WO2021094231A1 - Modulare baugruppe für ein druckmessgerät zur messung des drucks eines prozessmediums - Google Patents

Modulare baugruppe für ein druckmessgerät zur messung des drucks eines prozessmediums Download PDF

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WO2021094231A1
WO2021094231A1 PCT/EP2020/081418 EP2020081418W WO2021094231A1 WO 2021094231 A1 WO2021094231 A1 WO 2021094231A1 EP 2020081418 W EP2020081418 W EP 2020081418W WO 2021094231 A1 WO2021094231 A1 WO 2021094231A1
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WO
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pressure
capillary
capillary component
adapter housing
modular assembly
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PCT/EP2020/081418
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Andreas Krumbholz
Davide Parrotto
Igor Getman
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Endress+Hauser SE+Co. KG
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    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/142—Multiple part housings

Definitions

  • the invention relates to a modular assembly for a pressure measuring device for measuring the pressure of a process medium.
  • Pressure gauges are used to measure the pressure and / or to control, regulate and / or automate a process running in the system. Pressure gauges are used in automation technology in a large number of branches of industry, e.g. B. in chemistry and in the food industry, to name just a few important areas of application.
  • a pressure measuring device usually has a pressure measuring cell and sensor electronics connected to the pressure measuring cell.
  • the pressure measuring cell comprises an electromechanical converter that converts the reaction of a pressure-sensitive element into an electrical signal that is recorded by the sensor electronics and is accessible for further evaluation and / or processing.
  • the pressure is not applied directly to the pressure-sensitive element, but is transmitted hydraulically to the actual pressure measuring cell via a pressure transmitter consisting of a separating membrane and a base body.
  • a pressure transmitter consisting of a separating membrane and a base body.
  • a pressure chamber is formed between the separating membrane and the membrane bed, which is filled with an incompressible transmission fluid, in particular a hydraulic oil.
  • the pressure acting on the separating membrane is transmitted to the pressure-sensitive element via a hydraulic path (a capillary).
  • the membrane bed is used to emboss the separating membrane and to limit the movement of the separating membrane in the event of an overload.
  • a separating membrane For pressure transmission, a separating membrane must have a sufficiently low inherent rigidity and at the same time high chemical and mechanical resistance to a wide variety of process media. A defined contour is usually stamped into the separating membrane. So that a separating membrane can be used in a wide variety of applications, a separating membrane requires the largest possible area of purely elastic, ie reversible, deformation. Rigidity and elastic deformability are influenced by the embossing of the metallic separating membrane. The contour of the separating membrane is produced using an embossing process in which a flat, disk-shaped membrane is pressed into a correspondingly shaped membrane bed with sufficiently high pressure.
  • a typical separating membrane embossing shows sinusoidal peaks and troughs arranged concentrically around the center of the membrane or formed from sections of a circle.
  • the pressure chamber can accommodate a variable volume of the transfer fluid with a sufficiently large membrane stroke.
  • a pressure measuring device is designed either as an absolute pressure measuring device or as a relative pressure measuring device. While in an absolute pressure measuring device a pressure to be measured is absolute, i. H. is detected as a pressure difference compared to the vacuum, a relative pressure sensor detects the pressure of a process medium relative to a reference pressure.
  • the reference pressure is usually the atmospheric pressure that prevails at the installation site of the pressure measuring device. While the measurement pressure is applied via the separating membrane to the surface of the pressure-sensitive element facing the process, the surface of the pressure-sensitive element facing away from the process is subjected to a vacuum or atmospheric / relative pressure.
  • pressure sensors with different measuring ranges are used.
  • Endress + Hauser offers pressure sensors, for example, which are designed for the measuring ranges of 0 ... 10 bar, 0 ... 400 bar, 0-700 bar or 40-100 bar, for example.
  • these pressure sensors work essentially on the same principle, they show a great deal of variance in the individual components and in production.
  • preference is increasingly being given to silicon-based pressure measurement technology, with the pressure being determined piezoresistive, capacitive or optoelectronic.
  • the invention is based on the object of proposing an assembly for a pressure measuring device in which the pressure-sensitive element is largely decoupled from the process.
  • the object is achieved by a modular assembly for a pressure measuring device for measuring the pressure of a process medium with a process adapter housing and a capillary component, wherein the capillary component can be or is arranged in the process adapter housing.
  • the end face of the process adapter facing the process medium is designed as a membrane bed for a separating membrane.
  • a recess is located essentially in the center of the membrane bed.
  • the capillary component has a capillary of a defined length which runs essentially in the center and in the axial direction of the capillary component and via which the pressure of the process medium to be measured can be transmitted to a pressure-sensitive element.
  • the pressure-sensitive element is, for example, a silicon chip.
  • the end region of the capillary component facing the process medium is designed and arranged such that it fills the recess in the membrane bed and that the edge region of the end face of the capillary component and the surface region of the membrane bed radially adjoining the recess are essentially in one plane.
  • the capillary component is connected to the adjacent membrane bed of the process adapter housing via an axial weld seam.
  • the capillary is connected to the adjacent membrane bed of the process adapter housing via an axial weld seam.
  • the diameter of the capillary component is otherwise preferably smaller than the diameter of the corresponding interior space of the process adapter housing.
  • the capillary component and the process adapter housing are only connected to one another via the axial weld seam between the edge area of the end face of the capillary component or the capillary and the surface area of the membrane bed radially adjacent to the recess, the pressure-sensitive element arranged above the capillary component is largely thermally decoupled from the process. Therefore, in particular temperature shocks, that is to say brief temperature increases that occur during manufacture or during operation of the pressure measuring device, do not have any negative effects on the pressure measuring device. Likewise, high process temperatures do not negatively affect the measuring properties of the pressure measuring device.
  • An advantageous embodiment of the modular assembly according to the invention provides that the defined length of the capillary and the design of the corresponding capillary component are dimensioned in such a way that a temperature shock or an increased temperature of the process medium that occurs during manufacture of the pressure sensor or during ongoing operation of the pressure sensor pressure-sensitive elements are not critical.
  • the pressure measuring device according to the invention can also be used in the high temperature range.
  • the depth of the axial weld seam is dimensioned so that it can withstand a maximum pressure acting on the membrane bed, e.g. 700 bar.
  • the capillary fulfills another function: its dimensions are dimensioned so that the pressure measuring device can be used in potentially explosive areas.
  • the capillary is dimensioned in such a way that the pressure measuring device fulfills the Ex-d requirements: In the event of a spark in the pressure measuring device, e.g. as a result of a short circuit, this ensures that a spark that occurs inside the pressure measuring device fizzles out before it comes into contact with the process medium or the Ambient atmosphere.
  • Suitable dimensions for the capillary component or the capillary are named below by way of example, the diameter also being dependent on the diameter of the membrane bed.
  • the end face of the capillary component or of the capillary tube facing the process has a diameter of the order of a few millimeters.
  • the diameter of the end face is preferably between 1-4mm, for example 3mm or 1.4mm.
  • the diameter of the membrane bed is then 17 mm.
  • the diameter of the capillary is, for example, of the order of a fraction, e.g. a tenth of the diameter of the end face.
  • the capillary has a diameter of 0.4mm and a length of 12mm.
  • the diameter of the capillary tube should be dimensioned so that the capillary tube can be welded in directly. In general, the following can be said: When dividing the area, an attempt is made to keep the end face of the capillary component as small as possible compared to the area of the membrane bed.
  • the maximum permissible measuring pressure depends on the welding depth: the smaller the face of the capillary component or the capillary, the smaller the welding depth that can be selected. This is quite advantageous, since less spatter formation occurs with a lower welding depth, so that a high welding quality can be achieved more easily.
  • the diameter of the end face of the capillary component is 3mm, the required welding depth for a process pressure of up to 700 bar is approx. 1mm, while for the directly welded-in capillary tube, which has a diameter of 1.4mm in FIG. 7, for example, a welding depth of approx 0.3mm is sufficient.
  • the welding depth is preferably approx. 0.5 mm. This welding depth is particularly suitable for the direct welding of the capillary tube with a diameter of approximately 1.4 mm.
  • the weld seam width is usually in the range of 0.3-0.4mm, e.g. 0.35mm.
  • the capillary component is tapered in a central section in such a way that a cavity is present between the outer surface of the capillary component and the corresponding inner surface of the process adapter housing. Furthermore, it is provided that the capillary component has a maximum outer diameter in an upper section facing away from the process, which is smaller than the inner diameter of the process adapter housing, so that here too there is a cavity between the outer surface of the capillary component and the corresponding inner surface of the process adapter housing. The thermal insulation takes place via the air inclusion between the two components: capillary component and process adapter housing.
  • At least one area of the outer surface of the capillary component and a corresponding area of the inner surface of the process adapter housing are designed so that the capillary component can be positioned axially in the process adapter housing.
  • the capillary component in the lower section facing the process has a thickening which rests against a first corresponding axial stop surface in the interior of the process adapter housing.
  • positioning via stop surfaces positioning is also provided during production by means of a corresponding positioning device, the positioning device fixing the capillary component in the correct position relative to the process adapter housing during the welding process.
  • the capillary component has a second thickening in the upper section facing away from the process.
  • This thickening preferably has the same diameter as the glass feed-through in which the pressure-sensitive element is arranged. Both parts are welded together radially.
  • the capillary component is also largely mechanically decoupled from the process adapter housing or the housing adapter connected to the process adapter housing - apart from the welded connection in the edge area of the end face of the capillary component and the surface area of the membrane bed radially adjacent to the recess.
  • the capillary component and / or the pressure measuring cell connected to the capillary component are / is connected to the process adapter housing and / or the housing adapter via at least one resilient connection, e.g. at least one O-ring.
  • an advantageous embodiment of the modular assembly according to the invention provides that the capillary component and / or the process adapter housing with the membrane bed are / is designed as turned parts / as a turned part.
  • the components are preferably made of stainless steel or Hastelloy.
  • the capillary component it is also possible for the capillary component to consist of two components: a holder and a capillary tube, the capillary tube being inserted into a centrally arranged, tubular opening in the holder and connected to the holder.
  • the membrane bed Outside the flat edge area, the membrane bed has an essentially concave contour with annular indentations and impressions that are radially offset from one another. Essentially, a section through the membrane bed shows a sinusoidal profile of the indentation and expression. Since the separating membrane in a defined embossing pressure is pressed against the membrane bed, it is deformed and shows a contour corresponding to the separating membrane.
  • an advantageous embodiment of the solution according to the invention provides that the membrane bed has a recessed, annular impression in the area of the weld seam, which is used to connect the capillary component to the process adapter housing.
  • the depth of the embossing is dimensioned so that contact between a weld bead formed by the welding process and the separating membrane is excluded at the defined embossing pressure.
  • This design of the recess in interaction with the embossing pressure makes it possible that the separating membrane does not come into contact with the weld bead. In this way, damage to the surface contour of the separating membrane as a result of the irregular weld seam can be ruled out.
  • This intactness of the separating membrane is important because the contour of the separating membrane is designed in such a way that all specified membrane properties remain unchanged even after the embossing process. Since contact between the separating membrane and the weld seam bead is excluded, there is no need for time-consuming reworking of the weld seam.
  • Fig. 2 the modular assembly shown in Fig. 1 in the assembled state
  • 3b a diagram showing the contour of a membrane bed that can be used in connection with the invention and the associated measuring membrane over the diameter
  • FIG. 4 a longitudinal section through a pressure sensor with the modular assembly shown in FIG. 2,
  • FIG. 5 a longitudinal section through a second embodiment of the modular assembly according to the invention for a pressure sensor
  • FIG. 6 a longitudinal section through a pressure sensor with the modular assembly shown in FIG. 5,
  • FIG. 8 a longitudinal section through the partial area of a pressure sensor which comprises the modular assembly shown in FIG. 7.
  • Fig. 1 shows an exploded view of a modular assembly 2 for a pressure measuring device for measuring the pressure of a process medium 10.
  • the modular assembly 2 consists of a process adapter housing 7 and a capillary component 3 the process adapter housing 7 can be arranged.
  • the end face 14 of the process adapter housing 7 facing the process medium 10 is designed as a membrane bed 5 for a separating membrane 6.
  • a recess 13 is provided in the center of the membrane bed 5.
  • the capillary component 3 has a capillary 4 of a defined length which runs essentially centrally and in the longitudinal direction of the capillary component 3.
  • the end region of the capillary component 3 facing the process medium 10 is designed and arranged in such a way that it fills the recess 13 in the membrane bed 5.
  • At least the edge area of the end face 14 of the capillary component 3 and the area of the membrane bed 5 radially adjoining the recess 13 are essentially in one plane.
  • the capillary component 3 and the adjoining membrane bed 5 of the process adapter housing 7 are connected to one another via an axial weld seam 15.
  • This axial weld seam 15 - possibly also the contact in the area of thickening 19a and stop surface 20 - is the only connection point between the process adapter housing 7 and the capillary component 3.
  • the diameter of the capillary component 3 is smaller than the diameter of the corresponding interior space of the process adapter housing 7.
  • the air located in the cavities between the inner surface 17 of the process adapter housing 7 and the outer surface 16 of the capillary component 18 is used for thermal insulation.
  • the length and the width of the capillary component 3 or the capillary 4 are also dimensioned such that the temperature-sensitive, pressure-sensitive element 11 is sufficiently thermally insulated from temperature influences in the process or during the manufacturing process.
  • the cavities 18 filled with air, for example, are shown in FIG. 2 which shows the embodiment of the modular assembly 2 known from FIG. 1 after it has been inserted into the interior of the process adapter housing 7.
  • a pressure chamber 40 filled with an incompressible transmission fluid 39 is located between the separating membrane 6, which is not shown separately in FIG. 1, and the membrane bed 5.
  • the transmission fluid 39 is filled in by means of the filling tube 32.
  • the pressure of the process medium 10 applied to the separating membrane 6 is transferred to the underside, that is to say the surface facing the process medium, of the pressure-sensitive element 11 via the transfer liquid 39 located in the pressure chamber 40 and the capillary 4.
  • a displacement body 31 is provided, in which the pressure measuring cell 37 is embedded as precisely as possible. More detailed information on the displacement body 31 can be found in a patent application which has the same filing date as the present patent application. The corresponding disclosure content is explicitly to be added to the disclosure content of the present patent application.
  • the pressure-sensitive element 11 which is usually a silicon chip, is part of the pressure measuring cell 37.
  • the pressure measuring cell 37 is connected to the housing 38 in a pressure-tight manner.
  • the pressure measuring cell 37 is positioned on a support plate designed as a glass feed-through 30 and fastened to it.
  • the glass bushing 30 usually consists of metal, for example steel or a steel alloy, and is provided with melted glass insulation in the areas in which electrical connection lines 12 or also the components 32, 33 are passed. When using a glass bushing 30, a gas-tight and possibly pressure-tight insulation towards the electronics compartment 35 is achieved.
  • the potting 34 is also used for insulation.
  • the housing 38 of the pressure measuring cell 37 and the capillary component 3 are connected to one another in a pressure-tight manner via a radial weld seam 28.
  • the weld seam 15 is designed in such a way that it withstands the specified maximum pressure of the pressure measuring device.
  • FIG. 3a shows a top view of the surface of the separating membrane 6 facing the process medium 10.
  • FIG. 3c shows a longitudinal section through the lower end region of an assembled modular assembly 2 facing the process medium 10.
  • FIG. 3b the contour profiles of the membrane bed are shown on the basis of a diagram 5 and separating membrane 6 can be seen. While the contour of the membrane bed 5 and the separating membrane 6 is congruent in known membrane bed 5 and separating membrane 6 combinations, the contour of the membrane bed 5 differs from the contour of the separating membrane 6 in the solution according to the invention. Outside the edge area, the membrane bed 5 has an essentially concave contour with annular indentations and / or impressions 22 that are radially offset from one another. As already mentioned above, the separating membrane 6 is embossed into the membrane bed 5 at a defined embossing pressure, so that the separating membrane 6 essentially has the contour of the membrane bed 5.
  • the membrane bed 5 has a recessed, annular impression 23 in the area of the axial weld seam 15 for connecting the process adapter housing 7 and the capillary component 3.
  • This recessed indentation 23 is dimensioned in such a way that contact between a weld bead formed by the welding process and the separating membrane 6 is excluded at the defined embossing pressure. Subsequent treatment of the weld seam 15 can thus be dispensed with.
  • the cusps in the indentation 23 simulate a potential weld seam elevation.
  • thermal decoupling means that the influence of the temperature is harmless to the specified properties of the temperature-sensitive pressure-sensitive element 11 of the pressure measuring cell 37.
  • the capillary component 3 with the pressure-sensitive element 11 and glass feed-through 30 are also mechanically decoupled from the process adapter housing 7.
  • the mechanical decoupling in the embodiment shown takes place via 4 sealing rings / O-rings 27.
  • the plastic molded part 29, which is arranged between the inner surface 17 of the process adapter housing 7 and the outer surface 18 of the capillary component 3, is used here Positioning the O-rings 27 in the desired areas.
  • the sealing rings 27 are preferably arranged within the process adapter housing 7 in such a way that the remaining cavities filled with ambient air have a minimized volume. The smaller the enclosed volume of air, the lower the risk of condensation forming in the interior of the pressure sensor.
  • FIGS. 5 and 6 a second embodiment of a pressure sensor 1 with the modular assembly 2 according to the invention can be seen.
  • the plastic molded part 29 has been dispensed with.
  • the two O-rings 27 delimiting the air volume in the interior of the pressure sensor 1 are arranged between the outer surface of the cup-shaped housing 38 and the inner surface of the process adapter housing 7 or the inner surface of the housing 41.
  • the storage takes place via suitable recesses.
  • Figures 7 and 8 show an alternative embodiment of the modular assembly.
  • the capillary component 3 consists of a holding element 24 and a capillary tube 25, which is inserted with its end region facing away from the process into a corresponding bore of the holding element 2.
  • the capillary tube 25 is connected to the membrane bed 5 via an axial weld seam 15. Suitable dimensions of the capillary tube 25 have already been mentioned above.
  • the capillary component 3 with the pressure measuring cell 37 embedded in a cup-shaped housing 38 is arranged in the process adapter housing 7 in such a way that the temperature-sensitive pressure-sensitive element 11 is decoupled from the process both thermally and mechanically.
  • annular indentation 23 recessed annular indentation

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare Baugruppe für ein Druckmessgerät zur Messung des Drucks eines Prozessmediums (10) mit einem Prozessadaptergehäuse (7) und einem Kapillarbauteil (3), wobei das Kapillarbauteil (3) in dem Prozessadaptergehäuse (7) anordenbar ist, wobei die dem Prozessmedium (8) zugewandte Stirnfläche (14) des Prozessadaptergehäuses (7) als Membranbett (5) für eine Trennmembran (6) ausgestaltet ist, und wobei in dem Membranbett (5) im Wesentlichen mittig eine Ausnehmung (13) vorgesehen ist, wobei das Kapillarbauteil (3) eine im Wesentlichen mittig und in Längsrichtung des Kapillarbauteils (3) verlaufende Kapillare (4) einer definierten Länge aufweist, über die der zumessende Druck des Prozessmediums (8) auf ein drucksensitives Element (11) übertragbar ist, wobei der dem Prozessmedium (8) zugewandte Endbereich des Kapillarbauteils (3) so ausgestaltet und angeordnet ist, dass er die Ausnehmung (13) in dem Membranbett (5) ausfüllt und dass der Randbereich der Stirnfläche (14) des Kapillarbauteils (3) und der radial an die Ausnehmung (13) angrenzende Bereich des Membranbettes (5) im Wesentlichen in einer Ebene liegen, und wobei das Kapillarbauteil (3) und das angrenzendem Membranbett (5) des Prozessadaptergehäuses (7) über eine axiale Schweißnaht (15) miteinander verbunden sind.

Description

Modulare Baugruppe für ein Druckmessgerät zur Messung des Drucks eines Prozessmediums
Die Erfindung betrifft eine modulare Baugruppe für ein Druckmessgerät zur Messung des Drucks eines Prozessmediums.
Druckmessgeräte dienen zur Messung des Drucks und/oder zur Steuerung, Regelung und/oder Automatisierung eines in der Anlage ablaufenden Prozesses. Druckmessgeräte werden in der Automatisierungstechnik in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt, z. B. in der Chemie und in der Lebensmittelindustrie, um nur einige wichtige Anwendungsgebiete zu nennen.
Ein Druckmessgerät weist üblicherweise eine Druckmesszelle und eine mit der Druckmesszelle verbundene Sensorelektronik auf. Die Druckmesszelle umfasst einen elektromechanischen Wandler, der die Reaktion eines druckempfindlichen Elementes in ein elektrisches Signal umwandelt, das über die Sensorelektronik aufgenommen und einerweiteren Auswertung und/oder Verarbeitung zugänglich ist.
Üblicherweise liegt der Druck nicht unmittelbar an dem druckempfindlichen Element an, sondern wird über einen Druckmittler, bestehend aus einer Trennmembran und einem Grundkörper, hydraulisch zur eigentlichen Druckmesszelle übertragen. Damit der Druck möglichst unverfälschte zum druckempfindlichen Element übertragen wird, ist zwischen der Trennmembran und dem Membranbett eine Druckkammer ausgebildet, die mit einer inkompressiblen Übertragungsflüssigkeit, insbesondere einem Hydrauliköl, gefüllt ist. Über einen hydraulischen Pfad (eine Kapillare) wird der auf die Trennmembran wirkende Druck auf das drucksensitive Element übertragen. Das Membranbett dient zum Prägen der Trennmembran und zur Begrenzung des Verschiebens der Trennmembran im Überlastfall.
Eine Trennmembran muss zur Druckübertragung eine hinreichend geringe Eigensteifigkeit bei gleichzeitig hoher chemischer und mechanischer Resistenz gegenüber verschiedensten Prozessmedien aufweisen. Üblicherweise ist in die Trennmembran eine definierte Kontur eingeprägt. Damit eine Trennmembran bei unterschiedlichsten Applikationen einsetzbar ist, wird von einer Trennmembran ein möglichst großer Bereich rein elastischer, d.h. reversibler Verformung gefordert. Steifigkeit und elastische Verformbarkeit werden durch die Prägung der metallischen Trennmembran beeinflusst. Hergestellt wird die Kontur der Trennmembran über einen Prägeprozess, bei dem eine ebene, scheibenförmige Membran mit ausreichend hohem Druck in ein entsprechend geformtes Membranbett gepresst wird. Eine typische Trennmembranprägung zeigt sinusförmige oder aus Kreisausschnitten gebildete konzentrisch um den Membranmittelpunkt angeordnete Wellenberge und Wellentäler. Durch diese Ausgestaltung der Trennmembran kann die Druckkammer ein variables Volumen der Übertragungsflüssigkeit bei einem hinreichend großen Membranhub aufzunehmen.
Ein Druckmessgerät ist entweder als Absolutdruckmessgerät oder als Relativdruckmessgerät ausgestaltet. Während bei einem Absolutdruckmessgerät ein zu messender Druck absolut, d. h. als Druckunterschied gegenüber dem Vakuum erfasst wird, erfasst ein Relativdrucksensor den Druck eines Prozessmediums relativ zu einem Referenzdruck. Üblicherweise handelt es sich bei dem Referenzdruck um den Atmosphärendruck, der am Installationsort des Druckmessgeräts herrscht. Während der Messdruck über die Trennmembran an der dem Prozess zugewandten Fläche des drucksensitiven Elements anliegt, wird die dem Prozess abgewandte Fläche des drucksensitiven Elements mit Vakuum oder dem Atmosphären-/Relativdruck beaufschlagt.
Bei den unterschiedlichen Anwendungen in der Automatisierungstechnik kommen Drucksensoren mit unterschiedlichen Messbereichen zum Einsatz. So bietet Endress+Hauser u.a. Drucksensoren an, die beispielsweise für die Messbereiche von 0...10bar, 0...400bar, 0-700bar oder 40-1 OObar ausgelegt sind. Obwohl diese Drucksensoren im Wesentlichen nach dem gleichen Prinzip arbeiten, zeigen sie eine große Varianz in den Einzelkomponenten und bei der Fertigung. In zunehmendem Maße wird übrigens der siliziumbasierten Druckmesstechnik der Vorzug gegeben, wobei der Druck piezoresistive, kapazitiv oder optoelektronisch bestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe für ein Druckmessgerät vorzuschlagen, bei dem das drucksensitive Element vom Prozess weitgehend entkoppelt ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine modulare Baugruppe für ein Druckmessgerät zur Messung des Drucks eines Prozessmediums mit einem Prozessadaptergehäuse und einem Kapillarbauteil, wobei das Kapillarbauteil in dem Prozessadaptergehäuse anordenbar bzw. angeordnet ist. Die dem Prozessmedium zugewandte Stirnfläche des Prozessadapters ist als Membranbett für eine Trennmembran ausgestaltet. In dem Membranbett befindet sich im Wesentlichen mittig eine Ausnehmung. Das Kapillarbauteil weist eine im Wesentlichen mittig und in axialer Richtung des Kapillarbauteils verlaufende Kapillare einer definierten Länge auf, über die der zumessende Druck des Prozessmediums auf ein drucksensitives Element übertragbar ist. Bei dem drucksensitiven Element handelt es sich z.B. um einen Silizium Chip. Der dem Prozessmedium zugewandte Endbereich des Kapillarbauteils ist so ausgestaltet und angeordnet, dass er die Ausnehmung in dem Membranbett ausfüllt und dass der Randbereich der Stirnfläche des Kapillarbauteils und der radial an die Ausnehmung angrenzende Oberflächenbereich des Membranbettes im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Das Kapillarbauteil ist im Bereich seiner Stirnfläche mit dem angrenzendem Membranbett des Prozessadaptergehäuses über eine axiale Schweißnaht verbunden. Alternativ ist die Kapillare im Bereich ihrer Stirnfläche mit dem angrenzenden Membranbett des Prozessadaptergehäuses über eine axiale Schweißnaht verbunden.
Für den Verbindungsprozess wird bevorzugt Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen eingesetzt. Über die gesamte Längenausdehnung des Kapillarbauteils ist der Durchmesser des Kapillarbauteils ansonsten bevorzugt kleiner als der Durchmesser des korrespondierenden Innenraums des Prozessadaptergehäuses.
Da das Kapillarbauteil und das Prozessadaptergehäuse nur über die axiale Schweißnaht zwischen dem Randbereich der Stirnfläche des Kapillarbauteils oder der Kapillare und dem radial an die Ausnehmung angrenzende Oberflächenbereich des Membranbettes miteinander verbunden sind, ist das oberhalb des Kapillarbauteils angeordnete drucksensitive Element thermisch weitgehend vom Prozess entkoppelt. Daher haben insbesondere Temperaturschocks, also kurzzeitig auftretenden Temperaturerhöhungen, die während der Fertigung oder im Betrieb des Druckmessgeräts auftreten, keine negativen Auswirkungen auf das Druckmessgerät. Ebenso beeinflussen hohe Prozesstemperaturen die Messeigenschaften des Druckmessgeräts nicht negativ.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen modularen Baugruppe sieht vor, dass die definierte Länge der Kapillare und die Ausgestaltung des korrespondierenden Kapillarbauteils so bemessen sind, dass ein während der Fertigung des Drucksensors oder während des laufenden Betriebs des Drucksensors auftretender Temperaturschock oder eine erhöhte Temperatur des Prozessmediums für das drucksensitive Element unkritisch sind. Je nach Dimensionierung der Kapillare und/oder des Kapillarbauteils ist das erfindungsgemäße Druckmessgerät auch im Hochtemperaturbereich einsetzbar. Insbesondere ist die Tiefe der axialen Schweißnaht so bemessen, dass sie einem maximal auf das Membranbett einwirkenden Druck, von z.B. 700bar, standhält.
Die Kapillare erfüllt neben der thermischen Entkopplung noch eine weitere Funktion: ihre Dimensionen sind so bemessen, dass das Druckmessgerät im explosionsgefährdeten Bereich zum Einsatz kommen kann. Insbesondere ist die Kapillare so dimensioniert, dass das Druckmessgerät die Ex-d Anforderungen erfüllt: Bei einer Funkenbildung im Druckmessgerät, z.B. infolge eines Kurzschlusses, ist so sichergestellt, dass ein entstehender Funke innerhalb des Druckmessgeräts verpufft, bevor er in Kontakt mit dem Prozessmedium oder der Umgebungsatmosphäre gelangt. Beispielhaft sind nachfolgend geeignete Dimensionen für das Kapillarbauteil bzw. die Kapillare genannt, wobei der Durchmesser auch abhängig ist von dem Durchmesser des Membranbettes. Die dem Prozess zugewandte Stirnfläche des Kapillarbauteils bzw. des Kapillarrohres hat einen Durchmesser in der Größenordnung von wenigen Millimetern. Bevorzugt liegt der Durchmesser der Stirnfläche zwischen 1-4mm, z.B. bei 3mm oder 1 ,4mm. Beispielsweise liegt der Durchmesser des Membranbettes dann bei 17mm.
Der Durchmesser der Kapillare liegt beispielsweise in der Größenordnung eines Bruchteils, z.B. eines Zehntels des Durchmessers der Stirnfläche. Beispielhaft hat die Kapillare einen Durchmesser von 0.4mm und eine Länge von 12mm. Der Durchmesser des Kapillarrohrs ist so bemessen sein, dass das Kapillarrohr direkt eingeschweißt werden kann. Generell lässt sich Folgendes sagen: Bei der Flächenaufteilung wird versucht, die Stirnfläche des Kapillarbauteils möglichst klein gegenüber der Fläche des Membranbettes zu halten.
Der maximal zulässige Messdruck hängt von der Einschweißtiefe ab: Je kleiner die Stirnfläche des Kapillarbauteils oder der Kapillare ist, desto geringer kann die Einschweißtiefe gewählt werden. Dies ist durchaus vorteilhaft, da bei geringerer Einschweißtiefe weniger Spritzerbildung auftritt, so dass sich eine hohe Schweißqualität einfacher realisieren lässt. Beträgt der Durchmesser der Stirnfläche des Kapillarbauteils 3mm, so liegt die geforderte Einschweißtiefe für einen Prozessdruck bis zu 700bar bei ca. 1mm, während für das direkt eingeschweißte Kapillarrohr, das z.B. in Fig. 7 einen Durchmesser von 1 ,4mm hat, eine Einschweißtiefe von ca. 0,3mm ausreichend ist. Bevorzugt beträgt die Einschweißtiefe ca. 0,5mm. Diese Einschweißtiefe ist insbesondere für die direkte Verschweißung des Kapillarrohres mit einem Durchmesser von ca. 1 ,4mm geeignet ist. Die Schweißnahtbreite liegt üblicherweise im Bereich von 0,3-0, 4mm, z.B. bei 0.35mm.
Um sicherzustellen, dass im Bereich der Schweißnaht die einzige unmittelbare Verbindungsstelle zwischen dem Kapillarbauteil und dem Prozessadaptergehäuse ist, ist das Kapillarbauteil in einem mittleren Teilabschnitt derart verjüngt, dass ein Hohlraum zwischen der Außenfläche des Kapillarbauteils und der korrespondierenden Innenfläche des Prozessadaptergehäuse vorhanden ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kapillarbauteil in einem vom Prozess abgewandten oberen Teilabschnitt einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der geringer ist als der Innendurchmesser des Prozessadaptergehäuses, so dass auch hier ein Hohlraum zwischen der Außenfläche des Kapillarbauteils und der korrespondierenden Innenfläche des Prozessadaptergehäuses vorhanden ist. Die thermische Isolation erfolgt über den Lufteinschluss zwischen den beiden Komponenten: Kapillarbauteil und Prozessadaptergehäuse. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen modularen Baugruppe wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Bereich der Außenfläche des Kapillarbauteils und ein korrespondierender Bereich der Innenfläche des Prozessadaptergehäuses so ausgestaltet sind, dass das Kapillarbauteil axial in dem Prozessadaptergehäuse positionierbar ist. Insbesondere hat das Kapillarbauteil im unteren dem Prozess zugewandten Teilabschnitt eine Verdickung, die an einer ersten korrespondierenden axialen Anschlagfläche im Innenraum des Prozessadaptergehäuses anliegt. Alternativ zur Positionierung über Anschlagflächen, ist auch eine Positionierung während der Fertigung mittels einer entsprechenden Positioniervorrichtung vorgesehen, wobei die Positioniervorrichtung das Kapillarbauteil während des Schweißvorgangs in der korrekten Position relativ zum Prozessadaptergehäuse fixiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen modularen Baugruppe hat das Kapillarbauteil im oberen vom Prozess abgewandten Teilabschnitt eine zweite Verdickung. Diese Verdickung hat bevorzugt denselben Durchmesser wie die Glasdurchführung, in der das drucksensitive Element angeordnet ist. Beide Teile sind radial miteinander verschweißt.
Neben der thermischen Entkopplung ist das Kapillarbauteil auch - abgesehen von der Schweißverbindung im Randbereich der Stirnfläche des Kapillarbauteils und dem radial an die Ausnehmung angrenzenden Oberflächenbereich des Membranbettes - weitgehend mechanisch von dem Prozessadaptergehäuse oder dem sich an das Prozessadaptergehäuse anschließenden Gehäuseadapter entkoppelt. Über zumindest eine federnd ausgestaltete Verbindung, z.B. zumindest einen O-Ring, sind/ist das Kapillarbauteil und/oder die mit dem Kapillarbauteil verbundene Druckmesszelle mit dem Prozessadaptergehäuse und/oder dem Gehäuseadapter verbunden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen modularen Baugruppe sieht vor, dass das Kapillarbauteil und/oder das Prozessadaptergehäuse mit dem Membranbett als Drehteile/als Drehteil ausgestaltet sind/ist. Bevorzugt sind die Komponenten aus Edelstahl oder Hastelloy gefertigt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Kapillarbauteil aus zwei Komponenten besteht: einer Halterung und einem Kapillarrohr, wobei das Kapillarrohr in eine mittig angeordnete, rohrförmige Öffnung in der Halterung eingefügt und mit der Halterung verbunden ist.
Ein weiterer interessanter Aspekt der modularen Baugruppe betrifft die Ausgestaltung des Membranbettes. Außerhalb des ebenen Randbereiches hat das Membranbett eine im Wesentlichen konkave Kontur mit radial zueinander versetzten, ringförmigen Ein- und Ausprägungen. Im Wesentlichen zeigt ein Schnitt durch das Membranbett einen sinusförmigen Verlauf der Ein-und Ausprägung. Da die T rennmembran bei einem definierten Prägedruck gegen das Membranbett gedrückt wird, wird sie verformt und zeigt eine zu der Trennmembran korrespondierende Kontur.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass das Membranbett im Bereich der Schweißnaht, die zur Verbindung des Kapillarbauteils mit dem Prozessadaptergehäuse dient, eine vertiefte, ringförmige Einprägung aufweist. Die Tiefe der Einprägung ist so bemessen, dass bei dem definierten Prägedruck ein Kontakt zwischen einer durch den Schweißvorgang gebildeten Schweißnahtraupe und der Trennmembran ausgeschlossen ist. Durch diese Auslegung der Vertiefung im Zusammenspiel mit dem Prägedruck ist es möglich, dass die Trennmembran nicht in Kontakt mit der Schweißnahtraupe kommt. Somit kann eine Verletzung der Oberflächenkontur der Trennmembran infolge der unregelmäßige Schweißnahtraupe ausgeschlossen werden. Diese Unversehrtheit der Trennmembran ist wichtig, da die Kontur der Trennmembran so ausgelegt ist, dass alle spezifizierten Membraneigenschaften auch nach dem Prägeprozess unverändert vorhanden sind. Da ein Kontakt zwischen der Trennmembran und der Schweißnahtraupe ausgeschlossen ist, entfällt ein aufwändiges Nacharbeiten der Schweißnaht.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen modularen Baugruppe für einen Drucksensor in Explosionsdarstellung,
Fig. 2: die in Fig. 1 dargestellte modulare Baugruppe im zusammengesetzten Zustand,
Fig. 3a: eine Draufsicht auf die dem Prozessmedium zugewandte Stirnfläche eines Kapillarbauteils,
Fig. 3b: ein Diagramm, das die Kontur eines in Verbindung mit der Erfindung nutzbaren Membranbettes und der zugehörigen Messmembran über den Durchmesser darstellt,
Fig. 3c: einen Längsschnitt durch den unteren, dem Prozessmedium zugewandten Endbereich einer zusammengesetzten modularen Baugruppe,
Fig. 4: einen Längsschnitt durch einen Drucksensor mit der in Fig. 2 dargestellten modularen Baugruppe,
Fig. 5: einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen modularen Baugruppe für einen Drucksensor und Fig. 6: einen Längsschnitt durch einen Drucksensor mit der in Fig. 5 dargestellten modularen Baugruppe,
Fig. 7: einen Längsschnitt durch eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen modularen Baugruppe für einen Drucksensor, und
Fig. 8: einen Längsschnitt durch den Teilbereich eines Drucksensors, der die in Fig. 7 gezeigten modularen Baugruppe umfasst.
Fig. 1 zeigt in Explosionsdarstellung eine modulare Baugruppe 2 für ein Druckmessgerät zur Messung des Drucks eines Prozessmediums 10. Die modulare Baugruppe 2 besteht aus einem Prozessadaptergehäuse 7 und einem Kapillarbauteil 3. Kapillarbauteil 3 und Prozessadaptergehäuse 7 sind so aufeinander abgestimmt, dass das Kapillarbauteil 3 in dem Prozessadaptergehäuse 7 anordenbar ist. Die dem Prozessmedium 10 zugewandte Stirnfläche 14 des Prozessadaptergehäuses 7 ist als Membranbett 5 für eine Trennmembran 6 ausgestaltet. Mittig ist in dem Membranbett 5 eine Ausnehmung 13 vorgesehen.
Das Kapillarbauteil 3 weist eine im Wesentlichen mittig und in Längsrichtung des Kapillarbauteils 3 verlaufende Kapillare 4 einer definierten Länge auf. Der dem Prozessmedium 10 zugewandte Endbereich des Kapillarbauteils 3 ist so ausgestaltet und angeordnet, dass er die Ausnehmung 13 in dem Membranbett 5 ausfüllt. Zumindest der Randbereich der Stirnfläche 14 des Kapillarbauteils 3 und der radial an die Ausnehmung 13 angrenzende Bereich des Membranbettes 5 liegen hierbei im Wesentlichen in einer Ebene. Das Kapillarbauteil 3 und das angrenzendem Membranbett 5 des Prozessadaptergehäuses 7 sind über eine axiale Schweißnaht 15 miteinander verbunden sind. Diese axiale Schweißnaht 15 - ggf. noch der Kontakt im Bereich von Verdickung 19a und Anschlagfläche 20 - ist die einzige Verbindungsstelle zwischen dem Prozessadaptergehäuse 7 und dem Kapillarbauteil 3. Über die gesamte Längenausdehnung des Kapillarbauteils 3 ist der Durchmesser des Kapillarbauteils 3 kleiner als der Durchmesser des korrespondierenden Innenraums des Prozessadaptergehäuses 7.
Die in den Hohlräumen zwischen der Innenfläche 17 des Prozessadaptergehäuses 7 und der Außenfläche 16 des Kapillarbauteils 18 befindliche Luft dient der Wärmeisolierung. Die Länge und die Breite des Kapillarbauteils 3 bzw. der Kapillare 4 sind darüber hinaus so bemessen, dass das temperaturempfindliche, drucksensitive Element 11 von Temperatureinflüssen im Prozess oder während des Fertigungsprozesses ausreichend thermisch isoliert ist. Die z.B. mit Luft gefüllten Hohlräume 18 sind aus der Fig. 2 ersichtlich, die die aus der Fig. 1 bekannte Ausgestaltung der modularen Baugruppe 2 nach Einfügen in den Innenraum des Prozessadaptergehäuses 7 zeigt.
Zwischen der in Fig. 1 nicht gesonderten dargestellten Trennmembran 6 und dem Membranbett 5 befindet sich eine mit einer inkompressiblen Übertragungsflüssigkeit 39 gefüllte Druckkammer 40. Die Übertragungsflüssigkeit 39 wird mittels des Füllröhrchens 32 eingefüllt. Über die in der Druckkammer 40 und der Kapillare 4 befindliche Übertragungsflüssigkeit 39 wird der an der Trennmembran 6 anliegende Druck des Prozessmediums 10 zur Unterseite, also der dem Prozessmedium zugewandten Oberfläche, des drucksensitiven Elements 11 übertragen. Um die benötigte Menge der Übertragungsflüssigkeit möglichst gering zu halten, ist ein Verdrängungskörper 31 vorgesehen, in den die Druckmesszelle 37 möglichst passgenau eingebettet ist. Nähere Information zu dem Verdrängungskörper 31 ist einer Patentanmeldung zu entnehmen, die denselben Anmeldetag hat wie die vorliegende Patentanmeldung. Der entsprechende Offenbarungsgehalt ist dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung explizit zuzurechnen.
Die vom Prozessmedium abgewandte Oberfläche des drucksensitiven Elements 11 wird im gezeigten Fall mit dem in der Installationsumgebung des Druckmessgeräts herrschenden Luftdruck über die Belüftungsbohrung 33 beaufschlagt. Das drucksensitive Element 11 , bei dem es sich üblicherweise um einen Siliziumchip handelt, ist Teil der Druckmesszelle 37. Die Druckmesszelle 37 ist mit dem Gehäuse 38 druckdicht verbunden. Die Druckmesszelle 37 ist auf einer als Glasdurchführung 30 ausgebildeten Trägerplatte positioniert und daran befestigt. Die Glasdurchführung 30 besteht üblicherweise aus Metall, beispielsweise Stahl oder einer Stahl-Legierung, und ist in den Bereichen, in denen elektrische Anschlussleitungen 12 oder auch die Komponenten 32,33 hindurchgeführt sind, mit einer eingeschmolzenen Glasisolierung versehen. Bei Verwendung einer Glasdurchführung 30 ist eine gasdichte und ggf. druckdichte Isolation zum Elektronikraum 35 hin erreicht. Der Isolation dient auch der Verguss 34. Das Gehäuse 38 der Druckmesszelle 37 und das Kapillarbauteil 3 sind über einen radiale Schweißnaht 28 druckdicht miteinander verbunden. Die Schweißnaht 15 ist derart ausgebildet, dass sie dem spezifizierten Maximaldruck des Druckmessgeräts standhält.
Fig. 3a zeigt eine Draufsicht auf die dem Prozessmedium 10 zugewandte Oberfläche der Trennmembran 6. Fig. 3c zeigt einen Längsschnitt durch den unteren, dem Prozessmedium 10 zugewandten Endbereich einer zusammengesetzten modularen Baugruppe 2. In Fig. 3b sind anhand eines Diagramms die Konturverläufe von Membranbett 5 und Trennmembran 6 zu sehen. Während bei bekannten Membranbett 5 -Trennmembran 6 -Kombinationen der Konturverlauf von Membranbett 5 und Trennmembran 6 kongruent ist, weicht der Konturverlauf des Membranbettes 5 bei der erfindungsgemäßen Lösung von dem Konturverlauf der Trennmembran 6 ab. Das Membranbett 5 weist außerhalb des Randbereiches eine im Wesentlichen konkave Kontur mit radial zueinander versetzten, ringförmigen Ein- und/oder Ausprägungen 22 aufweist. Wie bereits zuvor erwähnt, wird die Trennmembran 6 in das Membranbett 5 bei einem definierten Prägedruck geprägt, so dass die Trennmembran 6 im Wesentlichen die Kontur des Membranbettes 5 aufweist.
Der Unterschied zu der bekannten Lösung ist nun darin zu sehen, dass das Membranbett 5 im Bereich der axialen Schweißnaht 15 zur Verbindung von Prozessadaptergehäuse 7 und Kapillarbauteil 3 eine vertiefte, ringförmige Einprägung 23 aufweist. Diese vertiefte Einprägung 23 ist so bemessen, dass bei dem definierten Prägedruck ein Kontakt zwischen einer durch den Schweißvorgang gebildeten Schweißnahtraupe und der Trennmembran 6 ausgeschlossen ist. Somit kann eine Nachbehandlung der Schweißnaht 15 entfallen. Die Höcker in der Einprägung 23 simulieren eine potentielle Schweißnahtüberhöhung.
Zuvor wurde bereits beschrieben, dass die erfindungsgemäße modulare Baugruppe 2 für einen Drucksensor 1 so ausgestaltet ist, dass das drucksensitive Element 11 , das Teil der Druckmesszelle 37 ist, thermisch von dem Prozessmedium 8 und/oder von Temperatureinflüssen während des Fertigungsprozesses entkoppelt ist. Thermische Entkopplung bedeutet im Zusammenhang mit der Erfindung, dass der Einfluss der Temperatur unschädlich für die spezifizierten Eigenschaften der temperaturempfindlichen drucksensitiven Elements 11 der Druckmesszelle 37 ist.
Darüber hinaus sind das Kapillarbauteil 3 mit drucksensitivem Element 11 und Glasdurchführung 30 auch mechanisch von dem Prozessadaptergehäuse 7 entkoppelt. Wie in Fig. 2 zu sehen, erfolgt die mechanische Entkopplung bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über 4 Dichtungsringe/O-Ringe 27. Das Kunststoffformteil 29, das zwischen der Innenfläche 17 des Prozessadaptergehäuses 7 und der Außenfläche 18 des Kapillarbauteils 3 angeordnet ist, dient hierbei der Positionierung der O-Ringe 27 in den gewünschten Bereichen. Bevorzugt sind die Dichtungsringe 27 derart innerhalb des Prozessadaptergehäuses 7 angeordnet, dass die verbleibenden mit Umgebungsluft gefüllten Hohlräume ein minimiertes Volumen aufweisen. Je geringer das eingeschlossene Luftvolumen ist, desto geringer ist die Gefahr von Kondensatbildung im Innenraum des Drucksensors. Weiterhin sind die Kapillare 4 und der Luftspalt 36, über den die Referenzluftzufuhr zwischen den beiden Referenzluftzuführungen 33a, 33b erfolgt, so dimensioniert, dass der Drucksensor bevorzugt auch im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden kann. Nähere Ausführungen hierzu sind einer Patentanmeldung der Anmelderin zu entnehmen, die denselben Anmeldetag wie die die vorliegende Patentanmeldung hat. Der entsprechende Offenbarungsgehalt dieser parallelen Patentanmeldung ist dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung explizit hinzuzurechnen. In den Figuren Fig. 5 und 6 ist eine zweite Ausgestaltung eines Drucksensors 1 mit der erfindungsgemäßen modularen Baugruppe 2 zu sehen. Bei dieser Ausgestaltung wurde auf das Kunststoffformteil 29 verzichtet werden. Die beiden das Luftvolumen im Innenraum des Drucksensors 1 begrenzenden O-Ringe 27 sind zwischen der Außenfläche des becherförmigen Gehäuses 38 und der Innenfläche des Prozessadaptergehäuses 7 bzw. der Innenfläche des Gehäuses 41 angeordnet. Die Lagerung erfolgt über geeignete Ausnehmungen. Auch hier wird eine weitgehende mechanische Entkopplung infolge der federnden Lagerung des Kapillarbauteils 2 im Prozessadaptergehäuse 7 bzw. im Gehäuse 41 erreicht. Die Figuren Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine alternative Ausgestaltung der modularen Baugruppe. Das Kapillarbauteil 3 besteht aus einem Haltelement 24 und einem Kapillarrohr 25, das mit seinem vom Prozess abgewandten Endbereich in eine entsprechende Bohrung des Halteelements 2 eingefügt ist. Im Bereich der dem Prozess zugewandten Stirnfläche ist das Kapillarrohr 25 mit dem Membranbett 5 über eine axiale Schweißnaht 15 verbunden. Geeignete Abmessungen des Kapillarrohrs 25 wurden bereits an vorhergehender Stelle genannt. Auch hier ist das Kapillarbauteil 3 mit der in einem becherförmigen Gehäuse 38 eingebetteten Druckmesszelle 37 derart in dem Prozessadaptergehäuse 7 angeordnet, dass das temperaturempfindliche drucksensitive Element 11 sowohl thermisch als auch mechanisch vom Prozess entkoppelt ist.
Bezugszeichenliste
1 Drucksensor
2 modulare Baugruppe 3 Kapillarbauteil
4 Kapillare / Hydraulischer Pfad
5 Membranbett
6 Trennmembran
7 Prozessadaptergehäuse 8 Prozessanschluss
9 Schraubgewinde
10 Prozessmedium
11 Druckwandler /drucksensitives Element
12 Verbindungsdraht 13 mittige Ausnehmung
14 dem Prozessmedium zugewandte Stirnfläche des Kapillarbauteils
15 axiale Schweißnaht
16 Außenfläche des Kapillarbauteils
17 Innenfläche des Prozessadaptergehäuses 18 Hohlraum
19 Verdickung
20 Anschlagfläche
21 zweite Verdickung
22 ringförmige Einprägung 23 vertiefte ringförmige Einprägung
24 Halterung
25 Kapillarrohr
26 rohrförmige Öffnung
27 O-Ring 28 radiale Schweißnaht
29 Kunststoffformteil
30 Glasdurchführung
31 Verdrängungskörper
32 Füllröhrchen für die Übertragungsflüssigkeit 33 Belüftungsbohrung / Referenzluftzuführung
34 Verguss / Isolation
35 Elektronikanschluss
36 Luftspalt
37 Druckmesszelle 38 becherförmiges Gehäuse Übertragungsflüssigkeit Druckkammer

Claims

Patentansprüche
1. Modulare Baugruppe für ein Druckmessgerät zur Messung des Drucks eines Prozessmediums (10) mit einem Prozessadaptergehäuse (7) und einem Kapillarbauteil (3), wobei das Kapillarbauteil (3) in dem Prozessadaptergehäuse (7) anordenbar ist, wobei die dem Prozessmedium (8) zugewandte Stirnfläche (14) des Prozessadaptergehäuses (7) als Membranbett (5) für eine Trennmembran (6) ausgestaltet ist, und wobei in dem Membranbett (5) im Wesentlichen mittig eine Ausnehmung (13) vorgesehen ist, wobei das Kapillarbauteil (3) eine im Wesentlichen mittig und in Längsrichtung des Kapillarbauteils (3) verlaufende Kapillare (4) einer definierten Länge aufweist, über die der zumessende Druck des Prozessmediums (8) auf ein drucksensitives Element (11) übertragbar ist, wobei der dem Prozessmedium (8) zugewandte Endbereich des Kapillarbauteils (3) so ausgestaltet und angeordnet ist, dass er die Ausnehmung (13) in dem Membranbett (5) ausfüllt und dass der Randbereich der Stirnfläche (14) des Kapillarbauteils (3) und der radial an die Ausnehmung (13) angrenzende Bereich des Membranbettes (5) im Wesentlichen in einer Ebene liegen, und wobei das Kapillarbauteil (3) und das angrenzendem Membranbett (5) des Prozessadaptergehäuses (7) über eine axiale Schweißnaht (15) miteinander verbunden sind.
2. Modulare Baugruppe nach Anspruch 1 , wobei die definierte Länge der Kapillare (4) und die Ausgestaltung des korrespondierenden Kapillarbauteils (3) so bemessen sind, dass ein während der Fertigung des Drucksensors (1) oder während des laufenden Betriebs des Drucksensors (1) auftretender Temperaturschock oder eine erhöhte Temperatur des Prozessmediums (8) für das drucksensitive Element (11) unkritisch ist.
3. Modulare Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kapillarbauteil (3) in einem mittleren Teilabschnitt derart verjüngt ist, dass ein Hohlraum (18) zwischen der Außenfläche (16) des Kapillarbauteils (3) und der korrespondierenden Innenfläche (17) des Prozessadaptergehäuse (7) vorhanden ist.
4. Modulare Baugruppe nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei das Kapillarbauteil (3) in einem vom Prozess abgewandten oberen Teilabschnitt einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der geringer ist als der korrespondierende Innendurchmesser des Prozessadaptergehäuses (7), so dass der Hohlraum (18) zwischen der Außenfläche (16) des Kapillarbauteils (3) und der korrespondierenden Innenfläche (17) des Prozessadaptergehäuses (7) vorhanden ist.
5. Modulare Baugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Bereich der Außenfläche (16) des Kapillarbauteils (3) und ein korrespondierender Bereich der Innenfläche (17) des Prozessadaptergehäuses (7) so ausgestaltet sind, dass das Kapillarbauteil (3) axial in dem Prozessadaptergehäuse (7) positionierbar ist.
6. Modulare Baugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kapillarbauteil (3) im unteren dem Prozess zugewandten Teilabschnitt eine Verdickung (19) aufweist, die an einer ersten korrespondierenden axialen Anschlagfläche (20) im Innenraum des Prozessadaptergehäuses (7) anliegt.
7. Modulare Baugruppe nach zumindest einem der Ansprüche 1-6, wobei das Kapillarbauteil (3) im oberen vom Prozess abgewandten Teilabschnitt eine zweite Verdickung (21) aufweist.
8. Modulare Baugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kapillarbauteil (3) und/oder das Prozessadaptergehäuse (7) als Drehteile/als Drehteil ausgestaltet sind/ist.
9. Modulare Baugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, wobei das Kapillarbauteil (3) aus einer Halterung (24) und einem Kapillarrohr (25) besteht, wobei das Kapillarrohr (25) in eine mittig angeordnete, rohrförmige Öffnung (26) in der Halterung (24) eingefügt und mit der Halterung (24) verbunden ist.
10. Modulare Baugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Membranbett (5) außerhalb des Randbereiches eine im Wesentlichen konkave Kontur mit radial zueinander versetzten, ringförmigen Ein- und/oder Ausprägungen aufweist.
11 . Modulare Baugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennmembran (6) in das Membranbett (5) bei einem definierten Prägedruck geprägt ist und wobei die Trennmembran (6) im Wesentlichen die Kontur des Membranbettes (5) aufweist.
12. Modulare Baugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Membranbett (5) im Bereich der axialen Schweißnaht (15) zur Verbindung mit dem Kapillarbauteil (3) eine vertiefte, ringförmige Einprägung (23) aufweist, wobei die vertiefte Einprägung (23) so bemessen ist, dass bei dem definierten Prägedruck ein Kontakt zwischen einer durch den Schweißvorgang gebildeten Schweißnahtraupe und der Trennmembran (6) ausgeschlossen ist.
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