WO2023110379A1 - Relativdruckmessaufnehmer - Google Patents

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WO2023110379A1
WO2023110379A1 PCT/EP2022/083517 EP2022083517W WO2023110379A1 WO 2023110379 A1 WO2023110379 A1 WO 2023110379A1 EP 2022083517 W EP2022083517 W EP 2022083517W WO 2023110379 A1 WO2023110379 A1 WO 2023110379A1
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WO
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pressure sensor
pressure
transmission line
adapter
base body
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/083517
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English (en)
French (fr)
Inventor
Raimund Becher
Kristine Bedner
Tina Zimmermann
Tobias Anders
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
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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
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0654—Protection against aggressive medium in general against moisture or humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/142—Multiple part housings
    • G01L19/143—Two part housings

Definitions

  • the invention relates to a relative pressure sensor for determining a first pressure of a medium.
  • the medium whose pressure is to be determined is liquid or gaseous.
  • Absolute pressure, differential pressure and relative pressure sensors are known in pressure measurement technology. Absolute pressure sensors determine the prevailing pressure in absolute terms, i. H. related to vacuum, while differential gauges determine the difference between two different pressures. In the case of gauge pressure sensors, the pressure 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.
  • Relative pressure sensors have a pressure-sensitive measuring element, the so-called pressure sensor, so that the pressure of the medium to be measured acts on a first surface of the measuring element.
  • the atmospheric pressure which is supplied to the measuring element by means of a reference pressure supply from the environment, acts on a second surface of the measuring element.
  • the measuring element bends depending on the existing relative pressure, which is formed from the difference between the pressure of the medium to be measured and the atmospheric pressure. 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.
  • Relative pressure sensors are often used in industrial processes in which they are exposed to high temperature fluctuations and differences between the process and the environment. In the event of sudden cooling, the dew point of the air in an interior of the relative pressure sensor can be exceeded, resulting in condensation humidity on cold parts inside the relative pressure sensor. The air humidity can reach the relative pressure sensor in particular through the opening of the relative pressure sensor to the environment, which is necessary for providing the reference pressure for the measuring element, and through the reference pressure supply.
  • the pressure sensor and the electronics unit are usually very sensitive to moisture. As a result of moisture, for example, hysteresis effects can occur on the pressure sensor. In order to reliably determine the pressure, it must therefore be ensured that little or no moisture enters or condenses inside the relative pressure sensor.
  • the relative pressure sensor and especially the reference pressure supply is constructed in such a way that only dry air reaches the measuring element and the evaluation unit.
  • the reference pressure supply leads the ambient pressure from an opening in the gauge pressure sensor, which is often arranged in the housing of the gauge pressure sensor, to the pressure sensor.
  • a drying chamber with a moisture-adsorbing material Partially arranged between the opening and the measuring element is a drying chamber with a moisture-adsorbing material, which removes moisture from the supplied ambient air from the reference pressure supply and thus dries the supplied ambient air.
  • Reference pressure feed lines that are wound in sections are often used as diffusion barriers in order to delay the ingress of moisture into an interior space of the relative pressure sensor.
  • DE 10 2010 003 709 A1 discloses a relative pressure sensor with a reference pressure feed which is divided into two consecutive sections: a long, spiral-shaped inlet capillary and an essentially straight section within the housing.
  • the inlet capillary can be arranged inside or outside of the housing and carries the ambient pressure from the surroundings of the relative pressure sensor to an interior of the gauge pressure sensor.
  • the straight section leads the ambient pressure from the interior past a drying chamber to the measuring element.
  • the drying chamber has a moisture-adsorbing material such as zeolite, among others.
  • the inlet capillary is provided as a separate hose, which accordingly requires space within the gauge pressure sensor.
  • the inlet capillary is arranged relative to the housing, a high level of tightness is required at the opening of the housing through which the inlet capillary runs, in order to ensure that the ambient air only enters the interior through the inlet capillary.
  • the inlet capillary can be sealed at the opening, for example, by means of a glass feedthrough, which requires a further process step.
  • EP 3 273 215 A1 discloses a relative pressure sensor with a reference pressure feed which is arranged at least in sections as a groove within a side wall of an electronics housing.
  • the groove is guided in a meandering manner in the side wall.
  • a self-adhesive, airtight foil is stuck onto the electronics housing as a sealing means in the area of the groove.
  • the closure means can also be designed as a separate housing part.
  • a separate closure means, i.e. foil or housing part is required to seal the groove, which requires a high degree of tightness when closing the groove so that the ambient air is only guided into the interior of the relative pressure sensor inside the groove.
  • the object of the present invention is to develop a relative pressure sensor in which the reference pressure is fed to the pressure sensor in a simple manner.
  • the object is achieved by a relative pressure sensor for determining a first pressure of a medium
  • a process adapter with a base body, o wherein a pressure-sensitive process diaphragm is provided in an end region of the base body facing the medium, o wherein the base body has a first pressure transmission line, which is designed to conduct the first pressure of the medium from the process diaphragm to a pressure sensor arranged in a recess of the base body, and apply the first pressure of the medium to a first surface of the pressure sensor, and
  • a housing adapter with a base body, o wherein the base body is produced by means of a 3D printing process, o wherein the base body has a second pressure transmission line, which is designed to conduct a reference pressure from an environment of the relative pressure sensor to the pressure sensor and one of the first surface opposite to apply the reference pressure to the second surface of the pressure sensor, o the housing adapter being connected to the process adapter in a gas-tight manner.
  • the second pressure transmission line runs, at least for the most part, within the base body. Complex methods for sealing the second pressure transmission line, which corresponds to the reference pressure feed described at the outset, are thus eliminated.
  • the second pressure transmission line does not run exclusively through the base body, but runs in sections through another element, such as a glass/metal feedthrough, which can be arranged between the base body and the pressure sensor, it must only be ensured that gas-tightness is ensured at the transition of the second pressure transmission line from the base body into the further element, for example the lead-through element.
  • the base body is produced by a 3D printing process, which allows any configuration of the second pressure transmission lines to be produced easily and inexpensively.
  • a selective laser melting method can be used as a 3D printing method, for example, which melts and welds a metal present in powder form in an inert atmosphere using a laser.
  • 3D printing methods can also be used, which are also known under the name of additive manufacturing methods or rapid technologies.
  • the use of the 3D printing process also allows the volume of the base body to be utilized in the best possible way, such that a second pressure transmission line of maximum length is produced in the base body.
  • an advantageous ratio of the length of the second pressure transmission line to a diameter of the second pressure transmission line can be achieved, which in favorable cases can assume a value of approximately 8800, for example.
  • the housing adapter and the process adapter are preferably made from one or two different metals.
  • the housing adapter has a connection area for connection to a housing.
  • the second pressure transmission line is designed as a tortuous line.
  • the second pressure transmission line is designed as a spiral line.
  • the helical line runs radially around the axis of the housing adapter.
  • the helical line is designed with a large number of windings, which are at least partially arranged axially and radially with respect to one another.
  • the individual windings appear, for example, arranged next to one another and stacked.
  • the length of the second pressure transmission line is preferably more than 3 m, in particular more than 5 m, in particular more than 7 m.
  • the diameter of the second pressure transmission line is preferably between 0.5 and 1.5 mm.
  • the diameter of the second pressure transmission line is between 0.8 and 1.0 mm.
  • a moisture-absorbing material is arranged in or on a section of the base body, with the second pressure transmission line passing the moisture-absorbing material at least in sections.
  • the moisture-adsorbing material absorbs moisture from the ambient air present in the second pressure transmission line and also prevents moisture from entering an interior space of the relative pressure sensor.
  • the moisture-adsorbing material is in the form of a ring.
  • the ring is arranged, for example, radially to the housing adapter. In this way, the moisture-adsorbing material can be integrated into the relative pressure sensor in a particularly space-saving manner.
  • the moisture-adsorbing material is preferably a shaped body which has a polymer matrix and zeolite.
  • the shaped body is, for example, a sintered or composite body. Because of its cavity structure, zeolite is particularly suitable as a component of a moisture-absorbing material.
  • the housing adapter and the process adapter are designed to correspond to one another at least in sections in their mutually facing areas.
  • a connection can be made between the housing adapter and the process adapter in the areas that are designed to correspond at least in sections.
  • the housing adapter is connected to the process adapter by means of a radial weld, the radial Weld is arranged in each case in the region of an outer wall of the housing adapter and the process adapter.
  • the housing adapter is connected to the process adapter by means of an axial weld, with the axial weld running transversely through an end section of the second pressure transmission line without closing the second pressure transmission line.
  • FIGS. 1-2 They show:
  • a first embodiment of the relative pressure sensor 1 according to the invention is shown schematically.
  • the relative pressure sensor 1 comprises two modules: the process adapter 3 arranged on the process side with a base body 4 and the housing adapter 10 facing away from the process with a base body 11.
  • the housing adapter 10 and the process adapter 3 are designed to correspond, at least in sections.
  • the housing adapter 10 is connected gas-tight to the process adapter 3, for example by means of a radial weld 15, which is arranged in the area of an outer wall 10a of the housing adapter 10 and an outer wall 3a of the process adapter. Ambient air can thus only enter the relative pressure sensor 1 via the second pressure transmission line 7b.
  • a pressure-sensitive process membrane 6 is arranged in the end region 5 of the base body 4 facing the medium 2 , which is subjected to the first pressure p1 of the medium 2 .
  • the first pressure transmission line 7a provided is designed to conduct the first pressure p1 of the medium 2 from the process diaphragm 6 to a pressure sensor 9 arranged in a recess 8 of the base body 4 and to apply the first pressure p1 to a first surface 9a of the pressure sensor 9.
  • a second surface 9b of the pressure sensor 9 is subjected to a reference pressure p2 from the area surrounding the relative pressure sensor 1 and is arranged opposite the first surface 9a.
  • the base body 11 accordingly has a second pressure transmission line 7b, which is designed to supply the reference pressure p1 from the environment of the relative pressure measuring transducer 1 to the second surface 9b of the pressure sensor 9.
  • the base body 11 is produced using a 3D printing process.
  • the second pressure transmission line 7b can be designed in the form of a twisted or spiral line 13 by means of the 3D printing process.
  • the spiral-shaped line 13 shown as an example is designed with a large number of windings, which are at least partially arranged axially and radially with respect to one another.
  • the second pressure transmission line 7b runs up to 90%, in particular up to 95%, in particular up to 99% of its length through the base body.
  • the use of the 3D printing process to produce the base body 11 also makes it possible to produce a very long second pressure transmission line 7b with a small diameter.
  • the length of the second pressure transmission line 7b can be more than 3 m, in particular more than 5 m, in particular more than 7 m.
  • the diameter of the second pressure transmission line 7b can be between 0.5 and 1.5 mm, in particular between 0.8 and 1.0 mm.
  • the ratio of length to diameter can therefore be very high, which reduces the entry of moisture into the relative pressure sensor 1. With a length of about 7 m and a diameter of about 0.8 mm, a length to diameter ratio of about 8800 is obtained.
  • an optional axial weld 16 is provided, which connects the housing adapter 10 to the process adapter 3.
  • the axial weld 16 passes across an end portion 17 of the second pressure transmission line 7b without closing the second pressure transmission line 7b.
  • the axial weld 16 is arranged between the base body 11 and an optional lead-through element 18 .
  • the feedthrough element 18 is designed to be electrically insulating and ensures that the pressure sensor 9 is electrically contacted. In the area of the feedthrough element 18, for example, an electronic unit (not shown) is arranged.
  • an alignment element 19 can be provided, which is designed to set a predetermined alignment of the lead-through element 18 relative to the base body 11 .
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the relative pressure sensor 1 according to the invention, which has an optional moisture-adsorbing material 14 in or on a section of the base body 11 .
  • the moisture-adsorbing material 14 is arranged on or adjacent to a portion or an end portion of the base body 11 .
  • the moisture-adsorbing material 14 can also be arranged in the base body 11 .
  • the second pressure transmission line 7b leads past the moisture-adsorbing material 14 at least in sections.
  • the moisture-adsorbing material is in the form of a ring.
  • the moisture-adsorbing material is arranged, for example, in an end section 17 of the second pressure transmission line 7b that faces the pressure sensor 9 . If the moisture-adsorbing material 14 is arranged in the vicinity of the input area of the second pressure transmission line 7b, i.e. in an area of the second pressure transmission line 7b adjacent to the environment, the moisture-adsorbing material 14 can quickly become saturated with moisture, since it permanently withdraws moisture from the ambient air.
  • the moisture-adsorbing material 14 is, for example, a molded body that includes zeolite and a polymer matrix.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Relativdruckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung eines ersten Drucks (p1) eines Mediums (2), mit - einem Prozessadapter (3) mit einem Grundkörper (4), o wobei in einem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (5) des Grundkörpers (4) eine druckempfindliche Prozessmembran (6) vorgesehen ist, o wobei der Grundkörper (4) eine erste Druckübertragungsleitung (7a) aufweist, und - einem Gehäuseadapter (10) mit einem Basiskörper (11), o wobei der Basiskörper (11) mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist, o wobei der Basiskörper (11) eine zweite Druckübertragungsleitung (7b) aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, einen Referenzdruck (p2) aus einer Umgebung des Relativdruckmessaufnehmers (1) zum Drucksensor (9) zu führen und eine der ersten Fläche (9a) gegenüberliegenden, zweiten Fläche (9b) des Drucksensors (9) mit dem Referenzdruck (p2) zu beaufschlagen, o wobei der Gehäuseadapter (10) gasdicht mit dem Prozessadapter (3) verbunden ist.

Description

Relativdruckmessaufnehmer
Die Erfindung betrifft einen Relativdruckmessaufnehmer zur Bestimmung eines ersten Drucks eines Mediums. Das Medium, dessen Druck zu bestimmen ist, ist hierbei flüssig oder gasförmig.
In der Druckmesstechnik sind Absolutdruck-, Differenzdruck- und Relativdruckmessaufnehmer bekannt. Absolutdruckmessaufnehmer bestimmen den vorherrschenden Druck absolut, d. h. in Bezug auf Vakuum, während Differenzmessaufnehmer die Differenz zwischen zwei unterschiedlichen Drücken bestimmen. Bei Relativdruckmessaufnehmer wird der zu messende Druck gegenüber einem Referenzdruck bestimmt, wobei der in der Umgebung des Relativdruckmessaufnehmer vorherrschende Atmosphärendruck als Referenzdruck dient.
Relativdruckmessaufnehmer weisen ein druckempfindliches Messelement auf, den sogenannten Drucksensor, so dass auf eine erste Fläche des Messelements der zu messende Druck des Mediums einwirkt. Auf eine zweite Fläche des Messelements wirkt der Atmosphärendruck ein, welcher dem Messelement mittels einer Referenzdruckzuführung aus der Umgebung zugeführt wird. Das Messelement verbiegt sich in Abhängigkeit des vorliegenden Relativdrucks, welcher aus der Differenz zwischen dem zu messenden Druck des Mediums und dem Atmosphärendruck 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.
Häufig werden Relativdruckmessaufnehmer in industriellen Prozessen eingesetzt, in denen sie hohen Temperaturschwankungen und -differenzen zwischen Prozess und Umgebung ausgesetzt sind. Bei plötzlicher Abkühlung kann der Taupunkt der Luft in einem Innenraum des Relativdruckmessaufnehmer überschritten werden, was zur Kondensation der Luftfeuchtigkeit auf kalten Teilen innerhalb des Relativdruckmessaufnehmer führt. Die Luftfeuchtigkeit kann insbesondere durch die Öffnung des Relativdruckmessaufnehmers zur Umgebung, welche zum Bereitstellen des Referenzdrucks für das Messelement notwendig ist, und durch die Referenzdruckzuführung in den Relativdruckmessaufnehmer gelangen.
Der Drucksensor und die Elektronikeinheit sind in der Regel sehr empfindlich gegenüber Feuchtigkeit. In der Folge von Feuchtigkeit können beispielsweise Hystereseeffekte am Drucksensor auftreten. Für eine zuverlässige Bestimmung des Drucks muss folglich sichergestellt sein, dass innerhalb des Relativdruckmessaufnehmers keine oder nur wenig Feuchtigkeit eintritt oder kondensiert. Im Idealfall ist der Relativdruckmessaufnehmer und speziell die Referenzdruckzuführung so aufgebaut, dass lediglich trockene Luft zum Messelement und zur Auswerteeinheit gelangt. In der Regel führt die Referenzdruckzuführung den Umgebungsdruck von einer Öffnung im Relativdruckmessaufnehmer, welche häufig im Gehäuse des Relativdruckmessaufnehmers angeordnet ist, zu dem Drucksensor. Teilweise ist zwischen der Öffnung und dem Messelement eine Trocknungskammer mit einem feuchteadsorbierenden Material angeordnet, welches der zugeführten Umgebungsluft aus der Referenzdruckzuführung Feuchtigkeit entzieht und die zugeführte Umgebungsluft so trocknet.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten der Referenzdruckzuführung bekannt. Häufig werden abschnittsweise gewundene Referenzdruckzuführungen als Diffusionsbarrieren eingesetzt, um das Eindringen von Feuchtigkeit in einen Innenraum des Relativdruckmessaufnehmers zu verzögern.
Aus der DE 10 2010 003 709 A1 ist ein Relativdruckmessaufnehmer mit einer Referenzdruckzuführung bekannt, welche sich in zwei aufeinanderfolgende Abschnitte gliedert: einer langen, spiralförmigen Eingangskapillare und einen im Wesentlichen geraden Abschnitt innerhalb des Gehäuses. Die Eingangskapillare kann innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein und führt den Umgebungsdruck aus der Umgebung des Relativdruckmessaufnehmers zu einem Innenraum des Relativdruckmessaufnehmers. Der gerade Abschnitt führt den Umgebungsdruck aus dem Innenraum an einer Trocknungskammer vorbei hin zum Messelement. Die Trocknungskammer weist ein feuchteadsorbierendes Material, wie u.a. Zeolith auf. Die Eingangskapillare ist als separater Schlauch vorgesehen, der dementsprechend Raum innerhalb des Relativdruckmessaufnehmers benötigt. Unabhängig davon, wie die Eingangskapillare relativ zum Gehäuse angeordnet ist, ist eine hohe Dichtigkeit an der Öffnung des Gehäuses, durch die die Eingangskapillare verläuft, erforderlich, um zu gewährleisten, dass die Umgebungsluft ausschließlich durch die Eingangskapillare in den Innenraum eintritt. Ein Abdichten der Eingangskapillare an der Öffnung kann beispielsweise mittels einer Glasdurchführung erfolgen, was einen weiteren Prozessschritt erfordert.
Die EP 3 273 215 A1 offenbart einen Relativdruckmessaufnehmer mit einer Referenzdruckzuführung, welche zumindest abschnittweise als Nut innerhalb einer Seitenwandung eines Elektronikgehäuses angeordnet ist. Die Nut ist dabei mäanderförmig in der Seitenwandung geführt. Um die nach außen offene Nut abzuschließen, wird eine selbstklebende, luftundurchlässige Folie als Verschlussmittel im Bereich der Nut auf das Elektronikgehäuse aufgeklebt. Alternativ kann das Verschlussmittel auch als ein separates Gehäuseteil ausgebildet sein. Auch hier wird zum Abdichten der Nut ein separates Verschlussmittel, also Folie oder Gehäuseteil, benötigt, was ein hohes Maß an Dichtigkeit beim Verschließen der Nut erfordert, damit die Umgebungsluft nur innerhalb der Nut in den Innenraum des Relativdruckmessaufnehmers geführt wird.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Relativdruckmessaufnehmer zu entwickeln, in dem der Referenzdruck auf einfache Weise zum Drucksensor geführt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Relativdruckmessaufnehmer zur Bestimmung eines ersten Drucks eines Mediums, mit
- einem Prozessadapter mit einem Grundkörper, o wobei in einem dem Medium zugewandten Endbereich des Grundkörpers eine druckempfindliche Prozessmembran vorgesehen ist, o wobei der Grundkörper eine erste Druckübertragungsleitung aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, den ersten Druck des Mediums von der Prozessmembran zu einem in einer Ausnehmung des Grundkörpers angeordneten Drucksensor zu führen und eine erste Fläche des Drucksensors mit dem ersten Druck des Mediums zu beaufschlagen, und
- einem Gehäuseadapter mit einem Basiskörper, o wobei der Basiskörper mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist, o wobei der Basiskörper eine zweite Druckübertragungsleitung aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, einen Referenzdruck aus einer Umgebung des Relativdruckmessaufnehmers zum Drucksensor zu führen und eine der ersten Fläche gegenüberliegenden, zweiten Fläche des Drucksensors mit dem Referenzdruck zu beaufschlagen, o wobei der Gehäuseadapter gasdicht mit dem Prozessadapter verbunden ist.
Im erfindungsgemäßen Relativdruckmessaufnehmer verläuft die zweite Druckübertragungsleitung, zumindest größtenteils, innerhalb des Basiskörpers. Damit entfallen aufwändige Verfahren zum Abdichten der zweiten Druckübertragungsleitung, welche der eingangs beschriebenen Referenzdruckzuführung entspricht. In solchen Fällen, in denen die zweite Druckübertragungsleitung nicht ausschließlich durch den Basiskörper verläuft, sondern abschnittsweise durch ein weiteres Element verläuft, wie beispielsweise eine Glas/Metall-Durchführung, welcher zwischen dem Basiskörper und dem Drucksensor angeordnet sein kann, muss lediglich sichergestellt sein, dass an dem Übertritt der zweiten Druckübertragungsleitung aus dem Basiskörper in das weitere Element, bspw. dem Durchführungselement, Gasdichtigkeit gewährleistet wird. Erfindungsgemäß ist der Basiskörper durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt, welches es erlaubt, beliebige Ausgestaltungen der zweiten Druckübertragungsleitungen auf einfache Weise und kostengünstig herzustellen. Als 3D-Druckverfahren kann beispielsweise ein selektives Laserschmelzverfahren eingesetzt werden, welches ein in Pulverform vorliegendes Metall in einer inerten Atmosphäre mittels eines Lasers schmilzt und verschweißt. Es sind aber auch andere 3D-Druckverfahren einsetzbar, welche auch unter dem Namen additive Fertigungsverfahren oder Rapid- Technologien bekannt sind. Der Einsatz des 3D-Druckverfahrens erlaubt es ferner, das Volumen des Basiskörpers bestmöglich auszunutzen, derart dass, eine maximal lang ausgestaltete, zweite Druckübertragungsleitung in dem Basiskörper erzeugt wird. Dadurch kann eine vorteilhaftes Verhältnis der Länge der zweiten Druckübertragungsleitung zu einem Durchmesser der zweiten Druckübertragungsleitung erreicht werden, welches in günstigen Fällen beispielsweise einen Wert von etwa 8800 annehmen kann. Es ist lediglich ein Mindestabstand zwischen den einzelnen Abschnitten der zweiten Druckübertragungsleitung einzuhalten, um die Trennung der einzelnen Abschnitte zu gewährleisten. Der Gehäuseadapter und der Prozessadapter sind bevorzugt aus einem oder zwei unterschiedlichen Metallen gefertigt. Der Gehäuseadapter weist insbesondere einen Anschlussbereich für die Verbindung mit einem Gehäuse auf.
In einer Ausgestaltung ist die zweite Druckübertragungsleitung als eine gewundene Leitung ausgestaltet.
In einer anderen Ausgestaltung ist die zweite Druckübertragungsleitung als spiralförmige Leitung ausgestaltet. Die spiralförmige Leitung verläuft insbesondere radial um die Achse des Gehäuseadapters.
Insbesondere ist die spiralförmige Leitung mit einer Vielzahl an Windungen ausgestaltet, welche zumindest teilweise axial und radial zueinander angeordnet sind. Im Querschnitt des Gehäuseadapters erscheinen die einzelnen Windungen beispielsweise nebeneinander und gestapelt angeordnet. Vorzugsweise beträgt die Länge der zweiten Druckübertragungsleitung mehr als 3 m, insbesondere mehr als 5 m, insbesondere mehr als 7 m.
Bevorzugt beträgt der Durchmesser der zweiten Druckübertragungsleitung zwischen 0,5 und 1 ,5 mm.
Insbesondere beträgt der Durchmesser der zweiten Druckübertragungsleitung zwischen 0,8 und 1 ,0 mm.
In einer Ausgestaltung ist in oder an einem Abschnitt des Basiskörpers ein feuchteadsorbierendes Material angeordnet, wobei die zweite Druckübertragungsleitung zumindest abschnittsweise am feuchteadsorbierenden Material vorbeiführt. Das feuchteadsorbierende Material nimmt Feuchtigkeit aus der in zweiten Druckübertragungsleitung vorhandenen Umgebungsluft auf und verhindert zusätzlich das Eintreten von Feuchtigkeit in einen Innenraum des Relativdruckmessaufnehmers.
In einer Weiterbildung ist das feuchteadsorbierende Material in Form eines Ringes ausgestaltet. Der Ring ist beispielsweise radial zum Gehäuseadapter angeordnet. Auf diese Weise lässt sich das feuchteadsorbierende Material besonders platzsparend in den Relativdruckmessaufnehmer integrieren.
Bevorzugt ist das feuchteadsorbierende Material ein Formkörper, welcher eine Polymermatrix und Zeolith aufweist. Der Formkörper ist beispielsweise ein Sinter- oder Kompositkörper. Aufgrund seiner Hohlraumstruktur eignet sich Zeolith besonders als Komponente eines feuchteadsorbierenden Materials.
In einer Ausgestaltung sind der Gehäuseadapter und der Prozessadapter in ihren einander zugewandten Bereichen zumindest abschnittsweise miteinander korrespondierend ausgestaltet. In den zumindest abschnittsweise korrespondierend ausgestalteten Bereichen kann beispielsweise eine Verbindung zwischen Gehäuseadapter und Prozessadapter erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Gehäuseadapter mittels einer radialen Schweißung mit dem Prozessadapter verbunden, wobei die radiale Schweißung jeweils im Bereich einer Außenwandung des Gehäuseadapters und des Prozessadapters angeordnet ist.
In einer Weiterbildung ist der Gehäuseadapter mittels einer axialen Schweißung mit dem Prozessadapter verbunden, wobei die axiale Schweißung quer durch einen Endabschnitt der zweiten Druckübertragungsleitung führt, ohne die zweite Druckübertragungsleitung zu verschließen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der nachfolgenden Figuren Fig. 1-2 näher erläutert werden. Sie zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Relativdruckmessaufnehmers.
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Relativdruckmessaufnehmers.
In Fig. 1 ist eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Relativdruckmessaufnehmers 1 schematisch dargestellt. Der Relativdruckmessaufnehmer 1 umfasst zwei Module: das prozessseitig angeordnete Prozessadapter 3 mit einem Grundkörper 4 und den prozessabgewandten Gehäuseadapter 10 mit einem Basiskörper 11. In ihren einander zugewandten Bereichen sind der Gehäuseadapter 10 und der Prozessadapter 3 zumindest abschnittsweise korrespondierend ausgestaltet. Der Gehäuseadapter 10 ist gasdicht mit den Prozessadapter 3 verbunden, beispielsweise mittels einer radialen Schweißung 15, welche im Bereich einer Außenwandung 10a des Gehäuseadapters 10 und einer Außenwandung 3a des Prozessadapters angeordnet ist. Umgebungsluft kann somit nur über die zweite Druckübertragungsleitung 7b in den Relativdruckmessaufnehmer 1 eintreten.
Im dem Medium 2 zugewandten Endbereich 5 des Grundkörpers 4 ist eine druckempfindliche Prozessmembran 6 angeordnet, welche mit dem ersten Druck p1 des Mediums 2 beaufschlagt ist. Eine im Grundkörper 4 vorgesehene erste Druckübertragungsleitung 7a ist dazu ausgestaltet, den ersten Druck p1 des Mediums 2 von der Prozessmembran 6 zu einem in einer Ausnehmung 8 des Grundkörpers 4 angeordneten Drucksensor 9 zu führen und eine erste Fläche 9a des Drucksensor 9 mit dem ersten Druck p1 zu beaufschlagen. Eine zweite Fläche 9b des Drucksensors 9 ist mit einem Referenzdruck p2 aus der Umgebung des Relativdruckmessaufnehmers 1 beaufschlagt und ist gegenüber der ersten Fläche 9a angeordnet.
Der Basiskörper 11 weist dementsprechend eine zweite Druckübertragungsleitung 7b auf, welche dazu ausgestaltet ist, den Referenzdruck p1 aus der Umgebung des Relativdruckmessaufnehmers 1 der zweiten Fläche 9b des Drucksensor 9 zuzuführen. Der Basiskörper 11 ist mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt. Beispielsweise kann mittels des 3D-Druckverfahrens die zweite Druckübertragungsleitung 7b in Form einer gewundenen oder spiralförmigen Leitung 13 ausgestaltet sein. Die beispielhaft gezeigte spiralförmige Leitung 13 ist mit einer Vielzahl an Windungen ausgestaltet, welche zumindest teilweise axial und radial zueinander angeordnet sind. Insbesondere verläuft die zweite Druckübertragungsleitung 7b bis zu 90%, insbesondere bis zu 95%, insbesondere bis zu 99%, ihrer Länge durch den Basiskörper.
Der Einsatz des 3D-Druckverfahrens zur Herstellung des Basiskörpers 11 erlaubt es auch, eine sehr lange zweite Druckübertragungsleitung 7b mit einem geringen Durchmesser zu erzeugen. Beispielsweise kann die Länge der zweiten Druckübertragungsleitung 7b mehr als 3 m, insbesondere mehr als 5 m, insbesondere mehr als 7 m, betragen. Der Durchmesser der zweiten Druckübertragungsleitung 7b kann zwischen 0,5 und 1 ,5 mm, insbesondere zwischen 0,8 und 1 ,0 mm, betragen. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser kann daher sehr hoch werden, was den Eintrag von Feuchtigkeit in den Relativdruckmessaufnehmer 1 reduziert. Bei einer Länge von etwa 7 m und einem Durchmesser von etwa 0,8 mm wird ein Länge zu Durchmesser- Verhältnis von etwa 8800 erhalten.
Um die erste Druckübertragungsleitung 7a von der zweiten Druckübertragungsleitung 7b zu trennen, ist eine optionale axiale Schweißung 16 vorgesehen, welche den Gehäuseadapter 10 mit dem Prozessadapter 3 verbindet. Die axiale Schweißung 16 führt quer durch einen Endabschnitt 17 des zweiten Druckübertragungsleitung 7b, ohne die zweite Druckübertragungsleitung 7b zu verschließen. Die axiale Schweißung 16 ist dabei zwischen dem Basiskörper 11 und einem optionalen Durchführungselement 18 angeordnet. Das Durchführungselement 18 ist elektrisch isolierend ausgestaltet und sorgt für eine elektrische Kontaktierung des Drucksensor 9. Im Bereich des Durchführungselements 18 ist beispielsweise eine (nicht gezeigte) Elektronikeinheit angeordnet. Zusätzlich kann ein Ausrichtungselement 19 vorgesehen sein, welches dazu ausgestaltet ist, eine vorgegebene Ausrichtung des Durchführungselements 18 relativ zum Basiskörper 11 einzustellen.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Relativdruckmessaufnehmers 1 gezeigt, welcher ein optionales feuchteadsorbierendes Material 14 in oder an einem Abschnitt des Basiskörpers 11 aufweist. Im Fall von Fig. 2 ist das feuchteadsorbierende Material 14 an bzw. benachbart zu einem Abschnitt bzw. einem Endabschnitt des Basiskörpers 11 angeordnet. Das feuchteadsorbierende Material 14 kann auch in dem Basiskörper 11 angeordnet sein. Die zweite Druckübertragungsleitung 7b führt zumindest abschnittsweise am feuchteadsorbierendes Material 14 vorbei.
Im Beispiel der Fig. 2 ist das feuchteadsorbierende Material in Form eines Rings ausgestaltet. Das feuchteadsorbierende Material ist beispielsweise in einem dem Drucksensor 9 zugewandten Endabschnitt 17 der zweiten Druckübertragungsleitung 7b angeordnet. Ist das feuchteadsorbierende Material 14 in der Nähe des Eingangsbereichs der zweiten Druckübertragungsleitung 7b angeordnet, also in einem der Umgebung benachbarten Bereich des zweiten Druckübertragungsleitung 7b, kann das feuchteadsorbierende Material 14 unter Umständen schnell mit Feuchtigkeit gesättigt sein, da es der Umgebungsluft permanent Feuchtigkeit entzieht. Ist das feuchteadsorbierende Material in einem Abschnitt der zweiten Druckübertragungsleitung 7b angeordnet, in dem aufgrund der Länge und des Durchmessers der zweiten Druckübertragungsleitung 7b nur wenig Feuchtigkeit eindringt, wird das feuchteadsorbierende Material 14 erst sehr viel später gesättigt sein. Auf diese Weise kann die Wirkdauer des feuchteadsorbierenden Materials 14 deutlich verlängert werden. Das feuchteadsorbierende Material 14 ist beispielsweise ein Formkörper, welcher Zeolith und eine Polymermatrix umfasst.
Bezugszeichenliste
1 Relativdruckmessaufnehmer
2 Medium
3 Prozessadapter
3a Außenwandung des Prozessadapters
4 Grundkörper
5 Endbereich des Grundkörpers
6 Prozessmembran
7a erste Druckübertragungsleitung
7b zweite Druckübertragungsleitung
8 Ausnehmung
9 Drucksensor
9a erste Fläche
9b zweite Fläche
10 Gehäuseadapter
10a Außenwandung des Gehäuseadapters
11 Basiskörper
13 spiralförmige Leitung
14 feuchteadsorbierendes Material
15 radiale Schweißung
16 axiale Schweißung
17 Endabschnitt der zweiten Druckübertragungsleitung
18 Durchführungselement
19 Ausrichtungselement

Claims

Patentansprüche Relativdruckmessaufnehmer (1 ) zur Bestimmung eines ersten Drucks (p1 ) eines Mediums (2), mit
- einem Prozessadapter (3) mit einem Grundkörper (4), o wobei in einem dem Medium (2) zugewandten Endbereich (5) des Grundkörpers (4) eine druckempfindliche Prozessmembran (6) vorgesehen ist, o wobei der Grundkörper (4) eine erste Druckübertragungsleitung (7a) aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, den ersten Druck (p1 ) des Mediums (2) von der Prozessmembran (6) zu einem in einer Ausnehmung (8) des Grundkörpers (4) angeordneten Drucksensor (9) zu führen und eine erste Fläche (9a) des Drucksensors (9) mit dem ersten Druck (p1 ) des Mediums (2) zu beaufschlagen, und
- einem Gehäuseadapter (10) mit einem Basiskörper (11 ), o wobei der Basiskörper (11 ) mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist, o wobei der Basiskörper (11 ) eine zweite Druckübertragungsleitung (7b) aufweist, welche dazu ausgestaltet ist, einen Referenzdruck (p2) aus einer Umgebung des Relativdruckmessaufnehmers (1 ) zum Drucksensor (9) zu führen und eine der ersten Fläche (9a) gegenüberliegenden, zweiten Fläche (9b) des Drucksensors (9) mit dem Referenzdruck (p2) zu beaufschlagen, o wobei der Gehäuseadapter (10) gasdicht mit dem Prozessadapter (3) verbunden ist. Relativdruckmessaufnehmer nach Anspruch 1 , wobei die zweite Druckübertragungsleitung (7b) als eine gewundene Leitung ausgestaltet ist. Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1- 2, wobei die zweite Druckübertragungsleitung (7b) als spiralförmige Leitung (13) ausgestaltet ist. Relativdruckmessaufnehmer nach Anspruch 3, wobei die spiralförmige Leitung (13) mit einer Vielzahl an Windungen ausgestaltet ist, welche zumindest teilweise axial und radial zueinander angeordnet sind. Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-
4, wobei die Länge der zweiten Druckübertragungsleitung (7b) mehr als 3 m, insbesondere mehr als 5 m, insbesondere mehr als 7 m, beträgt. Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-
5, wobei der Durchmesser der zweiten Druckübertragungsleitung (7b) zwischen 0,5 und 1 ,5 mm beträgt. Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-
6, wobei der Durchmesser der zweiten Druckübertragungsleitung (7b) zwischen 0,8 und 1 ,0 mm beträgt. Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1-
7, wobei in oder an einem Abschnitt des Basiskörpers (11 ) ein feuchteadsorbierendes Material (14) angeordnet ist, wobei die zweite Druckübertragungsleitung (7b) zumindest abschnittsweise am feuchteadsorbierenden Material (14) vorbeiführt. Relativdruckmessaufnehmer nach Anspruch 8, wobei das feuchteadsorbierende Material (14) in Form eines Ringes ausgestaltet ist. 14 Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 8-
9, wobei das feuchteadsorbierende Material (14) ein Formkörper ist, welcher eine Polymermatrix und Zeolith aufweist. Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 -
10, wobei der Gehäuseadapter (10) und der Prozessadapter (3) in ihren einander zugewandten Bereichen zumindest abschnittsweise miteinander korrespondierend ausgestaltet sind. Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 -
11 , wobei der Gehäuseadapter (10) mittels einer radialen Schweißung (15) mit dem Prozessadapter (3) verbunden ist, wobei die radiale Schweißung (15) jeweils im Bereich einer Außenwandung (10a) des Gehäuseadapters (10) und einer Außenwandung (3a) des Prozessadapters (3) angeordnet ist. Relativdruckmessaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 -
12, wobei der Gehäuseadapter (10) mittels einer axialen Schweißung (16) mit dem Prozessadapter (3) verbunden ist, wobei die axiale Schweißung (16) quer durch einen Endabschnitt (17) der zweiten Druckübertragungsleitung (7b) führt, ohne die zweite Druckübertragungsleitung (7b) zu verschließen.
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