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Title:
PRESSURE SENSOR FOR DETERMINING A RELATIVE PRESSURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/128402
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a pressure sensor (1) for determining a relative pressure, comprising a measuring unit (2) and a converter chamber (3), wherein: a separating membrane (4) that is in direct or indirect contact with the medium is provided on or in an end region of the main body (5) of the measuring unit (2), which end region faces the process; the converter chamber (3) is located in the region of the pressure sensor (1) which faces away from the process; a pressure measuring cell (12) that has at least one pressure-sensitive measuring element (13) having a first pressure application surface (13a) and a second pressure application surface (13b) is located in the converter chamber (3); the first pressure application surface (13a) and the second pressure application surface (13b) of the pressure-sensitive measuring element (13) are located behind one another relative to the longitudinal axis (L) of the pressure sensor (1); a first hydraulic path (7) is provided, via which the pressure (p) is transmitted from the separating membrane (4) to the first pressure application surface (13a) of the pressure-sensitive measuring element (13); and a second hydraulic path (8) is provided, via which a relative pressure (pR), which preferably corresponds to the air pressure prevailing in the ambient atmosphere at the measuring site, is transmitted to the second pressure application surface (13b) of the pressure-sensitive measuring element (13); an outer surface of the converter chamber (3) is connected to a corresponding surface of the measuring unit in a pressure-tight and gas-tight manner via a peripheral weld seam (17); and the welding beam for connecting the converter chamber (3) and the measuring unit (2) is guided substantially transversely though at least one of the two hydraulic paths (7, 8), such that the weld seam (17) extends on both sides of the at least one hydraulic path (7, 8).

Inventors:
BEDNER KRISTINE (DE)
UEHLIN THOMAS (DE)
BECK ALEXANDER (DE)
NOACK MICHAEL (DE)
GUTMANN FLORIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/083101
Publication Date:
June 23, 2022
Filing Date:
November 26, 2021
Export Citation:
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Assignee:
ENDRESS HAUSER SE CO KG (DE)
International Classes:
G01L13/02; G01L19/06; G01L19/14
Foreign References:
DE102011017824A12012-10-31
US5709337A1998-01-20
US4970898A1990-11-20
US20150020600A12015-01-22
Attorney, Agent or Firm:
KOSLOWSKI, Christine (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Druckmessaufnehmer (1) zur Bestimmung eines Relativdrucks mit einem Messwerk (2) und einer Wandlerkammer (3), wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Grundkörpers (5) des Messwerks (2) eine mit dem Medium direkt oder indirekt in Kontakt stehende Trennmembrane (4) vorgesehen ist, wobei die Wandlerkammer (3) im vom Prozess abgewandten Bereich des Drucksmessaufnehmers (1) angeordnet ist, wobei sich in der Wandlerkammer (3) eine Druckmesszelle (12) mit zumindest einem drucksensitiven Messelement (13) mit einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) und einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) befindet, wobei die erste Druckbeaufschlagungsfläche (13a) und die zweite Druckbeaufschlagungsfläche (13b) des drucksensitiven Messelements (13) relativ zur Längsachse (L) des Druckmessaufnehmers (1) hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei ein erster hydraulischer Pfad (7) vorgesehen ist, über den der Druck (p) von der Trennmembrane (4) zu der ersten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) des drucksensitiven Messelements (13) übertragen wird, und wobei ein zweiter hydraulischer Pfad (8) oder ein Referenzluftpfad (8) vorgesehen ist, über den ein Relativdruck (pR), der bevorzugt dem in der Umgebungsatmosphäre am Messort herrschenden Luftdruck entspricht, zu der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) des drucksensitiven Messelements (13) übertragen wird, wobei eine Außenfläche der Wandlerkammer (3) druck- und gasdicht mit einer korrespondierenden Fläche des Messwerks über eine umlaufende Schweißnaht (17) verbunden ist, wobei der Schweißstrahl zum Verbinden von Wandlerkammer (3) und Messwerk (2) im Wesentlichen quer durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade (7, 8) geführt ist, so dass sich die Schweißnaht (17) zu beiden Seiten des zumindest einen hydraulischen Pfades (7, 8) bzw. des zumindest einen Referenzluftpfades (8) erstreckt.

2. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1 , wobei die Wandlerkammer (3) in eine Ausnehmung (24) des Messwerks (2) integriert/eingesetzt ist.

3. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die umlaufende Schweißnaht (17) zum Verbinden von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) axial angeordnet ist.

4. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1 , wobei sich die Wandlerkammer (3) an den vom Prozess abgewandten Bereich des Messwerks (2) anschließt.

5. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1 oder 4, wobei die umlaufende Schweißnaht (17) zum Verbinden von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) radial angeordnet ist.

6. Druckmessaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 1-5, wobei der Grundkörper (5) des Messwerks (2) als Prozessanschluss (20) ausgestaltet ist, und wobei der Prozessanschluss (20) mit einem Gehäuseadapter (21) gas- und druckdicht verbunden ist.

7. Druckmessaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 1-6, wobei es sich bei den hydraulischen Pfaden (7, 8) im Grundkörper (5) des Messwerks (2) und in dem Grundkörper (6) der Wandlerkammer (3) um Kapillarbohrungen (7a, 7b; 8a, 8b) handelt.

8. Druckmessaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 1-7, wobei korrespondierende Kapillarbohrungen (7a, 7b; 8a, 8b) zumindest im Bereich der Durchschweißung derart aufgeweitet sind, dass sie durch den quer hindurchgeführten Schweißstrahl nicht verschlossen werden.

9. Druckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-7, wobei die Kapillarbohrungen (7a, 7b; 8a, 8b) im Bereich der Durchschweißung so ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass die Innendurchmesser der korrespondierenden Kapillarbohrungen (7a, 7b; 8a, 8b) nach dem Durchschweißen zumindest näherungsweise dem Innendurchmesser der Kapillarbohrungen (7a, 7b; 8a, 8b) von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) entsprechen.

10. Druckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem vom Prozess abgewandten Bereich des Messwerks (2) eine Ausnehmung (24) für die Wandlerkammer (3) vorgesehen ist, wobei die den Druck (p) übertragende Kapillarbohrung (7) unmittelbar auf die erste dem Messwerk (2) zugewandte Druckbeaufschlagungsfläche (13a) des drucksensitiven Messelements (13) führt, wobei die den Relativdruck (pr) übertragende Kapillarbohrung (8; 8a, 8b) zu der zweiten vom Messwerk abgewandten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) führt, wobei die Wandlerkammer (3) über eine umlaufende axiale Schweißnaht (17) zwischen korrespondierenden seitlichen Außenflächen von Wandlerkammer (3) und Ausnehmung (24) mit dem Messwerk (2) verbunden ist, wobei über einen Strahlschweißprozess axial von oben im Bereich der aneinandergrenzenden Kapillarbohrungen (8a, 8b) des zweiten hydraulischen Pfades (8) durch die Kapillarbohrung (8; 8a, 8b) hindurchgeweißt ist.

11. Druckmessaufnehmer nach Ansprüche 10, wobei eine verschweißbare Kappe (27) vorgesehen ist, die die erste Druckbeaufschlagungsfläche (13a) des drucksensitiven Messelements (13) der Druckmesszelle (13) zum Messwerk (2) hin abdeckt.

12. Druckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden hydraulischen Pfade (7, 8) zu den beiden Druckbeaufschlagungsflächen (13a, 13b) des drucksensitiven Messelements (13) seitlich an der Wandlerkammer (3) vorbeigeführt und in die Wandlerkammer (3) hineingeführt sind, und wobei die Strahlverschweißung der Wandlerkammer (3) mit dem Messwerk (2) über eine radial umlaufende Schweißnaht (17) auf der Höhe der verschweißbaren Kappe (27) erfolgt, wobei die Schweißtiefe so bemessen ist, dass sich die Schweißnaht (17) zu beiden Seiten der aneinandergrenzenden Kapillarbohrungen (7; 7a, 7b; 8; 8a, 8b) von Messwerk (2) und Wandlerkammer (3) erstreckt.

13. Druckmessaufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste hydraulische Pfad (7) unmittelbar zu der ersten dem Messwerk (2) zugewandten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) führt oder durch die Kappe (27) hindurchgeführt auf der ersten dem Messwerk (2) zugewandten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) endet, und wobei der zweite hydraulische Pfad (8; 8a, 8b) seitlich an der Druckmesszelle (12) vorbei durch den Grundkörper (6) der Wandlerkammer (3) zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) geführt ist.

14. Druckmessaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckmesszelle (12) in den Grundkörper (6) der Wandlerkammer (3) eingerückt ist, und wobei die radiale Schweißnaht (17) unterhalb der Druckmesszelle (12) und zu beiden Seiten der aneinandergrenzenden Kapillarbohrungen (8a, 8b) des zweiten hydraulischen Pfades (8) verläuft, der durch den Grundkörper (5) des Messwerks (2) und den Grundkörper (6) der Wandlerkammer (3) geführt ist.

15. Druckmessaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckmesszelle (13) aus dem Grundkörper (9b) der Wandlerkammer (3) in Richtung des Prozesses herausgerückt ist, und wobei die radiale Schweißnaht (17) auf der Höhe der vom Prozess abgewandten Außenfläche der Druckmesszelle (12) und zu beiden Seiten der aneinandergrenzenden Kapillarbohrungen (8a, 8b) des zweiten hydraulischen Pfades verläuft, der durch den Grundkörper (5) des Messwerks (2) und den Grundkörper (6) der Wandlerkammer (3) geführt ist.

16. Druckmessaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Öffnung (11 ) für die Zuführung des Relativdrucks über den zweiten hydraulischen Pfades (8; 8a, 8b) in der Seitenwand des Messwerks (2) bzw. des Prozessanschlusses (20) vorgesehen ist. 17. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 16, wobei zwei einander bevorzugt diametral gegenüberliegende Öffnungen (11) vorgesehen sind, über die der Relativdruck über den zweiten hydraulischen Pfad (8; 8a, 8b) zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) des drucksensitiven Messelements (13) übertragen wird.

18. Druckmessaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Öffnung (11) durch eine luftdurchlässige und feuchteundurchlässige Membrane (9) verschlossen ist.

Description:
Druckmessaufnehmer zur Bestimmung eines Relativdrucks

Die Erfindung betrifft einen Druckmessaufnehmer zur Bestimmung eines Relativdrucks. Bei einem Relativdrucksensor wird der in einem Medium herrschende Druck relativ zu einem Relativdruck gemessen. Üblicherweise handelt es sich bei dem Relativdruck um den in der Umgebung des Druckmessaufnehmers herrschenden Luftdruck der Atmosphäre. Alternativ kann aber z.B. auch der Druck gegen einen Absolutwert des Druckes, z.B. gegen Vakuum gemessen werden.

In der Automatisierungstechnik kommen unterschiedliche Ausgestaltungen von Drucksensoren in unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz. Bei Absolutdrucksensoren wird ein zu messender Druck absolut, d. h. als ein Druckunterschied gegenüber dem Vakuum erfasst. Mit einem Relativdruckmessaufnehmer wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck bestimmt - bei vielen Anwendungen ist dies der Atmosphärendruck am Einsatzort. Es wird also bei Absolutdruckmessanordnungen ein zu messender Druck bezogen auf einen festen Bezugsdruck, den Vakuumdruck, und bei Relativdruckmessanordnungen ein zu messender Druck bezogen auf einen variablen Bezugsdruck, z. B. den Umgebungsdruck, erfasst.

Weiterhin sind Differenzdrucksensoren bekannt geworden, die z.B. die Differenz zwischen zwei Prozessdrücken erfassen. Differenzdruckmessaufnehmer kommen beispielsweise in Tanks zur Füllstandsmessung oder in Rohrleitungen zur Durchflussmessung zum Einsatz. Auch ist es bekannt, bei z.B. einem Differenzdrucksensor zusätzlich den Absolutdruck zu bestimmen, um Messfehler aufgrund des statischen Drucks kompensieren zu können. Eine Vielzahl unterschiedlicher Drucksensoren wird von der Anmelderin z.B. unter der Bezeichnung CERABAR oder DELTABAR angeboten und vertrieben.

Kritisch bei den bekannten Ausgestaltungen von Druckmessaufnehmern ist die druck- und gasdichte Trennung der beiden hydraulischen Pfade: im Falle des Differenzdrucksensors muss die Hochdruckseite (Plusseite) von der Niederdruckseite (Minusseite) gas- und/oder druckdicht getrennt werden. Bei einem Relativdrucksensor bzw. Absolutdrucksensor ist gleichfalls eine gas- und druckdichte Trennung von Messdruckseite und Relativdruckseite bzw. Messdruckseite und Absolutdruckseite/Vakuum erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach gefertigten Relativ- oder Absolutdruckmessaufnehmer vorzuschlagen. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Druckmessaufnehmer zur Bestimmung eines Relativdrucks oder Absolutdrucks mit einem Messwerk und einer Wandlerkammer, wobei an oder in einem dem Prozess zugewandten Endbereich des Grundkörpers des Messwerks eine mit dem Medium direkt oder indirekt in Kontakt stehende Trennmembrane vorgesehen ist. Die Wandlerkammer befindet sich im vom Prozess abgewandten Bereich des Drucksmessaufnehmers. In der Wandlerkammer ist eine Druckmesszelle mit zumindest einem drucksensitiven Messelement mit einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche und einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche angeordnet, wobei die erste Druckbeaufschlagungsfläche und die zweite Druckbeaufschlagungsfläche des drucksensitiven Messelements relativ zur Längsachse des Druckmessaufnehmers hintereinanderliegend angeordnet sind. Über einen ersten hydraulischen Pfad wird der Druck des Mediums, der an der Trennmembrane anliegt, zu der ersten Druckbeaufschlagungsfläche des drucksensitiven Messelements übertragen. Ein zweiter hydraulischer Pfad führt den Relativdruck, z.B. den in der Umgebungsatmosphäre am Messort herrschenden Luftdruck, oder den Absolutdruck zu der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche des drucksensitiven Messelements. Eine Außenfläche der Wandlerkammer ist druck- und/oder gasdicht mit einer korrespondierenden Fläche des Messwerks über eine umlaufende Schweißnaht verbunden, wobei der Schweißstrahl zum Verbinden von Wandlerkammer und Messwerk im Wesentlichen quer durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade geführt ist, so dass sich die Schweißnaht zu beiden Seiten des zumindest einen hydraulischen Pfades erstreckt.

Bei dem erfindungsgemäßen Relativdruckmessaufnehmer ist es möglich, mit einer einzigen umlaufenden Schweißnaht Messwerk und Wandlerkammer druck- und gasdicht miteinander zu verbinden. Mittels eines Strahlschweißverfahrens ist es möglich, durch einen hydraulischen Pfad hindurchzuschweißen, ohne diesen zu verschließen. Falls erforderlich, können die aufeinandertreffenden Teilbereiche des hydraulischen Pfades in den Grenzbereichen aufgeweitet werden. Möglich ist z.B. eine Aufweitung in Form einer entsprechend dimensionierten Stufenbohrung. Weiterhin können Fasen vorgesehen sein, die zur Aufnahme von überflüssigem Schweißgut dienen.

Weiterhin ist es möglich, dass die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahls auf die für die Schweißnaht erforderlich Schweißtiefe abgestimmt ist. Alternativ oder additiv wird die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahls über die Tiefe der Schweißnaht variiert. So kann z.B. die Energiezufuhr insbesondere im Bereich des hydraulischen Pfades reduziert werden. Allgemein lässt sich sagen, dass die Energie bzw. Leistung des Schweißstrahls so abgestimmt ist, dass der Innendurchmesser des hydraulischen Pfades bzw. der Kapillarbohrung auch im Bereich der beiderseits befindlichen Schweißnaht im Wesentlichen den gleichen Innendurchmesser aufweist wie der restliche hydraulische Pfad bzw. die restliche Kapillarbohrung. Insbesondere ist die nach dem Schweißprozess vorhandene Öffnung der Kapillarbohrungen im Verbindungsbereich so beschaffen, dass eine hydraulische Druckübertragung erfolgen kann.

Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten, die Wandlerkammer relativ zum Messwerk anzuordnen: Entweder ist die Wandlerkammer in den Grundkörper des Messwerks integriert, also insbesondere in eine korrespondierende Ausnehmung im Messwerk eingefügt, oder die Wandlerkammer schließt sich an den vom Prozess abgewandten Bereich des Messwerks an. Bevorzugt ist übrigens der Grundkörper des Messwerks als Prozessanschluss ausgestaltet. Der Prozessanschluss ist mit einem Gehäuseadapter gas- und druckdicht verbunden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die umlaufende Schweißnaht zum Verbinden der beiden Komponenten bei der Integration der Wandlerkammer in das Messwerk axial - und zwar bevorzugt von oben - geführt. Alternativ wird die umlaufende Schweißnaht zum Verbinden der beiden Komponenten radial geführt. Diese Ausgestaltung kommt bevorzugt bei dem Aufsetzen der Wandlerkammer auf das Messwerk zur Anwendung. Hier sind die Durchmesser von Wandlerkammer und Messwerk an der Verbindungsstelle aneinander anzupassen bzw. zu adaptieren. Welche Schweißnahtführung angewendet wird, hängt von der Ausgestaltung Wandlerkammer und Messwerk und der Anbindung der hydraulischen Pfade an die Druckmesszelle bzw. an das drucksensitive Messelement ab. Bevorzugt erfolgt pro hydraulischem Pfad maximal eine Durchschweißung quer zur Ausrichtung des hydraulischen Pfads. Muss durch beide hydraulischen Pfade durchgeschweißt werden, so sind die hydraulischen Pfade bevorzugt derart orientiert, dass das Durchschweißen in einem Schweißprozess erfolgen kann.

Wie bereits zuvor beschrieben, sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Relativdrucksensors vor, dass in dem vom Prozess abgewandten Bereich des Messwerks eine Ausnehmung für die Wandlerkammer vorgesehen. Das Messwerk mit den entsprechenden Kapillarbohrungen selbst ist vorteilhafter weise einstückig, also monolithisch ausgestaltet. Angeschweißt ist lediglich die Trennmembrane in oder an dem dem Prozess zugwandten Endbereich des Messwerks. Über eine Kapillarbohrung wird der Druck von der Trennmembrane hydraulisch auf die erste dem Messwerk zugewandte Druckbeaufschlagungsfläche des drucksensitiven Messelements geführt. Der Relativdruck wird über eine zweite Kapillarbohrung zu der zweiten vom Messwerk abgewandten Druckbeaufschlagungsfläche geführt. Bei dieser Ausgestaltung verläuft eine umlaufende axiale Schweißnaht zwischen korrespondierenden seitlichen Außenflächen der Wandlerkammer und der Ausnehmung im Messwerk. Angewendet wird ein Strahlschweißprozess, bei dem der Schweißstrahl axial von oben im (radialen) Bereich der aneinandergrenzenden Kapillarbohrungen des zweiten hydraulischen Pfades durch die Kapillarbohrungen hindurchgeführt wird, ohne diese zu verschließen.

Zum Schutz des drucksensitiven Messelements ist bevorzugt eine verschweißbare und ggf. isolierende Kappe vorgesehen, die die erste Druckbeaufschlagungsfläche des drucksensitiven Messelements der Druckmesszelle zum Messwerk hin abdeckt. Der hydraulische Pfad zur ersten Druckbeaufschlagungsfläche ist bevorzugt durch die Kappe hindurchgeführt. Beispielsweise besteht die Kappe aus einer mit einem verschweißbaren Material beschichteten Keramikscheibe. In einem separaten Schweißprozess werden Wandlerkammer und Kappe miteinander verbunden.

Alternativ sind die beiden hydraulischen Pfade zu den beiden Druckbeaufschlagungsflächen des drucksensitiven Messelements seitlich an der Wandlerkammer vorbeigeführt und in die Wandlerkammer hineingeführt. Die Strahlverschweißung der Wandlerkammer mit dem Messwerk erfolgt dann über eine radial umlaufende Schweißnaht auf der Höhe der verschweißbaren Kappe. Die Schweißtiefe ist so bemessen, dass sich die Schweißnaht zu beiden Seiten der aneinandergrenzenden Kapillarbohrungen von Messwerk und Wandlerkammer erstreckt. Bei dieser Ausgestaltung wird also durch zwei Kapillarbohrungen hindurchgeschweißt, ohne diese zu verschließen.

Eine weitere Alternative schlägt vor, dass der erste hydraulische Pfad unmittelbar zu der ersten dem Messwerk zugewandten Druckbeaufschlagungsfläche führt oder durch die Kappe hindurchgeführt zu der ersten dem Messwerk zugewandten Druckbeaufschlagungsfläche führt. Der zweite hydraulische Pfad ist seitlich an der Druckmesszelle vorbei durch den Grundkörper der Wandlerkammer und dann in die Wandlerkammer hinein zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche geführt. Hier wird mittels des radial geführten Schweißstrahls lediglich durch den zweiten hydraulischen Pfad hindurchgeschweißt. Bei dieser Ausgestaltung ebenso wie bei den beiden nachfolgend beschriebenen ist die Wandlerkammer auf das Messwerk aufgesetzt bzw. an den vom Prozess abgewandten Endbereich angebaut. Das Messwerk ist im Bereich der Kontaktfläche zur Wandlerkammer so verjüngt, dass die Kontaktflächen von Wandlerkammer und dem Messwerk-Hals im Wesentlichen dieselbe Dimensionierung aufweisen.

Bei einerweiteren Ausgestaltung mit angebauter Wandlerkammer, ist die Druckmesszelle in den Grundkörper der Wandlerkammer eingerückt. Die radiale Schweißnaht verläuft unterhalb der Druckmesszelle und zu beiden Seiten der aneinandergrenzenden Kapillarbohrungen des zweiten hydraulischen Pfades, der durch den Grundkörper des Messwerks und den Grundkörper der Wandlerkammer geführt ist. Bei einerweiteren Ausgestaltung mit angebauter Wandlerkammer ist die Druckmesszelle aus dem Grundkörper der Wandlerkammer in Richtung des Prozesses herausgerückt. Die radiale Schweißnaht befindet sich bevorzugt auf der Höhe der vom Prozess abgewandten Außenfläche der Druckmesszelle und zu beiden Seiten der aneinandergrenzenden Kapillarbohrungen des zweiten hydraulischen Pfades, der durch den Grundkörper des Messwerks und den Grundkörper der Wandlerkammer geführt ist.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksensors sieht vor, dass zumindest eine Öffnung für die Zuführung des Relativdrucks über den zweiten hydraulischen Pfades in der Seitenwand des Messwerks bzw. des Prozessanschlusses vorgesehen ist. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Referenz- bzw. Relativdruckzufuhr über zwei einander bevorzugt diametral gegenüberliegende Öffnungen erfolgt. Über die Öffnungen wird der Relativdruck über den zweiten hydraulischen Pfad zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche des drucksensitiven Messelements übertragen. Eine Zusatzausgestaltung schlägt vor, dass die zumindest eine Öffnung durch eine luftdurchlässige und feuchteundurchlässige Membrane verschlossen ist. Aufgrund der Referenzluftzufuhr aus der Umgebung am Messort des Drucksensors ist die Referenzluft ggf. feuchtebeladen.

Bei Relativdrucksensoren besteht das Problem, dass mit dem durch die Referenzdruckzufuhr zur Druckmesszelle gelangenden Gas, in der Regel Luft, Feuchtigkeit in die Druckmesskammer eindringen kann. Bei Unterschreiten des Taupunkts im Inneren der Druckmesszelle bildet sich Kondensat. Um dies zu verhindern, ist die Austrittsöffnung der Referenzluft-Bohrung mit einem offenporigen, hydrophoben Materialpfropfen oder einer Membrane verschlossen. Diese verhindert, dass verunreinigenden Partikel ins Innere des Gehäuses und somit zum drucksensitiven Messelement gelangen können. Spritz- und/oder Kondenswasser werden/wird abgewiesen und Wassertröpfchen werden nicht in den Innenraum des Drucksensors gesaugt. Die Membrane ist so beschaffen, dass sie eine klimatische Trennung des Referenzluftkanals bewirkt. Optional kann ein zweiter Referenzluftanschluss vorgesehen sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass die klimatische Trennung unabhängig von der Einbauposition des Druckmessaufnehmers ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors mit in das Messwerk eingebauter Wandlerkammer,

Fig. 1a: eine verkleinerte Darstellung der Fig. 1 , Fig. 1 b: einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers mit an das Messwerk angebauter Wandlerkammer,

Fig. 1c: einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers mit an das Messwerk angebauter Wandlerkammer,

Fig. 1d: einen Längsschnitt durch eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers mit an das Messwerk angebauter Wandlerkammer,

Fig. 2a: einen Längsschnitt durch eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers mit in das Messwerk eingebauter Wandlerkammer,

Fig. 2b: die in Fig. 2a gezeigte Ausgestaltung mit an das Messwerk angebauter Wandlerkammer,

Fig. 2c: die in Fig. 2a gezeigte Ausgestaltung mit an das Messwerk angebauter Wandlerkammer in einer von der Fig. 2b abweichenden Variante,

Fig. 2d: die in Fig. 2a gezeigte Ausgestaltung mit an das Messwerk angebauter Wandlerkammer in einer von den Fig. 2b und Fig. 2c abweichenden Variante.

Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers 1 ist in Fig. 1 zu sehen. Der Druckmessaufnehmer 1 dient zur Bestimmung des Relativdrucks. Wesentliche Komponenten des Drucksmessaufnehmers 1 sind der einteilig aufgebaute Grundkörper 5 des Messwerks 2, an oder in dessen dem Prozess zugewandten Endbereich eine mit dem Medium - direkt oder indirekt - in Kontakt stehende Trennmembrane 4 vorgesehen, und die Wandlerkammer 3. Die Wandlerkammer 3 ist im vom Prozess abgewandten Bereich des Drucksmessaufnehmers 1 angeordnet. In ihr befindet sich die Druckmesszelle 12 mit zumindest einem drucksensitiven Messelement 13 mit einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a und einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b. Die erste Druckbeaufschlagungsfläche 13a und die zweite Druckbeaufschlagungsfläche 13b des drucksensitiven Messelements 13 sind relativ zur Längsachse L des Druckmessaufnehmers 1 hintereinanderliegend angeordnet. Um das Volumen an hydraulischer Übertragungsflüssigkeit 16 gering zu halten und somit das thermische Verhalten des Druckmessaufnehmers statisch und dynamisch zu verbessern, ist die Druckmesszelle 12 in einen Füllkörper 25 eingebettet.

Über einen ersten hydraulischen Pfad 7 wird der zu messende Druck p von der Trennmembrane 4 zu der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a des drucksensitiven Messelements 13 übertragen. Über den zweiten hydraulischen Pfad 8, im gezeigten Fall einen diametralen Referenzluftpfad 8 mit beidseitig je einem Referenzluftzugang 11 im Endbereich, wird der Relativdruck pR, üblicherweise der Luft- oder Atmosphärendruck in der Umgebung des Druckmessaufnehmers 1 , zu der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b des drucksensitiven Messelements 13 übertragen. Alternativ können auch zwei bevorzugt um 180° versetzte diametrale Referenzluftpfade 8 vorgesehen sein. Zumindest ein Teilbereich der Außenfläche bzw. der Mantelfläche der Wandlerkammer 3 ist druck- und gasdicht mit einer korrespondierenden Fläche des Messwerks 2 über eine umlaufende Schweißnaht 17 verbunden. Der Schweißstrahl zum Verbinden von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2 ist axial von oben und im Wesentlichen quer durch die beiden aneinandergrenzenden hydraulischen Pfade 8a, 8b geführt, so dass sich die Schweißnaht 17 zu beiden Seiten der beiden hydraulischen Pfade 8a, 8b erstreckt. Bei zwei diametralen Referenzluftpfaden 8 muss durch zwei weitere Kapillarbohrungen hindurchgeschweißt werden. Die zuvor genannten Ausgestaltungen dienen einerseits einer zuverlässigen Belüftung; andererseits ermöglichen sie, dass der Einbau des Druckmessaufnehmers 1 in jeder beliebigen Position erfolgen kann.

Infolge des Durchschweißens durch die hydraulischen Pfade 8a, 8b werden die Plusseite und die Minusseite des drucksensitiven Messelements 13 gas- und druckdicht voneinander entkoppelt. Wie bereits zuvor beschrieben, können die als Kapillarbohrungen ausgestalteten hydraulischen Pfade 8a, 8b im Grenzbereich von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2 aufgeweitet sein. Im einfachsten Fall erfolgt das Durchschweißen über aufgeweitete Kapillarbohrungen oder Stufenbohrungen 19 in den Endbereichen der Kapillarbohrungen. Der Schweißstrahl wird zum Verbinden durch die Aufweitungen bzw. die Stufenbohrungen 19 hindurchgeführt.

Im gezeigten Fall sind in die hydraulischen Pfade 7, 8a Exd-Trenner 18 eingebaut. Diese Exd-Trenner 18 können zum Einsatz kommen, wenn der Druckmessaufnehmer 1 im explosionsgefährdeten Bereich Messungen durchführt.

Die in den Figuren Fig. 1 b, Fig. 1 c und Fig. 1d gezeigten Ausgestaltungen unterscheiden sich in der Anordnung der Wandlerkammer 3 relativ zum Messwerk 2. Während bei Fig. 1 bzw. Fig. 1a die Wandlerkammer 3 in das Messwerk 2 integriert ist, ist die Wandlerkammer 3 hier an das Messwerk 2 angebaut. Bei der Fig. 1 b sitzt die Wandlerkammer 3 auf einer korrespondierenden Verjüngung des Grundkörpers 5 des Messwerks 2. Die Druckmesszelle 13 ist zum Prozess hin über eine Kappe 23 geschützt. Der erste hydraulische Pfad 7 führt von der Druckkammer 10, die hinter der Trennmembrane 4 angeordnet ist, seitlich durch den Grundkörper 5 des Messwerks 2 und den Grundkörper 6 der Wandlerkammer 3 hindurch zu der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a. Während bei der in Fig. 1 bzw. Fig. 1a gezeigten Anordnung der diametrale zweite hydraulische Pfad 8 sich radial zu beiden Seiten der Wandlerkammer 3 erstreckt, liegt der zumindest eine Referenzluftpfad 8 mit den Referenzluftzugängen 11 unterhalb der Wandlerkammer 3. Der Referenzluftpfad 8a ist seitlich durch den Grundkörper 5 des Messwerks 2 und der Wandlerkammer 3 zu der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b geführt. Das Durchschweißen durch beide Pfade 7, 8 erfolgt über einen radial geführten Schweißstrahl.

Bei der in Fig. 1c gezeigten Ausgestaltung ist Druckmesszelle 12 in die Wandlerkammer 3 eingerückt. Der erste hydraulische Pfad 7 verlauft axial durch die Grundkörper 5, 6 von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 und endet auf der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a. Die gas- und druckdichte Verbindung erfolgt über einen radial geführten Schweißstrahl im Bereich der dem Messwerk 2 zugewandten Endfläche der Wandlerkammer 3. Es wird durch den Referenzluftpfad 8 hindurchgeschweißt.

Bei der in Fig. 1d gezeigten Ausgestaltung ist die Druckmesszelle 12 in Richtung des Prozesses aus der Wandlerkammer 3 herausgerückt. Der erste hydraulische Pfad 7 verlauft axial durch die Grundkörper 5, 6 von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 und endet auf der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a. Die gas- und druckdichte Verbindung erfolgt über einen radial geführten Schweißstrahl im Bereich der dem Messwerk 2 zugewandten Endfläche der Wandlerkammer 3, die oberhalb der in Richtung Messwerk 2 ausgerückten Druckmesszelle 12 liegt. In dieser Ausgestaltung ist die Schweißnaht drucktragend.

Die in Fig. 2a gezeigte Ausgestaltung entspricht in weiten Teilen der in Fig. 1 bzw. Fig. 1a gezeigten Ausgestaltung, allerdings gibt es hier nur einen hydraulischen Pfad 8 für die Zuführung des Referenzdrucks. An der Mantelfläche des Messwerks 2 ist der Referenzluftzugang 11 durch eine Membrane 26 abgeschlossen. Die Membrane 26 verhindert, dass Feuchtigkeit zu der Druckmesszelle 12 gelangt. Der zweite hydraulische Pfad 8 führt zu der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b.

In den Figuren Fig. 2b und Fig. 2c ist die Druckmesszelle 12 aus der Wandlerkammer 3 in Richtung des Messwerks 2 herausgerückt. Hier wird in einem radialen Schweißprozess durch beide hydraulischen Pfade 7, 8 hindurchgeschweißt, ohne diese zu verschließen. In Fig. 2c ist ein Überlastschutz vorgesehen. Der erste hydraulische Pfad 7 ist zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b geführt, während er zweite hydraulische Referenzluftpfad 8 zur ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a geführt ist. Skizziert sind in den Figuren auch die Befüllungsbohrungen 14 für die Übertragungsflüssigkeit 16 und die entsprechenden Verschlusselement 15. In Fig. 2d ist die Druckmesszelle 12 in die Wandlerkammer 3 eingerückt. Die radiale Verschweißung erfolgt durch den -zuerst diametral und dann - axial verlaufenden Referenzluftpfad 8 hindurch. Dargestellt ist hier eine Variante mit einer nicht runden Membrane 26 zur Abdeckung eines Referenzluftzugangs 11 oder mehrerer Referenzluftzugänge 11. Die Membrane 26 ist länglich und windet sich - bevorzugt analog einem Typenschild - um die Baugruppe bzw. das Messwerk 2. Damit ist es möglich, mehrere Referenzluftzugänge 11 abzudecken. Gut zusehen ist dies in dem Querschnitt D durch das Messwerk 2. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich eine wirksame größere Membrane realisieren, wodurch der Umgebungstemperatureinfluss verringert wird. Alternativ kann eine dickere robustere Membrane 26 eingesetzt werden.

Bezugszeichenhste

1 Druckmessaufnehmer

2 Messwerk

3 Wandlerkammer

4 Trennmembrane

5 Grundkörper des Messwerks

6 Grundkörper der Wandlerkammer

7 erster hydraulischer Pfad

7a Abschnitt des ersten hydraulischen Pfades im Messwerk

7b Abschnitt des korrespondierenden ersten hydraulischen Pfades in der

Wandlerkammer

8 zweiter hydraulischer Pfad

8a Abschnitt des zweiten hydraulischen Pfades im Messwerk

8b Abschnitt des korrespondierenden zweiten hydraulischen Pfades in der

Wandlerkammer

9 feuchteundurchlässige Membrane

10 Druckkammer

11 Referenzluftzugang

12 Druckmesszelle

13 drucksensitives Messelement

13a erste Druckbeaufschlagungsfläche

13b erste Druckbeaufschlagungsfläche

14 Befüllungsbohrung

15 Verschlusselement

16 Übertragungsflüssigkeit

17 Schweißung

18 Ex-d Trenner

19 Stufenbohrung

20 Prozessanschluss

21 Gehäuseadapter

22 Stromdurchführung

23 Kappe, insbesondere isolierende Kappe

24 Ausnehmung im Grundkörper des Messwerks

25 Füllkörper

26 Membrane an Referenzluftzugang