DE102010042641A1

DE102010042641A1 - Druckmessumformer

Info

Publication number: DE102010042641A1
Application number: DE201010042641
Authority: DE
Inventors: Slava Friesen; Dominik Herzog; Thomas Himmelsbach; Markus Pfeiffer; Erich Schwabenland
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-04-19
Also published as: WO2012052348A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer (1) mit zumindest einer Kammer (4, 5), welche zur Übertragung eines zu messenden Drucks von einer Trennmembran (9, 10) zu einem druckempfindlichen Sensor (6) mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist. Zur Verbesserung der Langzeitstabilität ist die zumindest eine Kammer (4, 5) mit einem Molekularsieb (16, 18) versehen, welches ein gutes Adsorptionsvermögen für verunreinigende Stoffe in der Druckübertragungsflüssigkeit besitzt. Damit kann der Druckübertragungsflüssigkeit beispielsweise Wasser entzogen werden, welches bereits bei der Befüllung der Kammer (4, 5) in der Flüssigkeit enthalten war oder im Betrieb des Druckmessumformers (1) beispielsweise durch Diffusion in die Kammer (4, 5) eingedrungen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer mit zumindest einer Kammer, welche zur Übertragung eines zu messenden Drucks von einer Trennmembran zu einem druckempfindlichen Sensor mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Druckmessumformer werden häufig für die Messung eines Absolutdrucks eingesetzt. Die Messung des angelegten Drucks erfolgt dabei in Abhängigkeit eines Referenzdrucks, der zuvor auf einen definierten Absolutdruck eingestellt wurde. Dies gilt unabhängig von dem angewandten Verfahren zur mechanisch-elektrischen Signalwandlung, die beispielsweise induktiv, kapazitiv oder piezoresistiv erfolgen kann. Häufig wird der Referenzdruck fertigungstechnisch auf einen Absolutdruck von weniger als 1 mbar festgelegt. Um einen direkten Kontakt zwischen einem Drucksensor und einem Messmedium in einer prozesstechnischen Anlage zu vermeiden, weisen Druckmessumformer häufig eine Kammer auf, welche zur Übertragung des zu messenden Drucks von einer Trennmembran, welche sich zwischen dem Prozessmedium und der Kammer befindet, zu einem druckempfindlichen Sensor mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist. Die Befüllung erfolgt über einen Einfüllkanal, nachdem die jeweilige Messkammer evakuiert worden ist. Bei der Befüllung jeder Messkammer mit der Druckübertragungsflüssigkeit ist darauf zu achten, dass ein definiertes Volumen an Druckübertragungsflüssigkeit eingebracht wird. Das Befüllen erfolgt mit einer unter Unterdruck stehenden Druckübertragungsflüssigkeit unter Einfluss der Schwerkraft. Danach wird jeder Einfüllkanal verschlossen und der Verschluss gesichert.
Zusätzlich zur Evakuierung kann eine Druckmesszelle des Druckmessumformers vor der Befüllung vorbeheizt werden, um sicherzustellen, dass alle Gas- und Flüssigkeitsanteile aus der Kammer entfernt wurden. Rückstände von Flüssigkeiten oder Gasen würden im Messbereich zu einer erhöhten Temperaturabhängigkeit des Dampfdruckes führen, welche deren Kompensation erschweren würde. Durch Verunreinigungen bedingte Ausgasungen würden zudem zu einer Nichtlinearität im Temperaturverhalten und zu einem erhöhten Hysterese-Effekt führen. Es ist daher von großer Bedeutung für die Messgenauigkeit von Druckmessumformern, dass die Vakuumfestigkeit der Druckübertragungsflüssigkeit sichergestellt wird, d. h., dass dafür Sorge getragen wird, dass sich im Messbereich des Messumformers zumindest bis zum Erreichen des Referenzdrucks keine Gasblasen in der Flüssigkeit bilden. Es ist daher wichtig, dass beispielsweise ein Wasseranteil in der Druckübertragungsflüssigkeit von 50 ppm nicht überschritten wird, da die in der Kammer enthaltene Restfeuchte ansonsten zu einer Veränderung des Füllöls, welches häufig als Druckübertragungsflüssigkeit eingesetzt wird, führen würde. Eine überhöhte Restfeuchte könnte z. B. zu Problemen aufgrund einer veränderten Kompressibilität der Druckübertragungsflüssigkeit, die Fehler beim statischen Druckabgleich verursacht, sowie aufgrund der Anomalie des Wassers zu Problemen bei tiefen Temperaturen führen.
Ein weiteres Problem ist darin zu sehen, dass die Menge der beim Füllvorgang in einer Kammer verbleibenden Gase oder Feuchte nicht exemplarspezifisch nachgewiesen und somit nicht statistisch erfasst werden kann. Dies kann zu unerwünschten Fertigungsschwankungen führen.
Aus der DE 103 25 799 B3 ist zwar ein Verfahren zur Überprüfung der Vakuumfestigkeit einer Druckübertragungsflüssigkeit in einem Druckmessumformer bekannt, eine Möglichkeit zur Beseitigung oder zumindest Reduktion von Verunreinigungen der Druckübertragungsflüssigkeit wird jedoch nicht beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessumformer zu schaffen, der sich durch eine verbesserte Langzeitstabilität auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Druckmessumformer der eingangs genannten Art das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmal auf. In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beschrieben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass verunreinigende Stoffe, beispielsweise Gase, Dämpfe oder gelöste Stoffe, durch das starke Adsorptionsvermögen des Molekularsiebes, welches häufig als Molsieb bezeichnet wird, gebunden werden. Damit wird eine dauerhaft bessere Reinheit der Druckübertragungsflüssigkeit erreicht. Durch das Molsieb können sowohl Verunreinigungen aufgenommen werden, die bereits bei der Befüllung der Kammer mit Druckübertragungsflüssigkeit in dieser enthalten waren, als auch Stoffe, die während des Betriebs des Druckmessumformers aufgrund Diffusion oder kleiner Leckstellen in die Kammer gelangen. Die Adsorption von Stoffen unterschiedlicher Molekülgrößen kann durch geeignete Auswahl von Molsieben genutzt werden. Dabei können in einer Kammer mehrere Molsiebe mit unterschiedlichen Porengrößen oder Molsiebe mit verschiedenen Adsorptionszonen je nach Art der Verunreinigungen zur Anwendung kommen.
Als besonders vorteilhaft in der Prozessinstrumentierung hat sich die Verwendung eines Molsiebs mit einer Porenweite von 0,3 nm erwiesen, da derartige Molsiebe, beispielsweise aus dem Material Zeolith, ein besonders starkes Adsorptionsvermögen für Wassermoleküle besitzen.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
In der einzigen Figur ist ein Druckmessumformer 1 mit längsgeschnittener Druckmesszelle in einer Prinzipdarstellung gezeichnet. Der Druckmessumformer 1 weist ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Innengehäuse 2 auf mit einer zentralen Ausnehmung, die durch eine Mittenmembran 3 in zwei Kammern 4 und 5 unterteilt ist. Die Mittenmembran 3 trägt einen druckempfindlichen Sensor 6, der ein Messsignal 8 an eine Auswerteeinrichtung 7 abgibt. Zum Schutz des Sensors 6 vor Überlast und chemischen Einflüssen dienen zwei Trennmembranen 9 und 10. Die Trennmembran 9 begrenzt eine Referenzdruckkammer 11, die durch eine Ausnehmung in einer Kappe 12 realisiert ist. Die Trennmembran 10 trennt die Kammer 5 von einem Messmedium, das mit dem zu messenden Druck durch einen Einlass 13 in eine Messdruckkammer 14, die sich in einer Kappe 15 befindet, zugeführt wird. Die beiden Kammern 4 und 5 sind mit einer exakt bemessenen Menge eines Silikonöls befüllt. Der Referenzdruck in der Kammer 11 ist fertigungstechnisch auf einen Absolutdruck von höchstens 1 mbar eingestellt. Messwerte des zu messenden Drucks, die von der Auswerteeinrichtung 7 in Abhängigkeit des Messsignals 8 berechnet werden, zeigt der Druckmessumformer 1 durch ein Anzeigesignal 17, beispielsweise über einen Feldbus, einer übergeordneten Leitstation an, die in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist.
Zur Beseitigung eventueller Verunreinigungen der in den Kammern 4 und 5 befindlichen Silikonöle sind die Kammern 4 und 5 mit Molsieben 16 bzw. 18 versehen, deren Adsorptionsvermögen auf die zu erwartenden Verunreinigungen abgestimmt ist. Sobald unerwünschte Stoffe in das Silikonöl eindringen, werden diese durch die Molsiebe 16 und 18 wieder vom Silikonöl getrennt. Die beiden Molsiebe 16 und 18 sind jeweils mit einem Feuchtigkeitsindikator 19 bzw. 20 versehen, durch welchen der Auswerteeinrichtung 7 ein Erreichen der Kapazitätsgrenze angezeigt wird, wenn die Molsiebe 16 und/oder 18 nicht mehr in der Lage sind, eine weitere Menge des jeweiligen verunreinigenden Stoffes aufzunehmen. Der Zustand, der durch die Feuchtigkeitsindikatoren 19 und 20 angezeigt wird, wird ebenfalls durch die Auswerteeinrichtung 7 an eine übergeordnete Leitstation weitergegeben, so dass gegebenenfalls durch Wartungspersonal geeignete Maßnahmen eingeleitet werden können.
In der Zeichnung sind die beiden Molsiebe 16, 18 jeweils an einem Übertragungskanal für die Druckübertragungsflüssigkeit angeordnet. Alternativ oder ergänzend dazu können Molsiebe unterhalb der Trennmembran 9 oder der Trennmembran 10 sowie an den Kammerwänden, welche der Mittenmembran 3 gegenüberliegen, angeordnet werden. Es ist lediglich wichtig, dass die Molsiebe in gutem Kontakt zur Druckübertragungsflüssigkeit stehen.
Die Erfindung ist bei jeder Art von Druckmessumformern anwendbar, in welchen eine Kammer mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist, beispielsweise ebenso bei Differenzdruckmessumformern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10325799 B3 [0005]

Claims

Druckmessumformer (1) mit zumindest einer Kammer (4, 5), welche zur Übertragung eines zu messenden Drucks von einer Trennmembran (9, 10) zu einem druckempfindlichen Sensor (6) mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kammer (4, 5) mit einem Molekularsieb (16, 18) zur Adsorption von verunreinigenden Stoffen in der Druckübertragungsflüssigkeit versehen ist.
Druckmessumformer, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb (16, 18) eine Porenweite von 0,3 nm aufweist.