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WO2014095417A1 - Hydraulisches messwerk mit koplanaren druckeingängen und differenzdrucksensor mit einem solchen messwerk - Google Patents

Hydraulisches messwerk mit koplanaren druckeingängen und differenzdrucksensor mit einem solchen messwerk Download PDF

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Publication number
WO2014095417A1
WO2014095417A1 PCT/EP2013/075765 EP2013075765W WO2014095417A1 WO 2014095417 A1 WO2014095417 A1 WO 2014095417A1 EP 2013075765 W EP2013075765 W EP 2013075765W WO 2014095417 A1 WO2014095417 A1 WO 2014095417A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
measuring
separation membrane
overload
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/075765
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anh Tuan Tham
Rafael Teipen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of WO2014095417A1 publication Critical patent/WO2014095417A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G01L19/0618—Overload protection

Definitions

  • Hydraulic measuring unit with coplanar pressure inputs and
  • the present invention relates to a hydraulic measuring unit for recording differential pressures and a differential pressure sensor with such a measuring unit.
  • Hydraulic gauges for receiving differential pressures usually include a measuring body with a first pressure input port and a second pressure input port, each of which is a hydraulic path to a
  • Differential pressure cell extends to pressurize the differential pressure measuring cell with the first pressure and the second pressure, the difference between the
  • a differential pressure measuring cell generally has a measuring cell body with two measuring chambers in its interior, which are separated from one another by a measuring diaphragm.
  • the two measuring chambers can be acted upon by a measuring chamber opening with one of the two pressures, so that the measuring diaphragm depends on the difference of the two pressures, elastic
  • the pressure inlet openings of the measuring unit body are usually closed by flexible metallic separating membranes, which each introduce a pending on an outside of the separation membrane pressure in the hydraulic path.
  • the pressure inlets lie side by side on a process connection surface of the measuring unit body.
  • Such measuring mechanisms with coplanar pressure inputs are disclosed, for example, in EP 0 370 013 B1, EP 0 560 875 B1, EP 0 774 652 B2, and EP 1 216 404 B1.
  • the hydraulic paths include, for example, capillary lines that extend from a rear surface of the process connection body that faces away from the process interface to the pressure measuring cell.
  • the capillary lines are connected, for example by a peripheral weld pressure-tight manner with the measuring body and thus each one of the
  • Pressure input ports hydraulically coupled. Differential pressure cells are usually optimized to measure small pressure differences p1-p2 at high static pressures p1, p2. It is important to find the right balance between sensitivity and overload resistance. So can
  • the named protective rights relate to differential pressure sensors whose hydraulic measuring mechanism has two separating diaphragms on opposite end faces of a
  • the hydraulic measuring mechanism for receiving differential pressures, comprising: a measuring body with a process directionally oriented in one direction, the Meßwerk redesign having a first hydraulic path extending from the process interface through the Meßwerk Congress to a rear surface of the Meßwerk stressess, the Messtechnik redesign a second hydraulic path extending from the process interface through the meter body to the back surface of the meter body; a first separation membrane closing the first hydraulic path on the side of the process port; a second separation membrane closing the second hydraulic path on the side of the process port; wherein the first hydraulic path has a first pressure tube protruding from the rear surface of the measuring body; wherein the second hydraulic path has a second pressure tube protruding from the rear surface of the measuring body; wherein the first and the second pressure tube are pressure-tightly connected to the measuring body; characterized in that the meter body comprises a first overload chamber; a second overload comb; and an elastic overload membrane, wherein the overload membrane is the first
  • Overload chamber separates from the second overload chamber, the first
  • Overload chamber communicates with the first hydraulic path, and wherein the second overload chamber communicates with the second hydraulic path.
  • the overload diaphragm is connected to a peripheral joint with a carrier body, wherein the joint runs in a plane parallel to the process interface.
  • the measuring element body comprises a base body, a first separation membrane body and a second separation membrane body, the first separation membrane being pressure-tightly connected to the first separation membrane body to form a first separation membrane chamber between the first separation membrane body and the first separation membrane with a circumferential joint, wherein the second separation membrane with the second Trennmembrankorper to form a second separation membrane chamber between the second Trennmembrankorper and the second separation membrane is pressure-tightly connected to a peripheral joint, the first Trennmembrankorper facing away from the first separation membrane back arranged in a first receptacle of the body and with the Main body along a peripheral joint pressure-tight manner, wherein the first hydraulic path includes a bore extending from the first
  • Separating diaphragm chamber extends through the first separation membrane body, and wherein the second separation membrane body with a second separation membrane facing away from behind arranged in a second receptacle of the body and pressure-tightly connected to the body along a peripheral joint, wherein the second hydraulic path includes a bore which extends from the second separation membrane chamber through the second separation membrane body.
  • Trennmemban Economics each have a corrugated membrane bed.
  • the separation membranes are each imprinted on the membrane bed of a separation membrane body.
  • the measuring element body comprises a closure body, which is arranged in a complementary receptacle of the base body and pressure-tightly connected to the main body along a circumferential joint, wherein the closure body has a cross-sectional area which is greater than a deflectable surface of the overload membrane, and wherein is closed by the closure body one of the two overload chambers.
  • the main body or the closure body can serve as a carrier body for the overload membrane.
  • At least one of the hydraulic paths passes through an overload chamber, ie the overload chamber has a first opening, via which it communicates with a separating membrane, and a second opening, via which it communicates with a pressure tube.
  • one of the pressure pipes protrudes from the closure body on the rear side of the measuring unit body, another one of the pressure pipes protruding from the base body on the rear side of the measuring unit body, wherein the distance between the pressure pipes at the rear side of the measuring unit body is less than the diameter of the deflectable surface of the overload diaphragm, in particular less than half the diameter and preferably less than a quarter of the diameter.
  • the first pressure tube and the second pressure tube from the side of the process connection surface ago are pressure-tight with the
  • the differential pressure sensor according to the invention comprises a hydraulic measuring mechanism according to the invention; and a differential pressure measuring cell, wherein the
  • Differential pressure measuring cell has a measuring cell body with two measuring chambers in its interior, which are separated by a measuring diaphragm, the measuring chambers each having a measuring chamber opening, wherein a first of the measuring chambers pressure-tight connected to the first pressure tube and can be acted upon by the first pressure tube with a first pressure, where a second of the measuring chambers
  • Measuring chambers pressure-tightly connected to the second pressure tube and can be acted upon by the second pressure tube with a second pressure, wherein the measuring diaphragm in response to a difference between the first pressure and the second pressure is elastically deformable, wherein the differential pressure measuring cell comprises a transducer, for providing one of the deformation of the diaphragm dependent signal.
  • the differential pressure measuring cell is held by the pressure pipes.
  • the two pressure pipes each have a branch, wherein in each case a branch of a pressure tube is connected to one of the measuring chambers, and wherein the respective other branch of a pressure tube a closable filling opening for filling each communicating with the branch volumes of the differential pressure sensor a transmission fluid.
  • the measuring mechanism body on two closable filling openings, one of which with a
  • 1 shows a schematic longitudinal section through a first embodiment of a differential pressure sensor according to the invention
  • 2 shows a schematic longitudinal section through a second exemplary embodiment of a differential pressure sensor according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic longitudinal section through a third embodiment of a differential pressure sensor according to the invention.
  • Differential pressure sensor 1 comprises a hydraulic measuring unit with a
  • the separation membrane body wear separation membranes 28, 30, which are each connected with a peripheral weld pressure-tight with one of the separation membrane body.
  • the two separation membranes 28, 30 respectively close the inlet of a first and second hydraulic path 32, 33, wherein the hydraulic paths have channels which run from the process connection surface 16 to a rear side of the measuring element body.
  • the first and the second hydraulic path 32, 33 furthermore each have a first and a second pressure tube 20, 22, which is pressure-tight welded to the measuring mechanism body and in each case communicates with one of the channels through the measuring mechanism body.
  • the two metallic pressure tubes 20, 22 each carry a nitride ceramic stiffening body 42, 44, wherein between the two nitride ceramic stiffening bodies a micromechanical differential pressure measuring cell 40 is held, which in particular has silicon. Passage channels run through the stiffening bodies 42, 44, via which two measuring chambers of the differential pressure measuring cell 40 each communicate with one of the two hydraulic paths 32, 33.
  • the hydraulic meter has a first overload chamber 34 and a second overload chamber 35, which from each other are separated by an overload membrane 36.
  • the two overload chambers each communicate with one of the hydraulic paths 32, 33, the first hydraulic path extending through the first overload chamber.
  • the second overload chamber 35 is formed by welding the overload diaphragm 36 in a recess in the base body, the first overload chamber 34 is formed by welding a closure body 38 in the recess above the
  • the channel of the first hydraulic path 32 thus comprises a first closure body portion, via which the first overload chamber 34 communicates with the first separation membrane 28 and a second closure body portion, via which the first overload chamber 34 with the first pressure tube or one of the measuring chambers of the differential pressure measuring cell communicated.
  • the second hydraulic path 33 communicates via a branch line with the second overload chamber.
  • the asymmetrical guidance of the hydraulic paths 32, 33 makes it possible to keep the pressure pipes at the rear of the measuring unit body at a small distance from one another
  • Differential pressure measuring cell 40 facilitates, on the other hand, however, may be associated with asymmetries in the dynamics of the hydraulic measuring unit.
  • a measuring element body in turn has a main body 110 on whose Prozeßan gleichf pool 1 16 two Trennmemban Congress 112 114 are arranged, of which in each case a first or second hydraulic path extends substantially straight to a rear surface of the base body 1 10, wherein the hydraulic paths in first and second metallic pressure pipes 120, 122 are continued, each carrying a nitride ceramic stiffening body 142, 144, wherein between the two nitride ceramic stiffening bodies a micromechanical
  • Differential pressure measuring cell 140 is held, which in particular comprises silicon.
  • the stiffening bodies 142, 144 extend pressure channels, via which two measuring chambers of the differential pressure measuring cell 140 each communicate with one of the two hydraulic paths 132, 133.
  • the hydraulic meter has a first overload chamber 134 and a second overload chamber 135 which are separated from each other by an overload diaphragm 136.
  • the two Overload chambers each communicate via a branch line with one of the hydraulic paths 132, 133.
  • the second overload chamber 135 is formed by welding the overload diaphragm 136 into a recess in the body.
  • the first overload chamber 134 is formed by welding a closure body 138 into the recess above the overload diaphragm 136.
  • This construction has a simple hydraulic structure.
  • the pressure pipes 120, 122 have a distance which is greater than the diameter of the overload diaphragm 136 this allows on the one hand a possibly easier assembly of the pressure pipes on the base body 1 10, on the other hand, the distance between the pressure pipes to bridge, possibly by larger stiffening body 140, 142.
  • Differential pressure measuring cell 240 and the stiffening bodies 242, 244 in the main body since the above components during welding of the pressure pipes 242, 244 from the side process interface 216, the topological process does not affect the welding process.

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Abstract

Ein hydraulisches Messwerk umfasst einen Messwerkkörper mit einer in eine Richtung orientierten Prozessanschlussfläche (16), welcher einen ersten und einen zweiten hydraulischen Pfad (32, 33) aufweist, die sich von der Prozessanschlussfläche (16) durch den Messwerkkörper zu einer rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers erstreckten; eine erste und eine zweite Trennmembran (28, 30), welche den ersten und zweiten hydraulischen Pfad (32, 33) verschließen; wobei die hydraulischen Pfad jeweils ein erstes bzw. zweites Druckrohr (20, 22) aufweisen, welche aus der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers herausragen, und druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden sind; wobei der Messwerkkörper eine erste und eine zweite Überlastkammer (34, 35), die mittels einer elastischen Überlastmembran (36) getrennt sind, wobei die beiden Überlastkammern (34, 35) jeweils mit einem hydraulischen Pfad (32, 33) kommunizieren.

Description

Hydraulisches Messwerk mit koplanaren Druckeingängen und
Differenzdrucksensor mit einem solchen Messwerk
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Messwerk zum Aufnehmen von Differenzdrücken und einen Differenzdrucksensor mit einem solchen Messwerk.
Hydraulische Messwerke zum Aufnehmen von Differenzdrücken, umfassen gewöhnlich einen Messwerkkörper mit einer ersten Druckeingangsöffnung und einer zweiten Druckeingangsöffnung, von der sich jeweils ein hydraulischer Pfad zu einer
Differenzdruckmesszelle erstreckt, um die Differenzdruckmesszelle mit dem ersten Druck und dem zweiten Druck zu beaufschlagen, deren Differenz durch die
Differenzdruckmesszelle zu messen ist. Eine Differenzdruckmesszelle weist allgemein einen Messzellenkörper mit zwei Messkammern in seinem Innern auf, die durch eine Messmembran voneinander getrennt sind. Die beiden Messkammern sind jeweils durch eine Messkammeröffnung mit einem der beiden Drücke beaufschlagbar, so dass die Messmembran eine von der Differenz der beiden Drücke abhängige, elastische
Verformung aufweist.
Die Druckeingangsöffnungen des Messwerkkörpers sind gewöhnlich durch flexible metallische Trennmembranen verschlossen, welche jeweils einen an einer Außenseite der Trennmembran anstehenden Druck in den hydraulischen Pfad einleiten. Bei Messwerken mit koplanaren Druckeingangsöffnungen liegen die die Druckeingänge nebeneinander auf einer Prozessanschlussfläche des Messwerkkörpers. Solche Messwerke mit koplanaren Druckeingängen sind beispielsweise in EP 0 370 013 B1 , EP 0 560 875 B1 , EP 0 774 652 B2, und EP 1 216 404 B1 offenbart. Die hydraulischen Pfade umfassen beispielsweise Kapillarleitungen, die sich von einer rückseitigen Oberfläche des Prozessanschlusskörpers, welche der Prozessanschlussfläche abgewandt ist, zur Druckmesszelle erstrecken.
Die Kapillarleitungen sind beispielsweise durch eine umlaufende Schweißnaht druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden und damit jeweils an eine der
Druckeingangsöffnungen hydraulisch gekoppelt. Differenzdruckmesszellen sind gewöhnlich darauf optimiert geringe Druckdifferenzen p1- p2 bei großen statischen Drucken p1 , p2 zu messen. Hierbei ist es wichtig, die richtige Balance zwischen Empfindlichkeit und Überlastfestigkeit zu finden. So kann
beispielsweise für den Messbereich der Druckdifferenz |p1-p2| gelten |p1-p2|/p1 < 1 %. Wenn in einer Prozessanlage einer der Drücke p1 , p2 entfällt, wird die Messzelle mit dem 100-fachen des Messbereichs belastet. Es sind Differenzdruckmesszellen bekannt, die solchen überlasten standhalten, beruht ein bewährter Schutz der empfindlichen Differenzdruckmesszellen darauf, eine Überlastmembran zur Messzelle parallel zu schalten. Eine Überlastmembran weist eine hinreichend große hydraulische Kapazität auf, um im Falle einer einseitigen Überlast das Volumen einer Übertragungsflüssigkeit in einem hydraulischen Pfad so weit aufzunehmen, dass die Trennmembran dieses hydraulischen Pfads an einem Membranbett zur Anlage kommt, so dass ein weiterer Anstieg des auf die Differenzdruckmesszelle wirkenden Differenzdrucks zuverlässig verhindert ist. Beispiele für Differenzdrucksensoren mit Überlastmembranen sind in EP 1 299 701 B1 , DE 10 2006 040 325 A1 und DE 10 2006 057 828 A1 offenbart.
Die genannten Schutzrechte betreffen Differenzdrucksensoren deren hydraulisches Messwerk zwei Trennmembranen an gegenüberliegenden Stirnseiten eines
Messwerkkörpers aufweist, wobei eine Überlastmembran zwischen den
Trennmembranen angeordnet ist. Dieses Konstruktionsprinzip ist nicht ohne weiteres auf hydraulische Messwerke mit koplanaren Trennmembranen übertragbar. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen, und ein hydraulisches Messwerk mit koplanaren Trennmembranen und einer Überlastmembran bereitzustellen, welches einfach und zuverlässig herzustellen ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Messwerk gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch 1 und den Differenzdrucksensor gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch 8.
Das erfindungsgemäße hydraulische Messwerk zum Aufnehmen von Differenzdrücken, umfasst: einen Messwerkkörper mit einer in eine Richtung orientierten Prozessanschlussfläche, wobei der Messwerkkörper einen ersten hydraulischen Pfad aufweist, der sich von der Prozessanschlussfläche durch den Messwerkkörper zu einer rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers erstreckt, wobei der Messwerkkörper einen zweiten hydraulischen Pfad aufweist, der sich von der Prozessanschlussfläche durch den Messwerkkörper zu der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers erstreckt; eine erste Trennmembran, welche den ersten hydraulishcen Pfad auf der Seite der Prozessanschlussf lache verschließt; eine zweite Trennmembran, welche den zweiten hydraulischen Pfad auf der Seite der Prozessanschlussf lache verschließt; wobei der erste hydraulische Pfad ein erstes Druckrohr aufweist, welches mit aus der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers herausragt; wobei der zweite hydraulische Pfad ein zweites Druckrohr aufweist, welches aus der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers herausragt; wobei das erste und das zweite Druckrohr druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Messwerkkörper eine erste Überlastkammer; eine zweite Überlastkamme; und eine elastische Überlastmembran aufweist, wobei die Überlastmembran die erste
Überlastkammer von der zweiten Überlastkammer trennt, wobei die erste
Überlastkammer mit dem ersten hydraulischen Pfad kommuniziert, und wobei die zweite Überlastkammer mit dem zweiten hydraulischen Pfad kommuniziert.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Überlastmembran mit einer umlaufenden Fügestelle mit einem Trägerkörper verbunden, wobei die Fügestelle in einer zur Prozessanschlussf läche parallelen Ebene verläuft. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Messwerkkörper einen Grundkörper, einen ersten Trennmembrankorper und einen zweiten Trennmembrankorper, wobei die erste Trennmembran mit dem ersten Trennmembrankorper unter Bildung einer ersten Trennmembrankammer zwischen dem ersten Trennmembrankorper und der ersten Trennmembran mit einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei die zweite Trennmembran mit dem zweiten Trennmembrankorper unter Bildung einer zweiten Trennmembrankammer zwischen dem zweiten Trennmembrankorper und der zweiten Trennmembran mit einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der erste Trennmembrankorper mit einer der ersten Trennmembran abgewandten Rückseite voran in einer ersten Aufnahme des Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der erste hydraulische Pfad eine Bohrung umfasst, die sich von der ersten
Trennmembrankammer durch den ersten Trennmembrankörper erstreckt, und wobei der zweite Trennmembrankörper mit einer der zweiten Trennmembran abgewandten Rückseite voran in einer zweiten Aufnahme des Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der zweite hydraulische Pfad eine Bohrung umfasst, die sich von der zweiten Trennmembrankammer durch den zweiten Trennmembrankörper erstreckt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen der erste und der zweite
Trennmembrankörper jeweils ein korrugiertes Membranbett auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Trennmembranen jeweils auf dem Membranbett eines Trennmembrankörpers abgeprägt.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Messwerkkörper einen Verschlusskörper, der in einer komplementären Aufnahme des Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der Verschlusskörper eine Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als eine auslenkbare Fläche der Überlastmembran, und wobei durch den Verschlusskörper eine der beiden Überlastkammern verschlossen wird.
Insbesondere der Grundkörper oder der Verschlusskörper können als Trägerkörper für die Überlastmembran dienen.
In einer Weiterbildung der Erfindung verläuft zumindest einer der hydraulischen Pfade durch eine Überlastkammer, d.h. die Überlastkammer weist eine erste Öffnung auf, über welche sie mit einer Trennmembran kommuniziert, und eine zweite Öffnung, über welche sie mit einem Druckrohr kommuniziert. In einer Weiterbildung der Erfindung ragt eines der Druckrohre auf der Rückseite des Messwerkkörpers aus dem Verschlusskörper heraus, wobei ein anderes der Druckrohre auf der Rückseite des Messwerkkörpers aus dem Grundkörper herausragt, wobei der Abstand der Druckrohre an der Rückseite des Messwerkkörpers geringer ist als der Durchmesser der auslenkbaren Fläche der Überlastmembran, insbesondere geringer als der halbe Durchmesser und bevorzugt geringer als ein Viertel des Durchmessers. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind das erste Druckrohr und das zweite Druckrohr von der Seite der Prozessanschlussfläche her druckdicht mit dem
Messwerkkörper verbunden, insbesondere im Bereich der ersten und der zweiten Aussparung. Durch das Herstellen der druckdichten Verbindung zwischen einem Druckrohr und dem Messwerkkörper von der Seite der Prozessanschlussfläche her, werden insbesondere umlaufende Verbindungsverfahren wie beispielsweise Schweißen nicht durch das jeweils andere Rohr, welches rückseitig aus dem Messwerkkörper herausragt, behindert.
Der erfindungsgemäße Differenzdrucksensor umfasst ein erfindungsgemäßes hydraulisches Messwerk; und eine Differenzdruckmesszelle, wobei die
Differenzdruckmesszelle einen Messzellenkörper mit zwei Messkammern in seinem Innern aufweist, die durch eine Messmembran voneinander getrennt sind, wobei die Messkammern jeweils eine Messkammeröffnung aufweisen, wobei eine erste der Messkammern druckdicht an das erste Druckrohr angeschlossen und durch das erste Druckrohr mit einem ersten Druck beaufschlagbar ist, wobei eine zweite der
Messkammern druckdicht an das zweite Druckrohr angeschlossen und durch das zweite Druckrohr mit einem zweiten Druck beaufschlagbar ist, wobei die Messmembran in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck elastisch verformbar ist, wobei die Differenzdruckmesszelle einen Wandler aufweist, zum Bereitstellen eines von der Verformung der Messmembran abhängigen Signals.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Differenzdruckmesszelle von den Druckrohren gehalten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen die beiden Druckrohre jeweils eine Verzweigung auf, wobei jeweils ein Zweig eines Druckrohrs an eine der Messkammern angeschlossen ist, und wobei der jeweils andere Zweig eines Druckrohrs eine verschließbare Befüllöffnung zum Befüllen der jeweils mit dem Zweig kommunizierenden Volumina des Differenzdrucksensors mit einer Übertragungsflüssigkeit aufweist.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist der Messwerkkörper zwei verschließbare Befüllöffnungen auf, von denen jeweils eine mit einer
Druckeingangsöffnung kommuniziert, wobei die Befüllöffnungen vorgesehen sind zum Befüllen der jeweils mit ihnen kommunizierenden Volumina des Differenzdrucksensors mit einer Übertragungsflüssigkeit. Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Differenzdrucksensors; Fig. 2: einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Differenzdrucksensors; und
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Differenzdrucksensors.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Differenzdrucksensors 1 umfasst ein Hydraulisches Messwerk mit einem
Messwerkkörper welcher einen Grundkörper 10 sowie einen ersten und einen zweiten scheibenförmigen Trennmembrankörper 12, 14, wobei die Trennmembrankörper in Prozessanschlussfläche 16 des Grundkörpers 10 eingesetzt und mit diesem Druckdicht verschweißt sind. Die Trennmembrankörper tragen Trennmembranen 28, 30, die jeweils mit einer umlaufenden Schweißnaht druckdicht mit einem der Trennmembrankörper verbunden sind. Die Trennmembrankörper 12, 14, weisen zudem ein Membranbett auf, auf dem die Trennmembranen nach dem Verbinden mit dem Trennmembrankörper abgeprägt sind. Die beiden Trennmembranen 28, 30 verschließen jeweils den Eingang eines ersten bzw. zweiten hydraulischen Pfads 32, 33 wobei die hydraulischen Pfade Kanäle aufweisen, die von der Prozessanschlussfläche 16 zu einer Rückseite des Messwerkkörpers verlaufen. Der erste und der zweite hydraulische Pfad 32, 33 weisen weiterhin jeweils ein erstes bzw. zweites Druckrohr 20, 22 auf, welches druckdicht mit dem Messwerkkörper verschweißt ist und jeweils mit einem der Kanäle durch den Messwerkkörper kommuniziert. Die beiden Metallischen Druckrohre 20, 22 tragen jeweils einen nitridkeramischen Versteifungskörper 42, 44, wobei zwischen den beiden nitridkeramischen Versteifungskörpern eine mikromechanische Differenzdruckmesszelle 40 gehalten ist, die insbesondere Silizium aufweist. Durch die Versteifungskörper 42, 44 verlaufen Druckkanäle, über welche zwei Messkammern der Differenzdruckmesszelle 40 jeweils mit einem der beiden hydraulischen Pfade 32, 33 kommunizieren. Um die
Differenzdruckmesszelle vor Überlasten zu schützen, weist das hydraulische Messwerk eine erste Überlastkammer 34 und eine zweite Überlastkammer 35 auf, die voneinander durch eine Überlastmembran 36 getrennt sind. Die beiden Überlastkammern kommunizieren jeweils mit einem der hydraulischen Pfade 32, 33, wobei der erste hydraulische Pfad durch die erste Überlastkammer verläuft.
Die zweite Überlastkammer 35 ist gebildet durch Einschweißen der Überlastmembran 36 in eine Aussparung im Grundkörper, Die erste Überlastkammer 34 ist gebildet durch Einschweißen eines Verschlusskörpers 38 in die Aussparung oberhalb der
Überlastmembran 36. Der Kanal des ersten hydraulischen Pfads 32 umfasst somit einen ersten Verschlusskörperabschnitt, über den die erste Überlastkammer 34 mit der ersten Trennmembran 28 kommuniziert und einen zweiten Verschlusskörperabschnitt, über den die erste Überlastkammer 34 mit dem ersten Druckrohr bzw. einer der Messkammern der Differenzdruckmesszelle kommuniziert. Der zweite hydraulische Pfad 33 kommuniziert dagegen über eine Stichleitung mit der zweiten Überlastkammer.
Die asymmetrische Führung der hydraulischen Pfade 32, 33 ermöglicht, die Druckrohre an der Rückseite des Messwerkkörpers mit geringem Abstand zueinander
herauszuführen, was einerseits die Montage der mikromechanischen
Differenzdruckmesszelle 40 erleichtert, andererseits jedoch mit Asymmetrien in der Dynamik des hydraulischen Messwerks einhergehen kann.
Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 strebt dagegen eine Symmetrie der hydraulischen Pfade an. Ein Messwerkkörper weist wiederum einen Grundkörper 110 auf an dessen Prozessanschlussf lache 1 16 zwei Trennmembrankörper 112 114 angeordnet sind, von denen sich jeweils ein erster bzw. zweiter hydraulischer Pfad im wesentlichen gerade zu einer rückseitigen Oberfläche des Grundkörpers 1 10 erstreckt, wobei die hydraulischen Pfade in ersten und zweiten metallischen Druckrohren 120, 122 fortgesetzt werden, die jeweils einen nitridkeramischen Versteifungskörper 142, 144 tragen, wobei zwischen den beiden nitridkeramischen Versteifungskörpen eine mikromechanische
Differenzdruckmesszelle 140 gehalten ist, die insbesondere Silizium aufweist. Durch die Versteifungskörper 142, 144 verlaufen Druckkanäle, über welche zwei Messkammern der Differenzdruckmesszelle 140 jeweils mit einem der beiden hydraulischen Pfade 132, 133 kommunizieren. Um die Differenzdruckmesszelle 140 vor Überlasten zu schützen, weist das hydraulische Messwerk eine erste Überlastkammer 134 und eine zweite Überlastkammer 135 auf, die voneinander durch eine Überlastmembran 136 getrennt sind. Die beiden Überlastkammern kommunizieren jeweils über eine Stichleitung mit einem der hydraulischen Pfade 132, 133.
Die zweite Überlastkammer 135 ist gebildet durch Einschweißen der Überlastmembran 136 in eine Aussparung im Grundkörper, Die erste Überlastkammer 134 ist gebildet durch Einschweißen eines Verschlusskörpers 138 in die Aussparung oberhalb der Überlastmembran 136. Diese Konstruktion hat einen einfachen hydraulischen Aufbau. Die Druckrohre 120, 122 weisen einen Abstand auf, der größer ist als der Durchmesser der Überlastmembran 136 dies ermöglicht einerseits eine ggf. eine leichtere Montage der Druckrohre am Grundkörper 1 10, andererseits ist der Abstand zwischen den Druckrohren zu überbrücken, ggf. durch größere Versteifungskörper 140, 142.
Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem zweiten
Ausführungsbeispiel, weshalb die Ausführungen zum zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend für das dritte Ausführungsbeispiel gelten, wobei sich die Bezugszeichen entsprechender Komponenten des dritten Ausführungsbeispiels von denen des zweiten Ausführungsbeispiels um 100 unterscheiden. Der Unterschied zwischen den
Ausführungsbeispielen besteht nun darin dass im dritten Ausführungsbeispiel die Druckrohre 220, 222 ganz durch den Grundkörper 210 geführt sind und von der Seite der Prozessanschlussfläche 216 des hydraulischen Messwerks mittels umlaufender Schweißnähte druckdicht mit dem Grundkörper 210 verbunden sind. Dies ermöglicht ggf. die Komplettmontage eines Moduls bestehend aus den Druckrohren 220, 222, der
Differenzdruckmesszelle 240 und den Versteifungskörpern 242, 244 im Grundkörper, da die genannten Komponenten beim Verschweißen der Druckrohre 242, 244 von der Seite Prozessanschlussfläche 216, den Schweißprozess topologisch nicht beeinträchtigen.

Claims

Patentansprüche
Hydraulisches Messwerk zum Aufnehmen von Differenzdrücken, umfassend: einen Messwerkkörper mit einer in eine Richtung orientierten
Prozessanschlussfläche (16), wobei der Messwerkkörper einen ersten hydraulischen Pfad (32) aufweist, der sich von der Prozessanschlussfläche (16) durch den Messwerkkörper zu einer rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers erstreckt, wobei der Messwerkkörper einen zweiten hydraulischen Pfad (33) aufweist, der sich von der Prozessanschlussfläche (16) durch den Messwerkkörper zu der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers erstreckt; eine erste Trennmembran (28), welche den ersten hydraulischen Pfad (32) auf der Seite der Prozessanschlussfläche verschließt; eine zweite Trennmembran (30), welche den zweiten hydraulischen Pfad (33) auf der Seite der Prozessanschlussfläche verschließt; wobei der erste hydraulische Pfad ein erstes Druckrohr (20) aufweist, welches aus der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers herausragt; wobei der zweite hydraulische Pfad ein zweites Druckrohr (22) aufweist, welches aus der rückseitigen Oberfläche des Messwerkkörpers herausragt; wobei das erste und das zweite Druckrohr (20, 22) druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Messwerkkörper eine erste Überlastkammer (34); eine zweite
Überlastkammer(35); und eine elastische Überlastmembran (36) aufweist, wobei die Überlastmembran (36) die erste Überlastkammer (34) von der zweiten Überlastkammer (35) trennt, wobei die erste (34) Überlastkammer mit dem ersten hydraulischen Pfad (32) kommuniziert, und wobei die zweite
Überlastkammer (35) mit dem zweiten hydraulischen Pfad (33) kommuniziert.
2. Messwerk nach Anspruch 1 , wobei die Überlastmembran mit einer umlaufenden Fügestelle mit einem Trägerkörper verbunden ist, wobei die Fügestelle in einer zur Prozessanschlussfläche parallelen Ebene verläuft.
Messwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Messwerkkörper einen
Grundkörper, einen ersten Trennmembrankörper und einen zweiten
Trennmembrankörper aufweist, wobei die erste Trennmembran mit dem ersten Trennmembrankörper unter Bildung einer ersten Trennmembrankammer zwischen dem ersten
Trennmembrankörper und der ersten Trennmembran mit einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei die zweite Trennmembran mit dem zweiten Trennmembrankörper unter Bildung einer zweiten Trennmembrankammer zwischen dem zweiten
Trennmembrankörper und der zweiten Trennmembran mit einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der erste Trennmembrankörper mit einer der ersten Trennmembran abgewandten Rückseite voran in einer ersten Aufnahme des Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der erste hydraulische Pfad eine Bohrung umfasst, die sich von der ersten Trennmembrankammer durch den ersten Trennmembrankörper erstreckt, und wobei der zweite Trennmembrankörper mit einer der zweiten Trennmembran abgewandten Rückseite voran in einer zweiten Aufnahme des Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der zweite hydraulische Pfad eine Bohrung umfasst, die sich von der zweiten Trennmembrankammer durch den zweiten Trennmembrankörper erstreckt.
4. Messwerk nach Anspruch 3, wobei der erste und der zweite
Trennmembrankörper jeweils ein korrugiertes Membranbett aufweisen. Messwerk nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Messwerkkörper einen
Verschlusskörper aufweist, der in einer komplementären Aufnahme des
Grundkörpers angeordnet und mit dem Grundkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei der Verschlusskörper eine
Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als eine auslenkbare Fläche der Überlastmembran, und wobei durch den Verschlusskörper eine der beiden Überlastkammern verschlossen wird.
Messwerk nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der hydraulischen Pfade durch eine Überlastkammer verläuft, wobei die Überlastkammer eine erste Öffnung aufweist, über welche sie mit einer der Trennmembranen kommuniziert, und eine zweite Öffnung über welche sie mit einem der Druckrohre kommuniziert.
Messwerk nach Anspruch 5 oder einem von Anspruch 5 abhängigen Anspruch, wobei eines der Druckrohre auf der Rückseite des Messwerkkörpers aus dem Verschlusskörper herausragt, wobei ein anderes der Druckrohre auf der Rückseite des Messwerkkörpers aus dem Grundkörper herausragt, wobei der Abstand des ersten und des zweiten Druckrohrs an der Rückseite des
Messwerkkörpers geringer ist als ein Durchmesser einer auslenkbaren Fläche der Überlastmembran, insbesondere geringer als der halbe Durchmesser und bevorzugt geringer als ein Viertel des Durchmessers.
Messwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste
Druckrohr und das zweite Druckrohr von der Seite der Prozessanschlussfläche her druckdicht mit dem Messwerkkörper verbunden sind, insbesondere im Bereich der ersten und der zweiten Aussparung.
9. Differenzdrucksensor, umfassend: ein hydraulisches Messwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und eine Differenzdruckmesszelle, wobei die Differenzdruckmesszelle einen Messzellenkörper mit zwei
Messkammern in seinem Innern aufweist, die durch eine Messmembran voneinander getrennt sind, wobei die Messkammern jeweils eine Messkammeröffnung aufweisen, wobei eine erste der Messkammern druckdicht an das erste Druckrohr angeschlossen und durch das erste Druckrohr mit einem ersten Druck beaufschlagbar ist, wobei eine zweite der Messkammern druckdicht an das zweite Druckrohr
angeschlossen und durch das zweite Druckrohr mit einem zweiten Druck beaufschlagbar ist, wobei die Messmembran in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck elastisch verformbar ist, wobei die Differenzdruckmesszelle einen Wandler aufweist, zum Bereitstellen eines von der Verformung der Messmembran abhängigen Signals.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 9, wobei die Differenzdruckmesszelle von den Druckrohren gehalten wird.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei die beiden Druckrohre jeweils eine Verzweigung aufweisen, wobei jeweils ein Zweig eines Druckrohrs an eine der Messkammern angeschlossen ist, und wobei der jeweils andere Zweig eines Druckrohrs eine verschließbare
Befüllöffnung zum Befüllen der jeweils mit dem Zweig kommunizierenden Volumina des Differenzdrucksensors mit einer Übertragungsflüssigkeit aufweist.
Differenzdrucksensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Messwerkkörper zwei verschließbare Befüllöffnungen aufweist, von denen jeweils eine mit einer Druckeingangsöffnung kommuniziert, wobei die Befüllöffnungen vorgesehen sind zum Befüllen der jeweils mit ihnen kommunizierenden Volumina des Differenzdrucksensors mit einer Übertragungsflüssigkeit.
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