15a, 15b) nach dem Befüllen mit der Hydraulikflüssigkeit (16) druckdicht und gasdicht oder zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen werden.
10. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Verbindungspins gasdicht durch einen der vom Prozess abgewandten Endbereiche der Wandlerkammer (3) in Richtung einer Elektronikplatine (36) geführt sind.
11 . Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Verbindungskapillaren (10a, 10b, 17a, 17b) elektrische Isolatoren (25) vorgesehen sind, die die Wandlerkammer (3) elektrisch von dem Messwerk (2) isolieren.
12. Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 11 oder einem der vorhergehenden Ansprüche 1-10, wobei die Verbindungskapillaren (10a, 10b, 17a, 17b) zumindest abschnittweise mit einem elektrischen Isolator (), insbesondere einem Keramikisolierkörper oder einer isolierenden Einglasung, versehen sind, und/oder über eine gasdichte Verbindung in den entsprechenden Kapillaren des Messwerks (2) und/oder der Wandlerkammer (3) oder den Kapillarröhrchen 17a, 17b) befestigt sind.
13. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Isolatoren (25) in der Wandlerkammer (3) und/oder im Messwerk (2) und/oder im Zwischenraum zwischen Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) vorgesehen sind.
14. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Isolatoren (25) jeweils als Zwischenstücke in die als Kapillarröhrchen (17a, 17b) ausgestalteten Verbindungskapillaren (10a, 10b) integriert sind.
15. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem drucksensitiven Element (13) um einen Siliziumchip handelt, und wobei der Differenzdruck (p2-p1) über ein kapazitives oder resistives Messverfahren oder Resonator ermittelt wird.
16. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlerkammer (3) so ausgestaltet ist, dass auf der Niederdruckseite (-) und der Hochdruckseite (+) gleiche Übertragungsflüssigkeits-Volumina vorhanden sind.
17. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Wandlerkammer (3) ein drucksensitives Element (27) zur Messung des statischen Drucks vorgesehen ist.
18. Differenzdruckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das drucksensitive Element (13) zur Messung des Differenzdrucks und das drucksensitive Element (27) zur Messung des statischen Drucks übereinandergestapelt oder nebeneinander in der Wandlerkammer (3) angeordnet sind.
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