DE19949831A1 - Membrandruckmittler - Google Patents

Abstract

Der Membrandruckmittler weist einen Grundkörper (4), eine darin ausgebildete flache Ausnehmung und eine Membraneinheit (6) auf, die fluiddicht am Grundkörper (4) befestigt ist und zusammen mit der Ausnehmung eine im Betrieb mit einer Füllflüssigkeit gefüllte Flüssigkeitskammer begrenzt. Die Membraneinheit (6) weist eine erste, der Flüssigkeitskammer zugewandte Membran sowie eine zweite Membran auf. Beide Membranen haben die gleiche Gestalt und sind parallel zueinander angeordnet. Im Grundkörper (4) ist ein Hohlraum (34, 46) ausgebildet, der in ununterbrochener Strömungsverbindung mit dem Zwischenraum zwischen den beiden Membranen steht. Der Hohlraum und der Zwischenraum sind evakuiert. Wenn aufgrund eines Bruchs in eine der beiden Membranen Füllflüssigkeit oder Meßstoff in den Zwischenraum zwischen den Membranen eintritt, führt dies zu einer Zustandsänderung im Hohlraum, die von einer an den Hohlraum angeschlossenen Erfassungseinrichtung (38) erfaßt wird, die ein den Membranbruch anzeigendes Warnsignal liefert. Die Evakuierung des Hohlraums und des Zwischenraumes erweitert den Einsatz- und Anwendungsbereich des Druckmittlers u. a. in dem Sinne, daß die Erfassungseinrichtung (38) auch dann anspricht, wenn der Meßstoff unter negativem Überdruck steht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Membrandruckmittler gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein Membrandruckmittler dient dazu, einen Meßdruck, d. h. einen zu messenden Druck eines Meßstoffes, auf ein auf Druck ansprechendes Gerät zu übertragen, wenn dieses aus bestimmten Gründen nicht direkt mit dem Meßstoff in Be­ rührung kommen soll. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Meßstoff korrosiv ist und im Falle des di­ rekten Kontaktes mit dem Gerät dieses angreifen würde, wenn der Meßstoff hochviskos ist und dadurch die Druckweiter­ leitung in den Toträumen des Gerätes behindern würde oder wenn der Meßstoff zur Kristallisation oder Polymerisation neigt und dadurch Anschlußleitungen zum Gerät verstopfen würde. Diese Aufzählung von Anwendungsfällen eines Membrandruckmittlers ist nicht abschließend und enthält lediglich einige mögliche Beispiele.

Bei dem auf Druck ansprechenden Gerät handelt es sich in der Mehrzahl der Anwendungsfälle um ein Druckmeßgerät zur Messung und Anzeige des Überdrucks des Meßstoffes. Es kann sich dabei aber auch um einen Druckmeßumformer, einen Druckschalter, einen Druckaufnehmer oder ein Differenz­ druckmeßgerät oder dergleichen handeln.

Ein Druckmeßumformer mit den Merkmalen des Obergriffs von Patentanspruch 1 ist bekannt und in der nicht vorver­ öffentlichten deutschen Patentanmeldung P 198 59 507.7 beschrieben. Bei diesem bekannten Membrandruckmittler weist die Membraneinheit eine erste Membran sowie eine zweite Membran auf, wobei beide Membranen die gleiche Gestalt haben und parallel zueinander angeordnet sind. Die erste Membran steht in Kontakt mit der Füllflüssigkeit, und die zweite Membran steht im Betrieb in Kontakt mit dem Meß­ stoff. Die Ausbildung der Membraneinheit aus zwei Mem­ branen, d. h. als sogenannte Zweifach-Membran, dient dem Zweck, einer Ionen-Diffusion durch die Membraneinheit hindurch von der Füllflüssigkeit zum Meßstoff und umgekehrt vorzubeugen. Wenn die Füllflüssigkeit durch eindiffundierte Fremdionen verunreinigt wird, so kann dies die Funktions­ fähigkeit des Membrandruckmittlers beeinträchtigen. Ferner darf bei zahlreichen Anwendungsfällen nicht zugelassen werden, daß der Meßstoff durch von der Füllflüssigkeit her eindiffundierte Fremdionen verunreinigt wird. Daher ist bei dem bekannten Membrandruckmittler der Zwischenraum zwischen den beiden Membranen der Zweifach-Membran zur Umgebung belüftet, so daß allenfalls durch eine der beiden Membranen diffundierte Ionen aus dem Zwischenraum abgeleitet werden und dadurch am Erreichen des anderen Fluids (Meßstoff bzw. Füllflüssigkeit) gehindert werden.

Die Ausbildung der Membraneinheit als Zweifach-Membran hat ferner die Wirkung, daß die Füllflüssigkeit und der Meß­ stoff selbst dann nicht in Kontakt miteinander kommen, wenn eine der beiden Membranen brechen sollte, da dann noch die andere der beiden Membranen den Meßstoff und die Füllflüssigkeit voneinander getrennt hält. Damit der Bruch einer der beiden Membranen erfaßt werden kann und der dann defekte Membrandruckmittler ersetzt werden kann, ist der bekannte Membrandruckmittler mit einer Erfassungsein­ richtung versehen, die mit einem kapazitiven Sensor ausge­ rüstet ist. Wenn aufgrund eines Bruchs einer der beiden Membranen Fluid zwischen die beiden Membranen, in den Hohlraum und schließlich zur Erfassungseinrichtung ge­ langt, ändert sich das von dieser gelieferte Ausgangs­ signal und wird durch diese Änderung des Ausgangssignals der Bruch einer der beiden Membranen erfaßt, so daß er beispielsweise angezeigt werden kann.

Ein Membrandruckmittler, bei dem die Membraneinheit eine erste Membran und eine zweite Membran aufweist und bei dem der Zwischenraum zwischen den beiden Membranen zur Umgebung belüftet ist, ist durch die Veröffentlichung DE 31 21 799 A1 bekannt. Dieser bekannte Membrandruckmittler weist allerdings keine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Bruchs einer der beiden Membranen auf.

Die Erfassungseinrichtung des gattungsgemäßen Membran­ druckmittlers kann nur dann ansprechen, wenn der Meßstoff unter einem positiven Überdruck steht. Ferner eignet sie sich nur für solche Meßstoffe, die, wenn sie zum kapa­ zitiven Sensor der Erfassungseinrichtung gelangen, an diesem eine Kapazitätsänderung verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungs­ gemäßen Membrandruckmittler dahingehend weiterzubilden, daß sein Anwendungs- bzw. Einsatzbereich erweitert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Membrandruck­ mittler gemäß Patentanspruch 1 gelöst, für den wesentlich ist, daß der Hohlraum und der Zwischenraum zwischen den zwei Membranen evakuiert sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Membrandruckmittler ist somit der Zwischenraum nicht belüftet, sondern herrscht in dem Zwischenraum und in dem mit diesem in Strömungsverbindung stehenden Hohlraum der Absolutdruck Null, wobei unter dem Begriff "Absolutdruck Null" ein technisch mit vertretbarem Aufwand realisierbares Vakuum zu verstehen ist, das einen Druck von weniger als 100 mbar und vorzugsweise weniger als 10 mbar hat.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung tritt im Falle eines Bruchs einer der beiden Membranen der Membraneinheit Fluid (Meßstoff oder Füllflüssigkeit) nicht nur dann in den Zwischenraum und den Hohlraum ein, wenn der Meßstoff und die Füllflüssigkeit unter einem positiven Überdruck stehen, sondern auch dann, wenn diese unter einem negativen Über­ druck stehen, d. h. unter einem Druck, der kleiner ist als der Umgebungsdruck. Dadurch ist gewährleistet, daß die Erfassungseinrichtung ihre Funktion, den Bruch einer der beiden Membranen zu erfassen und anzuzeigen, auch dann erfüllen kann, wenn der Meßstoff unter negativem Überdruck steht. Dadurch ist der Anwendungs- bzw. Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Membrandruckmittlers erweitert.

Die Tatsache, daß bei dem erfindungsgemäßen Membrandruck­ mittler der Hohlraum und der Zwischenraum evakuiert sind, hat ferner den Vorteil, daß im Falle eines Bruchs der zweiten, mit dem Meßstoff in Kontakt stehenden Membran der Meßstoff nicht verunreinigt werden kann, da aus dem evakuierten, "leeren" Zwischenraum kein Medium in den Meß­ stoff gelangen kann. Hierin besteht ein Unterschied zu dem bekannten Membrandruckmittler, bei dem der Zwischenraum zur Umgebung belüftet ist, so daß im Falle eines Bruchs der zweiten Membran der Meßstoff in Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre kommt.

Bei dem erfindungsgemäßen Membrandruckmittler kann die Erfassungseinrichtung einen Leitfähigkeitssensor oder in an sich bekannter Weise einen kapazitiven Sensor aufweisen. Diese Sensoren erfassen eine Zustandsänderung im Hohlraum dadurch, daß das eingedrungene Fluid am Sensor dessen Leitfähigkeit bzw. Kapazität verändert. Da der Hohlraum bis zum Bruch einer der beiden Membranen evakuiert ist und der Sensor überhaupt erst dann fluidkontaktiert ist, wenn es zum Bruch einer der beiden Membranen gekommen ist, tritt am Sensor eine ausgeprägtere Zustandsänderung auf, als wenn der Sensor vor dem Bruch einer der beiden Membranen der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt ist. Auch aufgrund dieses Effektes sind der Anwendungs- und Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Membrandruckmittlers erweitert.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vor­ gesehen sein, daß die Erfassungseinrichtung eine auf Druck ansprechende Erfassungseinrichtung ist. Da bei dem erfindungsgemäßen Membrandruckmittler der Hohlraum und der Zwischenraum zwischen den beiden Membranen evakuiert ist, tritt - sofern der Meßdruck größer als der Absolutdruck Null ist - zwangsläufig eine Druckerhöhung an der Erfas­ sungseinrichtung auf, wenn eine der beiden Membranen bricht und undicht wird. Diese Druckerhöhung wird von der Erfas­ sungseinrichtung erfaßt und kann in eine entsprechende Anzeige oder ein entsprechendes Warnsignal umgesetzt werden. Zu beachten ist, daß bei dem erfindungsgemäßen Membrandruckmittler eine Druckänderung an der Erfassungs­ einrichtung nicht durch Umgebungseinflüsse verursacht sein kann, sondern ausschließlich dann auftritt, wenn das Vakuum gestört wird, insbesondere also wenn eine der beiden Membranen bricht. Diese Unabhängigkeit des an der Erfassungseinrichtung herrschenden Drucks von Umgebungs­ einflüssen ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Hohlraum und der Zwischenraum evakuiert sind.

Die Ausbildung der Erfassungseinrichtung als auf Druck ansprechende Einrichtung hat zur Folge, daß die Erfassungs­ einrichtung eine Zustandsänderung in dem Hohlraum bei beliebiger stofflicher Beschaffenheit des Meßstoffes erfaßt, so daß die Ausbildung der Erfassungseinrichtung nicht auf die stoffliche Beschaffenheit des Meßstoffes abgestimmt zu sein braucht. Hierin liegt ein Unterschied zu einer Erfassungseinrichtung mit einem kapazitiven Sensor oder einem Leitfähigkeitssensor, bei dem die Kapazitäts­ änderung bzw. Leitfähigkeitsänderung von der stofflichen Beschaffenheit des zum Sensor gelangten Meßstoffes abhängt. Schließlich hat die Ausbildung der Erfassungseinrichtung als auf Druck ansprechende Erfassungseinrichtung den Vorteil, daß die Ansprechzeit der Erfassungseinrichtung kurz ist, weil sich die im Falle eines Bruchs einer der beiden Membranen auftretende Druckerhöhung schnell bis zur Erfassungseinrichtung fortpflanzt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Es zeigen.

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Membrandruckmittlers;

Fig. 2 in einem Radialschnitt wesentliche Elemente des Membrandruckmittlers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit X von Fig. 2;

Fig. 4 in Fig. 3 ähnlicher Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform des Membrandruckmittlers;

Fig. 5 in Fig. 2 ähnlicher Darstellung weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Membrandruckmittlers.

Eine erste Ausführungsform des Membrandruckmittlers wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 er­ läutert. Der in diesen Figuren dargestellte Membrandruck­ mittler 2 umfaßt einen im wesentlichen kreisscheiben­ förmigen Grundkörper 4, eine flache Membraneinheit 6 mit kreisförmigen Umriß sowie einen im wesentlichen kreisscheibenförmigen Flanschkörper 6.

Auf seiner in Fig. 1 unten liegenden Seite weist der Grundkörper 4 eine mittig angeordnete, flache Ausnehmung auf, die von einer ringförmigen, im wesentlichen ebenen Fügefläche 9 umgeben ist. Die Fügefläche 9 ihrerseits ist von einem erhöhten, in den Fig. 1 und 2 nach unten vom übrigen Grundkörper 4 vorstehenden Ringflanschabschnitt 10 umgeben. Der Flanschkörper 8 ist mit Hilfe von Schrauben 12 derart fest mit dem Grundkörper 4 verbunden, daß seine ebene Oberseite an der ebenen Unterseite des Ringflansch­ abschnitts 10 dichtend anliegt. In diesem Bereich ist zusätzlich ein ringförmiges Dichtelement 14 vorgesehen, das in einer Nut des Flanschkörpers 8 angeordnet ist und am Ringflanschabschnitt 10 anliegt. Mittig im Flanschkörper 8 ist ein Meßstoffraum 16 ausgebildet, der durch eine nicht dargestellte Bohrung innerhalb des Flanschkörpers 8 an das System anschließbar ist, das den Meßstoff führt, dessen Druck gemessen werden soll.

Die Membraneinheit 6 weist einen kreisringförmigen Randbereich 18 auf (siehe Fig. 3), der an der Fügefläche 9 fluiddicht befestigt ist. Auf diese Weise begrenzen der Boden der Ausnehmung im Grundkörper 4 sowie die Membran­ einheit 6 eine flache Flüssigkeitskammer 20, die im Betrieb mit einer Füllflüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeits­ kammer 20 ist durch eine mittige Bohrung 22 im Grundkörper 4 mit einer Leitung 24 verbunden, an die wiederum ein (verkleinert dargestelltes) Druckmeßgerät 26, beispiels­ weise ein Federrohrmanometer, angeschlossen ist.

Der Boden der flachen Ausnehmung im Grundkörper 4 bildet ein Membranbett 28. Wie insbesondere die Fig. 2 und 3 erkennen lassen, hat das Membranbett 28 eine gewellte Oberfläche. Dabei besteht die Wellung aus ringförmigen Wellenkämmen und ringförmigen Wellentäler, die sämtlich zueinander konzentrisch angeordnet und ausgebildet sind. Die Membraneinheit 6 weist eine zur Wellung des Membranbetts 28 komplementäre Wellung auf.

Im Betrieb sind die Flüssigkeitskammer 20, die Bohrung 22, die Leitung 24 und das Meßelement des Druckmeßgerätes 26 mit einer geeigneten Füllflüssigkeit gefüllt. Ferner ist im Betrieb der Meßstoffraum 16 mit dem Meßstoff gefüllt, dessen Druck gemessen werden soll. Der Druck im Meßstoff­ raum 16 wird mittels der Membraneinheit 6 zur Füllflüssig­ keit in der Flüssigkeitskammer 20 übertragen, so daß das Druckmeßgeräte 26, das den Druck der Füllflüssigkeit mißt und anzeigt, dadurch zugleich den Druck des Meßstoffes im Meßstoffraum 16 mißt und anzeigt.

Sowohl der Grundkörper 4 als auch der Flanschkörper 8 können aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus einem austenitischen Stahl, bestehen. Für diese Bauteile kommt aber auch eine Ausbildung aus einem Kunststoff­ werkstoff, beispielsweise einem Fluorpolymer, in Frage.

Der Flanschkörper 8 des vorstehend erläuterten Membran­ druckmittlers 2 ist kein in jedem Fall notwendiger Bestandteil des erfindungsgemäßen Membrandruckmittlers. Vielmehr kann dieser auch in sogenannter Flanschbauart oder Zellenbauart, d. h. ohne den Flanschkörper 4, ausgeführt sein, wobei dann der Grundkörper 4 unmittelbar an das den Meßstoff führende System angeflanscht wird. Ferner kann die Membraneinheit 6 auch einen anderen Umriß als einen kreis­ förmigen Umriß haben. Auch die dargestellte Formen des Membranbettes 28 und der Membraneinheit 6 sind lediglich Beispiele für die mögliche Formgebung von Membranbett und Membraneinheit.

Die Membraneinheit 6 des ersten Ausführungsbeispiels besteht aus zwei Membranen, nämlich einer ersten Membran 30, die der Flüssigkeitskammer 20 zugewandt ist, und einer zweiten Membran 32, die dem Meßstoffraum 16 bzw. dem Meßstoff zugewandt ist. Wie Fig. 3 erkennen läßt, hat die zweite Membran 32 einen größeren Durchmesser als die erste Membran 30 und überragt die zweite Membran 32 die erste Membran 30 in Radialrichtung nach außen, wobei mit dem Begriff "Radialrichtung" die Richtung eines von der Mitte der Membraneinheit 6 ausgehenden Radius gemeint ist. Der Randbereich 18 der Membraneinheit 6 wird somit radial außen allein durch die zweite Membran 32 gebildet und radial innen durch beide Membranen 30 und 32 gebildet. Die erste Membran 30 ist an einem Befestigungsbereich 9a der Füge­ fläche 9 durch Schweißen, Löten oder Kleben entlang dem gesamten Umfang der ersten Membran 30 fluiddicht be­ festigt. Die zweite Membran 32 ist an einem zweiten Befestigungsbereich 9b der Fügefläche 9 durch Schweißen, Löten oder Kleben entlang dem gesamten Umfang der zweiten Membran fluiddicht befestigt. Der zweite Befestigungs­ bereich 9b liegt radial weiter außerhalb als der erste Befestigungsbereich 9a. Die im wesentlichen ebene Füge­ fläche 9 weist eine Stufe auf, die der Dicke der ersten Membran 30 entspricht.

Die beiden Membranen 30 und 32 haben die gleiche Gestalt und sind aneinander anliegend parallel zueinander ange­ ordnet. Dies bedeutet, daß die der zweiten Membran 32 zugewandte Unterseite der ersten Membran 30 überall in Berührung mit der der ersten Membran 30 zugewandten Ober­ seite der zweiten Membran steht und daß diese Oberseite und diese Unterseite übereinstimmend geformt sind. Zwischen den beiden Membranen 30 und 32 ist ein Zwischenraum vorhanden, dessen Dicke - gemessen als Abstand zwischen den beiden Membranen - gegen Null geht, da die beiden Membranen an­ einander anliegen. Wegen dieser geringen Dicke ist der Zwischenraum auch in der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 3 nicht darstellbar. Es sei jedoch klargestellt, daß im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch ein Raum, dessen Dicke gegen Null geht, als Zwischenraum angesehen und bezeichnet wird.

Die zweite Membran 32 besteht üblicherweise aus einem an den Einsatzzweck des Membrandruckmittlers 2 angepaßten Sondermaterial, beispielsweise Titan, Hastelloy (Nickel- Molybdän-Eisen-Legierung mit über 55% Nickel), Monel (Nickel-Kupfer-Legierung mit 30 bis 40% Kupfer), Inconel (warmfeste Nickel-basislegierung) oder Tantal. Die erste Membran 30, die nicht in Kontakt mit dem Meßstoff steht, braucht nicht aus einem dem Meßstoff angepaßten Sonder­ material bestehen, wird jedoch überlicherweise aus dem gleichen Material wie die zweite Membran gefertigt. Für beide Membranen kommt auch eine Ausbildung einem Kunst­ stoff, beispielsweise Perfluoralkoxy-Copolymer, in Frage.

Wie die Fig. 2 und 3 erkennen lassen, ist im Grundkörper 4 ein Hohlraum ausgebildet, der aus einer Bohrung 34 und einer Kammer 36 besteht, in die die Bohrung 34 an ihrem einen Ende mündet. Die Bohrung 34 mündet an ihrem anderen Ende in der Fügefläche 9 zwischen dem Befestigungsbereich 9a und dem Befestigungsbereich 9b, so daß diese Mündung der Bohrung 34 ausschließlich von der zweiten Membran 32 überdeckt ist. In dem Bereich zwischen dem äußeren Rand der ersten Membran 30 und der Mündung der Bohrung 34 ist zwischen der Fügefläche 9 und der zweiten Membran 32 ein Spalt vorhanden, dessen Dicke zwar gegen Null geht, der jedoch ausreicht, um für eine ständig offene Strömungs­ verbindung zwischen der Bohrung 34 und dem Zwischenraum zwischen den beiden Membranen 30 und 32 zu sorgen, so daß im Gleichgewichtszustand die Drücke im Zwischenraum zwischen den beiden Membranen 30 und 32, in der Bohrung 34 und in der Kammer 36 stets gleich sind. Damit die Strömungsverbindung zwischen der Bohrung 34 und dem Zwischenraum nicht durch den an den Grundkörper 4 angesetzten Flanschkörper 8 unterbrochen wird, ist die Fügefläche 9 bezüglich der Unterseite des Ring­ flanschabschnittes 10 nach oben in Fig. 3, d. h. in den Grundkörper 4 hinein versetzt, so daß der Flanschkörper 8 nicht in Kontakt mit dem Randbereich 18 der Membraneinheit 6 steht und die beiden Membranen 30 und 32 im Randbereich 18 nicht aneinander pressen kann.

An die Kammer 36 ist einer Erfassungseinrichtung in Form eines elektrischen Druckmeßumformers 38 angeschlossen, der beispielsweise einen piezoresistiven Drucksensor oder einen durch eine Dünnfilm-Dehnungsmeßstreifenanordnung gebildeten Sensor aufweist. In dargestellter Weise ist der Druckmeß­ umformer 38 mit seinem einen Ende in die Kammer 36 derart eingesetzt, daß diese dadurch fluiddicht abgeschlossen ist. Auf diese Weise ist der Sensor des elektrischen Druckmeß­ umformers dem Druck in der Kammer ausgesetzt. Die elektri­ schen Anschlüsse des Druckmeßumformers 38 sind nicht dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß das vom Druckmeß­ umformer 38 gelieferte Ausgangssignal ein Maß für den im durch die Bohrung 34 und die Kammer 36 gebildeten Hohlraum herrschenden Druck ist.

Im Grundkörper 4 des Membrandruckmittlers 2 ist ferner ein Kanal 40 ausgebildet, der in der Fügefläche 9 mündet. Die Mündung des Kanals 40 in der Fügefläche 9 ist in gleicher Weise angeordnet und ausgebildet wie die Mündung der Bohrung 34, so daß auch für den Kanal 40 gilt, daß er stets in Strömungsverbindung mit dem Zwischenraum zwischen den beiden Membranen 30 und 32 steht. An den Kanal 40 ist ein kurzes Rohr 42 angeschlossen, das nach oben vom Grundkörper 4 vorsteht.

Im Zuge der Fertigung des beschriebenen Membrandruck­ mittlers 2 wird die Membraneinheit 6 am Grundkörper 4 befestigt und wird die Erfassungseinrichtung in Form des Druckmeßumformers 28 gasdicht an die Kammer 36 angeschlos­ sen. Nachdem dieser Zustand erreicht worden ist, wird durch das Rohr 42 hindurch die Luft aus dem durch die Bohrung 34 und die Kammer 36 gebildeten Hohlraum sowie aus dem Zwi­ schenraum zwischen den beiden Membranen 30 und 32 abge­ saugt, bis diese Räume auf einen Druck von beispielsweise 10^-2 mbar oder sogar 10^-3 mbar evakuiert sind. Im Anschluß daran wird das Rohr 42 dauerhaft und gasdicht verschlossen, so daß sein verschlossenes oberes Ende ein Verschlußelement 44 für den Kanal 40 bildet. Abschließend wird das Rohr 42 mittels einer am Grundkörper 4 befestigten Kappe 46 abgedeckt, um das Rohr 42 vor Beschädigungen zu schützen und dadurch einem Verlust des Vakuums vorzubeugen.

In Abwandlung der vorstehend erläuterten Ausbildung des Kanals 40 kann vorgesehen sein, daß dieser Kanal von dem Hohlraum, beispielsweise der Bohrung 34 abzweigt. Ferner kann in weiterer Abwandlung vorgesehen sein, daß die Evakuierung des Zwischenraums und des Hohlraums durch den elektrischen Druckmeßumformer 38 hindurch erfolgt.

Unabhängig davon, mit welchen Mitteln und auf welche Weise der Hohlraum und der Zwischenraum evakuiert werden, ist für den beschriebenen Membrandruckmittler wesentlich, daß während seines Betriebes der Hohlraum und der Zwischenraum nach außen abgeschlossen und evakuiert sind, in diesen Räumen also der Absolutdruck Null herrscht. Sollte dann im Betrieb des Membrandruckmittlers eine der beiden Membranen 30 und 32 undicht werden - ein solches Undichtwerden wird hier als "Bruch" bezeichnet - gelangt Fluid in den Hohlraum zwischen den beiden Membranen 30 und 32. Wenn der Bruch an der Membran 30 auftritt, handelt es sich bei diesem Fluid um die Füllflüssigkeit, und wenn der Bruch an der Membran 32 auftritt, handelt es sich bei diesem Fluid um den Meßstoff. Durch das in den Zwischenraum eindringende Fluid wird das im Zwischenraum zuvor herrschende Vakuum gestört und erhöht sich der Druck im Zwischenraum. Diese Druck­ erhöhung breitet sich schnell durch die Bohrung 24 bis in die Kammer 36 und somit zum Sensor des Druckmeßumformers 38 aus, so daß das Ausgangssignal des Druckmeßumformers 38 die Druckerhöhung wiedergibt und dadurch die Zustands­ änderung im Hohlraum, in diesem Fall die Änderung des Drucks im Hohlraum, erfaßt wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung der Wirkungs­ weise des Membrandruckmittlers ergibt, spricht dessen Erfassungseinrichtung dann an, wenn Fluid in den Zwischen­ raum eindringt. Dies setzt hinsichtlich des Meßstoffes lediglich voraus, daß dessen Absolutdruck größer als Null ist. Daher ist die Erfassung eines Bruchs einer der beiden Membranen auch dann gewährleistet, wenn der Meßstoff unter einem negativen Überdruck steht, d. h. wenn der Meßdruck unterhalb des Umgebungsdrucks liegt.

Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel besteht die Membraneinheit 6 aus den zwei aneinanderan­ liegenden Membranen 30 und 32. In Abwandlung hiervon kann vorgesehen sein, daß die Membraneinheit 6 zusätzlich zu der ersten Membran 30 und der zweiten Membran 32 eine gasdurch­ lässige Zwischenlage 48 aufweist. Diese Abwandlung ist in Fig. 4 dargestellt. Die Zwischenlage kann durch ein Metallsieb oder eine Kunststoffasereinlage gebildet sein und verringert den Strömungswiderstand in dem Zwischenraum zwischen den beiden Membranen 30 und 32. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, erstreckt sich die Zwischenlage vorzugs­ weise bis in den Bereich der Mündung der Bohrung 34.

Fig. 5 zeigt weitere Ausführungsformen des Membrandruck­ mittlers, die sich von der vorstehend beschriebenen Ausfüh­ rungsform allein durch die Art der Erfassungseinrichtung unterscheiden. In Fig. 5 sind schematisch drei verschie­ dene Erfassungseinrichtungen dargestellt, von denen jeweils eine alternativ statt des elektrischen Druckmeßumformers 38 der ersten Ausführungsform an die Kammer 36 angeschlossen sein kann. Demgemäß ist bei einer zweiten Ausführungsform des Membrandruckmittlers die Erfassungseinrichtung als mechanisches Druckmeßgerät in Form eins Rohrfedermanometers 50 ausgebildet. Dieses ist mit dem Druck in dem durch die Bohrung 34 und die Kammer 36 gebildeten Hohlraum herrschen­ den Druck beaufschlagt. Wenn dieser Druck aufgrund des Bruchs einer der Membranen ansteigt, zeigt das Rohrfeder­ manometer 50 einen dementsprechend höheren Druck an.

Gemäß einer dritten Ausführungsform des Membrandruck­ mittlers ist die Erfassungseinrichtung als Kolben-Zylinder- Einheit 52 ausgebildet. Im Falle eines Bruchs der ersten Membran 30 oder der zweiten Membran 32 wird ein Kolben 54 der Kolben-Zylinder-Einheit 52 durch den dann erhöhten Druck in der Kammer 36 angehoben. Diese Kolbenbewegung verschiebt eine Kolbenstange 56, die einen Mikroschalter 58 betätigt, der ein elektrisches Ausgangssignal liefert. Alternativ kann das Sichtbarwerden der Kolbenstange 56 außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit 52 unmittelbar als Anzeichen für den Störfall, d. h. für den Bruch einer der beiden Membranen dienen. Die Kolben-Zylinder-Einheit 52 ist eine Erfassungseinrichtung mit besonders hoher Über­ druckssicherheit.

Bei der zweiten und dritten Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung ebenso wie bei der ersten Ausfüh­ rungsform eine Erfassungseinrichtung, die auf Druck anspricht. Dementsprechend ist derjenige Zustand, dessen Änderung erfaßt wird, der Druck im Hohlraum. Die Erfassungseinrichtung kann jedoch auch derart ausgebildet sein, daß sie andere Zustandsänderungen als eine Druck­ änderung, beispielsweise eine Änderung der Art des im Hohlraum vorhandenen Mediums erfaßt. Beispiele für solche Erfassungseinrichtungen sind Erfassungseinrichtungen mit einem Leitfähigkeitssensor oder einem kapazitiven Sensor. Ein weiteres Beispiel hierfür ist eine Erfassungseinrich­ tung mit einem chemisch-reaktiven Sensor 60, der bei der vierten Ausführungsform des Membrandruckmittlers vorgesehen ist (siehe Fig. 5). Der Sensor 60 ist einen elektrisch leitfähiges Element, das in einem elektrischen Stromkreis (nicht dargestellt) eingeschlossen ist, und besteht aus einem Werkstoff, der vom Meßstoff, wenn dieser aufgrund eines Bruchs der zweiten Membran 32 bis zum Sensor 60 gelangt ist, chemisch angegriffen wird und schließlich zerstört wird. Dadurch wird der Stromkreis unterbrochen und ein dementsprechendes elektrisches Ausgangssignal geliefert.

Da der Zwischenraum zwischen den beiden Membranen und der Hohlraum bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine der beiden Membranen bricht, evakuiert ist, gelangt das im Falle eines Bruches eindringende Fluid zu der Erfassungseinrichtung schneller als dann, wenn der Zwischenraum und der Hohlraum unter Umgebungsdruck stünden. Durch die Evakuierung des Zwischenraumes und des Hohlraumes wird somit eine Verkür­ zung der Ansprechzeit bei denjenigen Erfassungseinrichtung erreicht, die auf eine Änderung der stofflichen Beschaffen­ heit des ihren Sensor umgebenden Mediums ansprechen.

Der elektrische Druckmeßumformer 38 des ersten Ausführungs­ beispiels, die Erfassungseinrichtung mit dem chemisch­ reaktiven Sensor 60 des vierten Ausführungsbeispiels und der Mikroschalter 58 der Kolben-Zylinder-Einheit 52 des dritten Ausführungsbeispiels liefern jeweils ein elektrisches Ausgangssignal, das in eine akustische und/oder optische Anzeige umgewandelt werden kann. Das Rohrfedermanometer 50 der zweiten Ausführungsform liefert unmittelbar eine optische Anzeige. Wenn die Kolben- Zylinder Einheit 52 nicht den Mikroschalter 58 aufweist, liefert die Kolben-Zylinder-Einheit 52 der dritten Aus­ führungsform unmittelbar eine optische Anzeige. Diese Anzeigen stellen jeweils einen warnenden Hinweis darauf dar, daß eine der beiden Membranen der Membraneinheit gebrochen ist und der Membrandruckmittler ausgetauscht werden sollte.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung weitere Ausführungsformen sowie Abwandlungen der erläuterten Ausführungsbeispiele möglich. Beispiels­ weise ist es nicht notwendig, daß die auf Druck ansprechen­ den Erfassungseinrichtungen des ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiels unmittelbar in die Kammer 36 einge­ setzt sind; vielmehr können diese Erfassungseinrichtungen auch entfernt vom Grundkörper 4 angeordnet und mittels einer Leitung an die Kammer 36 bzw. die Bohrung 34 angeschlossen sein.

Der Membrandruckmittler weist einen Grundkörper, eine darin ausgebildete flache Ausnehmung und eine Membraneinheit auf, die fluiddicht am Grundkörper befestigt ist und zusammen mit der Ausnehmung eine im Betrieb mit einer Füllflüssig­ keit gefüllte Flüssigkeitskammer begrenzt. Die Membranein­ heit weist eine erste, der Flüssigkeitskammer zugewandte Membran sowie eine zweite Membran auf. Beide Membranen haben die gleiche Gestalt und sind parallel zueinander angeordnet. Im Grundkörper ist ein Hohlraum ausgebildet, der in ununterbrochener Strömungsverbindung mit dem Zwischenraum zwischen den beiden Membranen steht. Der Hohlraum und der Zwischenraum sind evakuiert. Wenn aufgrund eines Bruchs eine der beiden Membranen Füllflüssigkeit oder Meßstoff in den Zwischenraum zwischen den Membranen ein­ tritt, führt dies zu einer Zustandsänderung im Hohlraum, die von einer an den Hohlraum angeschlossenen Erfassungs­ einrichtung erfaßt wird, die ein den Membranbruch anzeigen­ des Warnsignal liefert. Die Evakuierung des Hohlraums und des Zwischenraumes erweitert den Einsatz- und Anwendungs­ bereich des Druckmittlers u. a. in dem Sinne, daß die Erfassungseinrichtung auch dann anspricht, wenn der Meßstoff unter negativem Überdruck steht.

Claims (15)

1. Membrandruckmittler mit einem Grundkörper (4), einer im Grundkörper ausgebildeten, flachen Ausnehmung, die von einer ringförmigen Fügefläche (9) umgeben ist, und einer flachen Membraneinheit, die mit ihrem Randbereich (18) fluiddicht an der Fügefläche (9) des Grundkörpers (4) befestigt ist und zusammen mit dem Boden der Ausnehmung eine Flüssigkeitskammer (20) begrenzt, die im Betrieb mit einer Füllflüssigkeit gefüllt ist, wobei die Membraneinheit (6) eine erste, der Flüssigkeitskammer (20) zugewandte Membran (30) sowie eine zweite Membran (32) aufweist, die die gleiche Gestalt haben und parallel zueinander angeordnet sind, wobei im Grundkörper (4) ein Hohlraum (34, 36) ausgebildet ist, der in Strömungsverbindung mit dem Zwischenraum zwischen den zwei Membranen (30,32) steht, und wobei an dem Hohlraum (34, 36) eine Erfassungseinrichtung (38, 50,52, 60) angeschlossen ist, die eine Zustandsänderung in dem Hohlraum (34, 36) erfassen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (34, 36) und der Zwischenraum evakuiert sind.

2. Membrandruckmittler nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membran (30) und die zweite Membran (32) aneinander anliegen.

3. Membrandruckmittler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Membran (30) und der zweiten Membran (32) eine gasdurchlässige Zwischenlage (48) angeordnet ist.

4. Membrandruckmittler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membraneinheit (6) einen kreisförmigen Umriß aufweist und daß die zweite Membran (32) die erste Membran (30) in Radialrichtung zumindest entlang einen Teil des Umfangs der Membraneinheit (6) überragt.

5. Membrandruckmittler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (34, 36) eine Bohrung (34) aufweist, die in der Fügefläche (9) mündet, wobei die Mündung der Bohrung (34) von der ersten Membran (30) allenfalls teilweise überdeckt wird und von der zweiten Membran (32) vollständig überdeckt wird.

6. Membrandruckmittler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen im Grundkörper (4) ausgebildeten Kanal (40), der in Strömungsverbindung mit dem Zwischenraum zwischen der ersten Membran (30) und der zweiten Membran (32) steht, und ein Verschlußelement (44) zum gasdichten Verschließen des Kanals (40).

7. Membrandruckmittler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal von dem Hohlraum abzweigt.

8. Membrandruckmittler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (40) in der Fügefläche (9) mündet, wobei die Mündung des Kanals von der ersten Membran (30) allenfalls teilweise überdeckt wird und von der zweiten Membran (32) vollständig überdeckt wird.

9. Membrandruckmittler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine auf Druck ansprechende Erfassungseinrichtung (38, 50, 52) ist.

10. Membrandruckmittler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung als elektrischer Druckmeßumformer (38) ausgebildet ist.

11. Membrandruckmittler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung als mechanisches Druckmeßgerät (50) ausgebildet ist.

12. Membrandruckmittler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung als Kolben- Zylinder-Einheit (52) ausgebildet ist.

13. Membrandruckmittler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung einen Leitfähigkeitssensor aufweist.

14. Membranddruckmittler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung einen kapazitiven Sensor aufweist.

15. Membranddruckmittler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung einen chemisch-reaktiven Sensor (60) aufweist.