WO2020120046A1 - Drucksensoranordnung zum bestimmen eines drucks eines mediums in einem hygienischen prozess - Google Patents

Drucksensoranordnung zum bestimmen eines drucks eines mediums in einem hygienischen prozess Download PDF

Info

Publication number
WO2020120046A1
WO2020120046A1 PCT/EP2019/080820 EP2019080820W WO2020120046A1 WO 2020120046 A1 WO2020120046 A1 WO 2020120046A1 EP 2019080820 W EP2019080820 W EP 2019080820W WO 2020120046 A1 WO2020120046 A1 WO 2020120046A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
sensor
module
sensor module
process connection
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/080820
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Doria
Anh Tuan Tham
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
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 Endress+Hauser SE+Co. KG filed Critical Endress+Hauser SE+Co. KG
Publication of WO2020120046A1 publication Critical patent/WO2020120046A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0046—Fluidic connecting means using isolation membranes
    • 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
    • G01L19/0061—Electrical connection means
    • G01L19/0084—Electrical connection means to the outside of the housing
    • 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
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/142—Multiple part housings
    • G01L19/143—Two part housings
    • 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
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means

Definitions

  • Pressure sensor arrangement for determining a pressure of a medium in a hygienic process
  • the invention relates to a pressure sensor arrangement for determining a pressure of a medium in a hygienic process and a method for assembling such a pressure sensor arrangement.
  • Pressure sensor arrangements are used in industrial measurement technology to record pressures. To do this, they must be installed at a location and subjected to the pressure to be determined by them. Process connections are usually used to mount the pressure sensor arrangement at the desired location in a process plant. In hygienic processes, particularly high demands are placed on the process connections with regard to their processing and / or cleanliness. Examples of such a hygienic process are applications in the food industry, where there is a risk that deposits and / or contaminants can impair the shelf life of food and / or lead to contaminations which are harmful to health.
  • the object is achieved according to the invention by the pressure sensor arrangement according to claim 1 and the method according to claim 8.
  • the pressure sensor arrangement according to the invention for determining a pressure of a medium in a hygienic process comprises:
  • a process connection module with a recess extending in a mounting direction for receiving the sensor module, the sensor module being fixed in the recess in such a way that the end face of the sensor module lies in one plane with at least one edge area of a surface around the recess, preferably pre-embossed separation membrane which seals the opening of the passage and a transmission liquid in the passage and the
  • Pressure measuring chamber in order to transmit the pressure of the medium present at the separating membrane to the pressure transducer element, characterized in that the separating membrane extends laterally beyond an outer edge of the end face of the sensor module and the separating membrane with only a single, closed, circumferential contact with the medium Weld seam is welded to the process connection module.
  • a pressure sensor arrangement which is manufactured from a sensor and a process connection module.
  • the sensor module is precisely inserted into the recess of the process connection module during production.
  • a separation membrane which is preferably already pre-embossed, and which has a larger diameter than the sensor module introduced
  • the outer contour of the sensor housing has a circumferential step and the process connection module has an inner contour of the recess has the corresponding step and the two steps are matched to one another such that when the sensor housing is flush with the step on the step of the process connection module, the end face of the sensor module lies at least with the edge region of the area around the recess in one plane.
  • Sensor module and the process connection module is provided in the region of the recess on the end face of the sensor module, the first
  • the sealing seam is arranged behind that part of the separating membrane which extends laterally beyond the outer edge of the end face of the sensor module, so that the first sealing seam does not come into contact with the medium.
  • the configuration can provide that the first sealing seam is designed as a weld seam, in particular laser weld seam, as a solder seam or as an adhesive seam.
  • An alternative embodiment of the invention provides that the sensor module and the process connection module are sealed with respect to one another by a circumferential, second sealing seam, preferably in the area of the steps.
  • the configuration can provide that the second sealing seam as a resistance weld seam or as one
  • Adhesive seam preferably an epoxy-based adhesive seam is carried out and / or the outer contour of the sensor housing also has a circumferential groove
  • sealant preferably an O-ring.
  • the invention further relates to a method for assembling a
  • Pressure sensor arrangement comprising the following steps: - Providing a sensor module with a pressure transducer element for
  • An advantageous embodiment of the invention provides that before the separation membrane is applied, the sensor module and the
  • Process connection module to be sealed to each other on the end face by a self-contained circumferential first sealing seam.
  • the embodiment can in particular provide that the first
  • Sealing seam is produced by welding, in particular laser welding, by soldering or by gluing.
  • the embodiment can provide that the second sealing seam is produced by resistance welding or gluing.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that before or when the sensor module is inserted along the mounting direction into the recess of the process connection module, a sealing agent,
  • an O-ring is introduced into a groove that was previously formed in an outer contour of the sensor housing.
  • a not yet fully assembled pressure sensor arrangement comprising a sensor and a process connection module
  • Figure 1 shows a not yet fully assembled metallic sensor module 1 and a metallic process connection module 3, which in the fully assembled state form a pressure sensor arrangement for determining a pressure of a medium in a hygienic process.
  • the sensor module 1 comprises a pressure transducer element or a pressure sensor 7 which is arranged in a pressure measuring chamber 5 of a sensor housing 19 and which, in a fully assembled state, extends outwards through one on one end face of the
  • a suitable pressure transducer element or pressure sensor 7 is e.g. a
  • flalbleiter pressure sensor e.g. a silicon-based pressure sensor chip. This can, for example, be arranged on a base body including a second pressure measuring chamber
  • Measuring membrane and an electromechanical transducer include.
  • the converter converts a deflection of the measuring membrane, which is dependent on the pressure acting on the measuring membrane, into an electrical variable, which is then by means of sensor electronics that can be connected to the converter
  • Examples of this are capacitive transducers which have at least one capacitor with a capacitance which is dependent on the deflection of the measuring membrane, and transducers which are arranged on or in the measuring membrane
  • Sensor elements e.g. to a resistance measuring bridge
  • the process connection module 3 comprises a recess 11 running parallel to a longitudinal axis of the process connection module 3 through the process connection module 3.
  • the longitudinal axis of the process connection module also simultaneously provides a mounting direction 14 for producing the
  • the process connection module 3 is essentially rotationally symmetrical about the longitudinal axis.
  • the sensor module 1 is also essentially rotationally symmetrical with respect to its longitudinal axis in relation to its outer contour.
  • Sensor module 1 and the process connection module 3 are designed and matched to one another in such a way that the sensor module has a radially outwardly extending shoulder 37, which is dimensioned such that the shoulder 37 fits precisely into an inner contour of the recess 11 of the
  • Process connection module 3 is pluggable. Optionally, both the
  • Recess 11 of the process connection module 3 each have a step 41, 42 adapted to one another with their base areas, so that the sensor module 1 can be inserted into one another in the assembly direction 14 during manufacture.
  • the stages 41, 42 are further adapted to one another in such a way that the sensor module 1 with the stage 41 on the corresponding stage 42 of the
  • Process connection module 3 sits and is supported by this. Furthermore, the steps ensure that the sensor module 1 is flush with the process connection module 3 on the front side.
  • an encircling groove 44 can optionally be used to receive a
  • Sealant in particular an O-ring, may be provided in the outer contour of the sensor housing.
  • the arrangement of the circumferential groove 44 on the sensor housing is preferably such that the circumferential groove 44 is arranged closer to the end face of the sensor module than to the step.
  • the groove 44 can prevent leakage between the outer shell of the sensor module and the inner contour of the recess of the process connection module 3 in the fully assembled state.
  • a seal can be provided for high-pressure use via a sealing seam 18 in the area of the two stages.
  • the sensor module 1 and the process connection module 3 are initially provided in accordance with one of the variants described above.
  • Process connection module 3 is used, so that preferably the two stages sit on one another and the end face is essentially flush with the edge region of the area around the recess.
  • a seal is produced between the sensor module 1 and the process connection module 3 by means of a sealing seam 18.
  • the sealing seam 18 is preferably implemented as a resistance welding seam by means of a resistance welding process. Alternatively, the
  • Sealing seam can also be carried out as an adhesive seam by means of an adhesive process. It goes without saying that the Sealing seam 18 is made in the area of steps 41, 42 all around the axis of the sensor or process connection module, so that the fully assembled pressure sensor arrangement also in the
  • High pressure area can be used without leakage between the sensor module and the process connection module.
  • a circumferential sealing means 16 can also be inserted into the groove 44 of the sensor module before the sensor module is inserted into the
  • Process connection module are used, so that an (additional) seal is given by the sealant in the fully assembled state.
  • An O-ring can comprise, for example, a sealing means.
  • a sealing seam 6 arranged on the end face of the sensor and process connection module can be produced after the sensor module 1 has been introduced into the recess 11.
  • the sealing seam 6 is provided on the front side at the transition from the sensor module to the process connection module all around the axis of the sensor or process connection module and is closed in itself.
  • the front sealing seam is preferably produced by means of a laser welding process.
  • Fig. 2 shows a detailed view of the end face in the area of the transition 20 from the sensor and
  • Sealing seam 6 is arranged after the completion of the pressure sensor arrangement behind the separating membrane so that it has no contact with a medium. 2 is the location and position of the
  • a metallic separating membrane 9 is provided and welded to the process connection module 3.
  • the separating membrane 9 is designed in such a way that an edge region of the separating membrane extends laterally beyond an outer edge of the end face of the sensor module 1 and thus in the event that one sealing seam is provided on the end face, this covers.
  • the separating membrane 9 is preferably pre-embossed by means of a preceding embossing process. In particular, a wave profile has proven to be the preferred embossing profile.
  • the laterally projecting separating membrane 9 is connected to a self-contained circumferential weld seam 4 in the projecting area
  • Process connection module 3 attached. Because the separating membrane protrudes laterally and if necessary. also the existing face
  • the welding seam is the only seam that comes into contact with a medium when the process connection module
  • FIG. 3 is installed in a measuring point of a process plant.
  • FIG. 3 shows a further detailed view to clarify the position and position of the circumferential weld seam 4, the front sealing seam 6 and the sealing seam 18 in the area of the step.
  • the positions and positions of the seams are also identified by triangles.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Drucksensoranordnung zum Bestimmen eines Drucks eines Mediums in einem hygienischen Prozess aufweisend: - ein Sensormodul (1), - ein Prozessanschlussmodul (3) mit einer sich in eine Montagerichtung (14) erstreckenden Ausnehmung (11) zur Aufnahme des Sensormoduls (1), wobei das Sensormodul (1) solchermaßen in der Ausnehmung (11) fixiert ist, dass die Stirnfläche des Sensormoduls (1) zumindest mit einem Randbereich einer Fläche um die Ausnehmung (11) herum in einer Ebene liegen, - einer metallischen Trennmembran (9), und - einer Übertragungsflüssigkeit (2), um den an der Trennmembran (9) anstehenden Druck des Mediums zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmembran (9) sich seitlich über einen Außenrand der Stirnfläche des Sensormoduls (1) hinaus erstreckt und die Trennmembran (9) mit nur einer einzigen mit dem Medium in Kontakt kommenden in sich geschlossenen umlaufenden Schweißnaht (4) an dem Prozessanschlussmodul (3) angeschweißt ist.

Description

Drucksensoranordnung zum Bestimmen eines Drucks eines Mediums in einem hygienischen Prozess
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drucksensoranordnung zum Bestimmen eines Drucks eines Mediums in einem hygienischen Prozess sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Drucksensoranordnung.
Drucksensoranordnungen werden in der industriellen Messtechnik zur Aufnahme von Drücken eingesetzt. Hierzu müssen sie an einem Einsatzort montiert und dort mit dem von ihnen zu bestimmenden Druck beaufschlagt werden. Zur Montage der Drucksensoranordnung an dem gewünschten Einsatzort in einer Prozessanlage werden für gewöhnlich Prozessanschlüsse verwendet. Bei hygienischen Prozessen werden an die Prozessanschlüsse besonders hohe Anforderungen hinsichtlich derer Verarbeitung und/oder Sauberkeit gestellt. Beispiele für derartige hygienische Prozess sind Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, wo die Gefahr besteht, dass Ablagerungen und/oder Verunreinigungen die Haltbarkeit von Lebensmittel beeinträchtigenden und/oder zu gesundheitsschädlichen Kontaminationen führen können.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung eine Drucksensoranordnung vorzuschlagen, welche beim Einsatz in einem hygienischen Prozess ein möglichst geringes Verunreinigungs- bzw. Kontaminierungsrisiko aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Drucksensoranordnung gemäß Patentanspruch 1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch 8.
Die erfindungsgemäße Drucksensoranordnung zum Bestimmen eines Drucks eines Mediums in einem hygienischen Prozess umfasst:
- ein Sensormodul mit einem Druckwandlerelement zur Ausgabe eines druckabhängigen Signals, und einem Sensorgehäuse in dem das Druckwandlerelement in einer Druckmesskammer angeordnet ist, wobei die Druckmesskammer mit einem Durchgang zu einer in einer Stirnfläche des Sensorgehäuses befindlichen Öffnung fluidisch verbunden ist,
- ein Prozessanschlussmodul mit einer sich in eine Montagerichtung erstreckenden Ausnehmung zur Aufnahme des Sensormoduls, wobei das Sensormodul solchermaßen in der Ausnehmung fixiert ist, dass die Stirnfläche des Sensormoduls zumindest mit einem Randbereich einer Fläche um die Ausnehmung herum in einer Ebene liegen, - einer metallischen, vorzugsweise vorgeprägten Trennmembran, welche die Öffnung des Durchgangs abdichtet, und einer Übertragungsflüssigkeit in dem Durchgang und der
Druckmesskammer, um den an der Trennmembran anstehenden Druck des Mediums zum Druckwandlerelement zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmembran sich seitlich über einen Außenrand der Stirnfläche des Sensormoduls hinaus erstreckt und die Trennmembran mit nur einer einzigen mit dem Medium in Kontakt kommenden in sich geschlossenen umlaufenden Schweißnaht an dem Prozessanschlussmodul angeschweißt ist.
Erfindungsgemäß wird eine Drucksensoranordnung vorgeschlagen, die aus einem Sensor- und einem Prozessanschlussmodul gefertigt wird. Hierbei wird das Sensormodul bei der Fertigung passgenau in die Ausnehmung des Prozessanschlussmoduls eingeführt. Anschließend wird eine Trennmembran, welche vorzugsweise bereits vorgeprägt ist, und welche einen größeren Durchmesser aufweist als das Sensormodul über das eingebrachte
Sensormodul gebracht und an dem Prozessanschlussmodul angeschweißt. Auf diese Weise können die mit dem zu messenden Medium in Berührung kommenden Nähte, insbesondere Schweißnähte, auf eine einzige Naht reduziert werden, sodass das Verunreinigungs- bzw. Kontaminierungsrisiko des Mediums reduziert werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine
Außenkontur des Sensorgehäuses eine umlaufende Stufe aufweist und das Prozessanschlussmodul an einer Innenkontur der Ausnehmung eine entsprechende Stufe aufweist und die beiden Stufen derartig aufeinander abgestimmt sind, dass wenn das Sensorgehäuse mit der Stufe bündig auf der Stufe des Prozessanschlussmoduls aufsitzt, die Stirnfläche des Sensormoduls zumindest mit dem Randbereich der Fläche um die Ausnehmung herum in einer Ebene liegt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner vor, dass eine in sich geschlossene umlaufende erste Abdichtungsnahtzwischen dem
Sensormodul und dem Prozessanschlussmodul im Bereich der Ausnehmung an der Stirnfläche des Sensormoduls vorgesehen ist, wobei die erste
Abdichtungsnaht von dem Medium aus gesehen hinter dem seitlich über den Außenrand der Stirnfläche des Sensormoduls hinaus erstreckenden Teil der Trennmembran angeordnet ist, sodass die erste Abdichtungsnaht nicht in Kontakt mit dem Medium kommt. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die erste Abdichtungsnaht als Schweißnaht, insbesondere Laserschweißnaht, als Lotnaht oder als Klebenaht ausgeführt ist.
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Sensormodul und das Prozessanschlussmodul durch eine, vorzugsweise im Bereich der Stufen, in sich geschlossene umlaufende zweite Abdichtungsnaht zueinander abgedichtet sind. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die zweite Abdichtungsnaht als Widerstandsschweißnaht oder als eine
Klebernaht, bevorzugt eine epoxidbasierte Klebernaht ausgeführt ist und/oder die Außenkontur des Sensorgehäuses ferner eine umlaufende Nut zur
Aufnahme eines Dichtungsmittels, vorzugsweise eines O-Rings, aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage einer
Drucksensoranordnung umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Sensormoduls mit einem Druckwandlerelement zur
Ausgabe eines druckabhängigen Signals, und einem Sensorgehäuse in dem das Druckwandlerelement in einer Druckmesskammer angeordnet ist, wobei die Druckmesskammer mit einem Durchgang zu einer in einer Stirnfläche des Sensorgehäuses befindlichen Öffnung fluidisch verbindbar ist; - Bereitstellen eines Prozessanschlussmoduls mit einer sich in eine Montagerichtung erstreckenden Ausnehmung zur Aufnahme des Sensormoduls; - Einsetzen des Sensormoduls entlang der Montagerichtung in die
Ausnehmung des Prozessanschlussmoduls, sodass die Stirnfläche des Sensormoduls zumindest mit einem Randbereich einer Fläche um die Ausnehmung herum in einer Ebene liegt; - Aufbringen einer, vorzugsweise vorgeprägten, sich seitlich über einen
Außenrand der Stirnfläche des Sensormoduls hinaus erstreckenden metallischen Trennmembran auf die Stirnfläche des Sensormoduls;
- Befestigen der Trennmembran an dem Prozessanschlussmodul mit einer einzigen mit dem Medium in Kontakt kommenden in sich geschlossenen umlaufenden Schweißnaht.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass vor dem Aufbringen der Trennmembran das Sensormodul und das
Prozessanschlussmodul an der Stirnfläche durch eine in sich geschlossene umlaufende erste Abdichtungsnaht zueinander abgedichtet werden. Die Ausführungsform kann insbesondere vorsehen, dass die erste
Abdichtungsnaht durch Schweißen insbesondere Laserschweißen, durch Löten oder durch Kleben erzeugt wird.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das
Sensormodul und das Prozessanschlussmoduls, vorzugsweise im Bereich der Stufen, durch eine in sich geschlossen umlaufend ausgeführte zweite
Abdichtungsnaht zueinander abgedichtet werden. Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass die zweite Abdichtungsnaht durch eine Widerstands-Schweißung oder eine Klebung erzeugt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass vor bzw. bei dem Einsetzen des Sensormoduls entlang der Montagerichtung in die Ausnehmung des Prozessanschlussmoduls ein Abdichtungsmittel,
vorzugsweise ein O-Ring, in eine Nut eingebracht wird, die zuvor in einer Außenkontur des Sensorgehäuses ausgebildet wurde. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 : eine noch nicht fertig montierte Drucksensoranordnung aufweisend ein Sensor- und eine Prozessanschlussmodul,
Fig. 2: eine Detailansicht von der Stirnseite im Bereich des Übergangs von dem Sensor- und Prozessanschlussmodul zur Verdeutlichung der Position und Lage der stirnseitigen Abdichtungsnaht, und
Fig. 3: eine weitere Detailansicht zur Verdeutlichung der Lage und Position der umlaufenden Schweißnaht, der stirnseitigen Abdichtungsnaht sowie der möglichen Abdichtungsnaht im Bereich der Stufe. Figur 1 zeigt ein noch nicht fertig montiertes metallisches Sensormodul 1 und ein metallisches Prozessanschlussmodul 3, welche im fertig montierten Zustand eine Drucksensoranordnung zum Bestimmen eines Druckes eines Mediums in einem hygienischen Prozess bilden. Das Sensormodul 1 umfasst ein in einer Druckmesskammer 5 eines Sensorgehäuses 19 angeordnetes Druckwandlerelement bzw. einen Drucksensor 7, der in einem fertigmontierten Zustand über einen nach außen durch eine auf einer Stirnseite des
Sensormoduls 1 angeordnete Trennmembran 9 abgeschlossenen, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler mit einem auf eine Außenseite der Trennmembran 9 einwirkenden Druck p beaufschlagbar ist.
Als Druckwandlerelement bzw. Drucksensor 7 eignet sich z.B. ein
sogenannter Flalbleiter-Drucksensor, z.B. ein auf Siliziumbasis hergestellten Drucksensor-Chip. Dieser kann beispielsweise eine unter Einschluss einer zweiten Druckmesskammer auf einem Grundkörper angeordnete
Messmembran und einen elektromechanischen Wandler umfassen. Der Wandler wandelt eine vom auf die Messmembran einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran in eine elektrische Größe um, die dann mittels einer an den Wandler anschließbaren Sensorelektronik
messtechnisch erfasst und in ein von dem messtechnisch zu erfassenden Druck abhängiges elektrisches Signal umgewandelt wird, das dann für eine weitere Verarbeitung und/oder Auswertung zur Verfügung steht. Beispiele hierfür sind kapazitive Wandler, die mindestens einen Kondensator mit einer von der Durchbiegung der Messmembran abhängigen Kapazität aufweisen, sowie Wandler, die auf oder in der Messmembran angeordnete
Sensorelemente, z.B. zu einer Widerstandsmessbrücke
zusammengeschaltete piezoresistive Elemente, umfassen. Eine weitere Alternative bilden piezoelektrische Wandler. Alternativ können aber auch andere als die zuvor als Beispiel genannten Wandler eingesetzt werden. Das Prozessanschlussmodul 3 umfasst eine parallel zu einer Längsachse des Prozessanschlussmoduls 3 durch das Prozessanschlussmodul 3 hindurch verlaufende Ausnehmung 11. Die Längsachse des Prozessanschlussmoduls stellt gleichzeitig auch eine Montagerichtung 14 zur Herstellung der
Drucksensoranordnung dar. Ferner ist das Prozessanschlussmodul 3 im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Längsachse ausgebildet. Gleiches gilt für das Sensormodul 1 , welches bezogen auf seine Außenkontur ebenfalls im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse ist.
Im Hinblick auf die Fertigung der Drucksensoranordnung sind das
Sensormodul 1 und das Prozessanschlussmodul 3 derartig ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass das Sensormodul ein radial nach außen erstreckenden Absatz 37 aufweist, welcher so dimensioniert ist, dass der Absatz 37 passgenau in eine Innenkontur der Ausnehmung 11 des
Prozessanschlussmoduls 3 steckbar ist. Optional können sowohl die
Außenkontur des Sensorgehäuses 19 als auch die Innenkontur der
Ausnehmung 11 des Prozessanschlussmoduls 3 jeweils eine mit ihren Grundflächen aufeinander angepasste Stufe 41 , 42 aufweisen, sodass das Sensormodul 1 bei der Fertigung in Montagerichtung 14 ineinander einführen lassen. Die Stufen 41 , 42 sind ferner derartig aufeinander angepasst, dass das Sensormodul 1 mit der Stufe 41 auf der entsprechenden Stufe 42 des
Prozessanschlussmoduls 3 aufsitzt und durch diese gestützt wird. Ferner wird durch die Stufen sichergestellt, dass das Sensormodul 1 an der Stirnseite bündig mit dem Prozessanschlussmodul 3 abschließt. Um auch den Einsatz in einer Prozessanlage bei Hochdruck ermöglichen zu können, kann optional eine umlaufende Nut 44 zur Aufnahme eines
Dichtungsmittels, insbesondere eines O-Rings, in der Außenkontur des Sensorgehäuses vorgesehen sein. Die Anordnung der umlaufenden Nut 44 an dem Sensorgehäuse ist hierbei vorzugsweise derartig, dass die umlaufende Nut 44 näher zu der Stirnseite des Sensormoduls angeordnet ist als zu der Stufe. Durch die Nut 44 kann in Kombination mit dem Dichtungsmittel eine Leckage zwischen der Außenhülle des Sensormoduls und der Innenkontur der Ausnehmung des Prozessanschlussmoduls 3 im fertigmontierten Zustand verhindert werden. Ergänzend oder alternativ kann für den Hochdruckeinsatz eine Abdichtung über eine Abdichtungsnaht 18 im Bereich der beiden Stufen vorgesehen sein.
Um eine erfindungsgemäße Drucksensoranordnung herzustellen sind folgende Schritt notwendig:
In einem ersten Schritt werden zunächst das Sensormodul 1 und das Prozessanschlussmodul 3 gemäß einer der zuvor beschriebenen Variante bereitgestellt.
In einem nächsten Schritt wird das Sensormodul 1 entlang der
Montagerichtung 14 in die Ausnehmung 11 des
Prozessanschlussmoduls 3 eingesetzt, sodass vorzugsweise die beiden Stufen aufeinandersitzen und die Stirnfläche im Wesentlichen bündig mit dem Randbereich der Fläche um die Ausnehmung herum abschließt.
- Nach dem Einbringen des Sensormoduls 1 in die Ausnehmung 11 kann optional vorgesehen sein, dass im Bereich der Stufe eine Abdichtung zwischen dem Sensormodul 1 und dem Prozessanschlussmodul 3 durch eine Abdichtungsnaht 18 erzeugt wird. Die Abdichtungsnaht 18 wird vorzugsweise mittels eines Widerstandsschweißverfahrens als Widerstandschweißnaht ausgeführt. Alternativ kann die
Abdichtungsnaht auch mittels eines Klebeverfahrens als Klebernaht ausgeführt werden. Es versteht sich von selbst, dass die Abdichtungsnaht 18 im Bereich der Stufen 41 , 42 umlaufend um die Achse des Sensor- bzw. des Prozessanschlussmoduls ausgeführt ist, sodass die fertigmontierte Drucksensoranordnung auch im
Hochdruckbereich eingesetzt werden kann, ohne dass es zur Leckage zwischen dem Sensormodul und dem Prozessanschlussmodul kommt.
Ergänzend oder alternativ zu der Abdichtungsnaht 18 im Bereich der Stufe kann ferner ein umlaufendes Dichtungsmittel 16 in die Nut 44 des Sensormoduls vor dem Einbringen des Sensormoduls in das
Prozessanschlussmodul eingesetzt werden, sodass im fertigmontierten Zustand eine (zusätzliche) Dichtung durch das Dichtungsmittel gegeben ist. Als Dichtungsmittel kann beispielsweise ein O-Ring umfassen.
Alternativ zu der Abdichtungsnaht 18 im Bereich der Stufen 41 , 42 kann nach dem Einbringen des Sensormoduls 1 in die Ausnehmung 11 eine an der Stirnfläche des Sensor- und Prozessanschlussmoduls angeordnete Abdichtungsnaht 6 erzeugt werden. Die Abdichtungsnaht 6 wird an der Stirnseite am Übergang von dem Sensormodul zu dem Prozessanschlussmodul umlaufend um die Achse des Sensor- bzw. Prozessanschlussmoduls und in sich geschlossen vorgesehen.
Vorzugsweise wird die stirnseitige Abdichtungsnaht mittels eines Laserschweißverfahrens erzeugt. Fig. 2 zeigt eine Detailansicht der Stirnseite im Bereich des Übergangs 20 von dem Sensor- und
Prozessanschlussmodul zur Verdeutlichung der Position der
Abdichtungsnaht 6. Aus Fig. 2 wird ersichtlich, dass die
Abdichtungsnaht 6 nach der Fertigstellung der Drucksensoranordnung hinter der Trennmembran angeordnet ist, sodass diese keinen Kontakt zu einem Medium hat. In Fig. 2 ist die Lage und Position der
Abdichtungsnaht durch ein Dreieck gekennzeichnet.
In einem letzten Schritt wird eine metallische Trennmembran 9 bereitgestellt und an dem Prozessanschlussmodul 3 angeschweißt. Die Trennmembran 9 ist derartig ausgebildet, dass ein Randbereich der Trennmembran sich seitlich über einen Außenrand der Stirnfläche des Sensormoduls 1 hinaus erstreckt und somit in dem Fall, dass eine stirnseitige Abdichtungsnaht vorgesehen ist, diese überdeckt. Die Trennmembran 9 ist vorzugsweise mittels eines vorangestellten Prägeverfahrens vorgeprägt. Als bevorzugtes Prägeprofil hat sich insbesondere ein Wellenprofil herausgestellt. Die seitlich überstehende Trennmembran 9 wird über eine im überstehenden Bereich befindliche in sich geschlossene umlaufende Schweißnaht 4 an dem
Prozessanschlussmodul 3 befestigt. Dadurch, dass die Trennmembran seitlich übersteht und ggfls. auch die stirnseitige vorhandene
Abdichtungsnaht überdeckt, ist die Schweißnaht die einzige Naht, die in Kontakt mit einem Medium kommt, wenn das Prozessanschlussmodul
3 in eine Messtelle einer Prozessanlage eingebaut ist. Fig. 3 zeigt eine weitere Detailansicht zur Verdeutlichung der Lage und Position der umlaufenden Schweißnaht 4, der stirnseitigen Abdichtungsnaht 6 sowie der Abdichtungsnaht 18 im Bereich der Stufe. In Fig. 3 sind die Lagen und Positionen der Nähte ebenfalls durch Dreiecke gekennzeichnet.
Bezugszeichenliste
Sensormodul
Übertragungsflüssigkeit
Prozessanschlussmodul
Schweißnaht
Druckmesskammer
Erste Abdichtungsnaht
Druckwandlerelement
Durchgang
Trennmembran
Öffnung
Ausnehmung
Vorprägung Trennmembran / Wellenprofil
Montagerichtung
Dichtungsmittel
Zweite Abdichtungsnaht
Sensorgehäuse
Übergang Sensor- zu Prozessanschlussmodul
Absatz
Stufe
Nut

Claims

Patentansprüche
1. Drucksensoranordnung zum Bestimmen eines Drucks eines Mediums in einem hygienischen Prozess aufweisend:
- ein Sensormodul (1 ) mit einem Druckwandlerelement (7) zur Ausgabe eines druckabhängigen Signals, und einem Sensorgehäuse (19) in dem das Druckwandlerelement (7) in einer Druckmesskammer (5)
angeordnet ist, wobei die Druckmesskammer (5) mit einem Durchgang (8) zu einer in einer Stirnfläche des Sensorgehäuses (19) befindlichen
Öffnung (10) fluidisch verbunden ist,
- ein Prozessanschlussmodul (3) mit einer sich in eine Montagerichtung (14) erstreckenden Ausnehmung (11 ) zur Aufnahme des Sensormoduls (1 ), wobei das Sensormodul (1 ) solchermaßen in der Ausnehmung (11 ) fixiert ist, dass die Stirnfläche des Sensormoduls (1 ) zumindest mit einem Randbereich einer Fläche um die Ausnehmung (11 ) herum in einer Ebene liegen, - einer metallischen, vorzugsweise vorgeprägten Trennmembran (9), welche die Öffnung (10) des Durchgangs (8) abdichtet, und
- einer Übertragungsflüssigkeit (2) in dem Durchgang (8) und der
Druckmesskammer (5), um den an der Trennmembran (9) anstehenden Druck des Mediums zum Druckwandlerelement (7) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmembran (9) sich seitlich über einen Außenrand der Stirnfläche des Sensormoduls (1 ) hinaus erstreckt und die Trennmembran (9) mit nur einer einzigen mit dem Medium in Kontakt kommenden in sich geschlossenen umlaufenden Schweißnaht (4) an dem Prozessanschlussmodul (3) angeschweißt ist.
2. Drucksensoranordnung nach Anspruch 1 , wobei eine Außenkontur des Sensorgehäuses (19) eine umlaufende Stufe (41 ) aufweist und das
Prozessanschlussmodul (3) an einer Innenkontur der Ausnehmung (11 ) eine entsprechende Stufe (42) aufweist und die beiden Stufen derartig aufeinander abgestimmt sind, dass wenn das Sensorgehäuse (19) mit der Stufe bündig auf der Stufe des Prozessanschlussmoduls (3) aufsitzt, die Stirnfläche des
Sensormoduls (1 ) zumindest mit dem Randbereich der Fläche um die
Ausnehmung (11 ) herum in einer Ebene liegt.
3. Drucksensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner eine in sich geschlossene umlaufende erste Abdichtungsnaht (6) zwischen dem Sensormodul (1 ) und dem Prozessanschlussmodul (3) im Bereich der Ausnehmung (11 ) an der Stirnfläche des Sensormoduls (1 ) vorgesehen ist, wobei die erste Abdichtungsnaht (6) von dem Medium aus gesehen hinter dem seitlich über den Außenrand der Stirnfläche des
Sensormoduls (1 ) hinaus erstreckenden Teil der Trennmembran (9) angeordnet ist, sodass die erste Abdichtungsnaht (6) nicht in Kontakt mit dem Medium kommt.
4. Drucksensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Abdichtungsnaht (6) als Schweißnaht, insbesondere Laserschweißnaht, als Lotnaht oder als Klebenaht ausgeführt ist.
5. Drucksensoranordnung nach Anspruch 2, wobei das Sensormodul (1 ) und das Prozessanschlussmodul (3) durch eine, vorzugsweise im Bereich der
Stufen, in sich geschlossene umlaufende zweite Abdichtungsnaht (18) zueinander abgedichtet sind.
6. Drucksensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Abdichtungsnaht (18) als Widerstandsschweißnaht oder als eine
Klebernaht, bevorzugt eine epoxidbasierte Klebernaht ausgeführt ist.
7. Drucksensoranordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Außenkontur des Sensorgehäuses (19) ferner eine umlaufende Nut (44) zur Aufnahme eines Dichtungsmittels (16), vorzugsweise eines O-Rings, aufweist.
8. Verfahren zur Montage einer Drucksensoranordnung umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Sensormoduls (1 ) mit einem Druckwandlerelement
(7) zur Ausgabe eines druckabhängigen Signals, und einem Sensorgehäuse (19) in dem das Druckwandlerelement (1 ) in einer Druckmesskammer (5) angeordnet ist, wobei die Druckmesskammer (5) mit einem Durchgang (8) zu einer in einer Stirnfläche des
Sensorgehäuses (19) befindlichen Öffnung (10) fluidisch verbindbar ist;
- Bereitstellen eines Prozessanschlussmoduls (3) mit einer sich in eine Montagerichtung (14) erstreckenden Ausnehmung (11 ) zur Aufnahme des Sensormoduls (1 ); - Einsetzen des Sensormoduls (1 ) entlang der Montagerichtung (14) in die Ausnehmung (11 ) des Prozessanschlussmoduls (3), sodass die Stirnfläche des Sensormoduls (1 ) zumindest mit einem Randbereich einer Fläche um die Ausnehmung (11 ) herum in einer Ebene liegt; Aufbringen einer, vorzugsweise vorgeprägten, sich seitlich über einen
Außenrand der Stirnfläche des Sensormoduls (1 ) hinaus erstreckenden metallischen Trennmembran (9) auf die Stirnfläche des Sensormoduls (1 ):
- Befestigen der Trennmembran (9) an dem Prozessanschlussmodul (3) mit einer einzigen mit dem Medium in Kontakt kommenden in sich geschlossenen umlaufenden Schweißnaht (4).
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei vor dem Aufbringen der Trennmembran (9) das Sensormodul (1 ) und das Prozessanschlussmodul (3) an der Stirnfläche durch eine in sich geschlossene umlaufende erste Abdichtungsnaht (6) zueinander abgedichtet werden.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste
Abdichtungsnaht (6) durch Schweißen insbesondere Laserschweißen, durch Löten oder durch Kleben erzeugt wird.
11.Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Sensormodul (1 ) und das
Prozessanschlussmoduls (3), vorzugsweise im Bereich der Stufen, durch eine in sich geschlossen umlaufend ausgeführte zweite Abdichtungsnaht (18) zueinander abgedichtet werden.
12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite
Abdichtungsnaht durch eine Widerstands-Schweißung oder eine Klebung erzeugt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei vor bzw. bei dem Einsetzen des Sensormoduls (1 ) entlang der Montagerichtung (14) in die Ausnehmung (11 ) des Prozessanschlussmoduls (3) ein Abdichtungsmittel (16), vorzugsweise ein O-Ring, in eine Nut (44) eingebracht wird, die zuvor in einer Außenkontur des Sensorgehäuses (19) ausgebildet wurde
PCT/EP2019/080820 2018-12-11 2019-11-11 Drucksensoranordnung zum bestimmen eines drucks eines mediums in einem hygienischen prozess WO2020120046A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018131795.6 2018-12-11
DE102018131795.6A DE102018131795A1 (de) 2018-12-11 2018-12-11 Drucksensoranordnung zum Bestimmen eines Drucks eines Mediums in einem hygienischen Prozess

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020120046A1 true WO2020120046A1 (de) 2020-06-18

Family

ID=68531559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/080820 WO2020120046A1 (de) 2018-12-11 2019-11-11 Drucksensoranordnung zum bestimmen eines drucks eines mediums in einem hygienischen prozess

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018131795A1 (de)
WO (1) WO2020120046A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240210263A1 (en) * 2022-12-23 2024-06-27 Rosemount Aerospace Inc. Pressure sensor with corrugated isolator support

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5741974A (en) * 1992-02-04 1998-04-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Pressure sensor with resonant vibration preventing means
US6120033A (en) * 1998-06-17 2000-09-19 Rosemount Inc. Process diaphragm seal
US20050061080A1 (en) * 2003-08-05 2005-03-24 Keiji Sasaki Pressure sensor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0695418B1 (de) * 1993-04-23 1998-12-30 Rosemount Inc. Druckisolatorvorrichtung für sanitärverarbeitung
DE202009014795U1 (de) * 2009-11-02 2010-04-22 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Druckmessmodul
DE102017129792A1 (de) * 2017-12-13 2019-06-13 Endress+Hauser SE+Co. KG Modul-Baukasten zur Herstellung von Druckmessaufnehmern

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5741974A (en) * 1992-02-04 1998-04-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Pressure sensor with resonant vibration preventing means
US6120033A (en) * 1998-06-17 2000-09-19 Rosemount Inc. Process diaphragm seal
US20050061080A1 (en) * 2003-08-05 2005-03-24 Keiji Sasaki Pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018131795A1 (de) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0594808B1 (de) Vorrichtung zum messen von druck und differenzdruck mit dreiteiligem gewindegehäuse und einem winkelring
DE69116894T2 (de) Drucküberträger mit einer vertiefung zum isolieren von spannungen
DE3889914T2 (de) Vorrichtung zur isolierung.
DE69919631T2 (de) Isoliermembranmontage
WO2002033373A1 (de) Druckmessanordnung
DE19608321C2 (de) Differenzdruckmeßumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem
DE8407322U1 (de) Piezoresestive druckmesszelle
WO2002008712A1 (de) Kapazitiver drucksensor
DE102012103585A1 (de) Druckmessaufnehmer
WO2012095304A1 (de) Vorrichtung zum wandeln einer kraft oder eines drucks in ein elektrisches signal und verfahren zur herstellung einer solchen vorrichtung
WO2020120046A1 (de) Drucksensoranordnung zum bestimmen eines drucks eines mediums in einem hygienischen prozess
DE19608310C1 (de) Differenzdruckmeßumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem
EP0756699A1 (de) Piezoresistiver drucksensor oder druckaufnehmer
EP1677090A1 (de) Drucksensor
DE2630640A1 (de) Piezoresistive druckmesszelle
EP3309528B1 (de) Tubusdruckmittler
EP3853573A1 (de) Druckmesseinrichtung
EP1334343B1 (de) Drucksensor und verfahren zu dessen montage
DE2951854A1 (de) Differenzdruck-messumformer
DE10036433A1 (de) Kapazitiver Drucksensor
WO2012048936A1 (de) Wirkdruckgeberanordnung für ein durchflussmessgerät und durchflussmessgerät mit einer solchen wirkdruckgeberanordnung
EP3807608B1 (de) Druckmesseinrichtung und verfahren zu deren herstellung
DE102017129792A1 (de) Modul-Baukasten zur Herstellung von Druckmessaufnehmern
EP3938750B1 (de) Rohrsensor mit verformungskörper
EP3729037A1 (de) Verfahren zum bereitstellen von kalibrierten druckmessumformern

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: 19801556

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: 19801556

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1