DE60018962T2

DE60018962T2 - Vorinstallation eines drucksensormoduls

Info

Publication number: DE60018962T2
Application number: DE60018962T
Authority: DE
Inventors: M. Steven BEHM; L. Richard NELSON; Robert Hedtke; Roger Frick; D. Scott NELSON; Mark Fandrey; H. Theodore SCHNAARE; L. Brian WESTFIELD; S. Mark SCHUMACHER; Weston Roper
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2020-09-23
Also published as: JP4046508B2; EP1224447A1; AU4024701A; CN1376260A; DE60018962D1; BR0014362A; US6487912B1; CN1152243C; WO2001023856A1; EP1224447B1; JP2003510597A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft industrielle Verarbeitungsanlagen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Drucksender, die zur Messung des Drucks in derartigen Anlagen verwendet werden.
Drucksender werden für gewöhnlich in einer sauberen, gesteuerten Werks- oder Werkbankumgebung eingebaut, indem ein Drucksensormodul und ein Stromrichtermodul zusammengefügt werden. Jedes der beiden Module weist ein Gehäuse mit einer Gewindeverbindung auf, an dem die elektronische Schaltkreisanordnung freiliegt und für die Verbindung mit dem anderen Modul zugänglich ist. Die beiden Gewindeverbindungen werden miteinander verschraubt und jedes der Module wird zur Bildung des fertigen Drucksenders und zum Schutz der internen elektronischen Schaltkreise durch seine Verbindung zu dem anderen Modul abgedichtet.
Vor dem Zusammenfügen der Module können die freiliegenden elektronischen Bauteile in den Sensormodulen jedoch durch Handhabung, verschütteter oder in der Luft schwebender Chemi kalien oder durch Wetterumstände beschädigt werden. Diese Beschädigungsumstände liegen häufig in einem Installationsort, wie beispielsweise einer chemischen Vearbeitungsanlage, vor. Drucksender werden daher für gewöhnlich vorher zusammengebaut, bevor sie in die Umgebung einer Verarbeitungsanlage gebracht werden. Dies bedeutet auch, dass die Stromrichtermodule fertiggestellt sein müssen, bevor das Sensormodul auf der Verarbeitungsrohrleitung installiert wird. Es stellte sich heraus, dass es in vielen Fällen erwünscht ist, das Drucksensormodul auf der Rohrleitung zu installieren und das System vor Fertigstellung der Anlage und vor der Auswahl der Stromrichterkonstruktion unter Druck zu setzen. Daher ist es erwünscht, dass ein Drucksensormodul die elektronischen Bauteile schützt, bevor ein Stromrichtermodul installiert wird.
US-A-970898 zeigt einen Drucksender mit einem flammenerstickenden den Stöpsel. WO 9634264 A offenbart einen Durcksender mit einer Hochdruckisolations-Befestigungsanordnung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung liefert ein Drucksensormodul, das Folgendes aufweist: einen Messwertaufnehmer mit einem Isolator, der so ausgelegt ist, dass er Prozessfluid aufnimmt, und mit einem Drucksensor, der mit dem Isolator gekoppelt ist; einen Schaltkreis, der an den Drucksensor gekoppelt ist und einen Bus für die Erregung, Steuerung und digitale Darstellung des Drucks bereitstellt; eine Durchführung mit Kontakten und mit einem die Kontakte umgebenden Isolator; ein den Drucksensor umgebendes Gehäuse, wobei das Gehäuse eine die Durchführung stützende Muffe mit Gewinde aufweist, sowie einen Prozessfluideinlass mit Gewinde um den Isolator herum; und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Durchführung so ausgelegt ist, dass sie sich mit einem ausgewählten externen Modul verbindet und den Bus über die Kontakte an das ausgewählte ex terne Modul koppelt, die Muffe so ausgelegt ist, dass sie das ausgewählte externe Modul stützt, und das Gehäuse einstückig gebildet ist, um den Schaltkreis und den Drucksensor luftdicht abzuschließen.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensormoduls, welches die folgenden Schritte aufweist: Bilden eines Messwertaufnehmers durch Koppeln eines Isolators, der so ausgelegt ist, dass er ein Prozessfluid aufnimmt, an einen Drucksensor; Koppeln eines Schaltkreises an den Drucksensor, wobei der Schaltkreis einen Bus für die Erregung, Steuerung und digitale Darstellung des Drucks bereitstellt; Bereitstellen einer isolierenden Durchführung mit Kontakten; und Umgeben des Drucksensors und des Schaltkreises mit einem externen Stützgefüge, Formen des Gefüges zur Bildung eines Einlasses mit Gewinde für das Prozessfluid um den Isolator, und Formen des Gefüges zur Bildung einer Muffe mit Gewinde, welche die Durchführung stützt; und dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte an den Bus koppeln, die isolierende Durchführung so ausgelegt ist, dass sie an ein Stromrichtermodul koppelt, und der Einlass mit Gewinde für das Prozessfluid einstückig mit dem externen Stützgefüge gebildet wird, welches den Drucksensor und die Schaltkreise hermetisch abdichtend oder luftdicht umgibt.
Ein Drucksensormodul weist ein hermetisch abgedichtetes oder luftdichtes Gehäuse oder ein einstückig gebildetes externes Stützgefüge auf, das einen Drucksensor und einen Schaltkreis für den Sensor umgibt und einschließt. Das Gehäuse weist einen Einlass mit Gewinde für das Prozessfluid und eine Muffe mit Gewinde auf, die so ausgelegt ist, dass sie ein Stromrichtermodul abstützt. Die Muffe stützt zudem eine Durchführung, die so ausgelegt ist, dass sie elektrische Kontakte mit dem Stromrichtermodul verbindet.
Der Isolator ist so ausgelegt, dass er Prozessfluid aufnimmt und mit dem Drucksensor verbunden ist, wobei er einen Messwertaufnehmer in dem Druckwandler bildet. Der Schaltkreis in dem Drucksensormodul koppelt an den Drucksensor und liefert einen Bus für die Erregung, Steuerung und einer digitalen Wiedergabe oder Darstellung des Drucks. Die Durchführung weist Kontakte oder Stifte auf, die mit den Leitungen des Busses gekoppelt sind, und besitzt eine die Kontakte umgebende Isolator-Trennwand.
Das Gehäuse ist vorzugsweise sowohl gegen den Isolator als auch gegen die Durchführung derart abgedichtet, dass ein Zugang zum Drucksensor und dem Schaltkreis bei Verwendung gewöhnlicher Werkzeuge verhindert wird. Das Drucksensormodul kann sicher gehandhabt, installiert und in einer Prozessanlageninstallationsumgebung gehalten werden, wo es einer groben Handhabung, verschütteten Chemikalien und Dämpfen ausgesetzt ist, ohne dass ein Wandler darauf installiert wurde und ohne dass elektronische Bauteile des Sensormoduls der Umgebung ausgesetzt werden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Kurzbeschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Drucksensormoduls;
2 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines mit Gewinde versehenen Prozessfluideinlasses;
3 eine Endansicht der ersten Ausführungsform eines mit Gewinde versehenen Prozessfluideinlasses;
4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines mit Gewinde versehenen Prozessfluideinlasses;
5 eine Endansicht der zweiten Ausführungsform eines mit Gewinde versehenen Prozessfluideinlasses;
6 eine Schemaansicht einer Masseschleife in einem Drucksender;
7 eine Veranschaulichung und beiliegende Schemaansicht einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Sperre;
7A eine schematische Schaltkreisdarstellung einer äquivalenten in 7 gezeigten elektrischen Sperre;
8 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer elektrischen Sperre;
9 eine Querschnittsdarstellung einer dritten Ausführungsform einer elektrischen Sperre;
10 eine teilweise abgeschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Drucksensormoduls;
11 eine dritte Ausführungsform eines Drucksensormoduls mit einem einzigen Prozessfluideinlass; und
12A, 12B und 12C eine Querschnitts-, End- bzw. Seitenansicht einer isolierten Durchführung mit einem darin durchführten Kapillarrohr.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das in 1 gezeigte verbesserte Drucksensormodulgehäuse weist einen einstückig ausgebildeten Prozessfluideinlass mit Gewinde und eine einstückig ausgebildete Muffe oder Stützschale mit Gewinde für eine Durchführungsverbindung auf. Die Muffe stützt zudem ein Stromrichtermodul mechanisch. Das Gehäuse umgibt die elektronischen Bauteile und einen Sensor in dem Drucksensormodul und dichtet diese hermetisch ab, so dass es eigenständig ohne Stromrichtermodul im Arbeitsfeld installiert werden kann und ohne dass elektronische Bauteile des Drucksensormoduls der gefährlichen Anlagenumgebung ausgesetzt werden. Die Prozessfluid-Rohrleitung kann mit dem verbesserten Drucksensormodul verbunden werden und Druck kann zu einem früheren Zeitpunkt beim Anlagenaufbau geprüft werden, sogar dann, wenn das Stromrichtermodul nicht zur Verfügung steht. Das verbesserte Drucksensormodul kann längere Zeiträume während des Anlagenaufbaus in einer Außen- oder Anlagenumgebung gelassen werden, ohne dass der Sensor oder elektronische Bauteile in dem Drucksensormodul beschädigt werden. Ein Stromrichtermodul kann dann ausgewählt und installiert werden, um die Anordnung des Drucksenders während einer späteren Phase des Anlagenaufbaus fertigzustellen.
1 ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäß hergestellten unabhängigen, eingeschlossenen Drucksensormoduls 50. Das Modul 50 weist ein hermetisch abgedichtetes Außengehäuse oder ein hermetisch abgedichtetes externes Stützgefüge 72 auf, das eine abgedichtete Innenkammer 71 mit einem Druckisolator 54 aufweist, der ein Ende verschließt. Der Isolator 54 weist eine Wand 55 auf, die einstückig mit der Außenwand 72 gebildet ist und relativ gegen diese abgedichtet ist. Die Isolatorwand 55 weist einen Durchgang mit kleinem Querschnitt auf, der mit einer Trennmembran 78 bedeckt ist, die an ihren Kanten gegen die Wand 55 abgedichtet ist und ein Isolatorfluid einschließt, das einen die Trennmembran 78 entlang eines Durchgangs oder Rohrs 80 zu einem Drucksensor 58 beaufschlagenden Druck überträgt. Der Drucksensor ist in einer abgedichteten Kammer 71 angebracht. Der Drucksensor 58 und der Isolator 54 weisen einen Messwertumformer auf, der in gepunkteten Linien 52 dargestellt ist. Ein Ende des Gehäuses 72 weist einen Prozessfluideinlass 56 auf, der eine Durchbohrung 74 mit Innengewinde aufweist, welche an eine Prozess-Druckleitung oder eine ein Prozessfluid führende Installation anschließt. Druck am Einlass wölbt die Membran 78, wobei der Druck dann vom Drucksensor 58 gemessen wird.
Der Drucksensor 58 ist zur Lieferung von Drucksignalen an einen Schaltkreis 60, der in der Kammer 71 angrenzend an ein gegenüberliegendes Ende der Kammer befestigt ist, mit einer Leitung 62 verbunden. Das dem Einlass 56 gegenüberliegende Ende der Kammer 71 weist eine zylindrische Stützmuffe oder Schale 76 mit einer Durchbohrung auf, die abdichtend mit einer Abdicht-Isolierwand 70 verschlossen ist, durch welche sich eine Vielzahl elektrischer Verbindungs- oder Kontaktstifte 68 abdichtend erstreckt. Die zylindrische Muffe 76 umgibt die Stifte 68 und eine abdichtende Isolatorwand 70. Bei der Abdichtwand 70 kann es sich um eine dicke Glasdichtung handeln, die in Position ausgebildet ist, um Einkerbungen und Rippen auf benachbarten Metallteilen der Muffeninnenseite zu umfassen, damit eine explosionssichere hermetische Dichtung gebildet wird.
Die mit Gewinde versehene Außenseite der Muffe 76 ist für die Aufnahme, das Halten und Stützen eines schematisch bei dem Bezugszeichen 79 gezeigten Stromrichtermoduls ausgelegt, das elektrische Schaltkreise wie beispielsweise einen D/A-Wandler umfasst, der durch die Anschlussstücke oder Stife 68 und einen Bus 64 an den Schaltkreis 60 angeschlossen ist. Der Bus 64 weist individuelle Drähte auf, die an jeweilige Stifte 68 angeschlossen sind.
Die Isolator-Abdichtwand 70, welche die Stifte 68 stützt, bildet eine Durchführung 66 für das Tragen elektrischer Signale zum und vom Schaltkreis 60, wie beispielsweise solche, die für die Erregung, Steuerung und eine digitale Darstellung des Drucks benötigt werden. Der Schaltkreis 60 liefert vorzugsweise nur eine begrenzte Energiemenge an den Drucksensor 58, so dass der Drucksensor 58 eigensicher ist und im Falle eines Risses der Trennmembran 78 keine Entzündung des Prozessfluids verursacht.
Die Außengewinde auf der Muffe 76 können dazu verwendet werden, eher die Anschlussstücke als vielmehr das Stromrichtermodul zurückzuhalten. Das auf der Muffe 76 befestigte elektrische Stromrichtermodul oder ein Anschlussstückmodul hätten passende Kontakte für den elektrischen Anschluss an Kontakte oder Stifte 68.
Das Modul 50 ist ein vorinstallierbares abgedichtetes Gehäuse für einen Sensor und einen Schaltkreis. Die Isolatorwand 55 ist einstückig relativ gegen die Außenwand 86 des Gehäuses abgedichtet und die Abdichtwand 70 dichtet die Kammer 71 hermetisch ab, so dass der Sensor 50, der Schaltkreis 60 sowie andere Bauteile in der Kammer 71 vor starken Dämpfen und Flüssigkeiten geschützt sind. Die den Schaltkreis 60 bildenden elektronischen Bauteile sind ebenfalls vor Handhabungsschäden geschützt.
Das Modul 50 ist derart hergestellt, dass es unter Einsatz herkömmlicher Handwerkzeuge nicht geöffnet werden kann, und wenn es auf der Prozessleitung oder der Rohrinstallation, die in die mit Gewinde versehene Durchbohrung 74 des Einlasses 56 eingeschraubt wird, vorinstalliert ist, schützt es den Sensor 58 und den Schaltkreis 60 auch dann vor rauhen Prozessumgebungen, wenn kein Stromrichtermodul oder Anschlüssstück an der Muffe 76 angebracht ist. Falls gewünscht kann die Muffe 76 mit einer Abdeckung, wie z.B. einer CAPLUG-Abdeckung oder einem von der Firma Protective Closures Co. mit Sitz in Buffalo, N.Y. hergestellten Stöpsel, abgedeckt werden, um die äußeren Enden der Anschlussstifte 68 zu schützen. Der Isolator 54, einschließlich der Trennmembran 78, dient zur Adichtung der Prozessfluidleitung, die mit dem Einlass 56 auch dann verbunden ist, wenn keine anderen Bauteile an dem Gehäuse angebracht sind, so dass die Prozessleitungen und Behälter zu einer frühen Phase des Baus oder der erneuten Installierung einer Fluidverarbeitungsanlage druckbeaufschlagt und nach Lecken überprüft werden können. Vor Überprüfung des Drucks ist es nicht erforderlich, mit der Auswahl eines Stromrichtermoduls zur Anbringung an das Druckmodul 50 bis zur ausreichenden Festlegung eines fertigen Steuersystems zu warten.
Das hermetisch abgedichtete Gehäuse oder das Stützgefüge 72 kann zur Bereitstellung der hermetisch abgedichteten Kammer 71 aus Metall hergestellt werden, und Naht- oder Verbindungsstellen können verschweißt werden, so dass das Modul 50 nicht unbeabsichtigt geöffnet werden kann.
Der Durchgang oder die Leitung 80 ist vorzugsweise lang und eng genug, um entsprechend den gegenwärtigen Gefahrstellen-Sicherheitsstandards feuersicher oder flammenerstickend zu sein. Bei der Membran 78 handelt es sich um eine bekannte Trennmembran und sie ist mit dem Sensor 58 durch ein nicht komprimierbares Fluid verbunden, das den feuersicheren Durchgang 80 und den Bereich unter der Membran füllt. Falls das Isolatorfluid verlorengeht, hält der Durchgang 80 die Feuerisolierung zwischen dem Prozessfluid und dem Innenhohlraum des Drucksensors 58 aufrecht. Der flammenerstickende Durchgang kann durch Funkenerosion (EDM-Verfahren) im Gehäuse 72 gebildet werden oder er kann in einem Kapillarrohr erzeugt werden.
Die Länge des Gehäuses 72, wie sie durch den Doppelpfeil 82 angezeigt ist, kann so ausgewählt werden, dass der Schaltkreis 60 von dem mit gepunkteten Linien 52 dargestellten Messumformermodul, einschließlich dem Drucksensor 58 und dem Isolator 54, beabstandet ist, um einen wärmeisolierenden Raum 84 zu schaffen, der falls erwünscht mit einem Isoliermaterial gefüllt werden kann. Dies ermöglicht dem Schaltkreis 60, bei einer unterschiedlichen Umgebungstemperatur als der Sensor 58 zu arbeiten. Als Isoliermaterialien können Luft, Trockenstickstoff, fasrige oder aufgeschäumte Isolierwerkstoffe und andere gut bekannte Isolierwerkstoffe verwendet werden. Das Gehäuse 72 kann einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt zwischen dem Einlass 56 und der Muffe 76 aufweisen, wobei sich der Begriff zylindrisch auf eine Außenfläche bezieht, die durch ein sich parallel zu einer festgelegten geraden Linie bewegendes Geradensegment erzeugt wird. Dies schließt sowohl richtige kreisförmige zylindrische Oberflächen als auch allgemeine zylindrische Oberflächen ein. Der zylindrische Querschnitt stützt die Muffe 76 und überträgt Belastungen auf der Muffe zurück, damit diese auf der Gewindebohrung 74 des Einlasses 56 getragen werden.
Der mit Gewinde vesehene Einlass 56 ist stark genug, um die mechanische Belastung sowohl des Drucksensormoduls 50 als auch des Stromrichtermoduls 79, das an der Muffe 76 befestigt und von dieser gestützt wird, zu tragen.
In den 2 und 3 ist ein modifizierter Isolator gezeigt, der einen Differenzdruckeinlass 90 mit zwei Trennmembranen 92 in einer Anordnung von Schraubenlöchern 94 aufweist. Der Einlass 90 koppelt an einen koplanaren Prozessfluid-Flansch, der auf der Prozess-Rohrleitung befestigt ist. Bei dem Prozessfluid-Flansch kann es sich um einen standardmäßigen koplanaren Flansch handeln, der beispielsweise gegenwärtig in dem Rosemount-Drucksender Modell 3051 verwendet wird, oder es kann sich um einen koplanaren Flansch geringerer Größe handeln, abhängig von der Größe der Isolatormbranen 92. Druckansaugrohre, Abzugsventile, Wärmeabtastung und dergleichen können in einem koplanaren Flansch auf der Prozess-Rohrleitung enthalten sein, oder falls erwünscht auch im Einlass 90 enthalten sein. Doppeleinlass-Installationen, die Industrienormen für sanitäre Anwendungen erfüllen, werden ebenfalls in Erwägung gezogen. Mit Gewinde versehene Einlässe, die durch Einsatz von Gewin demuttern und Gewindeschrauben zum Befestigen passender Druckflansche befestigt sind, werden ebenfalls in Erwägung gezogen.
In den 4 und 5 ist ein einzelner Druckeinlass 100 gezeigt, welcher für das Messen des Absolutdrucks oder Messdrucks verwendet wird. Der Einlass 100 weist eine Isolatormembran 102 auf, die von einem Einlassanschlussstück 104 mit Innengewinde umgeben ist, bei dem es sich falls erwünscht um ein standardmäßiges Sanitäranschlussstück handeln kann. Der Einlass 100 koppelt an ein mit Gewinde versehenes, Prozessfluid führendes Rohr, wie beispielsweise eine Standard-Rohrabmessung, wie sie augenblicklich bei dem Rosemount-Drucksender Modell 2088 verwendet wird, oder die Rohrabmessung kann kleiner sein, abhängig von der Größe der Isolatoren 102.
6 ist ein elektrisches Schemadiagramm 110 eines elektrisch geerdeten Drucksensormoduls 112. Das Modul 112 ist am Prozesseinlass 116 mit Masse verbunden. Ein elektrischer Schaltkreispfad 118 wird durch die Isolatorleitung 120, den Sensor 122, den elektrischen Schaltkreis 124 und einen Stift in der Durchführung 126 gebildet. Ein externer Schaltkreis 128 weist einen Pfad zur Masseverbindung 130 auf, der sich für gewöhnlich bei einer Stromversorgung in einer Steuerwarte befindet, die viele Meter vom Modul 112 beabstandet angeordnet ist. Der externe Schaltkreis 128, der für gewöhnlich ein Stromrichtermodul, einen 4–20 mA-Schaltkreis, einen Schleifenregler oder dergleichen aufweist, wird in die Durchführung 126 eingesteckt, so dass ein fortlaufender elektrischen Schaltkreispfad 118 durch das Modul 112 entsteht, der an beiden Enden geerdet ist. Die beiden Masseverbindungen 114 und 130 sind physikalisch getrennt und werden entlang der Leitung 132 durch die Masse, die Prozessleitungen aus Metall und deren Stützen, Erdbussen und dergleichen miteinander verbunden. In Erdsystemen wie diesen ist eine Streuspannung zwischen den physikalisch getrennten Massen vorhanden. Die Leitung 118 und die Leitung 132 bilden zusammen eine Masseschleife und Gleichstrom sowie Streuströme mit 60 Hz können entlang der Leitung 118 fließen, wobei sie den Betrieb des Schaltkreises 124 im Modul 124 stören können.
In 7 ist ein Modul 132 gezeigt, das im Wesentlichen zur Unterbrechung des Streu-Gleichstroms und der Wechselströme mit 60 Perioden von unterschiedlichen Massepotentialen angeordnet sind. Eine kapazitiver Drucksensor mit zwei Platten 136 ist an einen Schaltkreis 134 angeschlossen und weist eine zentrale Kondensatorplatte 138 auf, die an der Masse 140 durch die Prozess-Rohrleitung geeerdet ist. Der Sensor 136 weist eine erste galvanisch isolierte Kondensatorplatte 142 und eine zweite galvanisch isolierte Kondensatorplatte 144 auf. Die elektrische Kapazität zwischen den Kondensatorplatten 142, 144 und der geerdeten zentralen Kondensatorplatte 138 ist im Vergleich zu der elektrischen Impedanz der Masseschleife so klein, dass der Fluss von Gleichstrom- und Streuströmen von 60 Hz von der Masse 140 durch die Kondensatorplatten 142, 144 zum Schaltkreis 134 wirksam blockiert wird. Ein kleiner Festkondensator 146 ist zwischen der geerdeten zentralen Platte 138 und dem Schaltkreis 134 in Reihe geschaltet und wird so gewählt, dass er im Vergleich zu der elektrischen Impedanz der Masseschleife klein ist, damit er die Gleichströme und Ströme von 60 Hz wirksam blockiert.
Die Anordnung der Platten 142, 144, des Festkondensators 146 und der zentralen Platte 138 ist deutlicher in 7A in einem vereinfachten schematischen Schaltkreisdiagramm 150 gezeigt. Die drei kleinen elektrischen Kapazitäten an den Platten 142 und 144 sowie dem Festkondensator 146 weisen eine elektrische Sperre auf. Die Sperre ist bei 152 in 7 gezeigt und unterbricht den Fluss des Gleichstroms zwischen dem externen Stützgehäuse oder dem hermetisch abgedichteten Gefüge 72A und dem Bus. Die Sperre 152 ist entlang eines elektrischen Pfads durch den Schaltkreis und den Messwertaufnehmer angeordnet.
In 8 ist eine alternative elektrische Sperranordnung gezeigt. Ein Sensor 160 ist in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse oder einem hermetisch abgedichteten externen Stützgefüge 162 befestigt. Der Isolator 163 schließt ein Rohr 164 ein, das mit dem Sensor 160 verbunden ist, sowie ein Rohr 166, das mit einer Isolatorkammer unter einer Trennmembran (nicht gezeigt) verbunden ist. Das Rohr 166 ist zur Isoliermembran und den Prozessdruckeinlass geerdet. Ein eine elektrische Sperre 168 bildender elektrisch isolierender Rohrkoppler ist gegen die Rohre 164, 166 mit einem Isolierspalt 170 zwischen den Rohren abgedichtet. Elektrisch isolierendes Isolatorfluid, wie beispielsweise Silikonöl, überträgt Druck zwischen der Trennmembran und dem Sensor 160 über einen Durchgang 172 in der Sperre 168.
In 9 weist ein Sensor 180 einen Abtastchip 182 auf, wie z.B. einen Abtastchip zur Messung der Kapazität oder Dehnung, der von einem Kopfstück 184 umgeben ist. Das Kopfstück 184 weist einen Metallsockel 186 und eine Abdeckung aus Metall 188 auf, die bei 190 zusammengeschweißt sind. Der Metallsockel 186 umgbit einen elektrisch isolierenden Einschub 192, der gegen ein Isolierrohr 194 abdichtet, das wiederum mit einer Isolatorkammer unter einer Trennmembran (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Abdeckung aus Metall 188 umgibt eine elektrisch isolierende Befestigungsdurchführung 196, die eine Vielzahl elektrischer Durchführungsleitungen, wie z.B. die Leitung 198 und ein Ölfüllungs-Abdichtrohr 200, aufweist. Die Befestigungsdurchführung 196 weist eine isolierte Befestigungsoberlfäche 204 auf, auf welcher der Sensorchip 182 befestigt ist. Das Kopfstück 184 ist mit einem Isolatorfluid, wie z.B. Silikonöl 202, gefüllt und isoliert das geerdete Isolierrohr 194 von dem Sensor 182 und dessen Leitungen 198.
In einem Schaltkreis wie z.B. dem Schaltkreis 60 aus 1 gebildete elektrische Sperren werden ebenfalls in Erwägung gezogen. Diese Schaltkreissperren können einen galvanischen Trennschaltkreis, wie z.B. einen Trenntransformator oder optischen Isolator, einschließen. Die Anordnung eines derartigen Schaltkreises hängt von der Art des gewählten Schaltkreises ab, damit diese zu der Anwendung im Modul 110 von 6 passt.
In 10 ist eine alternative Ausführungsform eines Differenzdruck-Messmoduls 220 gezeigt. Ein Druck-Messwertaufnehmer 222 schließt die Trennmembranen 224 (in 10 nicht ersichtlich, jedoch wie in den 2 und 3 gezeigt angeordnet), einen Differenzdrucksensor 226 und einen Leitungsdrucksensor 228 ein. Die Rohre 230, 232 verbinden die Trennmembranen 224 mit den Drucksensoren 226, 228 und sind mit einem nicht komprimierbaren Fluid, wie z.B. Silikonöl, gefüllt. Zwei Rohre 234 (eines davon ist dargestellt) werden zum Füllen des Messwertaufnehmers 222 mit dem Öl und für dessen anschließende Abdichtung nach dem Füllen verwendet. Ein Schaltkreis 236 ist auf einer runden Schaltplatte angeordnet und weist einen Bus 238 auf, der sich durch eine Durchführung 240 (nicht ersichtlich) erstreckt. Ein abgedichtetes Gehäuse oder hermetisch abgedichtetes externes Stützgefüge 242 ist durch Schweißen einstückig ausgebildet und dichtet das Modul 220 ab, wie es bereits in Verbindung mit vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erklärt worden ist.
In 11 ist eine alternative Ausführungsform eines Drucksensormoduls im Umriss oder in einer Konstruktionsdurchsicht bei 250 gezeigt. Eine Trennmembran 252 ist in einem Prozessfluideinlass 254 mit Gewinde angeordnet. Ein Manometerdrucksensor 256 ist in einem Kopfstück gemäß obiger Beschreibung angeordnet. Der Manometerdrucksensor 256 weist einen Ablass für atmosphärischen Druck bei 258 auf. Ein Schaltkreis 260 und eine Durchführung 262 sind wie in Zusammenhang mit anderen vorstehend genannten Ausführungsformen erklärt vorgesehen. Ein Gehäuse oder ein hermetisch abgedichtetes externes Stützgefüge 264 ist zur Abdichtung der Innenkammer entlang der Leitung 266 verschweißt.
Die in den 10 und 11 gezeigten Module sind, wie vorstehend beschrieben worden ist, vorinstallierbar.
In den 12A, 12B und 12C ist eine Durchführung 300 für ein Drucksensormodul gezeigt, das Kontakte 301 und ein Kapillarrohr 302 aufweist, das sich durch eine Abdicht-Isolierwand 304 erstreckt. Das Kapillarrohr 302 weist einen feuererstickenden internen Durchgang 306 sowie eine den internen Durchgang 306 abdichtende Dichtung 308 auf. Die Anordnung erlaubt die feuersichere und hermetische Abdichtung des zu prüfenden Drucksensormoduls während der Herstellung, wobei die Dichtung 308 noch nicht in Position ist. Die Dichtung 308 kann dann auf dem Kapillarrohr 302 angeordnet werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, die Dichtung 308 selbst auf Feuersicherheit zu überprüfen, da das Kapillarrohr selbst feuersicher ist. Das Drucksensormodul ist zum Teil mit offenem Kapillarrohr, in anderen Worten ohne die Dichtung, hergestellt. Das Kapillarrohr kann dann mit der externen Einrichtung verbunden werden, welche den internen Hohlraum im Drucksensormodul druckbeaufschlagt oder druckentlastet, um die hermetische Abdichtung oder Feuersicherheit zu überprüfen. Nach der Prüfung wird die Dichtung an das Kapillarrohr angelegt, wobei der Herstellungsprozess beendet wird.
Die Durchführung 300 und die Stützmuffe 312 mit Gewinde weisen eine Überdruckfestigkeit auf, die die Überdruckfestigkeit des Gehäuses oder des hermetisch abgedichteten externen Stützgefüges, wie beispielsweise das bei 72 Gezeigte, übersteigt. Der Isolator 304 ist in der Stützmuffe 312 mit Gewinde mit Hilfe einer ringförmigen Ungleichmäßigkeit 310 der den Isolator 304 umgreifenden Stützmuffe 312 gegen Überdruck befestigt. Diese Anordnung stellt sicher, dass der Überdruck kein Prozessfluid in die mit der Durchführung 300 verbundenen elektrischen Kanäle drückt.
Die verschiedenen Ausführungsformen sind alle Teil eines Drucksensormoduls mit einem hermetisch abgedichteten Gehäuse oder einem hermetisch abgedichteten externen Stützgefüge, das den empfindlichen Drucksensor und elektrische Bauteile umschließt und vor rauhen Umgebungen und mechanischem Schaden schützt. Das Drucksensormodul kann als separate eigenständige Einheit installiert werden und die internen Bauteile bleiben eine längere Zeitdauer über geschützt.

Claims

Drucksensormodul (50), welches Folgendes aufweist: einen Messwertaufnehmer (52) mit einem Isolator (54), der so ausgelegt ist, dass er Prozessfluid (56) aufnimmt, und mit einem Drucksensor (58), der mit dem Isolator gekoppelt ist; einen Schaltkreis (60), der an den Drucksensor gekoppelt ist und einen Bus (64) für die Erregung, Steuerung und digitale Darstellung des Drucks bereitstellt; eine Durchführung (66) mit Kontakten (68) und mit einem die Kontakte umgebenden Isolator (70); ein den Drucksensor umgebendes Gehäuse (72), wobei das Gehäuse eine die Durchführung stützende Muffe (76) mit Gewinde aufweist, sowie einen Prozessfluideinlass (74) mit Gewinde um den Isolator herum; und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Durchführung so ausgelegt ist, dass sie sich mit einem ausgewählten externen Modul (79) verbindet und den Bus über die Kontakte an das ausgewählte externe Modul koppelt, die Muffe so ausgelegt ist, dass sie das ausgewählte externe Modul stützt, und das Gehäuse einstückig gebildet ist, um den Schaltkreis und den Drucksensor luftdicht abzuschließen.
Drucksensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zur Bildung eines vorinstallierbaren Gehäuses gegen den Isolator und gegen die Durchführung abgedichtet ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Metall gebildet ist und explosionssicher ist.
Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse längs einer sich vom Messwertaufnehmer zu der Durchführung hin erstreckenden Achse verlängert ist, und der Schaltkreis vom Messwertaufnehmer entlang der Achse beabstandet angeordnet ist, und eine Menge an wärmeisolierendem Werkstoff zwischen dem Messwertaufnehmer und dem Schaltkreis angeordnet ist.
Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist.
Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welches weiter eine elektrische Sperre für die Unterbrechung des Flusses von Gleichstrom zwischen dem Gehäuse und dem Bus aufweist, wobei die Sperre entlang einem Pfad durch den Schaltkreis und den Messwertaufnehmer angeordnet ist.
Drucksensormodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Sperre mindestens einen elektrischen Kondensator in einer Leitung zwischen dem Drucksensor und dem Schaltkreis aufweist.
Drucksensormodul nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Sperre ein vorderes Ende mit einer isolierenden Befestigungsfläche aufweist, und der Drucksensor auf der isolierenden Befestigungsfläche befestigt ist.
Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Sperre einen elektrisch isolierenden Rohrkoppler aufweist, der zwischen dem Isolator und dem Drucksensor angeordnet ist.
Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Sperre in dem Schaltkreis angeordnet ist und ein galvanisches Trennschaltkreis-Bauteil aufweist, das aus der Gruppe von Trenntransformatoren und optischen Isolatoren ausgewählt ist.
Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung weiter ein sich durch den Isolator erstreckendes Kapillarrohr aufweist, wobei das Kapillarrohr einen flammenerstickenden internen Durchgang und eine Dichtung zum Abdichten des internen Durchgangs aufweist.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor mit Hilfe eines nicht komprimierbaren Fluids in einem flammenerstickenden Durchgang an den Isolator gekoppelt ist, wobei der Durchgang einen derartigen Innendurchmesser aufweist, dass der Durchgang geeignet ist, Flammen zu ersticken.
Drucksensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der flammenerstickende Durchgang mit Hilfe elektro-erosiver Bearbeitung oder Funkenerosion gebildet ist.
Drucksensor nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der flammenerstickende Durchgang in einem Kapillarrohr gebildet ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung und die Muffe mit Gewinde eine Überdruck-Festigkeit aufweisen, welche die Überdruck-Festigkeit des Gehäuses überschreitet.
Drucksensormodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator in der Muffe gegen Überdruck mit Hilfe einer ringförmigen Ungleichmäßigkeit oder Stoßstelle der Stützmuffe, welche mit dem Isolator in Eingriff ist, befestigt ist.
Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis eine begrenzte Energiemenge an den Drucksensor koppelt, so dass der Drucksensor eigensicher ist.
Drucksensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Modul ein Stromrichtermodul aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Drucksensormoduls (50), welches die folgenden Schritte aufweist: Bilden eines Messwertaufnehmers (52) durch Koppeln eines Isolators (54), der so ausgelegt ist, dass er ein Prozessfluid (56) aufnimmt, an einen Drucksensor (58); Koppeln eines Schaltkreises (60) an den Drucksensor, wobei der Schaltkreis einen Bus (64) für die Erregung, Steuerung und digitale Darstellung des Drucks bereitstellt; Bereitstellen einer isolierenden Durchführung (66) mit Kontakten (68); und Umgeben des Drucksensors und des Schaltkreises mit einem externen Stützgefüge (72), Formen des Gefüges zur Bildung eines Einlasses (74) mit Gewinde für das Prozessfluid um den Isolator, und Formen des Gefüges zur Bildung einer Muffe (76) mit Gewinde, welche die Durchführung stützt; und dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte an den Bus koppeln, die isolierende Durchführung so ausgelegt ist, dass sie an ein Stromrichtermodul (79) koppelt, und der Einlass mit Gewinde für das Prozessfluid einstückig mit dem externen Stützgefüge gebildet wird, welches den Drucksensor und die Schaltkreise luftdicht umgibt.