DE20305869U1

DE20305869U1 - Druckmeßumformer

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Publication number: DE20305869U1
Application number: DE20305869U
Authority: DE
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2013-04-11

Description

EH608-DE 10.04.2003

Druckmeßumformer

Die Erfindung betrifft einen Druckmeßumformer mit einem metallischen Sensorgehäuse in dem ein Einsatz eingeordnet ist. In dem Einsatz befindet sich ein Drucksensor und ein dem Drucksensor vorgeschalteter Druckmittler. An das metallische Sensorgehäuse schließt ein Prozeßanschluß an, durch den hindurch ein zu messender Druck dem Druckmittler zuführbar ist.

In der Druckmeßtechnik wird zwischen Differenz-, Absolut- und Relativdruckmeßumformern unterschieden. Differenzdruckmeßumformer dienen der Messung der Differenz zwischen zwei verschiedenen Drücken. Bei Absolutdruckmeßumformern wird ein zu messender Druck absolut, d.h. als Druckunterschied gegenüber einem Vakuum erfaßt. Mit einem Relativdruckmeßumformer wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck aufgenommen. Der Referenzdruck ist in der Regel ein Umgebungsdruck der dort herrscht, wo sich der Relativdruckmeßumformer befindet. Bei den meisten Anwendungen ist dies der Atmosphärendruck am Einsatzort. Wird der Sensor jedoch z.B. in einem unter Über- oder Unterdruck stehenden Raum eingesetzt, so ist der Referenzdruck der Rauminnendruck.

Druckmeßumformer werden in einer Vielzahl von Industriezweigen zur Erfassung von Drücken eingesetzt. Je nach Anwendung gilt es dabei unter Umständen sehr hohe Drücke, z.B. Drücke von bis zu 70 Mpa (700 bar) zur erfassen.

In der US-A 4,970,898 ist ein Druckmeßumformer beschrieben, mit
- einem metallischen Sensorgehäuse,

- einem in einer zylindrischen Ausnehmung im Sensorgehäuse. aj}g,eord.Ciete/i Eiosaiz, .·· .··. ; : .:

EH608-DE 10.04.2003

- in dem ein Drucksensor und ein dem Drucksensor vorgeschalteter Druckmittler angeordnet sind, und

- einem Prozeßanschluß,

- durch den hindurch ein zu messender Druck dem Druckmittler zuführbar ist.

Das metallische Sensorgehäuse bildet eine beidseits offene Manschette. Eine mechanische Abstützung des Einsatzes ist durch das Sensorgegehäuse nicht gegeben. Ein auf den Druckmittler einwirkender Druck wirkt auf den Einsatz und ein eventuell auftretender Überdruck kann den Einsatz aus dem Sensorgehäuse herausdrücken. Dies birgt insb. bei hohen Drücken erhebliche Gefahren.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Druckmeßumformer anzugeben, der zur Messung von hohen Drücken einsetzbar ist.

Hierzu besteht die Erfindung in einem Druckmeßumformer mit

- einem metallischen Sensorgehäuse,

- einem in einer topfförmigen Ausnehmung im Sensorgehäuse angeordneten Einsatz,

- einem Prozeßanschluß,

- durch den hindurch ein zu messender Druck dem Druckmittler zuführbar ist,

- der mit dem Sensorgehäuse durch eine Schweißung verbunden ist, wobei

- das Sensorgehäuse und der Prozeßanschluß an deren einander zugewandten Enden Ausnehmungen aufweisen, die zusammen eine Kammer bilden, und

- die Kammer im Bereich der Schweißung eine gekrümmte Mantelfläche au.fw.ejst. ..

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Gemäß einer Weiterbildung ragt der Einsatz in die Kammer hinein und der Druckmittler ist in der Kammer von einer Trennmembran abgeschlossen.

Gemäß einer Weiterbildung liegt die Trennmembran in einer Ebene, die gegenüber einer Ebene, in der sich die Schweißung befindet, versetzt ist.

Gemäß einer Weiterbildung

- ist die topfförmige Ausnehmung von einem Boden abgeschlossen, der mit einer abgerundeten

Mantelfläche an einen zylindrischen Abschnitt der Ausnehmung angrenzt, und

- der Einsatz liegt mit einer formgleichen abgerundeten Mantelfläche an der Mantelfläche der Ausnehmung an.

Gemäß einer Ausgestaltung ist der Einsatz paßgenau in die Ausnehmung eingesetzt, und ein zwischen dem Einsatz und der Ausnehmung bestehender Spalt dient als Flammendurchschlagsperre.

Gemäß einer Ausgestaltung weist der Druckmittler einen Druckmittlerkanal auf, der vom Drucksensor zur Trennmembran führt. In dem Druckmittlerkanal ist ein Füllstift vorgesehen, und ein zwischen dem Druckmittlerkanal und dem Füllstift bestehender Spalt dient als Flammendurchschlagsperre.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß

der erfindungsgemäße Druckmeßumformer zur Erfassung von hohen Drücken einsetzbar ist.

Der Einsatz liegt an dem Boden der topfförmigen Ausnehmung auf. Hierdurch wird der Einsatz abgestützt. Auch bei sehr hohen über den Prozeßanschluß zugeführten Drücken oder Überdrücken wird dadurch verhindert, daß der

Einsatz aus dem Sensorgehäuse heraustreten kann

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Die abgerundete Form der Mantelfläche, die an den zylindrischen Abschnitt der Ausnehmung angrenzt erhöht die mechanische Stabilität bei gleicher Bodendicke zusätzlich.

Das gleiche gilt für die gekrümmten Mantelflächen im Bereich der Schweißung. Auch durch sie wird die mechanische Stabilität der Verbindung erheblich gesteigert.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der erfindungsgemäße Druckmeßumformer auch in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbar ist, da die Spalte zwischen der Ausnehmung und dem Einsatz und zwischen dem Druckmittlerkanal und dem Stift als Flammendurchschlagsperre ausgebildet sind.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figur der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Druckmeßumformer.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckmeßumformer dargestellt. Der Druckmeßumformer weist ein metallisches Sensorgehäuse 1 auf. Das Sensorgehäuse 1 hat im Wesentlichen die Form eines Vollzylinders mit einer topfförmigen von einem Boden 3 einseitig endseitig abgeschlossenen Ausnehmung 5. In der Ausnehmung 5 ist ein Einsatz 7 angeordnet, der die Ausnehmung 5 vollständig ausfüllt. In dem Einsatz 7 sind ein Drucksensor 9 und ein dem Drucksensor 9 vorgeschalteter Druckmittler 11 angeordnet. Der Drucksensor 9 ist z.B. ein Halbleitersensor, z.B. ein Polysiliziumsensor. Er befindet sich in einer zentrischen Ausnehmung des Einsatzes 7, die an den Boden 3 angrenzt. Elektrische Anschlußleitungen des Drucksensors 9 sind durch den Boden 3 hindurchgeführt. Wird der Druckmeßumformer zur Erfassung eines Relativdrucks eingesetzt, so wird ein Referenzdruck, auf den

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der zu messende Druck &rgr; zu beziehen ist durch eine Referenzdruckzuleitung 13 durch den Boden 3 hindurch dem Drucksensor 9 zugeführt. Der Druckmittler 11 umfaßt einen Druckmittlerkanal 15, der vom Drucksensor 9 zu einer Kammer 17 führt. Die Kammer 17 befindet sich an einer dem Boden 3 gegenüberliegenden Seite des Einsatzes 7 und ist von einer Trennmembran 19 frontbündig abgeschlossen. Die Kammer 17 und der Druckmittlerkanal 15 sind mit einer möglichst inkompressiblen Flüssigkeit, z.B. einem Silikonöl, gefüllt. Ein auf die Trennmembran 19 einwirkender Druck &rgr; bewirkt eine Auslenkung der Trennmembran 19 und wird durch die Flüssigkeit auf den Drucksensor 9 übertragen.

In dem Druckmittlerkanal 15 ist ein Füllstift 20, z.B. ein metallischer Stift, vorgesehen, der den Druckmittlerkanal 15 nahezu vollständig ausfüllt. Ein verbleibender zwischen dem Druckmittlerkanal 15 und dem Füllstift 20 bestehender Spalt dient als Flammendurchschlagsperre. Derartige Flammendruchschlagsperren sind für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen erforderlich. Sie verhindern, daß ein im Inneren des Druckmeßumformers, z.B. durch einen Defekt oder Kurzschluß, entstehender Funke nach außen treten kann.

Weiter umfaßt der Druckmeßumformer einen Prozeßanschluß 21, durch den hindurch ein zu messender Druck &rgr; dem Druckmittler 9 zuführbar ist.

Das Sensorgehäuse 1 und der Prozeßanschluß 21 weisen an deren einander zugewandten Enden Ausnehmungen 23, 25 auf, die zusammen eine Kammer 27 bilden. Dabei liegt das Sensorgehäuse 1 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer ringscheibenförmigen Stirnfläche auf dem Prozeßanschluß 21 auf. Der Prozeßanschluß 21 ist mit dem Sensorgehäuse 1 durch eine Schweißung 29 verbunden. Die Schweißung 29 erfolgt beispielsweise durch eine von außen vorzunehmende Elektronenstrahlschweißung und befindet sich dort, wo die Stirnflächen

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gekrümmte Mantelfläche 31 auf. Dies bietet den Vorteil, daß dadurch die mechanische Stabilität der Verbindung deutlich erhöht wird. Der Prozeßanschluß 21 weist eine zentrale axiale durchgehende Bohrung 31 auf, die in die Kammer 27 mündet.
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Der Einsatz 7 ragt in die Kammer 27 hinein und der Druckmittler 11 ist in der Kammer 27 von der Trennmembran 19 abgeschlossen. Vorzugsweise liegt die Trennmembran 19 in einer Ebene, die gegenüber einer Ebene in der sich die Schweißung 29 befindet versetzt ist. Dies bietet den Vorteil, daß die Trennmembran 19 vor den durch die Schweißung 29 verursachten Belastungen geschützt ist.

Vorzugsweise grenzt der Boden 3, der die topfförmige Ausnehmung 5 abschließt, mit einer abgerundeten Mantelfläche 33 an einen zylindrischen Abschnitt 35 der Ausnehmung 5 an, und der Einsatz 7 liegt mit einer formgleichen abgerundeten Mantelfläche an der Mantelfläche 33 der Ausnehmung 5 an. Die abgerundetet Form bietet den Vorteil, daß dadurch die mechanische Stabilität erhöht wird, und der Einsatz 7 und der darin befindliche Drucksensor 9 optimal abgestützt werden.

Der Einsatz 7 ist vorzugsweise paßgenau in die Ausnehmung 5 eingesetzt, und ein zwischen dem Einsatz 7 und der Ausnehmung 5 bestehender Spalt dient als Flammendurchschlagsperre. Derartige Flammendruchschlagsperren sind für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen erforderlich. Sie verhindern, daß ein im Inneren des Druckmeßumformers, z.B. durch einen Defekt oder Kurzschluß, entstehender Funke nach außen treten kann.

Dort wo der Spalt in die Kammer 27 mündet, ist der Einsatz 7 mit dem Sensorgehäuse 1 verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierfür eine Schweißnaht 37 vorgesehen, die den Einsatz 7 in der Ausnehmung fixiert und den Spalt zwischen dem Einsatz 7 und dem Sensorgehäuse 1 abdichtet.

Claims

1. Druckmeßumformer mit

- einem metallischen Sensorgehäuse (1),

- einem in einer topfförmigen Ausnehmung (5) im Sensorgehäuse (1) angeordneten Einsatz (7),

- in dem ein Drucksensor (9) und ein dem Drucksensor (9) vorgeschalteter Druckmittler (11) angeordnet sind, und

- einem Prozeßanschluß (21),

- durch den hindurch ein zu messender Druck (p) dem Druckmittler (11) zuführbar ist,

- der mit dem Sensorgehäuse (1) durch eine Schweißung (29) verbunden ist, wobei

- das Sensorgehäuse (1) und der Prozeßanschluß (21) an deren einander zugewandten Enden Ausnehmungen (23, 25) aufweisen, die zusammen eine Kammer (27) bilden, und

- die Kammer (27) im Bereich der Schweißung (29) eine gekrümmte Mantelfläche (31) aufweist.

2. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem der Einsatz (7) in die Kammer (27) hinein ragt und der Druckmittler (11) in der Kammer (27) von einer Trennmembran (19) abgeschlossen ist.

3. Druckmeßumformer nach Anspruch 2, bei dem die Trennmembran (19) in einer Ebene liegt, die gegenüber einer Ebene, in der sich die Schweißung (29) befindet, versetzt ist.

4. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem

- die topfförmige Ausnehmung (5) von einem Boden (3) abgeschlossen ist, der mit einer abgerundeten Mantelfläche (33) an einen zylindrischen Abschnitt (35) der Ausnehmung (5) angrenzt, und

- der Einsatz (7) mit einer formgleichen abgerundeten Mantelfläche an der Mantelfläche (33) der Ausnehmung (5) anliegt.

5. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem der Einsatz (7) paßgenau in die Ausnehmung (5) eingesetzt ist, und ein zwischen dem Einsatz (7) und der Ausnehmung (5) bestehender Spalt als Flammendurchschlagsperre dient.

6. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, bei dem

- der Druckmittler (11) einen Druckmittlerkanal (15) aufweist,

- der vom Drucksensor (9) zur Trennmembran (19) führt,

- in dem Druckmittlerkanal (15) ein Füllstift (20) vorgesehen ist, und

- ein zwischen dem Druckmittlerkanal (15) und dem Füllstift (20) bestehender Spalt als Flammendurchschlagsperre dient.