WO2024028237A1 - Druckmessgerät zum einsatz in einer explosionsgefährdeten umgebung - Google Patents

Druckmessgerät zum einsatz in einer explosionsgefährdeten umgebung Download PDF

Info

Publication number
WO2024028237A1
WO2024028237A1 PCT/EP2023/071072 EP2023071072W WO2024028237A1 WO 2024028237 A1 WO2024028237 A1 WO 2024028237A1 EP 2023071072 W EP2023071072 W EP 2023071072W WO 2024028237 A1 WO2024028237 A1 WO 2024028237A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure measuring
zone
measuring cell
measuring device
pressure
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/071072
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias KUNA
Rolf Müller
Werner Hoch
Original Assignee
Ifm Electronic Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ifm Electronic Gmbh filed Critical Ifm Electronic Gmbh
Publication of WO2024028237A1 publication Critical patent/WO2024028237A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • 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
    • G01L19/0663—Flame protection; Flame barriers
    • 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
    • G01L19/08—Means for indicating or recording, e.g. for remote indication
    • G01L19/086—Means for indicating or recording, e.g. for remote indication for remote indication
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance

Definitions

  • Pressure measuring device for use in an explosive environment
  • the invention relates to a pressure measuring device for detecting the pressure of a medium within a container or a pipeline in an explosive environment.
  • Pressure measuring devices or pressure sensors are used in many industrial areas to measure pressure. They essentially consist of a process connection and a housing.
  • the process connection is used to connect the measuring device to the container containing the medium to be measured and to use a pressure measuring cell as a transducer for the process pressure, e.g. B. a piezoresistive or capacitive measuring cell.
  • the housing contains evaluation electronics for signal processing and has a plug connection through which the measuring device is supplied with energy and through which the measurement signals generated can be tapped for further processing in a higher-level control unit, for example in a PLC.
  • Capacitive measuring cells consist of a compact unit with a ceramic base body and a membrane, with a spacer ring, for example designed as a glass solder ring, being arranged between the base body and the membrane.
  • a spacer ring for example designed as a glass solder ring
  • the resulting cavity between the base body and the membrane enables the membrane to move longitudinally as a result of the influence of pressure.
  • Electrodes are provided on the underside of the membrane and on the opposite top of the base body, which together form a measuring capacitor. The effect of pressure causes the membrane to deform, which results in a change in the capacity of the measuring capacitor.
  • the measuring device is in contact with the critical danger area on the one hand and, on the other hand, there are also parts of the measuring device outside the critical zone. This means that at least one transition from one zone to another takes place within the measuring device itself. This requires constructive measures through which this separation is implemented in accordance with the guidelines.
  • the energy required to operate the pressure measuring cell and an electrical signal representing the detected pressure are transmitted via lines.
  • an electrical signal representing the detected pressure i.e. a voltage signal, current signal or modulated signal.
  • the object of the invention is to propose a pressure measuring device in which zone separation and thus a guideline-compliant demarcation from a danger area can be achieved in a simple manner.
  • the invention is based on a pressure measuring device with a pressure measuring cell which is arranged in a process connection.
  • the pressure measuring cell is preferably designed as a capacitive pressure measuring cell, which is made of a ceramic material and consists of a base body and a membrane.
  • the invention also includes piezoresistive pressure measuring cells.
  • the pressure measuring cell is axially clamped in the process connection between a holding element arranged on the process side and a support element resting on the base body.
  • the holding element is here as a circumferential, inwardly directed metallic sealing web, which preferably has resilient properties, while the support element is preferably designed as a threaded ring.
  • a sealing element is advantageously arranged between the inwardly projecting region of the holding element and the pressure measuring cell or the membrane in order to prevent the measuring medium from penetrating into the interior of the measuring device.
  • Zone 0 defines an area in which a dangerous, explosive atmosphere as a mixture of air and flammable gases, vapors or mists is present constantly, over long periods of time or frequently
  • Zone 1 is an area in which a dangerous atmosphere occasionally occurs during normal operation
  • An explosive atmosphere can form as a mixture of air and flammable gases, vapors or mists.
  • the energy for operating the pressure measuring cell and the electrical signal representing the pressure detected by the pressure measuring cell are transmitted via means for inductive energy transmission, which have at least two coils and are arranged on the partition.
  • This measure makes it possible, despite the partition for zone separation, to transmit energy for operating the pressure measuring cell and an electrical signal representing the pressure detected by the pressure measuring cell, i.e. a voltage signal, current signal or modulated signal, from one zone to the other within the measuring device housing , without having to route electrical cables through the partition wall tightly and in accordance with guidelines.
  • the partition is made of metal.
  • the poor efficiency which is often perceived as a disadvantage, is advantageous in the case of inductive signal or energy transmission through a metal wall because otherwise corresponding limiting elements such as throttles or the like are necessary in accordance with the guidelines would be.
  • the partition is formed by the already existing threaded ring, which axially clamps the pressure measuring cell together with the holding element arranged on the process side.
  • the partition has an external thread and is screwed into a corresponding internal thread which is arranged on the inside of the housing, and that the air passage provided for the purpose of measuring relative pressure is at least partially through a ventilation channel in the base body Pressure measuring cell and runs over the threaded connection formed between the partition and the inside of the housing.
  • ATEX guidelines also require this air passage in the area of the zone transition to be flameproof, which results from a special ratio of diameter to length of a corresponding duct or the like. This requirement is then met in a simple manner, since the course of the air passage through the threaded connection provides the necessary length with a comparatively small diameter.
  • the advantage of the invention is therefore that despite a zone separation that complies with the guidelines and without having to take further constructive measures, electrical energy and signal transmission is possible.
  • Figure 1 shows a pressure measuring device according to the invention
  • Figure 2 shows a longitudinal section through the process connection of a first exemplary embodiment of the pressure measuring device according to the invention
  • Figure 3 shows a longitudinal section through the process connection of a second exemplary embodiment of the pressure measuring device according to the invention.
  • the same reference numbers designate the same or comparable components.
  • a pressure measuring device 1 is shown in a perspective view from the outside.
  • a housing 4 is placed on a process connection 2.
  • the pressure measuring device 1 is connected to a container containing the medium to be measured, i.e. a pipeline, a tank or the like.
  • This connection is usually made using a flange molded onto the container or a corresponding adapter.
  • On the housing 4 there is a display and operating unit through which the measurement results are displayed and various settings can be made by the operating personnel, such as setting a switching point or displaying the measured values in different units of measurement.
  • the invention also includes so-called transmitter devices, which do not have any display or operating unit and only output an analog voltage or current signal corresponding to the measurement result, which is evaluated in a higher-level control unit.
  • a plug connection 8 is arranged on the side of the housing 4, via which the pressure measuring device 1 is supplied with energy and, acting as an electronic interface, makes the generated measurement signals available for further processing by the control unit mentioned, for example a PLC. Furthermore, a vent opening 6c is arranged on the side of the housing 4, through which a pressure equalization between the pressure measuring cell 3 and the environment is achieved for the purpose of relative pressure measurement.
  • the housing 4 is placed directly on the process connection 2 and is preferably welded together.
  • the core element of the pressure measuring device 1 is a capacitive pressure measuring cell 3 with a membrane 3a and base body 3b.
  • the functionality of such pressure measuring cells is well known and therefore requires no further explanation.
  • the pressure measuring cell 3 rests with its membrane 3a on a circumferential holding element 10 designed as a sealing web.
  • On the opposite side of the pressure measuring cell 3 is supported screwed-in threaded ring 5a on the base body 3b, so that the pressure measuring cell 3 is axially firmly clamped between the threaded ring 5a and the sealing web 10.
  • the threaded ring 5a advantageously does not lie completely on the base body 3b, but rather has corresponding recesses so that it is only supported on the base body 3b in areas spaced apart from one another.
  • a sealing element 20 is arranged between the inwardly projecting region of the holding element 10 and the pressure measuring cell 3 or the membrane 3a. The measurement signals from the pressure measuring cell 3 are transmitted via an electrical line (not shown) to an electronic unit arranged in the housing 4 of the measuring device 1 and are further prepared and processed there.
  • the base body 3b of the pressure measuring cell 3 has a ventilation channel 6a, so that the interior space between the membrane 3a and the base body 3b has a connection to the interior of the measuring device housing 4 via this ventilation channel 6a. Since the interior of the measuring device housing 4 is connected to the environment via the ventilation opening 6c shown in FIG. 1, a relative pressure measurement is therefore possible.
  • ATEX ATEX guidelines
  • An essential part of these guidelines is the definition of zones within the measuring device 1 that identify different danger areas and a strict and defined demarcation of these zones from one another.
  • This zone separation is realized in the first exemplary embodiment shown in FIG. 2 by a partition 5.
  • the zone 0 present on the process side in which a dangerous, explosive atmosphere as a mixture of air and flammable gases, vapors or mists is present constantly, over long periods of time or frequently, is separated from the zone 1 present in the rear space of the pressure measuring device 1.
  • the air passage runs from the ventilation channel 6a in the pressure measuring cell 3 via the between the partition 5 and the Threaded connection 6b formed on the inside of the housing to the ventilation opening 6c.
  • the threaded connection 6b can easily be used to create the length-diameter ratio required by the guidelines, so that the air passage at the border between the two zones has the required flame transmission safety.
  • inductive energy transmission in the form of two coils 7 are indicated in the middle of the partition 5. This makes it possible to transmit energy for operating the pressure measuring cell 3 and an electrical signal representing the pressure detected by the pressure measuring cell 3, i.e. a voltage signal, current signal or modulated signal, from one zone to the other, without electrical lines being sealed and in compliance with guidelines having to go through the partition.
  • the partition 5 is made of metal, which results in poor efficiency in the inductive signal or energy transmission through the metal wall 5, which is initially perceived as a disadvantage.
  • the invention takes advantage of this poor efficiency, since corresponding limiting elements such as throttles or the like can be dispensed with.
  • the second exemplary embodiment of the invention which is shown in FIG. 3, essentially corresponds to that of FIG. 2, so that reference is made to the comments on FIG. 2 to avoid repetition.
  • the difference is that a separate partition wall was omitted here and instead the threaded ring 5a, which is already present due to the axial clamping of the pressure measuring cell 3, is designed in such a way that it functions as a partition wall 5 and creates the required zone separation. Accordingly, the air then passes through the threaded connection 6b formed between the threaded ring 5a and the inside of the housing to the ventilation opening 6c.
  • a connection between the ventilation channel 6a and the Threaded connection 6b is provided by the previously mentioned recesses on the threaded ring 5a.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckmessgerät (1) zur Erfassung des Drucks eines Mediums innerhalb eines Behälters oder einer Rohrleitung in einer explosionsgefährdeten Umgebung, mit einer eine Membran (3a) umfassende Druckmesszelle (3), einem die Druckmesszelle (3) aufnehmenden Prozessanschluss (2), einem auf dem Prozessanschluss (2) aufgesetzten Gehäuse (4) zur Aufnahme von Mitteln zur elektronischen Signalverarbeitung, wobei im Inneren des Gehäuses (4) eine zur Längsachse des Druckmessgeräts senkrecht verlaufende metallische Trennwand (5, 5a) angeordnet ist, durch die der Gehäuseinnenraum in zwei Bereiche unterteilt ist und dabei eine dem Prozess zugewandte ersten Zone von einer zweiten Zone im Sinne der ATEX-Richtlinien abgetrennt ist, wobei an der Trennwand Mittel zur induktiven Energie- und Signalübertragung (7) angeordnet sind, die zumindest zwei Spulen aufweisen und dazu geeignet sind, durch die Trennwand hindurch Energie zum Betreiben der Druckmesszelle (3) und ein von der Druckmesszelle (3) erfassten Druck als elektrisches Signal zu übertragen.

Description

Druckmessgerät zum Einsatz in einer explosionsgefährdeten Umgebung
Die Erfindung betrifft ein Druckmessgerät zur Erfassung des Drucks eines Mediums innerhalb eines Behälters oder einer Rohrleitung in einer explosionsgefährdeten Umgebung.
Druckmessgeräte bzw. Drucksensoren werden in vielen Industriebereichen zur Druckmessung eingesetzt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Prozessanschluss und einem Gehäuse. Der Prozessanschluss dient dazu, das Messgerät mit dem das zu messende Medium beinhaltenden Behälter zu verbinden und eine Druckmesszelle als Messwandler für den Prozessdruck, z. B. eine piezoresistive oder kapazitive Messzelle, aufzunehmen. Das Gehäuse enthält eine Auswerteelektronik zur Signalverarbeitung und weist einen Steckeranschluss auf, über den das Messgerät mit Energie versorgt wird und über den die erzeugten Messsignale zur weiteren Verarbeitung in einer übergeordneten Steuereinheit, bspw. in einer SPS, abgegriffen werden können.
Kapazitive Messzellen bestehen aus einer kompakten Einheit mit einem keramischen Grundkörper und einer Membran, wobei zwischen dem Grundkörper und der Membran ein Abstandsring, bspw. als Glaslotring ausgeführt, angeordnet ist. Der sich dadurch ergebende Hohlraum zwischen Grundkörper und Membran ermöglicht die längsgerichtete Beweglichkeit der Membran infolge eines Druckeinflusses. An der Unterseite der Membran und an der gegenüberliegenden Oberseite des Grundkörpers sind jeweils Elektroden vorgesehen, die zusammen einen Messkondensator bilden. Durch Druckeinwirkung kommt es zu einer Verformung der Membran, was eine Kapazitätsänderung des Messkondensators zur Folge hat.
Besondere Anforderungen werden an Druckmessgeräte gestellt, die für den Einsatz in einer explosionsgefährdeten Umgebung vorgesehen sind. Hierfür sind unter der Bezeichnung ATEX - abgeleitet aus der französischen Bezeichnung für explosionsfähige Atmosphären: ATmospheres Explosibles - Richtlinien erlassen worden, die das Inverkehrbringen explosionsgeschützter elektrischer und mechanischer Geräte, Komponenten und Schutzsysteme regeln. Ein Beispiel für ein entsprechendes Druckmessgerät offenbart die EP 2913651 B1. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Richtlinien ist das Definieren von Zonen, durch bestimmte Gefahrenbereiche definiert sind. Daraus leitet sich dann eine strikte und definierte Abgrenzung zwischen den einzelnen Zonen ab, d.h. wenn mit einem eingangs genannten Druckmessgerät ein Druck innerhalb einer explosionsgefährdeten Umgebung gemessen werden soll, hat das Messgerät einerseits Berührung mit dem kritischen Gefahrenbereich und andererseits befinden sich aber auch Teile des Messgeräts außerhalb der kritischen Zone. D.h. innerhalb des Messgeräts selbst erfolgt wenigstens ein Übergang von einer Zone zu einer anderen. Dafür braucht es konstruktive Maßnahmen, durch die diese Trennung den Richtlinien entsprechend realisiert wird.
Standardmäßig wird die zum Betreiben der Druckmesszelle benötigte Energie und ein den erfassten Druck repräsentierendes elektrisches Signal, d.h. ein Spannungssignal, Stromsignal oder moduliertes Signal, über Leitungen übertragen. Aus der DE 102010 040 866 A1 ist eine Energieübertragung über einen Distanzbereich zwischen einer Sende- und Empfangsantenne bekannt, wobei der Distanzbereich mit einem dielektrischen Medium wie Kunststoff, Glas, Keramik oder Luft gefüllt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druckmessgerät vorzuschlagen, bei dem auf einfache Weise eine Zonentrennung und damit eine Richtlinien-konforme Abgrenzung zu einem Gefahrenbereich realisiert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Druckmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von einem Druckmessgerät mit einer Druckmesszelle aus, die in einem Prozessanschluss angeordnet ist. Die Druckmesszelle ist bevorzugt als kapazitive Druckmesszelle ausgebildet, die aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist und aus einem Grundkörper und einer Membran besteht. Neben kapazitiven Druckmesszellen umfasst die Erfindung auch piezoresistive Druckmesszellen.
Vorzugsweise wird die Druckmesszelle in dem Prozessanschluss zwischen einem prozessseitig angeordneten Halteelement und einem auf dem Grundkörper aufliegenden Stützelement axial eingespannt. Das Halteelement ist dabei als ein umlaufender, nach innen gerichteter metallischer Dichtsteg ausgeführt, welcher vorzugsweise federelastische Eigenschaften aufweist, während das Stützelement vorzugsweise als Gewindering ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist zwischen dem nach innen ragendem Bereich des Haltelements und der Druckmesszelle bzw. der Membran ein Dichtelement angeordnet ist, um ein Eindringen des Messmediums in den Innenraum des Messgeräts zu verhindern.
Kem der Erfindung ist die Erkenntnis, dass die gemäß der ATEX-Richtlinien notwendige Zonentrennung, insbesondere zwischen der Zone 0 und der Zone 1 , durch eine Trennwand innerhalb des Messgerätegehäuses realisiert wird. Dabei ist mit Zone 0 ein Bereich definiert, in dem gefährliche explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist, und mit Zone 1 ein Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln bilden kann.
Um Durchbohrungen oder dergleichen durch die Trennwand zu vermeiden, erfolgt die Übertragung der Energie zum Betreiben der Druckmesszelle und das den von der Druckmesszelle erfassten Druck repräsentierende elektrische Signal über Mittel zur induktiven Energieübertragung, die zumindest zwei Spulen aufweisen und an der Trennwand angeordnet sind. Durch diese Maßnahme ist es möglich, innerhalb des Messgerätegehäuses trotz der Trennwand für die Zonentrennung Energie zum Betreiben der Druckmesszelle und ein den von der Druckmesszelle erfassten Druck repräsentierendes elektrisches Signal, d.h. ein Spannungssignal, Stromsignal oder moduliertes Signal, von einer Zone in die andere zu übertragen, ohne elektrische Leitungen dicht und Richtlinien-konform durch die Trennwand führen zu müssen.
Entscheidend ist nunmehr noch, dass die Trennwand aus Metall ausgeführt ist. Neben der guten Herstellbarkeit und der mechanischen Stabilität besteht ein weiterer Vorteil darin, dass der häufig als Nachteil empfundene schlechte Wirkungsgrad bei einer induktiven Signal- bzw. Energieübertragung durch eine Metallwand hindurch vorliegend vorteilhaft ist, weil ansonsten Richtlinien-konform entsprechende Begrenzungselemente wie Drosseln der dergleichen notwendig wären. In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennwand durch den ohnehin vorhandenen Gewindering gebildet wird, der die Druckmesszelle zusammen mit dem prozessseitig angeordneten Halteelement axial eingespannt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennwand ein Außengewinde aufweist und in ein entsprechendes Innengewinde eingeschraubt ist, das an der Innenseite des Gehäuses angeordnet ist, und dass der zum Zwecke einer Relativdruckmessung vorgesehene Luftdurchgang zumindest teilweise durch einen Entlüftungskanal im Grundkörper der Druckmesszelle und über die zwischen der Trennwand und der Gehäuseinnenseite gebildete Gewindeverbindung verläuft. Dadurch ist dann der eingeschlossene Freiraum zwischen Grundkörper und Membran der Druckmesszelle über den Innenraum des Messgerätegehäuses, der besagten Gewindeverbindung bis zur Entlüftungsöffnung an der Außenseite des Gehäuses mit der Atmosphäre verbunden.
Neben der Zonentrennung fordern die ATEX-Richtlinien auch, diesen Luftdurchgang im Bereich des Zonenübergangs flammendurchschlagsicher auszuführen, was sich durch ein spezielles Verhältnis von Durchmesser zu Länge eines entsprechenden Kanales oder dergleichen ergibt. Diese Forderung wird dann auf einfache Weise erfüllt, da mit dem Verlauf des Luftdurchgangs durch die Gewindeverbindung die notwendige Länge bei vergleichsweise kleinem Durchmesser gegeben ist.
Somit besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass trotz einer Richtlinien-konforme Zonentrennung und ohne weitere konstruktive Maßnahmen ergreifen zu müssen einen elektrische Energie- und Signalübertragung möglich ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Druckmessgerät,
Figur 2 einen Längsschnitt durch den Prozessanschluss eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckmessgeräts und
Figur 3 einen Längsschnitt durch den Prozessanschluss eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckmessgeräts. Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Druckmessgerät 1 in einer perspektivischen Ansicht von außen dargestellt. Auf einem Prozessanschluss 2 ist ein Gehäuse 4 aufgesetzt. Über den Prozessanschluss 2 wird das Druckmessgerät 1 mit einem das zu messende Medium beinhaltenden Behälter, d.h. einer Rohrleitung, einem Tank oder dergleichen, verbunden. Zumeist erfolgt diese Verbindung mittels eines an den Behälter angeformten Flansches oder eines entsprechenden Adapters. Auf dem Gehäuse 4 befindet sich eine Anzeige- und Bedieneinheit, über die die Messergebnisse angezeigt werden und diverse Einstellungen durch das Bedienpersonal vorgenommen werden können, wie bspw. Festlegung eines Schaltpunkts oder Anzeige der Messwerte in verschiedenen Maßeinheiten. Ebenfalls von der Erfindung mit umfasst sind jedoch auch sogenannte Transmittergeräte, die keinerlei Anzeige- oder Bedieneinheit aufweisen und lediglich ein dem Messergebnis entsprechendes analoges Spannungs- oder Stromsignal ausgeben, das in einer übergeordneten Steuereinheit ausgewertet wird.
Seitlich am Gehäuse 4 ist ein Steckeranschluss 8 angeordnet, über den das Druckmessgerät 1 mit Energie versorgt wird und der als elektronische Schnittstelle fungierend die erzeugten Messsignale zur weiteren Verarbeitung der genannten Steuereinheit, bspw. einer SPS, zur Verfügung stellt. Weiterhin ist seitlich am Gehäuse 4 eine Entlüftungsöffnung 6c angeordnet, durch die zum Zwecke einer Relativdruckmessung ein Druckausgleich zwischen der Druckmesszelle 3 und der Umgebung erreicht wird.
In Figur 2 ist ein Längsschnitt durch den Prozessanschluss 2 eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckmessgeräts 1 dargestellt. Auf dem Prozessanschluss 2 ist unmittelbar das Gehäuse 4 aufgesetzt und vorzugsweise miteinander verschweißt. Kemelelement des Druckmessgeräts 1 ist eine kapazitive Druckmesszelle 3 mit Membran 3a und Grundkörper 3b. Die Funktionsweise derartiger Druckmesszellen ist hinlänglich bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterungen. Die Druckmesszelle 3 liegt prozessseitig mit ihrer Membran 3a auf einem als Dichtsteg ausgebildeten umlaufenden Halteelement 10 auf. Auf der entgegengesetzten Seite der Druckmesszelle 3 stützt sich ein eingeschraubter Gewindering 5a auf dem Grundkörper 3b ab, so dass die Druckmesszelle 3 axial fest zwischen dem Gewindering 5a und dem Dichtsteg 10 eingespannt ist. Der Gewindering 5a liegt dabei vorteilhafterweise nicht vollumfänglich auf dem Grundkörper 3b auf, sondern er weist entsprechende Aussparungen auf, so dass er sich nur in voneinander beabstandeten Bereichen auf dem Grundkörper 3b abstützt. Um ein Eindringen des Messmediums in den Innenraum des Gehäuses 4 zu verhindern, ist zwischen dem nach innen ragendem Bereich des Haltelements 10 und der Druckmesszelle 3 bzw. der Membran 3a ein Dichtelement 20 angeordnet. Die Messsignale der Druckmesszelle 3 werden über eine nicht weiter gezeigte elektrische Leitung an eine im Gehäuse 4 des Messgeräts 1 angeordnete Elektronikeinheit übertragen und werden dort weiter aufbereitet und verarbeitet.
Um den bereits erwähnten Druckausgleich zwischen der Druckmesszelle 3 und der Umgebung zu erreichen, weist der Grundkörper 3b der Druckmesszelle 3 einen Entlüftungskanal 6a auf, so dass der Innenraum zwischen Membran 3a und Grundkörper 3b über diesen Entlüftungskanal 6a Verbindung mit dem Innenraum des Messgerätegehäuses 4 hat. Da der Innenraum des Messgerätegehäuses 4 über die in Fig. 1 gezeigte Entlüftungsöffnung 6c mit der Umgebung verbunden ist, ist somit eine Relativdruckmessung möglich.
Für den Einsatz des Messgeräts 1 in einer explosionsgefährdeten Umgebung sind nach den hierfür einschlägigen ATEX-Richtlinien einige bauliche Vorkehrungen zu treffen. Wesentlicher Teil dieser Richtlinien ist das Definieren von unterschiedliche Gefahrenbereiche kennzeichnenden Zonen innerhalb des Messgeräts 1 und eine strikte und definierte Abgrenzung dieser Zonen zueinander. Diese Zonentrennung wird in dem in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel durch eine Trennwand 5 realisiert. Durch diese Trennwand 5 wird nun die prozessseitig vorliegende Zone 0, in der gefährliche explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist, von der im rückwärtigen Raum des Druckmessgeräts 1 vorliegende Zone 1 , in der sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln bilden kann, getrennt. Da aber eine hermetische Abtrennung dieser beiden Zonen aufgrund des erwähnten Bedarfs eines Druckausgleichs nicht möglich ist und eine einfache Richtlinienkonforme Durchgangsbohrung durch die Trennwand 5 hindurch zu aufwendig ist, verläuft der Luftdurchgang von dem Entlüftungskanal 6a in der Druckmesszelle 3 über die zwischen der Trennwand 5 und der Gehäuseinnenseite gebildete Gewindeverbindung 6b zu der Entlüftungsöffnung 6c. Über die Gewindeverbindung 6b kann problemlos das von den Richtlinien geforderte Längen-Durchmesser- Verhältnis geschaffen werden, so dass der Luftdurchgang an der Grenze zwischen den beiden Zonen die verlangte Flammendurchschlagssicherheit aufweist.
Des Weiteren sind mittig an der Trennwand 5 Mittel zur induktiven Energieübertragung in Form von zwei Spulen 7 angedeutet. Dadurch ist es möglich, Energie zum Betreiben der Druckmesszelle 3 und ein den von der Druckmesszelle 3 erfassten Druck repräsentierendes elektrisches Signal, d.h. ein Spannungssignal, Stromsignal oder moduliertes Signal, von einer Zone in die andere zu übertragen, ohne elektrische Leitungen dicht und Richtlinien-konform durch die Trennwand führen zu müssen.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Trennwand 5 aus Metall ausgeführt ist, wodurch sich zwar ein zunächst als Nachteil empfundener schlechter Wirkungsgrad bei der induktiven Signal- bzw. Energieübertragung durch die Metallwand 5 hindurch einstellt. Die Erfindung macht sich diesen schlechten Wirkungsgrad aber zunutze, da somit auf entsprechende Begrenzungselemente wie Drosseln der dergleichen verzichtet werden kann.
Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 3 abgebildet ist, entspricht im Wesentlichen dem der Fig. 2, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu Fig. 2 verwiesen wird. Der Unterschied besteht darin, dass hier auf eine separate Trennwand verzichtet wurde und stattdessen der ohnehin wegen der axialen Einspannung der Druckmesszelle 3 vorhandene Gewindering 5a so ausgestaltet wird, dass er als Trennwand 5 fungiert und die verlangte Zonentrennung herstellt. Entsprechend erfolgt dann der Luftdurchgang über die zwischen dem Gewindering 5a und der Gehäuseinnenseite gebildete Gewindeverbindung 6b zu der Entlüftungsöffnung 6c. Eine Verbindung zwischen dem Entlüftungskanal 6a und der Gewindeverbindung 6b ist durch die zuvor erwähnten Aussparungen am Gewindering 5a gegeben.
Bezugszeichenliste
1 Druckmessgerät
2 Prozessanschluss
3 Druckmesszelle
3a Membran
3b Grundkörper
4 Gehäuse
5 Trennwand
5a Gewindering
6a Entlüftungskanal
6b Gewindeverbindung
6c Entlüftungsöffnung
7 Mittel zur induktiven Energieübertragung; Spule
8 Steckeranschluss
10 Haltelement, Dichtsteg
20 Dichtelement

Claims

Patentansprüche
1 . Druckmessgerät (1 ) zur Erfassung des Drucks eines Mediums innerhalb eines Behälters oder einer Rohrleitung in einer explosionsgefährdeten Umgebung, mit einer eine Membran (3a) umfassende Druckmesszelle (3), einem die Druckmesszelle (3) aufnehmenden Prozessanschluss (2), einem auf dem Prozessanschluss (2) aufgesetzten Gehäuse (4) zur Aufnahme von Mitteln zur elektronischen Signalverarbeitung, wobei im Inneren des Gehäuses (4) eine zur Längsachse des Druckmessgeräts (1 ) senkrecht verlaufende metallische Trennwand (5, 5a) angeordnet ist, durch die der Gehäuseinnenraum in zwei Bereiche unterteilt ist und dabei eine dem Prozess zugewandte ersten Zone von einer zweiten Zone im Sinne der ATEX-Richtlinien abgetrennt ist, wobei die Druckmesszelle (3) in der ersten Zone angeordnet ist, wobei an der Trennwand Mittel zur induktiven Energie- und Signalübertragung (7) angeordnet sind, die zumindest zwei Spulen aufweisen und dazu geeignet sind, durch die Trennwand hindurch Energie zum Betreiben der Druckmesszelle (3) und ein von der Druckmesszelle (3) erfassten Druck als elektrisches Signal zu übertragen.
2. Druckmessgerät (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Druckmesszelle (3) als kapazitive Druckmesszelle (3) ausgebildet ist und neben der Membran (3a) aus einem Grundkörper (3b) besteht.
3. Druckmessgerät (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Grundkörper (3b) einen Entlüftungskanal (6a) aufweist, durch den die Druckmesszelle (3) zum Zwecke einer Relativdruckmessung einen Druckausgleich zwischen der Druckmesszelle (3) und der Umgebung ermöglicht.
4. Druckmessgerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennwand (5, 5a) ein Außengewinde aufweist und in das ein entsprechendes Innengewinde aufweisende Gehäuse (4) eingeschraubt ist.
5. Druckmessgerät (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Trennwand (5) durch einen auf dem Grundkörper (3b) der Druckmesszelle (3) aufliegenden Gewindering (5a) gebildet wird, der in das ein entsprechendes Innengewinde aufweisende Gehäuse (4) eingeschraubt ist. Druckmessgerät (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Flammendurchschlagsicherheit des Luftdurchgangs dadurch erreicht wird, indem der Luftdurchgang zumindest teilweise durch den Entlüftungskanal (6a) im Grundkörper (3b) der Druckmesszelle (3) und über die zwischen der Trennwand und der Gehäuseinnenseite gebildete Gewindeverbindung verläuft. Druckmessgerät (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei der Prozessanschluss (2) ein Halteelement (10) umfasst, auf dem die Druckmesszelle (3) mit ihrer Membranseite (3a) in einem nach innen ragendem Bereich aufliegt, so dass die Druckmesszelle (3) im Zusammenwirken mit dem auf dem Grundkörper (3b) aufliegendem Gewindering (5a) axial eingespannt ist. Druckmessgerät (1 ) nach Anspruch 7, wobei zwischen dem nach innen ragendem Bereich des Haltelements (10) und der Druckmesszelle (3) ein Dichtelement (20) angeordnet ist, um ein Eindringen des Messmediums in den Innenraum des Gehäuses (4) zu verhindern. Druckmessgerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Zone als Zone 0 und die zweite Zone als Zone 1 oder die erste Zone als Zone 1 und die zweite Zone als Zone 2 im Sinne der ATEX- Richtlinien ausgebildet ist. Druckmessgerät (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei in den Entlüftungskanal (6a) ein Entlüftungsrohr eingeführt ist.
PCT/EP2023/071072 2022-08-03 2023-07-28 Druckmessgerät zum einsatz in einer explosionsgefährdeten umgebung WO2024028237A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022119494.9 2022-08-03
DE102022119494 2022-08-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024028237A1 true WO2024028237A1 (de) 2024-02-08

Family

ID=87551021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/071072 WO2024028237A1 (de) 2022-08-03 2023-07-28 Druckmessgerät zum einsatz in einer explosionsgefährdeten umgebung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102023120199A1 (de)
WO (1) WO2024028237A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5287746A (en) * 1992-04-14 1994-02-22 Rosemount Inc. Modular transmitter with flame arresting header
EP2108934B1 (de) * 2008-04-10 2012-02-29 Robert Bosch GmbH Kapazitiver Druckmessvorrichtung und Herstellungsverfahren dazu
EP2913651B1 (de) 2014-02-26 2018-05-16 VEGA Grieshaber KG Druckmessumformer mit Druckausgleichsvorrichtung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010040866A1 (de) 2010-09-16 2012-03-22 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5287746A (en) * 1992-04-14 1994-02-22 Rosemount Inc. Modular transmitter with flame arresting header
EP2108934B1 (de) * 2008-04-10 2012-02-29 Robert Bosch GmbH Kapazitiver Druckmessvorrichtung und Herstellungsverfahren dazu
EP2913651B1 (de) 2014-02-26 2018-05-16 VEGA Grieshaber KG Druckmessumformer mit Druckausgleichsvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102023120199A1 (de) 2024-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1169202B1 (de) Anordnung zur messung eines fluiddrucks
DE10135568A1 (de) Drucksensor
DE19811970A1 (de) Meßanzeigevorrichtung
DE102019126134B4 (de) Gasdichtemesser
EP2687823A2 (de) Vorrichtung zur Erfassung und Verarbeitung von Sensormesswerten und/oder zur Steuerung von Aktuatoren
DE102015110350A1 (de) Adapter für den Anschluss einer Übertragungsleitung an ein Feldgerät
EP2913651A1 (de) Druckmessumformer mit Druckausgleichsvorrichtung
DE102012013416A1 (de) Sensorsystem zur Bestimmung von Druck undTemperatur eines Fluids
DE102008054991A1 (de) Differenzdruckmessumformer
WO2024028237A1 (de) Druckmessgerät zum einsatz in einer explosionsgefährdeten umgebung
EP1710545A1 (de) Messaufnehmer mit Überdruckschutzvorrichtung
WO2024028236A1 (de) Druckmessgerät zum einsatz in einer explosionsgefährdeten umgebung
DE102019126381A1 (de) Hygienegerechter Adapter für Feldgerät
DE4026855C2 (de) Drucksensor
DE102023120514A1 (de) Kapazitive Druckmesszelle und Druckmessgerät mit einer solchen Druckmesszelle, insbesondere zum Einsatz in einer explosionsgefährdeten Umgebung
DE19516326C2 (de) Gerät zur Messung von Differenzdruck
DE102004044890A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums
DE102016207826A1 (de) Messgerät für die Prozess- und Automatisierungstechnik
DE102015113238A1 (de) Temperaturmessgerät zur Messung der Temperatur eines Mediums
WO2002095420A2 (de) Prozessanschluss
DE102019124083B3 (de) Absolutdruckmessgerät mit einer relativ messenden Druckmesszelle
DE102016208222B3 (de) Druckmessgerät
DE102017213894A1 (de) Messgerät zur Messung des Drucks eines Mediums in einem Behältnis und kapazitive Druckmesszelle
DE3011269A1 (de) Druck-messeinrichtung
EP0439790A2 (de) Druckaufnehmer für hydrostatische Füllstandmessung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23748788

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1