WO2023110309A1 - Druckmessaufnehmer und differenzdruckmessaufnehmer - Google Patents

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WO2023110309A1
WO2023110309A1 PCT/EP2022/082663 EP2022082663W WO2023110309A1 WO 2023110309 A1 WO2023110309 A1 WO 2023110309A1 EP 2022082663 W EP2022082663 W EP 2022082663W WO 2023110309 A1 WO2023110309 A1 WO 2023110309A1
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base body
pressure
pin
pressure sensor
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PCT/EP2022/082663
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Raimund Becher
Kristine Bedner
Tobias Anders
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Endress+Hauser SE+Co. KG
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    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/142—Multiple part housings
    • G01L19/143—Two part housings

Definitions

  • the invention relates to a pressure sensor for determining a first pressure of a medium and a differential pressure sensor for determining a differential pressure from a first pressure and a second pressure.
  • Absolute pressure, differential pressure and relative pressure sensors are known in pressure measurement technology. Absolute pressure sensors determine the prevailing pressure of a medium in absolute terms, i. H. related to vacuum, while differential transducers determine the difference between two different pressures of the medium or media. In the case of gauge pressure sensors, the pressure of the medium to be measured is determined in relation to a reference pressure, with the atmospheric pressure prevailing in the area surrounding the gauge pressure sensor serving as the reference pressure. In the following, relative and absolute pressure sensors are referred to as pressure sensors to distinguish them from differential pressure sensors.
  • Both pressure sensors and differential pressure sensors have a pressure-sensitive measuring element, the so-called pressure sensor, on the first and second surfaces of which pressure is applied.
  • the medium pressure to be determined acts on the first surface of the pressure sensor, while an absolute or reference pressure acts on the second surface.
  • differential pressure sensors there is pressure from a medium on both surfaces.
  • the measuring element bends as a function of the prevailing relative pressure, which is formed from the difference between the pressures applied to the two surfaces. This deflection is converted by an electronic unit into an electrical signal dependent on the relative pressure, which is then available for further processing or evaluation.
  • capacitive and piezoresistive pressure sensors A large number of such relative pressure sensors are manufactured and sold by companies in the Endress+Hauser Group.
  • Pressure and differential pressure sensors can be exposed to a variety of different media, such as acids and alkalis, which can put a lot of strain on the material of the pressure and differential pressure sensors.
  • the environment around the pressure and differential pressure sensors can also pose a challenge for the material, for example if the measuring point is near sea water. Acid, bases, sea water and other corrosive media corrode the areas of the pressure and differential pressure sensors, which are connected to the come into contact with corrosive media and thereby shorten the service life of the respective measuring sensor.
  • Stainless steel has only limited resistance to corrosion and is therefore not suitable for contact with corrosive media. If stainless steel contains more than 10.5% chromium, which must be dissolved in the austenitic or ferritic mixed crystal of the steel, the steel is considered stainless.
  • the corrosion resistance of the stainless steel can be further improved by adding other alloying components such as nickel or molybdenum, which, however, also increases the price of the stainless steel significantly.
  • the corrosion resistance or corrosion resistance of a stainless steel can be classified using the PREN index.
  • PREN stands for Pitting Resistance Equivalent Number, which stands for the resistance of a steel to pitting and crevice corrosion. For example, steels with a PREN number of over 32 are resistant to seawater, which corresponds to very strong corrosive stress.
  • the pressure and differential pressure sensors are made of a material that is as corrosion-resistant as possible.
  • the disadvantage here is that the production costs when using such a material are significantly higher than when using stainless steel.
  • the two materials are connected, for example by means of a weld, there is a hysteresis effect in the pressure sensor due to the different thermal expansion coefficients of the corrosion-resistant material and the stainless steel. In the event of severe temperature fluctuations in the area surrounding the pressure or differential pressure sensor, the weld between the two materials can even tear.
  • the object of the present invention is therefore to provide a pressure sensor and a differential pressure sensor which are characterized by high corrosion resistance and can be manufactured at low cost.
  • the object is achieved according to the invention by a pressure sensor according to claim 1 and a differential pressure sensor according to claim 15.
  • a pressure sensor comprising a process module with a cylindrical base body made of a first material, o wherein a pressure-sensitive process diaphragm is provided in an end area of the base body facing the medium, o wherein the base body has an axially arranged through-bore which tapers towards the end area of the base body facing the medium, a measuring module with a cylindrical base body, wherein the process module and the measuring module are axially aligned with one another and are connected to one another in a respective connection area of a respective end face of the process module and the measuring module, the base body being made of a second material which differs from the first material, the base body having a pressure sensor and a pin-like area, o wherein the pin-like area protrudes into the through hole in such a way that an end area of the pin-like area terminates with the end area of the base body facing the medium, wherein the end area of the pin-like
  • the pressure sensor is constructed from two modules, with the process module facing the process and the medium being made of a different material than the measuring module facing away from the process and the medium. In this way it is possible, for example, to manufacture the process module from a more expensive material and to obtain the measuring module from a more favorable and thus inexpensive pressure sensor.
  • the pin-like area represents a pin-like extension or an extension of the measuring module.
  • the pin-like area tapers in the direction of the end area of the pin-like area, with this taper being able to be continuous or stepped or configured in sections. In any case, at least a first diameter of the pin-like area in an area adjacent to the end area of the pin-like area is larger than a second diameter in the end area of the pin-like area.
  • the taper of the through-bore can also be a continuous taper or a step-like taper or taper configured in sections.
  • a first diameter of the through hole in a region adjacent to the end area of the base body is larger than a second diameter of the through hole in the end area of the base body.
  • the tapering of the pin-like area and/or the tapering of the through hole is designed in such a way that at least one, in particular temperature-dependent, stress and/or distortion force is derived from the connection between the end area of the pin-like area and the end area of the base body.
  • the capillary is in particular a pressure transmission line which is filled with a pressure transmission liquid.
  • the process isolating diaphragm is subjected to the first pressure of the medium.
  • the pressure sensor is arranged, for example, in a recess in the base body.
  • the first material is a corrosion resistant material.
  • the base body of the process module is therefore designed to be corrosion-resistant and can also be used with corrosive media without the process module being impaired or damaged as a result.
  • the first material has a PREN number greater than 32.
  • the second material is less corrosion resistant than the first material.
  • the base body of the process module is designed to be more corrosion-resistant than the base body of the measuring module.
  • the base body can be made of a more expensive material and a cheaper one can be used for the base body Material can be chosen, whereby the manufacturing costs of the pressure sensor compared to a conventional, completely made of a corrosion-resistant material pressure sensor can be significantly reduced.
  • the first material is a nickel alloy.
  • Nickel alloys usually have a high corrosion resistance and are therefore also suitable for use in corrosive media.
  • the first material is Hastelloy, Inconel, or Monel.
  • Hastelloy and Inconel are nickel-based alloys
  • Monel is a nickel-copper alloy. All three materials are characterized by a very high corrosion resistance.
  • the second material is steel. Since the measuring module has no contact with the medium, an inexpensive steel can be selected for the base body.
  • the respective connection area of the end face of the process module and the end face of the measuring module is ring-shaped.
  • connection area of the process module and/or the connection area of the measurement module is designed as a step, shoulder, projection or edge, with the connection area of the process module and the connection area of the measurement module being designed to correspond to one another.
  • the process module and the measuring module preferably only touch in the respective connection area and between the end area of the pin-like area and the end area of the base body facing the medium.
  • contacts between the measuring module and the process module are only provided in two areas in this embodiment.
  • the process module and the measuring module are connected in the respective connection area of the respective end face by means of a first weld, with the end area of the pin-like area being connected to the end area of the base body facing the medium by means of a second weld.
  • a pin is arranged within the capillary, which is designed such that the pin together with the capillary as Ignition breakdown barrier works. An explosion occurring in an end portion of the pin is stopped by the pin in cooperation with the capillary and cannot propagate across the pin. In particular, there are only narrow gaps between a wall of the capillary and an outer wall of the pin. As an additional effect, this reduces the volume of the pressure transmission liquid in the capillary, which can only be found in the gaps.
  • the base body of the process module has a connection area for connection to a process connection.
  • the pressure sensor is separated from at least one electronic unit by means of an electrically insulating lead-through element, which is introduced into a recess in the base body.
  • the lead-through element serves to lead through electrical cables that run between the at least one electronic unit and the pressure sensor.
  • the lead-through element is made from the same material as the base body in order to obtain an identical thermal expansion coefficient. Otherwise, if the lead-through element is welded to the base body, temperature-related stresses and/or distortion forces will occur in the area of the weld, which can have a negative impact on the pressure sensor, for example in the form of hysteresis effects.
  • the second pressure is an absolute pressure or a reference pressure, in the case of the reference pressure the base body having a reference air hole which is designed to lead the reference pressure through the base body to the second surface of the pressure sensor.
  • a differential pressure sensor for determining a differential pressure from a first pressure and a second pressure
  • the object is achieved by a differential pressure sensor, comprising two process modules, each with a cylindrical base body made of a first material, o with a pressure-sensitive process diaphragm in each end area of the base body facing the medium is provided, wherein the first process membrane is subjected to the first pressure and the second process membrane is subjected to the second pressure, o the base body each having an axially arranged
  • the base body being made of a second material which differs from differs from the first material, with the base body having a pressure sensor and two pin-like areas, o with the two pin-like areas each protruding into the through hole of the respective base body in such a way that one end area of the pin-like area terminates with the respective end area of the base body facing the medium, the respective end area of the pin-like area being connected to the respective end area of the base body facing the medium, the two pin-like areas tapering in the direction of their respective end area, the two pin-like areas having a first capillary and a second capillary, the first capillary configured to transmit the first pressure from the first process dia
  • the differential pressure sensor determines a differential pressure from a first pressure and a second pressure, so that two process membranes, the first and the second process membrane, and consequently two process modules are required.
  • the measuring module is connected to both process modules and can be designed in one piece or in several pieces.
  • the use of different materials for the base body of the process modules and the base body of the measuring module, which for example have different prices, means that the differential pressure sensor can also be produced inexpensively in the differential pressure sensor according to the invention. Temperature-dependent stresses and/or distortion forces, which can arise from the connection of the two different materials, are reduced by the tapering of the pin-like area avoided in connection with the taper of the through hole.
  • the pin-like areas represent a pin-like extension or an extension of the measuring module.
  • the narrowing of the pin-like area and/or the narrowing of the through hole can be a continuous or a step-like or section-wise narrowing. At least a first diameter of the pin-like area in an area adjacent to the end area of the pin-like area is larger than a second diameter in the end area of the pin-like area. A first diameter of the through-hole in an area adjacent to the end area of the base body is also larger than a second diameter of the through-hole in the end area of the base body.
  • FIGS. 1-2 They show:
  • FIG. 1 shows an embodiment of a pressure sensor 1 according to the invention for determining a first pressure p1 of a medium 2 .
  • the first material differs from the second material.
  • the first material is a corrosion-resistant material.
  • the second material is less corrosion resistant than the first material.
  • the first material can be a nickel alloy or, for example, Hastelloy, Inconel or Monel.
  • the second material is steel, for example.
  • the base body 8 has a pressure sensor 10 with a first surface 10a and a second surface 10b opposite the first surface 10a, as well as a pin-like area 11.
  • the process module 3 is arranged on the process side and has the medium
  • the base body 4 also has an axially arranged through hole 6, which tapers towards the end region 4a of the base body 4 facing the medium 2 .
  • the base body 4 optionally has a connection area 15 for connection to a process connection (not shown).
  • the second pressure p2 can be an absolute pressure or a reference pressure. In the example shown in FIG.
  • the process module 3 and the measuring module 7 are axially aligned with one another.
  • the pin-like area 11 protrudes into the through hole 6 so that the end area 11a of the pin-like area 11 ends with the end area 4a of the base body 4 facing the medium 2 .
  • the pin-like portion 11 tapers towards the end portion 11a of the pin-like portion.
  • the process module 3 and the measuring module 7 are connected to one another at at least two points. On the one hand, an end face 3a of the process module 3 is connected to an end face 7a of the measuring module 7 in a respective connection area 9a, 9b.
  • connection area 9a of the process module 3 and the connection area 9b of the measuring module 7 are designed, for example, in the shape of a ring and are welded to one another by means of a first weld 13a.
  • the end area 11a of the pin-like area 11 is connected to the end area 4a of the base body 4 facing the medium 2, for example by means of a second weld 13b.
  • the process module 3 and the measuring module 7 only touch in their respective connection areas 9a, 9b and between the end area 11a of the pin-like area 11 and the end area 4a of the base body 4 facing the medium 2.
  • the connection area 9a of the process module 3 is designed to correspond to the connection area 9b of the measuring module 7 .
  • the connection area 9a of the process module 3 and/or the connection area 9b of the measurement module 7 is an edge, a step, a projection or a step.
  • the pin-like area 11 has a capillary 12 which is designed to transmit the first pressure p1 of the medium 2 from the process diaphragm 5 to the first surface 10a of the pressure sensor 10 .
  • An optional pin 14 can be arranged inside the capillary 12, which is designed in such a way that the pin 14 together with the capillary 12 acts as an ignition breakdown barrier.
  • a lead-through element 16 designed to be electrically insulating can be provided, which separates the pressure sensor 10 from at least one electronic unit 17 . Both the pressure sensor 10 and the lead-through element 16 and the at least one electronics unit 17 are introduced in a recess 8a of the base body 8 in the example in FIG. 1 .
  • the lead-through element 16 is preferably made from the same material as the base body in order to avoid temperature-dependent stresses and/or distortion forces when connecting of the lead-through element 16 with the base body 8 to avoid.
  • an alignment element 20 can be arranged, for example in the form of a pin, which ensures a predetermined alignment of the lead-through element 16 relative to the base body 8 .
  • the differential pressure measuring sensor 19 shows an embodiment of the differential pressure measuring sensor 19 according to the invention for determining a differential pressure from a first pressure p1 and a second pressure p2. Since both the first pressure p1 and the second pressure p2 come from a medium 2, the differential pressure sensor has two process modules 3, each with a cylindrical base body 4 made of a first material. A pressure-sensitive process membrane 5a, 5b is arranged in each end region 4a of the two base bodies 4 facing the medium 2. In this case, the first process diaphragm 5a is subjected to the first pressure p1 and the second process diaphragm 5b is subjected to the second pressure p2.
  • the two base bodies 4 each have an axially arranged through hole 6 which tapers towards the end region 4a of the base body 4 facing the medium 2 .
  • the differential pressure measuring sensor 19 also has a measuring module 7 with a cylindrical base body 8 which is arranged between the two process modules 3 in FIG. 2 .
  • the two process modules 3 are aligned on a common axis, but they could also be arranged coplanar, so that the arrangement of the measuring module 7 would have to be changed accordingly.
  • the base body 8 is made of a second material that is different from the first material and has two pin-like areas 11 and a pressure sensor 10 with a first surface 10a and a second surface 10b opposite the first surface 10a.
  • the two pin-like areas 11 taper in the direction of their respective end area 11a.
  • Both process modules 3 are each aligned axially to the measuring module 7, with the two pin-like areas 11 of the base body 8 each protruding into the through hole 6 of the respective base body 4, such that one end area 11a of the pin-like area 11 with the respective end area facing the medium 2 4a of the base body 4 completes.
  • the respective end area 11a of the pin-like area 11 is connected to the respective end area 4a of the base body 4 facing the medium 2 .
  • a respective end face 3a of the two process modules 3 is connected to a respective end face 7a of the measuring module in a respective connection area 9a, 9b.
  • the two pin-like areas 11 have a first capillary 12a and a second capillary 12b.
  • the first capillary 12a is designed to transmit the first pressure p1 from the first process membrane 5a to a first surface 10a of the pressure sensor 10 .
  • the second capillary 12b is designed to the second pressure p2 of the wide process membrane 5b to one of the first surface 10a opposite, second surface 10b of the pressure sensor 10 to transmit.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckmessaufnehmer (1) - mit einem Prozessmodul (3) mit einem zylindrischen Grundkörper (4) aus einem ersten Material, wobei im Grundkörper (4) eine druckempfindliche Prozessmembran (5) und eine axial angeordnete Durchgangsbohrung (6) vorgesehen ist, - ein Messmodul (7) mit einem zylindrischen Basiskörper (8), welcher aus einem zweiten Material gefertigt ist, welches sich von dem erstem Material unterscheidet, wobei der Basiskörper (8) einen Drucksensor (10) und einen stiftartigen Bereich (11) aufweist, wobei der stiftartige Bereich (11) in die Durchgangsbohrung (6) hineinragt, derart dass ein Endbereich (11a) des stiftartigen Bereichs (11) mit dem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) abschließt, wobei der Endbereich (11a) des stiftartigen Bereichs (11) mit dem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) verbunden ist, wobei sich der stiftartige Bereich (11) in Richtung des Endbereichs (11a) des stiftartigen Bereichs (11) verjüngt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Differenzdruckmessaufnehmer (19).

Description

Druckmessaufnehmer und Differenzdruckmessaufnehmer
Die Erfindung betrifft einen Druckmessaufnehmer zur Bestimmung eines ersten Drucks eines Mediums und einen Differenzdruckmessaufnehmer zur Bestimmung eines Differenzdrucks aus einem ersten Druck und einem zweiten Druck.
In der Druckmesstechnik sind Absolutdruck-, Differenzdruck- und Relativdruckmessaufnehmer bekannt. Absolutdruckmessaufnehmer bestimmen den vorherrschenden Druck eines Mediums absolut, d. h. in Bezug auf Vakuum, während Differenzmessaufnehmer die Differenz zwischen zwei unterschiedlichen Drücken des Mediums oder der Medien bestimmen. Bei Relativdruckmessaufnehmern wird der zu messende Druck des Mediums gegenüber einem Referenzdruck bestimmt, wobei der in der Umgebung des Relativdruckmessaufnehmer vorherrschende Atmosphärendruck als Referenzdruck dient. Im Folgenden werden Relativ- und Absolutdruckmessaufnehmer als Druckmessaufnehmer bezeichnet, um diese von Differenzdruckmessaufnehmern zu unterscheiden.
Sowohl Druckmessaufnehmer ais auch Differenzdruckmessaufnehmerweisen ein druckempfindliches Messelement auf, den sogenannten Drucksensor, auf dessen erste und zweite Flächen jeweils ein Druck anliegt. Im Falle von Druckmessaufnehmers wirkt auf die ersten Fläche des Drucksensor der zu bestimmende Druck des Mediums ein, während auf der zweiten Fläche ein Absolut- oder Referenzdruck einwirkt. Im Falle von Differenzdruckmessaufnehmers liegt auf beiden Flächen jeweils ein Druck eines Mediums an. Das Messelement verbiegt sich in Abhängigkeit des vorliegenden Relativdrucks, welcher aus der Differenz zwischen den auf den beiden Flächen anliegenden Drücken gebildet wird. Diese Verbiegung wird mittels einer Elektronikeinheit in ein vom Relativdruck abhängiges elektrisches Signal umgewandelt, das dann zur weiteren Verarbeitung oder Auswertung zur Verfügung steht. Dabei wird unter anderem zwischen kapazitiven und piezoresistiven Drucksensoren unterschieden. Eine Vielzahl solcher Relativdruckmessaufnehmer wird von Firmen der Endress+Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
Druck- und Differenzdruckmessaufnehmer können einer Vielzahl an unterschiedlichen Medien ausgesetzt sein, wie beispielsweise Säuren und Laugen, welche das Material der Druck- und Differenzdruckmessaufnehmer unter Umständen stark beanspruchen. Auch die Umgebung der Druck- und Differenzdruckmessaufnehmer kann eine Herausforderung für das Material darstellen, wenn die Messstelle sich beispielsweise in der Nähe von Meerwasser befindet. Säure, Laugen, Meerwasser und andere korrosive Medien korrodieren die Bereiche der Druck- und Differenzdruckmessaufnehmer, welche mit den korrosiven Medien in Kontakt stehen, und verkürzen dadurch die Einsatz- bzw. Lebensdauer des jeweiligen Mesaufnehmers.
Edelstahl ist nur begrenzt korrosionsbeständig und daher nicht für den Kontakt mit korrosiven Medien geeignet. Enthält Edelstahl einen Anteil von mehr als 10,5% Chrom, welcher im austenitischen oder ferritischen Mischkristall des Stahls gelöst sein muss, so gilt der Stahl als rostfrei. Die Korrosionsbeständigkeit des rostfreien Stahls kann durch Zusatz weiterer Legierungsbestandteile wie Nickel oder Molybdän weiter verbessert werden, wodurch sich allerdings auch der Preis des rostfreien Stahls deutlich erhöht. Die Korrosionsbeständigkeit oder Korrosionsfestigkeit eines nichtrostenden Stahls kann mittels des PREN-Index klassifiziert werden. PREN steht dabei für Pitting Resistance Equivalent Number, was für die Beständigkeit eines Stahls gegenüber Lochfraß und Spaltkorrosion steht. Stähle mit einer PREN-Zahl von über 32 sind beispielsweise beständig gegenüber Meerwasser, was einer sehr starken korrosiven Beanspruchung entspricht.
Für Prozesse mit korrosiven Medien ist es also wünschenswert, dass die Druck- und Differenzdruckmessaufnehmer aus einem möglichst korrosionsbeständigen Material gefertigt sind. Nachteilig ist dabei jedoch, dass die Herstellkosten bei Verwendung eines solchen Materials deutlich höher sind als bei Verwendung von Edelstahl. Prinzipiell ist es möglich, den Druck- oder Differenzdruckmessaufnehmer nur teilweise aus einem teuren, korrosionsbeständigen Material zu fertigen und teilweise aus einem günstigen Edelstahl. Bei der Verbindung der beiden Materialien, beispielsweise mittels einer Schweißung, kommt es jedoch aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des korrosionsbeständigen Materials und des Edelstahls zu einem Hystereseeffekt im Drucksensor. Bei starken Temperaturschwankungen in der Umgebung des Druck- oder Differenzdruckmessaufnehmers kann die Schweißung zwischen den beiden Materialen sogar reißen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Druckmessaufnehmer und einen Differenzdruckmessaufnehmer bereitzustellen, welche sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnen und bei niedrigen Kosten fertigbar sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1 und einen Differenzdruckmessaufnehmer nach Anspruch 15.
Hinsichtlich des Druckmessaufnehmers zur Bestimmung eines ersten Drucks eines Mediums wird die Aufgabe gelöst durch einen Druckmessaufnehmer, umfassend ein Prozessmodul mit einem zylindrischen Grundkörper aus einem ersten Material, o wobei in einem dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers eine druckempfindliche Prozessmembran vorgesehen ist, o wobei der Grundkörper eine axial angeordnete Durchgangsbohrung aufweist, welche sich zum dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers hin verjüngt, ein Messmodul mit einem zylindrischen Basiskörper, wobei das Prozessmodul und das Messmodul axial zueinander ausgerichtet und in einem jeweiligen Verbindungsbereich einer jeweiligen Stirnfläche des Prozessmoduls und des Messmoduls miteinander verbunden sind, wobei der Basiskörper aus einem zweiten Material gefertigt ist, welches sich von dem erstem Material unterscheidet, wobei der Basiskörper einen Drucksensor und einen stiftartigen Bereich aufweist, o wobei der stiftartige Bereich in die Durchgangsbohrung hineinragt, derart dass ein Endbereich des stiftartigen Bereichs mit dem dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers abschließt, wobei der Endbereich des stiftartigen Bereichs mit dem dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers verbunden ist, wobei sich der stiftartige Bereich in Richtung des Endbereichs des stiftartigen Bereichs verjüngt, wobei der stiftartige Bereich eine Kapillare aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, den ersten Druck des Mediums von der Prozessmembran an eine erste Fläche des Drucksensors zu übertragen, o wobei der Drucksensor auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden, zweiten Fläche mit einem zweiten Druck beaufschlagt ist.
Erfindungsgemäß ist der Druckmessaufnehmer aus zwei Modulen aufgebaut, wobei das dem Prozess und dem Medium zugewandte Prozessmodul aus einem anderen Material gefertigt ist als das vom Prozess und vom Medium abgewandte Messmodul. Auf diese Weise ist es möglich, das Prozessmodul beispielsweise aus einem teureren Material zu fertigen und das Messmodul aus einem günstigeren und so einen preiswerten Druckmessaufnehmer zu erhalten.
Wie eingangs beschrieben, führt die Verwendung unterschiedlicher Materialien im Druckmessaufnehmer in der Regel zu Temperatur- und Hystereseeffekten. Erfindungsgemäß werden diese Probleme mithilfe der Verjüngungen des stiftartigen Bereichs und des Grundkörpers vermieden. Der stiftartige Bereich stellt eine stiftartige Verlängerung oder einen Fortsatz des Messmoduls dar. Der stiftartige Bereich weist eine Verjüngung in Richtung des Endbereichs des stiftartigen Bereichs auf, wobei diese Verjüngung eine kontinuierliche oder eine stufenartige oder abschnittsweise ausgestaltete Verjüngung sein kann. In jedem Fall ist zumindest ein erster Durchmesser des stiftartigen Bereichs in einem zum Endbereich des stiftartigen Bereichs benachbarten Bereich größer als ein zweiter Durchmesser im Endbereich des stiftartigen Bereichs. In analoger Weise kann auch die Verjüngung der Durchgangsbohrung eine kontinuierliche oder eine stufenartige oder abschnittsweise ausgestaltete Verjüngung sein. Auch hier ist in jedem Fall ein erster Durchmesser der Durchgangsbohrung in einem zum Endbereich des Grundkörpers benachbarten Bereich größer als ein zweiter Durchmesser der Durchgangsbohrung im Endbereich des Grundkörpers.
Durch die Verjüngung des stiftartigen Bereichs in seinem Endbereich und der Verjüngung der Durchgangsbohrung wird bei der Verbindung des Endbereichs des stiftartigen Bereichs mit dem Endbereich des Grundkörpers erreicht, dass temperaturbedingte oder temperaturabhängige Verzugskräfte und/oder Spannungen im Bereich der Verbindung zwischen dem Endbereich des stiftartigen Bereichs und dem Endbereich des Grundkörpers von der Verbindung abgelenkt werden, so dass die Verbindung mechanisch entkoppelt wird. Insbesondere ist die Verjüngung des stiftartigen Bereichs und/oder die Verjüngung der Durchgangsbohrung derartig ausgestaltet, dass mindestens eine, insbesondere temperaturabhängige, Spannung und/oder Verzugskraft von der Verbindung zwischen dem Endbereich des stiftartigen Bereichs und dem Endbereich des Grundkörpers abgeleitet wird.
Die Kapillare ist insbesondere eine Druckübertragungsleitung, welche mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist. Die Prozessmembran ist mit dem ersten Druck des Mediums beaufschlagt. Der Drucksensor ist beispielsweise in einer Ausnehmung des Basiskörpers ausgeordnet.
Bevorzugterweise ist das erste Material ein korrosionsbeständiges Material. Der Grundkörper des Prozessmoduls ist damit korrosionsbeständig ausgestaltet und kann auch bei korrosiven Medien eingesetzt werden, ohne dass das Prozessmodul dadurch beeinträchtigt oder beschädigt wird. Beispielsweise hat das erste Material eine PREN- Zahl von über 32.
Vorteilhafterweise das zweite Material weniger korrosionsbeständig ist als das erste Material. In diesem Fall ist der Grundkörper des Prozessmoduls korrosionsbeständiger ausgestaltet als der Basiskörper des Messmoduls. Somit kann lediglich der Grundkörper aus einem teureren Material gefertigt sein und für den Basiskörper kann ein günstigeres Material gewählt werden, wodurch die Herstellungskosten des Druckmessaufnehmers gegenüber einem herkömmlichen, vollständig aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigten Druckmessaufnehmer deutlich reduziert werden.
In einer Ausgestaltung ist das erste Material eine Nickellegierung. Nickellegierungen weisen in der Regel eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und sind damit auch für den Einsatz in korrosiven Medien geeignet.
In einerweiteren Ausgestaltung ist das erste Material Hastelloy, Inconel oder Monel. Hastelloy und Inconel sind Nickelbasislegierungen, Monel ist eine Nickel-Kupfer- Legierung. Alle drei Materialien zeichnen sich durch eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit aus.
In einerweiteren Ausgestaltung ist das zweite Material ein Stahl. Da das Messmodul keinen Kontakt zum Medium aufweist, kann für den Basiskörper ein preiswerter Stahl gewählt werden.
In einer Weiterbildung ist der jeweilige Verbindungsbereich der Stirnfläche des Prozessmoduls und der Stirnfläche des Messmoduls ringförmig ausgestaltet.
In einer Ausgestaltung ist der Verbindungsbereich des Prozessmoduls und/oder der Verbindungsbereich des Messmoduls als Stufe, Absatz, Vorsprung oder Kante ausgestaltet ist, wobei der Verbindungsbereich des Prozessmoduls und der Verbindungsbereich des Messmoduls zueinander korrespondierend ausgestaltet sind.
Bevorzugterweise berühren sich das Prozessmodul und das Messmodul ausschließlich im jeweiligen Verbindungsbereich und zwischen dem Endbereich des stiftartigen Bereichs und dem dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers. Um den Einfluss von temperaturabhängigen Spannungen und/oder Verzugskräften zu verringern, sind in dieser Ausgestaltung nur in zwei Bereichen Kontakte zwischen dem Messmodul und dem Prozessmodul vorgesehen.
In einer Ausgestaltung sind das Prozessmodul und das Messmodul in dem jeweiligen Verbindungsbereich der jeweiligen Stirnfläche mittels einer ersten Schweißung verbunden, wobei der Endbereich des stiftartigen Bereichs mit dem dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers mittels einer zweiten Schweißung verbunden ist.
Vorteilhafterweise ist innerhalb der Kapillare ein Stift angeordnet, welcher derart ausgestaltet ist, dass der Stift zusammen mit der Kapillare als Zündungsdurchschlagssperre wirkt. Em in einem Endbereich des Stifts auftretende Explosion wird durch den Stift in Zusammenwirkung mit der Kapillare aufgehalten und kann sich nicht über den Stift hinweg ausbreiten. Insbesondere liegen nur schmale Spalte zwischen einer Wandung der Kapillare und einer Außenwandung des Stifts vor. Dadurch wird als zusätzlicher Effekt das Volumen der Druckübertragungsflüssigkeit in der Kapillare reduziert, welches sich lediglich in den Spalten aufhalten kann.
In einer Weiterbildung weist der Grundkörper des Prozessmoduls einen Anschlussbereich für eine Verbindung mit einem Prozessanschluss auf.
In einer Ausgestaltung ist der Drucksensor mittels eines elektrisch isolierend ausgestalteten Durchführungselements von zumindest einer Elektronikeinheit getrennt, welches in eine Ausnehmung des Basiskörpers eingebracht ist. Das Durchführungselement dient zur Durchführung von elektrischen Kabeln, welche zwischen der zumindest einen Elektronikeinheit und dem Drucksensor verlaufen. Das Durchführungselement ist insbesondere aus demselben Material wie der Basiskörper gefertigt, um einen identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erhalten. Wird das Durchführungselement mit dem Basiskörper verschweißt, treten andernfalls temperaturbedingte Spannungen und/oder Verzugskräfte im Bereich der Schweißung auf, die sich negativ auf den Drucksensor, beispielsweise in Form von Hystereseeffekten, niederschlagen können.
In einerweiteren Ausgestaltung ist der zweite Druck ein Absolutdruck oder ein Referenzdruck, wobei im Falle des Referenzdrucks der Basiskörper eine Referenzluftbohrung aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, den Referenzdruck durch den Basiskörper zur zweiten Fläche des Drucksensor zu führen.
Hinsichtlich des Differenzdruckmessaufnehmers zur Bestimmung eines Differenzdrucks aus einem ersten Druck und einem zweiten Druck wird die Aufgabe gelöst durch einen Differenzdruckmessaufnehmer, umfassend zwei Prozessmodule mit je einem zylindrischen Grundkörper aus einem ersten Material, o wobei jeweils in einem dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers eine druckempfindliche Prozessmembran vorgesehen ist, wobei die erste Prozessmembran mit dem ersten Druck und die zweite Prozessmembran mit dem zweiten Druck beaufschlagt ist, o wobei der Grundkörper jeweils eine axial angeordnete
Durchgangsbohrung aufweist, welche sich zum dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers hin verjüngt, ein Messmodul mit einem zylindrischen Basiskörper, wobei die beiden Prozessmodule jeweils axial zum Messmodul ausgerichtet und in einem jeweiligen Verbindungsbereich einer jeweiligen Stirnfläche des jeweiligen Prozessmoduls und einer jeweiligen Stirnfläche des Messmoduls miteinander verbunden sind, wobei der Basiskörper aus einem zweiten Material gefertigt ist, welches sich von dem erstem Material unterscheidet, wobei der Basiskörper einen Drucksensor und zwei stiftartige Bereiche aufweist, o wobei die zwei stiftartigen Bereiche jeweils in die Durchgangsbohrung des jeweiligen Grundkörpers hineinragen, derart dass jeweils ein Endbereich des stiftartigen Bereichs mit dem jeweiligen dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers abschließt, wobei der jeweilige Endbereich des stiftartigen Bereichs mit dem jeweiligen dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers verbunden ist, wobei sich die zwei stiftartigen Bereiche in Richtung ihres jeweiligen Endbereichs verjüngen, wobei die zwei stiftartigen Bereiche eine erste Kapillare und eine zweite Kapillare aufweisen, wobei die erste Kapillare dazu ausgestaltet ist, den ersten Druck von der ersten Prozessmembran an eine erste Fläche des Drucksensors zu übertragen, und wobei die zweite Kapillare dazu ausgestaltet ist, den zweiten Druck von der zweiten Prozessmembran an eine der ersten Fläche gegenüberliegenden, zweite Fläche des Drucksensors zu übertragen.
Die Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers gelten in analoger Weise auch für den erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmer.
Der erfindungsgemäße Differenzdruckmessaufnehmer bestimmt einen Differenzdruck aus einem ersten Druck und einem zweiten Druck, so dass zwei Prozessmembranen, die erste und die zweite Prozessmembran, und folglich zwei Prozessmodule benötigt werden. Das Messmodul ist mit beiden Prozessmodulen verbunden und kann einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein.
In analoger Weise zum erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmer wird auch beim erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmer durch den Einsatz unterschiedlicher Materialien für den Grundkörper der Prozessmodule und dem Basiskörper des Messmoduls erreicht, welche beispielsweise unterschiedlich teuer sind, dass der Differenzdruckmessaufnehmer preiswert herstellbar ist. Temperaturabhängige Spannungen und/oder Verzugskräfte, welche aus der Verbindung der beiden unterschiedlichen Materialen entstehen können, werden durch die Verjüngung des stiftartigen Bereichs in Zusammenhang mit der Verjüngung der Durchgangsbohrung vermieden.
Der stiftartigen Bereiche stellen eine stiftartige Verlängerung oder einen Fortsatz des Messmoduls dar. Die Verjüngung des stiftartigen Bereichs und/oder die Verjüngung der Durchgangsbohrung kann eine kontinuierliche oder eine stufenartige oder abschnittsweise ausgestaltete Verjüngung sein. Dabei ist zumindest ein erster Durchmesser des stiftartigen Bereichs in einem zum Endbereich des stiftartigen Bereichs benachbarter Bereich größer als ein zweiter Durchmesser im Endbereich des stiftartigen Bereichs. Auch ist ein erster Durchmesser der Durchgangsbohrung in einem zum Endbereich des Grundkörpers benachbarten Bereich größer als ein zweiter Durchmesser der Durchgangsbohrung im Endbereich des Grundkörpers.
Im Weiteren wird die vorliegende Erfindung anhand der nachfolgenden Figuren Fig. 1-2 näher erläutert. Sie zeigen:
Fig. 1 : eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers.
Fig. 2: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers.
Für gleiche oder entsprechende Teile des Druckmessaufnehmers 1 und des Differenzdruckmessaufnehmers 19 werden sofern möglich dieselben Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1 ist eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers 1 zum Bestimmen eines ersten Drucks p1 eines Mediums 2 gezeigt. Der Druckmessaufnehmer
1 umfasst ein Prozessmodul 3 mit einem zylindrischen Grundkörper 4 aus einem ersten Material und ein Messmodul 7 mit einem zylindrischen Basiskörper 8 aus einem zweiten Material. Das erste Material unterscheidet sich vom zweiten Material. Insbesondere ist das erste Material ein korrosionsbeständiges Material. Beispielsweise ist das zweite Material weniger korrosionsbeständig als das erste Material. Das erste Material kann eine Nickellegierung sein oder z.B. Hastelloy, Inconel oder Monel. Das zweite Material ist beispielsweise Stahl.
Der Basiskörper 8 weist einen Drucksensor 10 mit einer ersten Fläche 10a und einer der ersten Fläche 10a gegenüberliegenden, zweiten Fläche 10b auf, sowie einen stiftartigen Bereich 11. Das Prozessmodul 3 ist prozessseitig angeordnet und weist im dem Medium
2 zugewandten Endbereich 4a des Grundkörpers 4 eine druckempfindliche Prozessmembran 5 auf, welche mit dem ersten Druck p1 des Mediums 2 beaufschlagt ist. Der Grundkörper 4 weist zusätzlich eine axial angeordnete Durchgangsbohrung 6 auf, welche sich zum dem Medium 2 zugewandten Endbereich 4a des Grundkörpers 4 verjüngt. Optional weist der Grundkörper 4 einen Anschlussbereich 15 für eine Verbindung mit einem Prozessanschluss (nicht gezeigt) auf. Der zweite Druck p2 kann ein Absolutdruck oder ein Referenzdruck sein, im Fig.1 gezeigten Beispiel ist der zweite Druck p2 ein Referenzdruck, weicher der zweiten Fläche 10b des Drucksensors 10 mittels einer dafür ausgestalteten Referenzluftbohrung 18 im Basiskörper 8 zugeführt wird.
Das Prozessmodul 3 und das Messmodul 7 sind axial zueinander ausgerichtet. Dabei ragt der stiftartige Bereich 11 in die Durchgangbohrung 6 hinein, so dass der Endbereich 11a des stiftartigen Bereichs 11 mit dem dem Medium 2 zugewandten Endbereich 4a des Grundkörpers 4 abschließt. Der stiftartige Bereich 11 verjüngt sich in Richtung des Endbereichs 11a des stiftartigen Bereichs. Das Prozessmodul 3 und das Messmodul 7 sind an mindestens zwei Stellen miteinander verbunden. Zum einen ist eine Stirnfläche 3a des Prozessmoduls 3 mit einer Stirnfläche 7a des Messmoduls 7 in einem jeweiligen Verbindungsbereich 9a, 9b verbunden. Der Verbindungsbereich 9a des Prozessmoduls 3 sowie der Verbindungsbereich 9b des Messmoduls 7 sind beispielsweise ringförmig ausgestaltet und mittels einer ersten Schweißung 13a miteinander verschweißt. Zum anderen ist der Endbereich 11a des stiftartigen Bereichs 11 mit dem dem Medium 2 zugewandten Endbereich 4a des Grundkörpers 4 verbunden, beispielsweise mittels einer zweiten Schweißung 13b. In einer bevorzugten Ausgestaltung berühren sich das Prozessmodul 3 und das Messmodul 7 lediglich in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen 9a, 9b und zwischen dem Endbereich 11 a des stiftartigen Bereichs 11 und dem dem Medium 2 zugewandten Endbereich 4a des Grundkörpers 4. Im Beispiel der Fig. 1 ist der Verbindungsbereich 9a des Prozessmoduls 3 korrespondierend zum Verbindungsbereich 9b des Messmoduls 7 ausgestaltet. Beispielsweise ist der Verbindungsbereich 9a des Prozessmoduls 3 und/oder der Verbindungsbereich 9b des Messmoduls 7 eine Kante, ein Absatz, ein Vorsprung oder eine Stufe.
Der stiftartige Bereich 11 weist eine Kapillare 12 auf, welche dazu ausgestaltet ist, den ersten Druck p1 des Mediums 2 von der Prozessmembran 5 an die erste Fläche 10a des Drucksensors 10 zu übertragen. Innerhalb der Kapillare 12 kann ein optionaler Stift 14 angeordnet sein, welcher derart ausgestaltet ist, dass der Stift 14 zusammen mit der Kapillare 12 als Zündungsdurchschlagssperre wirkt. Es kann zudem ein elektrisch isolierend ausgestaltetes Durchführungselement 16 vorgesehen sein, welches den Drucksensor 10 von zumindest einer Elektronikeinheit 17 trennt. Sowohl der Drucksensor 10 als auch das Durchführungselement 16 und die zumindest einen Elektronikeinheit 17 sind im Beispiel der Fig. 1 in einer Ausnehmung 8a des Basiskörpers 8 eingebracht. Das Durchführungselement 16 ist bevorzugt aus demselben Material wie der Basiskörper gefertigt, um temperaturabhängige Spannungen und/oder Verzugskräfte beim Verbinden des Durchführungselements 16 mit dem Basiskörper 8 zu vermeiden. Zudem kann em Ausrichtungselement 20, z.B. in Form eines Stifts, angeordnet sein, welches für eine vorgegebene Ausrichtung des Durchführungselement 16 relativ zum Basiskörper 8 sorgt.
In Fig. 2 ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Differenzdruckmessaufnehmers 19 zur Bestimmung eines Differenzdrucks aus einem ersten Druck p1 und einem zweiten Druck p2 gezeigt. Da sowohl der erste Druck p1 als auch der zweite Druck p2 aus einem Medium 2 stammen, weist der Differenzdruckmessaufnehmer zwei Prozessmodule 3 mit je einem zylindrischen Grundkörper 4 aus einem ersten Material auf. In jeweils einem dem Medium 2 zugewandten Endbereich 4a der beiden Grundkörper 4 ist eine druckempfindliche Prozessmembran 5a, 5b angeordnet. Dabei ist die erste Prozessmembran 5a mit dem ersten Druck p1 und die zweite Prozessmembran 5b mit dem zweiten Druck p2 beaufschlagt. Die beiden Grundkörper 4 weisen jeweils eine axial angeordnete Durchgangsbohrung 6 auf, welche sich zum dem Medium 2 zugewandten Endbereich 4a des Grundkörpers 4 hin verjüngt.
Der Differenzdruckmessaufnehmer 19 weist zudem ein Messmodul 7 mit einem zylindrischen Basiskörper 8 auf, welches in Fig. 2 zwischen den beiden Prozessmodulen 3 angeordnet ist. Die beiden Prozessmodule 3 sind dabei in einer gemeinsamen Achse ausgerichtet, sie könnten aber auch koplanar angeordnet sein, so dass die Anordnung des Messmoduls 7 entsprechend zu ändern wäre. Der Basiskörper 8 ist aus einem vom ersten Material unterschiedlichen, zweiten Material gefertigt und weist zwei stiftartige Bereiche 11 und einen Drucksensor 10 mit einer ersten Fläche 10a und einer der ersten Fläche 10a gegenüberliegenden, zweiten Fläche 10b auf. Die beiden stiftartigen Bereiche 11 verjüngen sich in Richtung ihres jeweiligen Endbereiches 11 a.
Beide Prozessmodule 3 sind jeweils axial zum Messmodul 7 ausgerichtet, wobei die beiden stiftartigen Bereiche 11 des Basiskörpers 8 jeweils in die Durchgangsbohrung 6 des jeweiligen Grundkörpers 4 hineinragen, derart dass jeweils ein Endbereich 11 a des stiftartigen Bereichs 11 mit dem jeweiligen dem Medium 2 zugewandten Endbereich 4a des Grundkörpers 4 abschließt. Dabei ist der jeweilige Endbereich 11a des stiftartigen Bereichs 11 mit dem jeweiligen dem Medium 2 zugewandten Endbereich 4a des Grundkörpers 4 verbunden. Zusätzlich ist eine jeweilige Stirnfläche 3a der beiden Prozessmodule 3 mit einer jeweiligen Stirnfläche 7a des Messmoduls in einem jeweiligen Verbindungsbereich 9a, 9b verbunden.
Die beiden stiftartigen Bereichs 11 weisen eine erste Kapillare 12a und eine zweite Kapillare 12b auf. Die erste Kapillare 12a ist dazu ausgestaltet, den ersten Druck p1 von der ersten Prozessmembran 5a an eine erste Fläche 10a des Drucksensors 10 zu übertragen. Die zweite Kapillare 12b ist dazu ausgestaltet, den zweiten Druck p2 von der weiten Prozessmembran 5b an eine der ersten Fläche 10a gegenüberliegenden, zweite Fläche 10b des Drucksensors 10 zu übertragen.
WO 2023/110309 PCT/EP2022/082663
Bezugszeichenhste
1 Druckmessaufnehmer
2 Medium
3 Prozessmodul
3a Stirnfläche des Prozessmoduls
4 Grundkörper
4a Endbereich des Grundkörpers
5 Prozessmembran
5a erste Prozessmembran
5b zweite Prozessmembran
6 Durchgangsbohrung
7 Messmodul
7a Stirnfläche des Messmoduls
8 Basiskörper
8a Ausnehmung des Basiskörpers
9a Verbindungsbereich des Prozessmoduls
9b Verbindungsbereich des Messmoduls
10 Drucksensor
10a erste Fläche
10b zweite Fläche
11 stiftartiger Bereich
11a Endbereich des stiftartigen Bereichs
12 Kapillare
13a erste Schweißung
13b zweite Schweißung
14 Stift
15 Anschlussbereich
16 Durchführungselement
17 Elektronikeinheit
18 Referenzluftbohrung
19 Differenzdruckmessaufnehmer
20 Ausrichtungselement

Claims

Patentansprüche
1 . Druckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung eines ersten Drucks (p1) eines Mediums (2), umfassend ein Prozessmodul (3) mit einem zylindrischen Grundkörper (4) aus einem ersten Material, o wobei in einem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) eine druckempfindliche Prozessmembran (5) vorgesehen ist, o wobei der Grundkörper (4) eine axial angeordnete Durchgangsbohrung (6) aufweist, welche sich zum dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) hin verjüngt, ein Messmodul (7) mit einem zylindrischen Basiskörper (8), wobei das Prozessmodul (3) und das Messmodul (7) axial zueinander ausgerichtet und in einem jeweiligen Verbindungsbereich (9a, 9b) einer jeweiligen Stirnfläche (3a, 7a) des Prozessmoduls (3) und des Messmoduls (7) miteinander verbunden sind, wobei der Basiskörper (8) aus einem zweiten Material gefertigt ist, welches sich von dem erstem Material unterscheidet, wobei der Basiskörper (8) einen Drucksensor (10) und einen stiftartigen Bereich (11) aufweist, o wobei der stiftartige Bereich (11) in die Durchgangsbohrung (6) hineinragt, derart dass ein Endbereich (11a) des stiftartigen Bereichs (11) mit dem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) abschließt, wobei der Endbereich (11a) des stiftartigen Bereichs (11) mit dem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) verbunden ist, wobei sich der stiftartige Bereich (11) in Richtung des Endbereichs (11 a) des stiftartigen Bereichs (11) verjüngt, wobei der stiftartige Bereich (11) eine Kapillare (12) aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, den ersten Druck (p1) des Mediums (2) von der Prozessmembran (5) an eine erste Fläche (10a) des Drucksensors (10) zu übertragen, o wobei der Drucksensor (10) auf einer der ersten Fläche (10a) gegenüberliegenden, zweiten Fläche (10b) mit einem zweiten Druck (p2) beaufschlagt ist.
2. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1 , wobei das erste Material ein korrosionsbeständiges Material ist.
3. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-2, wobei das zweite Material weniger korrosionsbeständig ist als das erste Material.
4. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, wobei das erste Material eine Nickellegierung ist.
5. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, wobei das erste Material Hastelloy, Inconel oder Monel ist.
6. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, wobei das zweite Material ein Stahl ist.
7. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, wobei der jeweilige Verbindungsbereich (9a, 9b) der Stirnfläche (3a) des Prozessmoduls (3) und der Stirnfläche (7a) des Messmoduls (7) ringförmig ausgestaltet ist.
8. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, wobei der Verbindungsbereich (9a) des Prozessmoduls (3) und/oder der Verbindungsbereich (9b) des Messmoduls (7) als Stufe, Absatz, Vorsprung oder Kante ausgestaltet ist, wobei der Verbindungsbereich (9a) des Prozessmoduls (3) und der Verbindungsbereich (9b) des Messmoduls (7) zueinander korrespondierend ausgestaltet sind.
9. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, wobei sich das Prozessmodul (3) und das Messmodul (7) ausschließlich im jeweiligen Verbindungsbereich (9a, 9b) und zwischen dem Endbereich (11a) des stiftartigen Bereichs (11) und dem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) berühren.
10. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, wobei das Prozessmodul (3) und das Messmodul (7) in dem jeweiligen Verbindungsbereich (9a, 9b) der jeweiligen Stirnfläche (3a, 7a) mittels einer ersten Schweißung (13a) verbunden sind, wobei der Endbereich (11a) des stiftartigen Bereichs (11) mit dem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) mittels einer zweiten Schweißung (13b) verbunden ist.
11. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, wobei innerhalb der Kapillare (12) ein Stift (14) angeordnet ist, welcher derart ausgestaltet ist, dass der Stift (14) zusammen mit der Kapillare (12) als Zündungsdurchschlagssperre wirkt.
12. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-11 , 15
WO 2023/110309 PCT/EP2022/082663 wobei der Grundkörper (4) des Prozessmoduls (3) einen Anschlussbereich (15) für eine Verbindung mit einem Prozessanschluss aufweist.
13. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-12, wobei der Drucksensor (10) mittels einem elektrisch isolierend ausgestalteten Durchführungselement (16) von zumindest einer Elektronikeinheit (17) getrennt ist, welches in eine Ausnehmung (8a) des Basiskörpers (8) eingebracht ist.
14. Druckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-13, wobei der zweite Druck (p2) ein Absolutdruck oder ein Referenzdruck ist, wobei im Falle des Referenzdrucks der Basiskörper (8) eine Referenzluftbohrung (18) aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, den Referenzdruck durch den Basiskörper (8) zur zweiten Fläche (10b) des Drucksensors (10) zu führen.
15. Differenzdruckmessaufnehmer (19) zur Bestimmung eines Differenzdrucks aus einem ersten Druck (p1) und einem zweiten Druck (p2), umfassend zwei Prozessmodule (3) mit je einem zylindrischen Grundkörper (4) aus einem ersten Material, o wobei jeweils in einem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) eine druckempfindliche Prozessmembran (5a, 5b) vorgesehen ist, wobei die erste Prozessmembran (5a) mit dem ersten Druck (p1) und die zweite Prozessmembran (5b) mit dem zweiten Druck (p2) beaufschlagt ist, o wobei der Grundkörper (4) jeweils eine axial angeordnete Durchgangsbohrung (6) aufweist, welche sich zum dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) hin verjüngt, ein Messmodul (7) mit einem zylindrischen Basiskörper (8), wobei die beiden Prozessmodule (3) jeweils axial zum Messmodul (7) ausgerichtet und in einem jeweiligen Verbindungsbereich (9a, 9b) einer jeweiligen Stirnfläche (3a) des jeweiligen Prozessmoduls (3) und einer jeweiligen Stirnfläche (7a) des Messmoduls (7) miteinander verbunden sind, wobei der Basiskörper (8) aus einem zweiten Material gefertigt ist, welches sich von dem erstem Material unterscheidet, wobei der Basiskörper (8) einen Drucksensor (10) und zwei stiftartige Bereiche (11) aufweist, o wobei die zwei stiftartigen Bereiche (11) jeweils in die Durchgangsbohrung (6) des jeweiligen Grundkörpers (4) hineinragen, derart dass jeweils ein Endbereich (11a) des stiftartigen Bereichs (11) mit dem jeweiligen dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) abschließt, wobei der jeweilige Endbereich (11 a) des stiftartigen Bereichs (11) mit dem jeweiligen dem Medium (2) zugewandten Endbereich (4a) des Grundkörpers (4) verbunden ist, wobei sich die zwei stiftartigen Bereiche (11) in Richtung ihres jeweiligen Endbereichs (11a) verjüngen, wobei die zwei stiftartigen Bereiche (11) eine erste Kapillare (12a) und eine zweite Kapillare (12b) aufweisen, wobei die erste Kapillare (12a) dazu ausgestaltet ist, den ersten Druck (p1) von der ersten Prozessmembran (5a) an eine erste Fläche (10a) des Drucksensors (10) zu übertragen, und wobei die zweite Kapillare (12b) dazu ausgestaltet ist, den zweiten Druck (p2) von der zweiten Prozessmembran (5b) an eine der ersten Fläche (10a) gegenüberliegenden, zweite Fläche (10b) des Drucksensors
(10) zu übertragen.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20305869U1 (de) * 2003-04-10 2003-06-18 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Druckmeßumformer
DE102019130570A1 (de) * 2019-11-13 2021-05-20 Endress+Hauser SE+Co. KG Modulare Baugruppe für ein Druckmessgerät zur Messung des Drucks eines Prozessmediums

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10227479A1 (de) 2002-06-19 2004-01-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Druckmeßgerät
US7377174B2 (en) 2004-03-18 2008-05-27 Rosemount Inc. Capillary weld extension with thermal isolation
EP3598097B8 (de) 2013-07-19 2023-10-11 Rosemount, Inc. Drucküberträger mit einer isolationsanordnung mit einem zweiteiligen isolatorstecker
RU2649042C1 (ru) 2014-04-25 2018-03-29 Роузмаунт Инк. Коррозионностойкий модуль давления для измерительного преобразователя давления технологической текучей среды
DE102016124028A1 (de) 2016-12-12 2018-06-14 Endress+Hauser SE+Co. KG Drucksensors zur Ermittlung eines Druckes eines Mediums mit einer Mediumstemperatur von bis zu 200°C

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20305869U1 (de) * 2003-04-10 2003-06-18 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Druckmeßumformer
DE102019130570A1 (de) * 2019-11-13 2021-05-20 Endress+Hauser SE+Co. KG Modulare Baugruppe für ein Druckmessgerät zur Messung des Drucks eines Prozessmediums

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