DE2657933C3

DE2657933C3 - Differenzdruck-Meßumformer mit Überlastschutz

Info

Publication number: DE2657933C3
Application number: DE19762657933
Authority: DE
Inventors: Martin 7500 Karlsruhe Klobe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1976-12-21
Publication date: 1984-01-05
Also published as: JPS5379582A; DE2657933B2; FR2375589B3; DE2657933A1; IT1088780B; FR2375589A1

Description

a) Die Trennmembranen (14, 14') bilden mit den ihnen gegenüberliegenden und als Membranbetten ausgebildeten Vorkammerwänden die Überlastsicherung;

b) das Ausgleichselement ist als Ausgleichsmem- ^K bran (6) ausgebildet;

c) die Ausgleichsmembran (6) und die mit den Vorkammern (13, 13') verbundenen, durch die Ausgleichsmembran (6) bestimmten Ausgleichsvolumina (7, T) sind so bemessen, daß das im Überlastfall aus einer der Vorkammern (13 oder 13') verdrängte Flüssigt-eitsvolumen aufnehmbar ist, ohne daß Lie Ausgleichsmembran (6) an einer Wand (4 oder 4') sk · Ausgleichskammer (5) zur Anlage kommt -'⁵

2. Differenzdruck-Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammer (5) aus den konkav gewölbten Stirnflächen (4,4') zweier spiegelbildlich zusammengesetzter, zylindrischer Mittelteilhälften (3,3') besteht

und daß die dazwischen eingespannte Ausgleiclrsmembran (6) zusammen mit den aneinanderstoßenden Rändern der Mittelteilhälften (3 und 3') verschweißt ist und daß die die Meßmembran (8) enthaltende Wand

(9) in eine ein Teilvolumen der Meßkammer (11) bildende und über Leitungen (12) mit der entsprechenden Vorkammer (13) verbundene Ausnehmung

(10) in einer äußeren Stirnfläche des Mittelteils (3) eingesetzt ist

und daß mit den äußeren Stirnflächen des Mittelteils (3) zylindrische, die Vorkammern (13, 13') mit den Trennmembranen (14,14') enthaltende Deckplatten (15, 15') verbunden sind, von denen eine (15') eine das andere Teilvolumen der Meßkammer bildende Ausnehmung (16) auf ihrer mit dem Mittelteil (3) verbundenen Stirnfläche aufweist
und daß die Deckplatten (15, 15') und die Mittelteilhälften (3, 3') mit zentrischen koaxialen eo Bohrungen (18, 18') zur Verbindung der Vorkammern (13,13') mit der Ausgleichskammer (5) und mit von den Bohrungen (18, 18') abzweigenden radialen Kanälen (19, 19') zum Anschluß der Meßkammer

(11) versehen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differenzdruck-Meßumformer, bestehend aus einer mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllten Meßzelle, mit einer eine Meßkammer unterteilenden und eine Halbleitermeßmembran enthaltenden Wand, mit Mitteln zur Umformung der differenzdruckproportionalen Auslenkung der Meßmembran in eine elektrische Größe, mit einer dem Schutz der Meßmembran /lienenden Überlastsicherung, mit von den Meßdrücken beaufschlagten Trennmembranen, die flüssigkeitsgefüllte Vorkammern nach außen abschließen, welch letztere mit den Meßkammerteilvolumina druckleitend verbunden sind, sowie mit einer der Meßkammer hydraulisch parallelgeschalteten Ausgleichskammer nebst einem sie unterteilenden Ausgleichselement.

Ein derartiger Meßumformer ist beispielsweise aus der DE-AS 22 61 664 bekannt. Zum Schutz der dort verwendeten Silizium-Meßmemlbran ist ein von einem Federbalg betätigtes Ventilsystem vorgesehen, welches bei Überlast den von dem hohen Druck beaufschlagten, mil einer Druekübertragungsfiüssigkeii gefüllten Druckraum von der Meßkammei· mit der Meßmembran abschließt Weiter ist noch ein durch einen weiteren Balg unterteiltes Ausgleichsvolmmen vorgesehen, welches die beim Schließvorgang des Ventilsystems im Überlastfall verdrängte Übertiagungsflüssigkeit aufnimmt Dieser Aufbau bedingt: einen relativ hohen Raumbedarf bei großem herstellungstechnischem Aufwand.

Eine andere Art der Überlastsicherung ist bei einem aus der GB-PS 14 47 956 bekannten Differenzdruck-Meßumformer angegeben. Der Meßumformer besteht auch hier aus einer mit Druckübertragungsflüssigkeit gefüllten Meßzelle mit einer eine Meßkammer unterteilenden Meßmembran mit induktivem Abgriffsystem zur Umformung der differenzdruckproportionalen Auslenkung der Meßmembran in eine elektrische Größe. Von den Meßdrücken beaufschlagte Trennmembranen schließen flüssigkeitsgefüllte und krit den Meßkammerteilvolumina druckleitend verbundene Vorkammern nach außen ab, die den Trennmernbranen gegenüberliegenden Vorkammerwände sind so ausgebildet, daß sich im Überlastfall die Trennmembranen an diesen abstützen können, wodurch ein weiterer Druckanstieg in der Meßkammer und damit eine Überdehnung oder Beschädigung der Meßmembran vermieden wird. Da bei dieser bekannten Ausführung die Meßmembran etwa den gleichen Durchmesser wie die Trennmembranen aufweist, kann das im Überlastfall aus der betroffenen Vorkammer verdrängte Flüssigkeitsvolumen ohne weiteres von dem angeschlossenen Teilvolumen der Meßkammer aufgenommen werden.

Bei Differenzdruck-Meßumformern mit Halbleiter-Meßmembranen, deren Durchmesser in der Regel erheblich kleiner ist als der der Trennmembranen, kann eine derartige Überlastsicherung nicht ohne weiteres angewendet werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe, einen Differenzdruck-Meßumformer mit Halbleiter-Meßmcmbran und Überlastschutz in kompakter, einfach herzustellender Bauart bei möglichst kleinem Volumen der mit der Übertragungsflüssigkeit gefüllten Räume zu schaffen.

Eine Lösung der Aufgabe wird in einem Differenzdruck-Meßumformer der eingangs genannten Art gesehen, der die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkrnalskombination aufweist.

Zur Erläuterung der Erfindung dient die Figur und folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Der Mittelteil 2 der in der Figur dargestellten Meßzelle 1 für einen Differenzdruck-Meßumformer besteht aus zwei spiegelbildlich zusammengesetzten, zylindrischen Mittelteilhälften 3, 3', deren konkav gewölbte Stirnflächen 4, 4' die Ausgleichskammer 5 bilden, die wiederum durch aus mit den zusammenstoßenden Rändern der Mittelteilhälften 3 and 3' verschweißte Ausgleichselement in Form der Ausgleichsmembran 6 in ein erstes Ausgleichsvolamen 7 und ein zweites Ausgleichsvolumen T unterteilt ist. Die die Meßmembran 8 aus Silizium mit piezoresistiven Elementen enthaltende Wand 9 ist in einer Ausnehmung 10 in der äußeren Stirnfläche des Mittelteils 2 eingesetzt, wobei diese Ausnehmung 10 ein Teilvoiumen der Meßkammer 11 bildet

Mit den äußeren Stirnflächen des Mittelteils 2 sind zylindrische, die Vorkammern 13, 13' mit den Trennmembranen 14, 14' enthaltende Deckplatten 15, 15' verbunden. Auf die Trennmembranen 14,14' wirken von außen die Meßdrücke P\ und Pr, deren Differenz gemessen werden soll. Die Deckplatte 15' ist auf ihrer, mit dem Mittelteil 2 verbundenen Stirnfläche mit einer Ausnehmung 16 versehen, die gegenüber der Wand 9 mit der Meßmembran 8 angeordnet ist und die das andere Teilvoiumen der Meßkammer 11 bildet

Die Vorkammern 13 und 13' sind über koaxiale Bohrungen 18, 18' in den Deckplatten 15, 15' und den Mittelteilhälften 3 und 3' mit den entsprechenden Ausgleichsvolumen 7, T der Ausgleichskammer 5 verbunden. Von den Bohrungen 18 und 18' gehen radiale Kanäle 19 und 19' ab, die direkt oder über Leitungen 12 zu den Anschlüssen der Meßkammer 11 führen und diese hydraulisch, parallel zu der Ausgleichskammer 5 schalten.

Sämtliche Kammern und Leitungen innerhalb des Meßeinsatzes 1 sind — wie üblich — mit einer nichtkompressiblen Füllflüssigkeit beispielsweise mit SilikonöL gefüllt, welches über verschließbare Füllöffnungen 20 und 20' eingebracht wird.

Die Halbleitermeßmembran 8, die beispielsweise für einen Meßbereich von 0 bis 1 bar ausgelegt ist, kann mit etwa dem Zehnfachen überlastet werden. Bei Differenzdruck-Meßumformern für hohe statische Drücke kann die Überlastung jedoch bis zum lOMachen ansteigen, beispielsweise bei Abfall des Drucks P2 auf Atmosphärendruck bei Leitungsbruch oder dergleichen. Der dann noch anstehende hohe Druck P\ von z. B. 800 bar drückt die Trennmembran 14 gegen die ihr gegenüberliegende und als sogenanntes Membranbett ausgebildete Wand der Vorkammer 13 unter Verdrängung des darin befindlichen Flüssigkeitsvolumens über die Bohrung 18 in das zugehörige Ausgleichsvolumen 7 der Ausgleichskammer 5, wobei sich dieses Volumen 7 durch Auswölbung der Ausgleichsmembran 6 entsprechend vergrößert Die Ausgleichsmembran 6 ist hinsichtlich ihrer Federcharakteristik und ihrer Tröße so auf die Trennmembranen und das zu verschiebende Volumen abgestimmt, daß bei anliegender Trennmembran, 14 in diesem Fall, die Ausgleichsmembran 6 noch nicht an der konkaven Stirnfläche 4' der Mittelteilhälfte 3' zur Anlage kommt Es ist also möglich, auch nach Verschluß der Mündung der Bohrung 18 durch die Trennmembran 14 im Oberlastfall noch auftretende, auf Temperaturgang beruhende Ausdehnung der Füllflüssigkeit in der Ausgleichskammer ohne Druckerhönung zu beherrschen.

Wie anhand der Figur im Maßstab 5 :1 zu erkennen ist, kann auf diese Weise ein sehr kompakter Meßeinsatz mit wirkungsvollem Überlastschutz für Differenzdruck-Meßumformer mit Haibieitermeßmembran hergestellt werden, wobei die sonst schwierig zu bestimmenden Ansprech- und Endwerte der Überlastsicherung mit für eine wirtschaftliche Fertigung vertretbaren Toleranzen eingestellt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Differenzdruck-Meßuniformer, bestehend aus einer mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllten Meßzelle, mit einer eine Meßkammer unterteilenden und eine Halbleitermeßmembran enthaltenden Wand, mit Mitteln zur Umformung der differenzdruckproportionalen Auslenkung der Meßmembran in eine elektrische Größe, mit einer dem Schutz der Meßmembran dienenden Oberlastsicherung, mit von den Meßdrücken beaufschlagten Trennmembranen, die flüssigkeitsgefüllte Vorkammern nach außen abschließen, welch letztere mit den Meßkammerteilvolumina druckleitend verbunden sind, sowie mit einer der Meßkammer hydraulisch parallelgeschalteten Ausgleichskammer nebst einem sie unterteilenden Ausgleichselement, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: