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WO2019030121A1 - Messgerät zur messung des drucks eines mediums in einem behältnis und kapazitive druckmesszelle - Google Patents

Messgerät zur messung des drucks eines mediums in einem behältnis und kapazitive druckmesszelle Download PDF

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Publication number
WO2019030121A1
WO2019030121A1 PCT/EP2018/071051 EP2018071051W WO2019030121A1 WO 2019030121 A1 WO2019030121 A1 WO 2019030121A1 EP 2018071051 W EP2018071051 W EP 2018071051W WO 2019030121 A1 WO2019030121 A1 WO 2019030121A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring
pressure
diaphragm
medium
process connection
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/EP2018/071051
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Müller
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.)
IFM Electronic GmbH
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 WO2019030121A1 publication Critical patent/WO2019030121A1/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
    • 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
    • G01L9/0075—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/145—Housings with stress relieving means
    • 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
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms

Definitions

  • Measuring device for measuring the pressure of a medium in a container and capacitive pressure measuring cell
  • the invention relates to a measuring device for measuring the pressure of a medium in a container according to the preamble of claim 1 and a capacitive pressure measuring cell for detecting the pressure of a to the pressure measuring cell
  • Capacitive pressure gauges or pressure sensors are available in many
  • Typical measuring cells consist of a compact unit with a ceramic base body and a membrane, wherein an annular joint, typically a glass solder ring, is arranged between the base body and the membrane.
  • Cavity between the body and membrane allows the longitudinal mobility of the membrane due to a pressure influence.
  • On the underside of the membrane and on the opposite upper side of the main body electrodes are provided, which together form a measuring capacitor. By pressure, it comes to a deformation of the membrane, which is a
  • the evaluation unit records the capacitance change and converts it into a pressure reading.
  • PLC higher-level control units
  • the capacitive pressure measuring cell in the process connection is usually clamped axially between a medially arranged annular sealing element, which rests on the membrane-side end face of the measuring cell and has substantially the same diameter as the glass solder ring, and a support element - often in the form of a screw-in support ring - clamped, whereby the remote from the membrane end face of the body is axially supported.
  • a medially arranged annular sealing element which rests on the membrane-side end face of the measuring cell and has substantially the same diameter as the glass solder ring, and a support element - often in the form of a screw-in support ring - clamped, whereby the remote from the membrane end face of the body is axially supported.
  • a screw-in support ring shows the German
  • Patent DE 44 16 978 It is important that the sealing element, the
  • the object of the invention is to make a particularly overload resistant pressure gauge of the type mentioned small and compact.
  • the essence of the invention is to achieve a reduction of the area on which the medium pressure acts.
  • F px A
  • the resulting force which is reduced by the weld joint with which the disk or shaped support element because of the small and compact design with the
  • the deflectable measuring membrane on its side facing the medium to be measured on an annular projection which engages around a nozzle-like, extending into the interior of the process connection extension of the channel.
  • This extension is part of the pressure channel through which the medium to be measured reaches the diaphragm of the pressure measuring cell.
  • the arcuate section can be provided both with a constant and with a variable radius, e.g. be executed elliptical.
  • socket-like extension has a circumferential groove, which is intended to at least partially receive the sealing element, which is preferably designed as an O-ring, and thus constitutes one of the two sealing surfaces. That's it
  • Sealing element fixed axially and has a defined position.
  • Pressure gauge is proposed according to a second aspect of the invention, a capacitive pressure measuring cell, wherein the measuring diaphragm in two concentric arranged areas is divided. In these concentric regions, the membrane has such a different thickness that it is deflectable only in the thinner middle region and not in the thicker outer region.
  • the pressure measuring cell is suitable for being axially fixed by means of a welded-in disk or U-shaped support element and thus to be usable in a small and compact measuring device even at short high pressure peaks.
  • the width of the thicker outer region corresponds approximately to the width of the glass solder ring.
  • FIG. 1 shows a particularly overload-resistant pressure measuring device according to the invention with a small and compact design
  • Figure 2 is a sectional view through the process connection of the invention
  • FIG. 3 shows an illustration of a process connection
  • FIG. 1 shows a pressure measuring device 1 according to the invention, which essentially consists of a metallic, rotationally symmetrical design
  • Process connection 3 includes a capacitive pressure measuring cell 10 as
  • the housing 2 comprises evaluation electronics (not shown) in order to evaluate the measurement signal generated by the pressure measuring cell 10 and to display it in a display device integrated in the housing 2 (if present) and / or to have it processed by a downstream control unit.
  • evaluation electronics not shown
  • a display device integrated in the housing 2 if present
  • a so-called. Compact device is shown, which is characterized by a very small and compact design and therefore does not have its own display device.
  • the measuring device 1 has a plug connection 4 at an end opposite the process connection 3.
  • the measuring device 1 is connected to a power supply and / or to a data processing unit or control unit which receives and evaluates the measuring signals.
  • FIG. 2 shows a sectional view through the process connection 3 of the pressure measuring device 1 according to the invention.
  • the focus here is the capacitive
  • Pressure measuring cell 10 which consists of a ceramic measuring membrane 1 1, whose first side is at least partially in contact with the medium and facing away from the medium second side of a measuring electrode 14, and one of the second side of the measuring membrane 1 1 oppositely arranged ceramic cylindrical base body 12th is formed with at least one a measuring capacitance with the measuring electrode 14 forming counter electrode 15.
  • the measuring membrane 1 1 is by means of an annular joint 13 in the form of a glass solder with the
  • Base body 3 is connected and thus forms one for the deflection of the
  • Measuring diaphragm 1 1 necessary measuring chamber.
  • the pressure measuring cell 10 is arranged directly above the pressure channel 5, via which the medium to be measured reaches the measuring membrane 11.
  • the pressure channel 5 in this case has a nozzle-like in the direction of the measuring cell 10, in the
  • the special feature of the capacitive pressure measuring cell 10 is that the measuring diaphragm 1 1 is divided into two concentrically arranged portions 1 1 a, 1 1 b, in which it has a different thickness. As a result, the measuring diaphragm 1 1 is deflected only in the thinner middle region 1 1 b and in the thicker outer region 1 1 a, however, not. Due to the significantly different thicknesses of the measuring membrane 1 1, the thicker outer region 1 1 a can also be regarded as a ring-shaped approach. The thicker outer region 1 1 a has approximately the same
  • Diameter like the glass solder ring 13 Diameter like the glass solder ring 13.
  • the measuring membrane 1 1 Due to the special design of the measuring membrane 1 1 it surrounds the nozzle-like extension 5a of the pressure channel 5 and thus forms a
  • Pressure measuring chamber 6, which is sealed by a sealing element 7, preferably designed as an O-ring.
  • the diameter of the sealing element 7 is smaller than the glass solder ring 13, so that the sealing surfaces 8a, 8b of this sealing element 7, in contrast to conventional capacitive pressure measuring cells or
  • Pressure measuring devices are now arranged parallel to the axis of symmetry S of the process connection 3.
  • An advantage of this embodiment is u.a. also in that a self-reinforcing effect results. Because when the pressure measuring chamber 6 is filled with a medium, the sealing element 7 is pressed by the applied pressure to the sealing surfaces 8a, 8b, whereby the sealing effect is further improved.
  • a peripheral groove is provided on the outside of the nozzle-like extension 5a. This groove thus represents at the same time one of the two sealing surfaces 8b.
  • a disk-shaped support element 16 is arranged, which is laterally welded to the inner wall of the process connection 3 16a.
  • Pressure gauges smaller attack surface of the medium to be measured on the measuring diaphragm 1 1 in the pressure measuring chamber 6 acts on the weld a significantly lower force, so that their load limit is not exceeded.
  • the pressure measuring cell 10 As a result, it is now possible with the pressure measuring cell 10 according to the invention to produce a pressure gauge with a nominal pressure of 100 bar and an overload resistance in the range of 300 bar, which has a smallest possible and very compact design starting from the dimensions of the pressure measuring cell 10.

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Abstract

Es ist ein Messgerät zur Messung des Drucks eines Mediums in einem Behältnis beschrieben, mit einer kapazitiven Druckmesszelle (10) und einem metallischen, rotationssymmetrisch ausgebildeten Prozessanschluss (3), wobei die Druckmesszelle (10) eine auslenkbare keramische Messmembran (11), deren erste Seite zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht und deren von dem Medium abgewandten zweiten Seite eine Messelektrode (14) aufweist, und einen der zweiten Seite der Messmembran (11) gegenüberliegend angeordneten keramischen zylinderförmigen Grundkörper (12) mit wenigstens einer eine Messkapazität mit der Messelektrode (14) bildenden Gegenelektrode (15) umfasst, wobei die Messmembran (11) mittels einer ringförmigen Fügestelle (13) mit dem Grundkörper (3) unter Bildung einer Messkammer verbunden ist, und wobei die Druckmesszelle (10) im Innenbereich des Prozessanschlusses (3) fixiert ist und die Messmembran (11) und ein Innenwandabschnitt des Prozessanschlusses (3) einen ringförmigen, über einen Kanal (5) mit dem Behältnis verbundenen Druckmessraum (6) mittels eines Dichtelements (7) druckdicht abschließen, wofür an der Messmembran (2) und am Innenwandabschnitt zwei gegenüberliegende Dichtflächen (8a, 8b) vorgesehen sind. Erfindungsgemäß weist die auslenkbare Messmembran (11) an ihrer ersten Seite einen ringförmigen Ansatz (11a) auf, der eine stutzenartige, in den Innenraum ragende Verlängerung (5a) des Kanals (5) umgreift und die Dichtflächen (8a, 8b) sind parallel zur Symmetrieachse (S) des Prozessanschlusses (3) angeordnet. Des Weiteren wird eine entsprechend Druckmesszelle beschrieben.

Description

Messgerät zur Messung des Drucks eines Mediums in einem Behältnis und kapazitive Druckmesszelle
Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Messung des Drucks eines Mediums in einem Behältnis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine kapazitive Druckmesszelle zur Erfassung des Druckes eines an die Druckmesszelle
angrenzenden Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Kapazitive Druckmessgeräte bzw. Drucksensoren werden in vielen
Industriebereichen zur Druckmessung eingesetzt. Sie weisen häufig eine keramische Druckmesszelle, als Messwandler für den Prozessdruck, und einen
Auswerteelektronik zur Signalverarbeitung auf. Typische Messzellen bestehen aus einer kompakten Einheit mit einem keramischen Grundkörper und einer Membran, wobei zwischen dem Grundkörper und der Membran eine ringförmige Fügestelle, typischerweise ein Glaslotring, 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. Mit Hilfe einer
Auswerteeinheit wird die Kapazitätsänderung erfasst und in einen Druckmesswert umgewandelt.
Am Unterteil des Messgeräts befindet sich der sogenannte Prozessanschluss, durch den das Messgerät mit einem das Medium führenden Behälter oder Rohr verbunden ist. In der Regel dienen diese Druckmessgeräte zur Überwachung oder Steuerung von Prozessen. Sie sind deshalb häufig mit übergeordneten Steuereinheiten (SPS) verbunden.
Neben kapazitiven gibt es auch resistive Druckmesszellen in Dünnfilm- oder
Dickschichttechnik, die mittels Dehnungsmessstreifen die Auslenkung der Membran erfassen. Allerdings sind resistive Messzellen gegenüber kapazitiven weniger überlastfest, so dass bei Prozessen, bei denen mit kurzen, hohen Druckspitzen zu rechnen ist, zumeist die eingangs beschriebenen kapazitiven Messzellen eingesetzt werden. Im Messbetrieb wird die kapazitive Druckmesszelle im Prozessanschluss gewöhnlich axial zwischen einem medienseitig angeordneten ringförmigen Dichtelement, das auf der membranseitigen Stirnfläche der Messzelle aufliegt und im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Glaslotring aufweist, und einem Stützelement - häufig in Form eines einschraubbaren Stützrings ausgeführt - eingespannt, wodurch die von der Membran abgewandte Stirnfläche des Grundkörpers axial abgestützt wird. Ein Beispiel eines solchen einschraubbaren Stützrings zeigt die deutschen
Patentschrift DE 44 16 978. Dabei ist es wichtig, dass das Dichtelement, der
Glaslotring sowie die Auflagefläche des Stützrings in einer Flucht liegen, wie es bspw. aus Fig. 1 der deutschen Patentschrift DE 196 28 551 zu entnehmen ist. So ist sichergestellt, dass einerseits eine optimale axiale Fixierung der Druckmesszelle gewährleistet ist, während die Messmembran uneingeschränkt auslenkbar ist.
Häufig werden jedoch besondere Anforderungen an eine sehr kleine und kompakte Bauform des gesamten Messgeräts gestellt, um es bspw. an schwer zugänglichen Stellen montieren zu können. Ein einschraubbarer Stützring erfordert jedoch für das Vorsehen eines Gewindes eine gewisse Mindestwandstärke des
Prozessanschlusses. Außerdem verlängert sich entsprechend dem Gewinde die axiale Erstreckung des Prozessanschlusses. Beides steht einer kleinen und kompakten Bauform entgegen. Als Alternativen bieten sich Scheiben- oder U-förmige Stützelemente an, wie sie bspw. aus der DE 10 2013 213 857 A1 bekannt sind.
Diese Stützelemente werden nicht eingeschraubt, sondern mit dem
Prozessanschluss verschweißt. Allerdings ist bei einer Schweißverbindung die gegenüber einer Schraubverbindung geringere Belastbarkeit zu beachten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein besonders überlastfestes Druckmessgerät der eingangs genannten Art klein und kompakt auszuführen.
Die aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Messgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Druckmesszelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Kern der Erfindung ist es, eine Verkleinerung der Fläche, auf die der Mediumsdruck einwirkt, zu erreichen. Infolgedessen reduziert sich wegen F = p x A die sich daraus ergebende Kraft, die von der Schweißverbindung, mit der das Scheiben- oder U- förmigen Stützelement wegen der kleinen und kompakten Bauform mit dem
Prozessanschluss verbunden ist, aufgenommen werden muss. Im Ergebnis kann das kleine und kompakte Druckmessgerät mit einem Nenndruck von 100 bar auch kurzen hohen Druckspitzen im Bereich von 300 bar ausgesetzt werden, da die auf die Schweißverbindung einwirkende Kraft unterhalb ihrer Belastungsgrenze liegt.
Dafür weist erfindungsgemäß die auslenkbare Messmembran an ihrer dem zu messenden Medium zugewandten Seite einen ringförmigen Ansatz auf, der eine stutzenartige, in den Innenraum des Prozessanschlusses ragende Verlängerung des Kanals umgreift. Diese Verlängerung ist Teil des Druckkanals, über den das zu messende Medium an die Membran der Druckmesszelle gelangt. Während im Stand der Technik - wie bspw. in Fig. 1 der deutschen Patentschrift DE 196 28 551 gezeigt - Dichtelement und Glaslotring näherungsweise den gleichen Durchmesser aufweisen, so dass beiden in einer Flucht angeordnet sind, ist der Durchmesser des Dichtelements nunmehr kleiner als der des Glaslotrings und das Dichtelement ist zwischen der Verlängerung des Druckkanals und der Innenseite des ringförmigen Ansatzes eingespannt. Die Dichtflächen, d.h. die Berührungsflächen zwischen Dichtelement und Prozessanschluss bzw. Druckmesszelle sind dann nicht mehr axial angeordnet, sondern nunmehr radial.
Vorteilhaft ist es, im Übergangsbereich vom Ansatz zur Messmembran einen
Bogenabschnitt, also keine scharfe Kante vorzusehen. Damit können die sich infolge der druckbedingten Auslenkung der Messmembran ergebenden Kerbwirkungen optimiert und damit auftretende Zugspannungen deutlich reduziert werden. Der Bogenabschnitt kann dabei sowohl mit einem konstanten als auch mit einem variablen Radius, z.B. elliptisch ausgeführt sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Außenseite der
stutzenartige Verlängerung eine umlaufende Nut aufweist, die dafür vorgesehen ist, das Dichtelement, welches bevorzugt als O-Ring ausgeführt ist, zumindest teilweise aufzunehmen und damit eine der beiden Dichtflächen darstellt. Damit ist das
Dichtelement axial fixiert und hat eine definierte Position.
Für den Einsatz in einem zuvor beschriebenen besonders überlastfesten
Druckmessgerät wird gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung eine kapazitive Druckmesszelle vorgeschlagen, bei welcher die Messmembran in zwei konzentrisch angeordnete Bereiche unterteilt ist. In diesen konzentrischen Bereichen weist die Membran eine derart unterschiedliche Dicke auf, dass sie nur im dünneren mittleren Bereich auslenkbar ist und im dickeren äußeren Bereich hingegen nicht. Damit ist die Druckmesszelle dafür geeignet, mittels eines eingeschweißten Scheiben- oder U- förmigen Stützelements axial fixiert zu werden und somit in einem kleinen und kompakten Messgerät auch bei kurzen hohen Druckspitzen einsetzbar zu sein.
Um eine optimale Stabilität der Druckmesszelle infolge der axialen Einspannung zu erreichen, entspricht dass Breite des dickeren äußeren Bereichs näherungsweise der Breite des Glaslotrings.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes besonders überlastfestes Druckmessgerät mit kleiner und kompakter Bauform,
Figur 2 ein Schnittbild durch den Prozessanschluss des erfindungsgemäßen
Druckmessgeräts sowie
Figur 3 gegenübergestellt eine Darstellung eines Prozessanschlusses mit
Druckmesszelle aus dem Stand der Technik und der Erfindung.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Druckmessgerät 1 dargestellt, welches im Wesentlichen aus einem metallischen, rotationssymmetrisch ausgebildeten
Prozessanschluss 3 und einem darauf aufgesetzten Gehäuse 2 besteht. Der
Prozessanschluss 3 beinhaltet eine kapazitive Druckmesszelle 10 als
Messaufnehmer (nicht dargestellt). Das Gehäuse 2 umfasst eine Auswerteelektronik (nicht dargestellt), um das von der Druckmesszelle 10 generierte Messsignal auszuwerten und in einer im Gehäuse 2 integrierten Anzeigevorrichtung (sofern vorhanden) darzustellen und/oder einer nachgelagerten Steuerungseinheit verarbeiteten lassen zu können. Vorliegend ist ein sog. Kompaktgerät dargestellt, das durch eine sehr kleine und kompakte Bauweise gekennzeichnet ist und deswegen keine eigene Anzeigevorrichtung aufweist. Darüber hinaus weist das Messgerät 1 an einem dem Prozessanschluss 3 entgegengesetzten Ende einen Steckeranschluss 4 auf. Über diesen
Steckeranschluss 4 ist das Messgerät 1 mit einer Stromversorgung und/oder mit einer Datenverarbeitungseinheit bzw. Steuereinheit verbunden, die die Messsignale empfängt und auswertet.
In Figur 2 ist ein Schnittbild durch den Prozessanschluss 3 des erfindungsgemäßen Druckmessgeräts 1 dargestellt. Im Mittelpunkt steht hier die kapazitive
Druckmesszelle 10, die aus einer keramischen Messmembran 1 1 , deren erste Seite zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht und deren von dem Medium abgewandten zweiten Seite eine Messelektrode 14 aufweist, und einem der zweiten Seite der Messmembran 1 1 gegenüberliegend angeordneten keramischen zylinderförmigen Grundkörper 12 mit wenigstens einer eine Messkapazität mit der Messelektrode 14 bildenden Gegenelektrode 15 gebildet wird. Die Messmembran 1 1 ist mittels einer ringförmigen Fügestelle 13 in Form eines Glaslots mit dem
Grundkörper 3 verbunden und bildet damit eine für die Auslenkung der
Messmembran 1 1 notwendige Messkammer.
Die Druckmesszelle 10 ist unmittelbar über dem Druckkanal 5 angeordnet, über den das zu messende Medium an die Messmembran 1 1 gelangt. Der Druckkanal 5 weist dabei eine in Richtung der Messzelle 10 angeordnete stutzenartige, in den
Innenraum des Prozessanschlusses 3 ragende Verlängerung 5a auf.
Das Besondere an der kapazitiven Druckmesszelle 10 ist, dass die Messmembran 1 1 in zwei konzentrisch angeordnete Bereiche 1 1 a, 1 1 b unterteilt ist, in denen sie eine unterschiedliche Dicke aufweist. Dadurch ist die Messmembran 1 1 nur im dünneren mittleren Bereich 1 1 b auslenkbar ist und im dickeren äußeren Bereich 1 1 a hingegen nicht. Aufgrund der deutlich unterschiedlichen Dicken der Messmembran 1 1 kann der dickere äußere Bereich 1 1 a auch als ringförmiger Ansatz angesehen werden. Der dickere äußere Bereich 1 1 a hat näherungsweise den gleichen
Durchmesser wie der Glaslotring 13.
Aufgrund der speziellen Ausgestaltung der Messmembran 1 1 umgreift sie die stutzenartige Verlängerung 5a des Druckkanals 5 und bildet damit einen
Druckmessraum 6, der durch ein Dichtelement 7, vorzugsweise als O-Ring ausgeführt, abgedichtet ist. Der Durchmesser des Dichtelements 7 ist dabei kleiner als der des Glaslotrings 13, sodass die Dichtflächen 8a, 8b dieses Dichtelements 7 im Gegensatz zu herkömmlichen kapazitiven Druckmesszellen bzw.
Druckmessgeräten nunmehr parallel zur Symmetrieachse S des Prozessanschlusses 3 angeordnet sind. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht u.a. auch darin, dass sich ein selbstverstärkender Effekt ergibt. Denn wenn der Druckmessraum 6 mit einem Medium gefüllt ist, wird das Dichtelement 7 durch den einwirkenden Druck an die Dichtflächen 8a, 8b gedrückt, wodurch sich der Dichteffekt weiter verbessert.
Um dem Dichtelement 7 eine definierte Position zu geben und ein Verrutschen zu vermeiden, ist an der Außenseite der stutzenartige Verlängerung 5a eine umlaufende Nut vorgesehen. Diese Nut stellt damit gleichzeitig eine der beiden Dichtflächen 8b dar.
Auf dem Grundkörper 12 ist ein scheibenförmiges Abstützelement 16 angeordnet, das seitlich mit der Innenwand des Prozessanschlusses 3 verschweißt 16a ist.
Dadurch ist die Druckmesszelle 10 innerhalb des Prozessanschlusses 3 axial fixiert. Durch die nun gegenüber herkömmlichen kapazitiven Druckmesszellen bzw.
Druckmessgeräten kleinere Angriffsfläche des zu messenden Mediums auf die Messmembran 1 1 im Druckmessraum 6 wirkt auf die Schweißverbindung eine deutlich geringere Kraft ein, so dass deren Belastungsgrenze nicht überschritten wird.
Im Ergebnis ist es mit der erfindungsgemäßen Druckmesszelle 10 nun möglich, ein Druckmessgerät mit 100 bar Nenndruck und einer Überlastfestigkeit im Bereich von 300 bar herzustellen, das eine ausgehend von den Maßen der Druckmesszelle 10 kleinstmögliche und sehr kompakte Bauform aufweist.
In Figur 3 wird abschließend ein Prozessanschluss 3 mit Druckmesszelle 10 aus dem Stand der Technik (oben) und ein Prozessanschluss 3 mit Druckmesszelle 10 gemäß der Erfindung (unten) gegenübergestellt. Deutlich zu erkennen ist darin der nun erheblich reduzierte Wirk-Durchmesser der Dichtung 7. Bezugszeichenliste
1 Messgerät
2 Gehäuse
3 Prozessanschluss
4 Steckeranschluss
5 Kanal
5a stutzenartige Verlängerung
6 Druckmessraum
7 Dichtelement
8a Dichtfläche
8b Dichtfläche
10 Druckmesszelle
1 1 Messmembran
1 1 a äußerer Bereich der Messmembran
1 1 b innerer Bereich der Messmembran
12 Grundkörper
13 Glaslotring
14 Messelektrode
15 Gegenelektrode
16 Abstützelement
16a Schweißverbindung

Claims

Patentansprüche
1 . Messgerät zur Messung des Drucks eines Mediums in einem Behältnis, mit einer kapazitiven Druckmesszelle (10) und einem metallischen,
rotationssymmetrisch ausgebildeten Prozessanschluss (3), wobei die Druckmesszelle (10) eine auslenkbare keramische Messmembran
(1 1 ) , deren erste Seite zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht und deren von dem Medium abgewandten zweiten Seite eine Messelektrode (14) aufweist, und einen der zweiten Seite der Messmembran (1 1 ) gegenüberliegend angeordneten keramischen zylinderförmigen Grundkörper
(12) mit wenigstens einer eine Messkapazität mit der Messelektrode (14) bildenden Gegenelektrode (15) umfasst, wobei die Messmembran (1 1 ) mittels einer ringförmigen Fügestelle (13) mit dem Grundkörper (3) unter Bildung einer Messkammer verbunden ist, und wobei die Druckmesszelle (10) im Innenbereich des Prozessanschlusses (3) fixiert ist und die Messmembran (1 1 ) und ein Innenwandabschnitt des Prozessanschlusses (3) einen ringförmigen, über einen Kanal (5) mit dem Behältnis verbundenen Druckmessraum (6) mittels eines Dichtelements (7) druckdicht abschließen, wofür an der Messmembran (2) und am
Innenwandabschnitt zwei gegenüberliegende Dichtflächen (8a, 8b) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die auslenkbare Messmembran (1 1 ) an ihrer ersten Seite einen ringförmigen Ansatz (1 1 a) aufweist, der eine stutzenartige, in den Innenraum ragende Verlängerung (5a) des Kanals (5) umgreift und dass die Dichtflächen (8a, 8b) parallel zur Symmetrieachse (S) des
Prozessanschlusses (3) angeordnet sind.
2. Messgerät nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich vom Ansatz (1 1 a) zur Messmembran (1 1 ) ein Bogenabschnitt vorgesehen ist.
3. Messgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesszelle (10) im Innenbereich des Prozessanschlusses (3) mittels eines auf der Außenseite des Grundkörper (12) aufliegenden Scheiben- oder U-förmigen Stützelements (16) fixiert und damit axial eingespannt ist.
4. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Scheiben- oder U-förmigen Stützelements (16) seitlich mit der Innenwand des Prozessanschlusses 3 verschweißt 16a ist.
5. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der stutzenartige Verlängerung (5a) eine umlaufende Nut aufweist, die dafür vorgesehen ist, das Dichtelement (7) zumindest teilweise aufzunehmen und damit eine der beiden Dichtflächen (8b) darstellt.
6. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Dichtelements (7) kleiner ist als der des Glaslotrings (13).
7. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (7) als O-Ring ausgeführt ist.
8. Kapazitive Druckmesszelle zur Erfassung des Druckes eines an die
Druckmesszelle (10) angrenzenden Mediums, umfassend
- eine auslenkbare keramische Messmembran (1 1 ), deren erste Seite zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht und deren von dem Medium abgewandten zweiten Seite eine Messelektrode (14) aufweist, und
- einen der zweiten Seite der Messmembran (1 1 ) gegenüberliegend
angeordneten keramischen zylinderförmigen Grundkörper (12) mit wenigstens einer eine Messkapazität mit der Messelektrode (14) bildenden
Gegenelektrode (15), wobei die Messmembran (1 1 ) mittels einer ringförmigen Fügestelle (13) mit dem Grundkörper (3) unter Bildung einer Messkammer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmembran (11) in zwei konzentrisch angeordnete Bereiche (11a, 11b) unterteilt ist, in denen sie eine
unterschiedliche Dicke aufweist, derart, dass die Messmembran (11) nur im dünneren mittleren Bereich (11b) auslenkbar ist und im dickeren äußeren Bereich (11a) hingegen nicht.
9. Druckmesszelle nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich vom auslenkbaren mittleren Bereich (11b) der Messmembran (11) zum dickeren äußeren Bereich (11a) ein Bogenabschnitt vorgesehen ist.
10. Druckmesszelle nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des dickeren äußeren Bereichs (11a) näherungsweise der Breite des Glaslotrings (13) entspricht.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11346698B2 (en) * 2019-06-21 2022-05-31 Sporian Microsystems, Inc. Compact pressure and flow sensors for very high temperature and corrosive fluids
CN116380187A (zh) * 2023-04-13 2023-07-04 西南石油大学 一种可实时确定流体体积和压力的高温高压中间容器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4416978A1 (de) 1994-05-13 1995-11-16 Ifm Electronic Gmbh Druckmeßgerät
DE19628551A1 (de) 1995-08-04 1997-02-20 Ifm Electronic Gmbh Druckmeßgerät und Druckmeßanordnung
EP1016573A2 (de) * 1998-12-28 2000-07-05 Kelsey-Hayes Company In einem elektrohydraulischen Steuergerät integrierter Drucksensor
DE10133066A1 (de) * 2001-07-07 2003-01-16 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Druckmeßzelle
DE102013213857A1 (de) 2013-04-18 2014-10-23 Ifm Electronic Gmbh Drucksensor
EP3002572A2 (de) * 2014-09-30 2016-04-06 Nagano Keiki Co., Ltd. Messvorrichtung für physikalische mengen

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10065390A1 (de) * 2000-10-09 2002-04-11 Bernhard Trier Drucksensor sowie Verfahren zur Herstellung dieses Drucksensors
DE102011088044A1 (de) * 2011-12-08 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Drucksensoranordnung zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums in einem Messraum

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4416978A1 (de) 1994-05-13 1995-11-16 Ifm Electronic Gmbh Druckmeßgerät
DE19628551A1 (de) 1995-08-04 1997-02-20 Ifm Electronic Gmbh Druckmeßgerät und Druckmeßanordnung
EP1016573A2 (de) * 1998-12-28 2000-07-05 Kelsey-Hayes Company In einem elektrohydraulischen Steuergerät integrierter Drucksensor
DE10133066A1 (de) * 2001-07-07 2003-01-16 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Druckmeßzelle
DE102013213857A1 (de) 2013-04-18 2014-10-23 Ifm Electronic Gmbh Drucksensor
EP3002572A2 (de) * 2014-09-30 2016-04-06 Nagano Keiki Co., Ltd. Messvorrichtung für physikalische mengen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11346698B2 (en) * 2019-06-21 2022-05-31 Sporian Microsystems, Inc. Compact pressure and flow sensors for very high temperature and corrosive fluids
CN116380187A (zh) * 2023-04-13 2023-07-04 西南石油大学 一种可实时确定流体体积和压力的高温高压中间容器

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