WO2012098136A1 - Druckmessumformer - Google Patents

Druckmessumformer Download PDF

Info

Publication number
WO2012098136A1
WO2012098136A1 PCT/EP2012/050674 EP2012050674W WO2012098136A1 WO 2012098136 A1 WO2012098136 A1 WO 2012098136A1 EP 2012050674 W EP2012050674 W EP 2012050674W WO 2012098136 A1 WO2012098136 A1 WO 2012098136A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
signal
diaphragm
overload
membranes
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/050674
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Schmith
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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 Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2012098136A1 publication Critical patent/WO2012098136A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • 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
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0645—Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/007—Malfunction diagnosis, i.e. diagnosing a sensor defect

Definitions

  • the invention relates to a pressure transducer with a measuring chamber which is separated by a separation membrane of a process medium to be measured and filled to forward the pressure to a pressure sensor and an overload diaphragm with a pressure transfer fluid, wherein the overload ⁇ membrane is disposed between the measuring chamber and a reference chamber , according to the preamble of claim 1.
  • a pressure transducer is disclosed with a housing in which an overload diaphragm is arranged, which divides a housing interior into a measuring chamber and a reference chamber. Each chamber is provided with a pressure channel leading to a separation membrane. The separation membranes separate the measuring chamber or the reference chamber from a process medium. The two chambers are filled with a pressure transfer fluid, such as a silicone oil.
  • the overload diaphragm can carry a pressure sensor which, for example, is made of silicon and is provided with stretch resistance .
  • a device for evaluating the measurement signal can be used to generate and output a measured value from the electrical measurement signal.
  • the invention has for its object to provide a pressure transducer, which offers a comparatively simple Mög ⁇ probability for monitoring the state of one or more membranes of the pressure transducer.
  • the invention is based on the insight that can be diagnosed in a pressure transmitter in a particularly simple manner by a He ⁇ -making and evaluation of a membrane deflection of the state of various membranes. If, for example, a crack occurs in a separation membrane, through which process medium or pressure transfer fluid can pass, the separation membrane experiences pressure fluctuations. gene a lower deflection, but allows due to the now lack of limitation of the maximum displacement volume greater deflection of the overload diaphragm. By detecting and evaluating the deflection of at least one of the membranes, the fault condition can thus be detected.
  • the means for generating a monitoring signal in depen ⁇ dependence of the respective diaphragm deflection can provide a usable signal even then, when the actual pressure sensor has reached the maximum pressure and thus the limitation of its measurement range.
  • This also can be Studentsgangsbe ⁇ rich included by the allowable maximum pressure of the pressure sensor to an excessive pressure overload membrane into the monitoring.
  • load conditions which lie outside the measuring range of the pressure sensor.
  • changes or destruction of membranes can also be detected, which can occur in particular when an excess pressure is too strong or persists for too long a period of time.
  • An inadmissible stress of the overload diaphragm can then arise, for example, when the overload system is disturbed due to leakage of at least ei ⁇ ner separation membrane. If, for example, the maximum displacement volume changes, for example, within the measuring chamber due to the leakage, then the separating membrane will come into contact with its diaphragm bed at other pressure conditions and the pressure channel may be closed only at a higher pressure value than originally provided. Just by the pressure sensor, which is already operated outside its measuring range, such overloading of the overload diaphragm has not been detected so far.
  • the means for generating the monitoring signal can be realized by built-in piezo fibers.
  • a piezoelectric area converter can advantageously be used as the means for generating the monitoring signal the relevant membrane can be applied.
  • the piezoelectric patch transducer from egg ⁇ nem piezoelectric composite is manufactured, which consists of piezoelectric ceramic fibers, which are arranged between electrodes and embedded in a polymer matrix.
  • the means for generating the monitoring signal are attached to the overload diaphragm and the evaluation device is adapted to the monitoring signal with a vorgebba ⁇ ren or predetermined reference value, which marks the Grenzbelas ⁇ tion between an allowable and an inadmissible overload to compare and output when exceeding a signal indicating an unacceptable load on the overload membrane.
  • the reference value can be predetermined in a type-specific manner and stored in a memory of the evaluation device or predefined by operator input as an application-specific parameter.
  • two separation membranes can be provided in ⁇ wells with means by which a respective control signal is generated in dependence of the respective deflection.
  • a signal for indicating the state of the separation membranes is output by the evaluation device as a function of a comparison result of the two monitoring signals.
  • a displacement of the volume in the measuring chamber and the reference chamber in the fault-free state leads to corresponding deflections of the two separating membranes.
  • the evaluation device is able to control the means for generating the monitoring signal or additional means such that a force influencing the deflection of the respective membrane can be generated.
  • a piezoelectric surface converter can be electrically controlled so that it counteracts further deflection.
  • the height of the required stress can be used as a measure of the pressure load on the membrane.
  • the overload diagnosis can thus be combined with a measure ⁇ acceptance for self-protection.
  • a pressure transducer 1 is drawn with a longitudinally-cut pressure measuring cell in a schematic representation.
  • the pressure transducer 1 has an essentially rotationally symmetrical inner housing 2 with a central extension, which is subdivided by an overload diaphragm 3 into a reference chamber 4 and a measuring chamber 5.
  • the overload diaphragm 3 carries a pressure sensor 6 which emits a measurement signal 8 to an evaluation device 7.
  • the separation membrane 9 limits an ne reference pressure chamber 11, which is realized by a recess in a cap 12.
  • the separation membrane 10 separates the measurement ⁇ chamber 5 of a measuring medium, which is supplied with the pressure to be measured through an inlet 13 into a measuring pressure chamber 14, which is located in a cap 15.
  • the Referenzkam ⁇ mer 4 and the measuring chamber 5 are filled with a precisely measured amount of silicone oil.
  • Measurement values of the pressure to be measured which are calculated by the evaluation device 7 in dependence of the measuring signal 8, the pressure transmitter 1 displays by an indication signal 17, for example via a field ⁇ bus, a higher-level control station, which is not shown in the figure for clarity ,
  • Pressure sensor 6 against overload are the two separation membranes 9 and 10 and the overload membrane 3. Occurs, for example, in the measuring pressure chamber 14, a very high pressure, the separation membrane 10 is pressed onto its membrane bed and accordingly the separation membrane 9 moved away from its membrane bed. The overload diaphragm 3 also experiences a deflection corresponding to the volume of the pressure transfer fluid displaced thereby.
  • the naturalbie ⁇ conditions of the overload membrane 3, the separation membrane 9 and the separation membrane 10 are detected by applied to the membranes piezoelectric surface transducers 18, 19 and 20, through which monitoring signals 21, 22 and 23 generates and to the Evaluation 7 are forwarded to determine the respective load condition. For greater visibility, the surface transducers 18, 19 and 20 are drawn with significantly increased thickness.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer (1) mit einer Messkammer (5), die durch eine Trennmembran (10) von einem zu messenden Prozessmedium getrennt und zur Weiterleitung des Drucks zu einem Drucksensor (6) und zu einer Überlastmembran (3) mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt ist. Zumindest eine der Membranen (3, 9, 10) ist mit Mitteln (18...20), vorzugsweise mit piezoelektrischen Flächenwandlern, versehen, durch welche ein Überwachungssignal (21...23) erzeugbar ist, welches von der jeweiligen Durchbiegung abhängt und durch eine Auswerteeinrichtung (7) zur Beurteilung des Zustands der jeweiligen Membran (3, 9, 10) ausgewertet wird. In vorteilhafter Weise sind damit Belastungszustände erfassbar, die über dem zulässigen Maximaldruck des Drucksensors (6) liegen. Es wird eine Selbstdiagnose der Membranen ermöglicht, bevor es zu deren Zerstörung kommt.

Description

Beschreibung
Druckmessumformer
Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer mit einer Messkammer, die durch eine Trennmembran von einem zu messenden Prozessmedium getrennt und zur Weiterleitung des Drucks zu einem Drucksensor und zu einer Überlastmembran mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt ist, wobei die Überlast¬ membran zwischen der Messkammer und einer Referenzkammer angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Drucksensor ist bereits aus der
DE 103 42 368 AI bekannt. Dort ist ein Druckmessumformer mit einem Gehäuse offenbart, in welchem eine Überlastmembran angeordnet ist, die einen Gehäuseinnenraum in eine Messkammer und eine Referenzkammer unterteilt. Jede Kammer ist mit einem Druckkanal versehen, der zu einer Trennmembran führt. Die Trennmembranen trennen die Messkammer bzw. die Referenzkammer von einem Prozessmedium. Die beiden Kammern sind mit einer Druckübertragungsflüssigkeit, beispielsweise einem Silikonöl, gefüllt. Zur Erzeugung eines elektrischen Messsignals, das sich in Abhängigkeit der anliegenden Druckdifferenz ändert, kann die Überlastmembran einen Drucksensor tragen, der beispielsweise aus Silizium ausgeführt und mit Dehnungswider¬ ständen versehen ist. Durch eine Einrichtung zur Auswertung des Messsignals kann aus dem elektrischen Messsignal ein Messwert erzeugt und ausgegeben werden.
Beim Einsatz von Druckmessumformern in prozesstechnischen Anlagen kann es vorkommen, dass eine Trennmembran durch das Prozessmedium chemisch angegriffen oder mechanisch beschädigt wird. Wenn ein Loch in der Membran entsteht, tritt das Pro¬ zessmedium in die Messkammer oder die Referenzkammer ein und gelangt zum Drucksensor, der empfindlich auf das Prozessmedium reagiert. Bevor ein Totalausfall auftritt, kann es während einer Übergangszeit zu fehlerhaften Messwerten kom- men, die der Anwender nicht bemerkt. Dies kann in einer prozesstechnischen Anlage schwerwiegende Folgen haben.
Zu ähnlichen Fehlmessungen kann es kommen, wenn die Überlastmembran einem zu starken oder zu lange anhaltenden Überdruck ausgesetzt wird. Im Normalfall legt sich bei Überdruck eine Trennmembran auf ihr Membranbett und verschließt dabei den jeweiligen Druckkanal. Dies führt zu einer Begrenzung des innerhalb der Messkammer verschiebbaren Volumens der Druckübertragungsflüssigkeit. Dadurch werden die Durchbiegung der Überlastmembran sowie der an dem Drucksensor anliegende Maximaldruck begrenzt. Tritt ein Fehlerfall, beispielsweise eine Leckage der Trennmembran auf, so können sich das maximale Verschiebevolumen und somit die größtmögliche Durchbiegung der Überlastmembran verändern.
Bisher war durch den Messumformer selbst eine vorausschauende Diagnose mit Ausfallvorwarnung für die Überlastmembran nicht möglich. Der Anwender musste sich regelmäßige Zeiten definieren, zu welchen er Wartungen am Messumformer vornimmt. In vielen Fällen wurden Druckmessumformer nach einer empirisch ermittelten Anzahl von Betriebsstunden ausgetauscht, um nicht das Risiko eines Ausfalls und eines damit verbundenen Anla¬ genstillstands eingehen zu müssen. Je nach Größe der Anlage und Anzahl der Messstellen mussten somit entsprechend viele Messumformer auf Lager gehalten werden. Dies war mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden.
Damit eine Überwachung des Zustands einer Trennmembran bereits ohne Ausbau des Druckmessumformers ermöglicht wird, ist aus der eingangs genannten DE 103 42 368 AI bekannt, die Messkammer mit Mitteln zu versehen, durch welche ihr Volumen entsprechend einem im Wesentlichen vorbestimmten zeitlichen Verlauf veränderbar ist. Ein sich daraufhin einstellender Verlauf des Messsignals wird mit einem Referenzverlauf ver¬ glichen und bei erheblichen Abweichungen auf einen Membranfehler geschlossen. Als Mittel zur Veränderung des Messkammervolumens ist ein piezoelektrisches Element angeführt, welches sich an der Gehäusewand befindet und welches somit dem in der Messkammer herrschenden statischen Druck ausgesetzt ist. Bei hohem statischem Druck kann daher die Veränderung des Messkammervolumens erheblich erschwert oder so¬ gar unmöglich gemacht werden. Die Durchführung einer Membrandiagnose ist somit bei dem bekannten Druckmessumformer stark abhängig von den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen, insbesondere von dem statischen Druck.
Aus dem Aufsatz „Adaptronic - wenn Material aktiv wird" von Franz Miller, veröffentlicht im Fraunhofer Magazin 2.2003, Seiten 8 bis 13, sind aus Piezokeramikfasern bestehende Sensoren bekannt, die zur Überwachung sensibler Bauteile, wie zum Beispiel von Leitwerken von Flugzeugen oder von Maschinenkomponenten, einsetzbar sind. Die Piezofasern werden in Verbundwerkstoffe eingebettet und bei ihrer Applikation elektrisch angesteuert. Sie können nicht nur als Sensor sondern auch als Aktor dienen, da sie auf eine angelegte Spannung reagieren. Damit können vergleichsweise dünne piezokera- mische Sensoren realisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessumformer zu schaffen, der eine vergleichsweise einfache Mög¬ lichkeit zur Überwachung des Zustands einer oder mehrerer Membranen des Druckmessumformers bietet.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Druckmessumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine Er¬ fassung und Auswertung einer Membrandurchbiegung der Zustand der verschiedenen Membranen in einem Druckmessumformer in besonders einfacher Weise diagnostiziert werden kann. Tritt beispielsweise ein Riss in einer Trennmembran auf, durch welchen Prozessmedium oder Druckübertragungsflüssigkeit hindurch treten kann, so erfährt die Trennmembran bei Druckschwankun- gen eine geringere Durchbiegung, lässt jedoch aufgrund der nun fehlenden Begrenzung des maximalen Verschiebevolumens eine größere Durchbiegung der Überlastmembran zu. Durch Erfassung und Auswertung der Durchbiegung zumindest einer der Membranen kann somit der Fehlerzustand detektiert werden.
Die Mittel zur Erzeugung eines Überwachungssignals in Abhän¬ gigkeit der jeweiligen Membrandurchbiegung können selbst dann noch ein auswertbares Signal liefern, wenn der eigentliche Drucksensor den Maximaldruck und damit die Begrenzung seines Messbereichs erreicht hat. Dadurch kann auch der Übergangsbe¬ reich vom zulässigen Maximaldruck des Drucksensors bis zu einem unzulässigen Überdruck der Überlastmembran in die Überwachung einbezogen werden. Es sind somit auch Belastungszustän- de erfassbar, die außerhalb des Messbereichs des Drucksensors liegen. In vorteilhafter Weise können auch Veränderungen oder eine Zerstörung an Membranen erkannt werden, zu welchen es insbesondere dann kommen kann, wenn ein Überdruck zu stark ist oder über einen zu langen Zeitraum besteht. Eine unzulässige Beanspruchung der Überlastmembran kann beispielsweise dann entstehen, wenn aufgrund einer Leckage von zumindest ei¬ ner Trennmembran das Überlastsystem gestört ist. Verändert sich nämlich aufgrund der Leckage das maximale Verschiebevo¬ lumen beispielsweise innerhalb der Messkammer, so kommt die Trennmembran bei anderen Druckverhältnissen zum Anliegen auf ihrem Membranbett und der Druckkanal wird unter Umständen erst bei einem höheren Druckwert als ursprünglich vorgesehen verschlossen. Allein durch den Drucksensor, der bereits außerhalb seines Messbereichs betrieben wird, war bisher eine derartige Überlastung der Überlastmembran nicht detektierbar.
Wenn die Membran selbst aus einem Verbundwerkstoff gefertigt ist, können die Mittel zur Erzeugung des Überwachungssignals durch in diesen eingebaute Piezofasern realisiert werden. Da wegen des vergleichsweise geringen Herstellungsaufwands meist jedoch ein metallischer Werkstoff für die Membranherstellung genutzt wird, kann mit Vorteil als Mittel zur Erzeugung des Überwachungssignals ein piezoelektrischer Flächenwandler auf der betreffenden Membran appliziert werden. Diese arbeiten vergleichsweise zuverlässig auf der Basis eines hinreichend bekannten und erprobten physikalisch-elektrischen Prinzips, bei welchem dieselben Mittel umgekehrt zur Erzeugung einer Rückstellkraft durch Anlegen einer geeigneten Spannung verwendet werden können. Somit kann zudem mit denselben Mitteln einer unzulässig hohen Durchbiegung der Membran entgegengewirkt werden.
Vorzugsweise wird der piezoelektrische Flächenwandler aus ei¬ nem piezoelektrischen Verbundwerkstoff gefertigt, der aus piezokeramischen Fasern besteht, die zwischen Elektroden angeordnet und in eine Polymermatrix eingebettet sind.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Mittel zur Erzeugung des Überwachungssignals an der Überlastmembran angebracht und die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, das Überwachungssignal mit einem vorgebba¬ ren oder vorgegebenen Referenzwert, welcher die Grenzbelas¬ tung zwischen einer zulässigen und einer unzulässigen Überlast markiert, zu vergleichen und bei dessen Überschreiten ein Signal zur Anzeige einer unzulässigen Belastung der Überlastmembran auszugeben. Der Referenzwert kann typspezifisch vorbestimmt und in einem Speicher der Auswerteeinrichtung hinterlegt sein oder durch Bedieneingabe als anwendungsspezifischer Parameter vorgegeben werden.
Alternativ oder ergänzend dazu können zwei Trennmembrane je¬ weils mit Mitteln versehen sein, durch welche je ein Überwachungssignal in Abhängigkeit der jeweiligen Durchbiegung erzeugbar ist. In diesem Fall wird durch die Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses der beiden Überwachungssignale ein Signal zur Anzeige des Zustands der Trennmembranen ausgegeben. Insbesondere bei einem Differenz- druckmessumformer führt eine Verschiebung des Volumens in der Messkammer und der Referenzkammer im fehlerfreien Zustand zu einander entsprechenden Durchbiegungen der beiden Trennmembranen. Tritt jedoch eine Leckage an einer der beiden Trenn- membranen auf, die das in der jeweiligen Kammer befindliche Volumen verändert, so bewirkt dies eine asymmetrische Durch¬ biegung der beiden Trennmembranen, die in vorteilhafter Weise bei dieser Ausgestaltung der Erfindung durch einen Vergleich der beiden Überwachungssignale detektierbar ist.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung in der Lage, die Mittel zur Erzeugung des Überwachungssignals oder zusätzliche Mittel derart anzusteuern, dass eine die Durchbiegung der jeweiligen Membran beeinflussende Kraft erzeugt werden kann. Das hat den Vorteil, dass im Moment einer zu großen Druckbe¬ lastung beispielsweise ein piezoelektrischer Flächenwandler derart elektrisch angesteuert werden kann, dass er einer weiteren Durchbiegung entgegenwirkt. Selbstverständlich ist es alternativ möglich, einen gesonderten Flächenwandler für die Funktion des Aktors auf der Membran zu applizieren. Je nach Ausgestaltung des Flächenwandlers kann dieser ein Biegemoment um eine oder um zwei Achsen erzeugen, welches sich dem auf die Membran wirkenden Druck entgegenstellt. Dabei kann zudem die Höhe der erforderlichen Spannung als ein Maß für die Druckbelastung der Membran herangezogen werden. In vorteilhafter Weise kann somit die Überlastdiagnose mit einer Ma߬ nahme zum Selbstschutz kombiniert werden.
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 mit einer zentralen Ausdehnung auf, die durch eine Überlastmembran 3 in eine Referenzkammer 4 und eine Messkammer 5 unterteilt ist. Die Überlastmembran 3 trägt einen Drucksensor 6, der ein Messsignal 8 an eine Auswerteeinrichtung 7 abgibt. Zum Schutz des Drucksensors 6 vor Überlast und chemischen Einflüssen dienen zwei Trennmembranen 9 und 10. Die Trennmembran 9 begrenzt ei- ne Referenzdruckkammer 11, die durch eine Ausnehmung in einer Kappe 12 realisiert ist. Die Trennmembran 10 trennt die Mess¬ 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 Referenzkam¬ mer 4 und die Messkammer 5 sind mit einer exakt bemessenen Menge eines Silikonöls befüllt. 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 Feld¬ bus, einer übergeordneten Leitstation an, die in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist.
Wichtige Funktionselemente eines Systems zum Schutz des
Drucksensors 6 vor Überlast sind die beiden Trennmembranen 9 und 10 sowie die Überlastmembran 3. Tritt beispielsweise in der Messdruckkammer 14 ein sehr hoher Druck auf, so wird die Trennmembran 10 auf ihr Membranbett gedrückt und entsprechend die Trennmembran 9 von ihrem Membranbett wegbewegt. Auch die Überlastmembran 3 erfährt eine dem dabei verschobenen Volumen der Druckübertragungsflüssigkeit entsprechende Durchbiegung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Durchbie¬ gungen der Überlastmembran 3, der Trennmembran 9 und der Trennmembran 10 durch auf den Membranen applizierte piezo- elektrische Flächenwandler 18, 19 bzw. 20 erfasst, durch welche Überwachungssignale 21, 22 bzw. 23 erzeugt und an die Auswerteeinrichtung 7 zur Ermittelung des jeweiligen Belastungszustands weitergegeben werden. Zur deutlicheren Sichtbarkeit sind die Flächenwandler 18, 19 und 20 mit erheblich vergrößerter Dicke gezeichnet. Tritt beispielsweise in der Trennmembran 10 ein Riss oder eine sonstige Leckage auf, so führt dies bei Überdruck in der Messdruckkammer 14 zum Eindringen von Prozessmedium in die Messkammer 5 und somit zu einer Erhöhung des in der Messkammer 5 befindlichen Volumens. Dadurch wird eine asymmetrische Durchbiegung der Trennmembra¬ nen 9 und 10 bewirkt, die durch Vergleich der Überwachungs¬ signale 22 und 23 mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 7 detek- tiert und als Fehlerzustand mit Hilfe des Signals 17 ange- zeigt wird. Weiterhin verursacht die Vergrößerung des Volu¬ mens in der Messkammer 5 eine Erhöhung der maximalen Durchbiegung der Überlastmembran 3, die mit Hilfe des vom Flächenwandler 18 gelieferten Überwachungssignals 21 durch die Aus- Werteeinrichtung 7 ebenfalls erkannt und als Fehlerzustand angezeigt wird. Die dabei herrschende Druckdifferenz zwischen der Referenzkammer 4 und der Messkammer 5 liegt außerhalb des Messbereichs des Drucksensors 6, so dass alleine anhand des Messsignals 8 der Zustand der Überlastmembran 3 nicht mehr beurteilt werden könnte.
Einer allzu hohen Durchbiegung der Überlastmembran 3 wird entgegengewirkt, indem durch die Auswerteeinrichtung 7 ein geeignetes Spannungssignal zur Rückstellung der Durchbiegung an den piezoelektrischen Flächenwandler 18 angelegt wird. Anhand des Ausführungsbeispiels wird die Erfindung unter Anwen¬ dung von drei piezoelektrischen Flächenwandlern 18...20 auf jeweils einer Membran 3, 9 bzw. 10 erläutert. Selbstverständ¬ lich ist es abweichend von dieser Aus führungs form möglich, auf einen oder zwei der Flächenwandler 18...20 unter Einschränkung der Diagnosemöglichkeiten zu verzichten oder auf einer oder mehreren der Membranen 3, 9 und 10 zur weiteren Verbesserung der Diagnosemöglichkeiten oder der Möglichkeiten zur aktiven Einflussnahme mehrere piezoelektrische Flächen- wandler zu applizieren.

Claims

Patentansprüche
1. Druckmessumformer (1) mit einer Messkammer (5), die durch eine Trennmembran (10) von einem zu messenden Prozessmedium getrennt und zur Weiterleitung des Drucks zu einem Drucksensor (6) und zu einer Überlastmembran (3) mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt ist, wobei die Überlastmembran (3) zwischen der Messkammer (5) und einer Referenzkammer (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Membranen (3, 9, 10) mit Mitteln (18...20) versehen ist, durch welche ein Überwachungssignal (21...23) in Abhängigkeit der jeweiligen Durchbiegung erzeugbar ist, und dass eine Auswerteeinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit des Überwachungssignals (21...23) ein Signal (17) zur Anzeige des Zustands der zumindest einen der Membranen (3, 9, 10) ausgebbar ist.
2. Druckmessumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (18...20) zur Erzeugung des Überwachungssig- nals (21...23) ein piezoelektrischer Flächenwandler (18...20) auf die zumindest eine der Membranen (3, 9, 10) appliziert ist .
3. Druckmessumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Flächenwandler (18...20) aus einem piezoelektrischen Verbundwerkstoff gefertigt ist.
4. Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastmembran (3) mit den Mitteln (18) zur Erzeugung des Überwachungssignals (21) versehen ist und dass die Auswerteeinrichtung (7) dazu ausgebildet ist, das Überwachungssignal (21) mit einem vorgebbaren oder vorgegebenen Referenzwert zu vergleichen und bei Überschreiten ein Signal (17) zur Anzeige einer unzulässigen Be- lastung der Überlastmembran (3) auszugeben.
5. Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Trennmembranen (9, 10) je- weils mit Mitteln (19, 20) versehen sind, durch welche jeweils ein Überwachungssignal (22, 23) in Abhängigkeit der je¬ weiligen Durchbiegung erzeugbar ist, und dass die Auswerteeinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit eines Vergleichs der beiden Überwachungssignale (22, 23) ein Signal (17) zur Anzeige des Zustands der Trennmembranen (9, 10) ausgebbar ist.
6. Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (18) zur Erzeugung des Überwachungssignals (21) derart durch die Auswerteein¬ richtung (7) ansteuerbar sind, dass eine die Durchbiegung der jeweiligen Membran (3) beeinflussende Kraft erzeugbar ist.
PCT/EP2012/050674 2011-01-20 2012-01-18 Druckmessumformer WO2012098136A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011002900A DE102011002900A1 (de) 2011-01-20 2011-01-20 Druckmessumformer
DE102011002900.1 2011-01-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012098136A1 true WO2012098136A1 (de) 2012-07-26

Family

ID=45497997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/050674 WO2012098136A1 (de) 2011-01-20 2012-01-18 Druckmessumformer

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011002900A1 (de)
WO (1) WO2012098136A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019174858A1 (de) * 2018-03-14 2019-09-19 Endress+Hauser SE+Co. KG DIFFERENZDRUCKSENSOR ZUM BESTIMMEN EINER DIFFERENZDRUCKGRÖßE
US11243134B2 (en) 2019-09-30 2022-02-08 Rosemount Inc. Pressure sensing device isolation cavity seal monitoring

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105157907A (zh) * 2015-07-13 2015-12-16 南京盛业达电子有限公司 一种具有过载保护功能的差压传感器
CN110006583B (zh) * 2019-04-08 2021-04-06 中电(商丘)热电有限公司 一种差压变送器过载保护装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10342368A1 (de) 2003-09-12 2005-04-28 Siemens Ag Druckmessumformer
EP1612531A2 (de) * 2004-06-23 2006-01-04 EADS Deutschland GmbH Mikromechanische Struktur
WO2006073752A1 (en) * 2005-01-07 2006-07-13 Rosemount Inc. Diagnostic system for detecting rupture or thinning of diaphragms
DE102005055285A1 (de) * 2005-11-17 2007-05-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Druckmessumformer mit Diagnosefunktion
DE102007016792A1 (de) * 2007-04-05 2008-10-30 Ifm Electronic Gmbh Meßzelle, Druckmeßzelle und Sensor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2167067A1 (en) * 1993-08-23 1995-03-02 William E. Delaney, Iii Pre-failure warning pump diaphragm
DE19925508A1 (de) * 1999-06-04 2000-12-21 Freudenberg Carl Fa Einrichtung zur Erkennung von Undichtheiten an Membranen
DE202004021565U1 (de) * 2004-04-21 2009-02-19 Abb Research Ltd. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Druckmesswerks
DE102006043499A1 (de) * 2006-09-12 2008-03-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose von Flüssigkeitsverlusten in mit Druck übertragenden Flüssigkeiten gefüllten Druckmessaufnehmern

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10342368A1 (de) 2003-09-12 2005-04-28 Siemens Ag Druckmessumformer
EP1612531A2 (de) * 2004-06-23 2006-01-04 EADS Deutschland GmbH Mikromechanische Struktur
WO2006073752A1 (en) * 2005-01-07 2006-07-13 Rosemount Inc. Diagnostic system for detecting rupture or thinning of diaphragms
DE102005055285A1 (de) * 2005-11-17 2007-05-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Druckmessumformer mit Diagnosefunktion
DE102007016792A1 (de) * 2007-04-05 2008-10-30 Ifm Electronic Gmbh Meßzelle, Druckmeßzelle und Sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FRANZ MILLER: "Adaptronic - wenn Material aktiv wird", FRAUNHOFER MAGAZIN, pages 8 - 13

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019174858A1 (de) * 2018-03-14 2019-09-19 Endress+Hauser SE+Co. KG DIFFERENZDRUCKSENSOR ZUM BESTIMMEN EINER DIFFERENZDRUCKGRÖßE
US11237069B2 (en) 2018-03-14 2022-02-01 Endress+Hauser SE+Co. KG Differential pressure sensor for determining a differential pressure value and an absolute pressure value
US11243134B2 (en) 2019-09-30 2022-02-08 Rosemount Inc. Pressure sensing device isolation cavity seal monitoring

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011002900A1 (de) 2012-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3100015B1 (de) Verfahren zum betreiben eines druckmessumformers sowie druckmessumformer
EP1664715B1 (de) Druckmessumformer mit piezoelektrischem element zur erkennung von trennmembranfehlern
WO2008031658A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur diagnose von flüssigkeitsverlusten in mit druck übertragenden flüssigkeiten gefüllten druckmessaufnehmern
EP0418495B1 (de) Einrichtung zur Reifendrucküberwachung
DE102015210208A1 (de) Verfahren zum Ermitteln einer Zustandsgröße einer Ventilmembran eines elektronisch gesteuerten und motorisch angetriebenen Membranventils, sowie Membranventilsystem
DE202004021565U1 (de) Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Druckmesswerks
EP2176724B1 (de) Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer prozessgrösse
WO2012098136A1 (de) Druckmessumformer
WO2014032812A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur überwachung von regel- oder absperrarmaturen
EP3588042A1 (de) Druckelement
WO2012028609A1 (de) Diagnosefähige resistive druckmesszelle
EP1275951B1 (de) Drucksensor und Verfahren zu dessen Betriebsüberwachung
EP2626681A1 (de) Messvorrichtung mit einem Drucksensor
DE102006058269B4 (de) Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Drucksensors und entsprechender Drucksensor
EP4039988A1 (de) Verfahren zum betreiben eines hydropneumatischen blasenspeichers
WO2012028428A2 (de) Druckmessumformer
DE102010035862B4 (de) Diagnosefähige resistive Druckmesszelle
DE102017220644A1 (de) Energiespeichermodul sowie Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichermoduls
DE102020129183A1 (de) Druckmessgerät und Verfahren zur Herstellung eines Druckmessgeräts
DE102020103019A1 (de) Verfahren zur Selbstüberwachung eines verfahrenstechnischen Prozesses
DE102018100716B3 (de) Druckmessgerät
DE102011084972B4 (de) Verfahren zur Korrektur von Messwerten einer Druckmesszelle, deren Membran durch eine erhöhte Druckbelastung eine plastische Verformung erfahren hat
WO2001061362A1 (de) Einrichtung zur überwachung und anzeige der einhaltung einer betriebsbedingung
EP2087334A1 (de) Drucksensor mit integrierter prüfvorrichtung und verfahren zum prüfen eines solchen sensors
DE102010042536B4 (de) Diagnosefähige resistive Druckmesszelle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12700484

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12700484

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1