DE10137117A1

DE10137117A1 - Differential pressure sensor has a cylindrical design with inner annular pressure chambers with the mounting mechanism such that uneven housing tensions are avoided and use of assembly bolts and overall size are reduced

Info

Publication number: DE10137117A1
Application number: DE2001137117
Authority: DE
Inventors: Wulf Springhart
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Differential pressure sensor comprises a cylindrical base body and with concentric sealing surfaces (211, 212) that define an annulus. Each annulus has a separation membrane (221) that enclose a volume in conjunction with the base body (210). Pressure lines (225, 226) connect to the pressure measurement cell. The base body connects to two process connection flanges (240, 241) so that two further annular spaces are formed between them with pressure inlets (243) for the process pressure.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckaufnehmer, insbesondere einen Differenzdruckaufnehmer mit einem Gehäuse, das mit mindestens einem Prozeßanschlußflansch lösbar verbindbar ist. The invention relates to a pressure sensor, in particular one Differential pressure transducer with a housing that with at least one Process connection flange is releasably connectable.

Druckaufnehmer, bzw. Differenzdruckaufnehmer weisen gewöhnlich eine Druckmeßzelle auf, die in einem Gehäuse druckdicht gekapselt ist. Das deutsche Patent DE 42 31 823 C2 offenbart beispielsweise einen solchen Differenzdruckaufnehmer mit einer im wesentlichen zylindrischen Druckmeßzelle, die in der zylindrischen Öffnung eines Gehäuses angeordnet ist, wobei die beiden Stirnseiten des zylindrischen Gehäuses jeweils mit einem Prozeßanschlußflansch druckdicht verschlossen werden. Hierzu wird das Gehäuse zwischen den beiden Prozeßanschlußflanschen axial eingespannt, wobei die gesamte Anordnung von vier Gewindebolzen zusammengehalten wird, die um den Umfang der Prozeßanschlußflansche angeordnet sind, und sich in axialer Richtung zwischen den Prozeßanschlußflanschen erstrecken. Die Bolzen vergrößern insgesamt den Platzbedarf des P-Flansch. Zudem treten in der unmittelbaren Umgebung der Bolzen lokal erhöhten Spannungen in der Dichtfläche zwischen dem Gehäuse und dem jeweiligen Prozeßanschlußflansch auf, wenn nicht entsprechende Versteifungen vorgesehen werden, um den Druck gleichmäßig zu verteilen. Zudem erfordert die beschriebene Vorrichtung einen erhöhten Montageaufwand, da die mehreren Gewindebolzen gleichmäßig angezogen werden müssen, um asymmetrische Spannungen zu vermeiden. Pressure sensors or differential pressure sensors usually have one Pressure measuring cell, which is encapsulated in a pressure-tight housing. The German patent DE 42 31 823 C2, for example, discloses one Differential pressure transducer with an essentially cylindrical Pressure measuring cell arranged in the cylindrical opening of a housing is, the two end faces of the cylindrical housing each with a Process connection flange be closed pressure-tight. For this, the Housing axially clamped between the two process connection flanges, the entire arrangement held together by four threaded bolts which are arranged around the circumference of the process connection flanges, and extend in the axial direction between the process connection flanges. The bolts increase the overall space requirement of the P-flange. moreover locally increased stresses occur in the immediate vicinity of the bolts in the sealing surface between the housing and the respective Process connection flange on, if not corresponding stiffeners be provided to distribute the pressure evenly. Also requires the device described increased assembly costs because the several threaded bolts must be tightened evenly in order to to avoid asymmetrical tensions.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckaufnehmer zu schaffen, der die oben genannten Nachteile überwindet. The present invention is therefore based on the object To create a pressure transducer that overcomes the disadvantages mentioned above.

Die Aufgabe wird gelöst durch den erfindungsgemäßen Druckaufnehmer nach dem unabhängigen Patentanspruch 1. Weitere Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. The object is achieved by the pressure transducer according to the invention the independent claim 1. Further aspects and advantages the invention emerge from the dependent claims, the Description and the drawings.

Der erfindungsgemäße Druckaufnehmer zum Erfassen eines Drucks, umfaßt einen Grundkörper mit einer ersten Stirnseite, einer ersten Dichtfläche, die auf der ersten Stirnseite als ein erster in sich geschlossener Pfad ausgebildet ist und einen zentralen Bereich der Stirnseite umgibt, und einer zweiten Dichtfläche, die auf der ersten Stirnseite als ein zweiter in sich geschlossener Pfad von der ersten Dichtfläche beabstandet ausgebildet ist und diese umgibt; mindestens einen Prozeßanschlußflansch mit einer zu der Stirnseite des Grundkörpers komplementären Grundkörperanschlußseite mit einer zur ersten Dichtfläche komlementären dritten Dichtfläche, die auf der Grundkörperanschlußseite als ein in sich geschlossener dritter Pfad ausgebildet ist und einen zentralen Abschnitt der Grundkörperanschlußseite umgibt, einer zur zweiten Dichtfläche komlementären vierten Dichtfläche, die auf der Grundkörperanschlußseite als ein vierter in sich geschlossener Pfad beabstandet von der ersten Dichtfläche ausgebildet ist und diese umgibt, und einem Kanal, der sich zwischen einer Prozeßanschlußöffnung in einer Oberfläche des Anschlußflansches außerhalb des von der vierten Dichtfläche umschlossenen Bereiches zu einer Druckeinlaßöffnung in dem von der dritten und der vierten Dichtfläche begrenzten Bereich erstreckt; mindestens ein Einspannmittel, welches den Prozeßanschlußflansch derart gegen den Grundkörper einspannt, daß die erste Dichtfläche mit der dritten Dichtfläche und die zweite Dichtfläche mit der vierten Dichtfläche druckdicht verbunden sind, wodurch zwischen dem Grundkörper und dem Prozeßanschlußflansch im Bereich zwischen den Dichtflächen eine erste Druckkammer gebildet wird, die über den Kanal mit einem Druck beaufschlagbar ist, wobei das Einspannmittel sich im wesentlichen senkrecht zu den Dichtflächen erstreckt, und in der Ebene der Dichtflächen von diesen umgeben ist. The pressure sensor according to the invention for detecting a pressure comprises a base body with a first end face, a first sealing surface which the first end face is designed as a first self-contained path and surrounds a central area of the face, and a second Sealing surface on the first face as a second self-contained Path is formed spaced from the first sealing surface and surrounds it; at least one process connection flange with one to the front of the Main body complementary main body connection side with one to the first Sealing surface complementary third sealing surface on the Base body connection side as a self-contained third path is formed and a central portion of the base body connection side surrounds a fourth sealing surface complementary to the second sealing surface, the on the base body connection side as a fourth self-contained path is formed at a distance from and surrounds the first sealing surface, and a channel that is located between a process connection opening in a Surface of the connecting flange outside of the fourth sealing surface enclosed area to a pressure inlet opening in the third and the fourth sealing surface extends limited area; at least one Clamping means, which the process connection flange against the Base body clamps that the first sealing surface with the third sealing surface and the second sealing surface is connected to the fourth sealing surface in a pressure-tight manner are, whereby between the base body and the process connection flange a first pressure chamber is formed in the area between the sealing surfaces, which can be pressurized via the channel, the Clamping means extends essentially perpendicular to the sealing surfaces, and is surrounded by them in the plane of the sealing surfaces.

Der erfindungsgemäße Druckaufnehmer umfaßt vorzugsweise eine Trennmembran, die an der Stirnseite des Grundkörpers zwischen der ersten Dichtfläche und der zweiten Dichtfläche befestigt ist. Besonders bevorzugt ist die Trennmembran eine ringförmige Trennmembran mit einem äußeren Rand und einem inneren Rand um eine zentrale Öffnung, wobei der äußere Rand und der innere Rand an der Stirnfläche des Grundkörpers zwischen der ersten Dichtfläche und der zweiten Dichtfläche befestigt ist und der innere Rand die erste Dichtfläche umschließt. The pressure transducer according to the invention preferably comprises one Separating membrane that is on the front of the body between the first Sealing surface and the second sealing surface is attached. Is particularly preferred the separating membrane is an annular separating membrane with an outer edge and an inner edge around a central opening, the outer edge and the inner edge on the end face of the base body between the first Sealing surface and the second sealing surface is attached and the inner edge encloses the first sealing surface.

Der erfindungsgemäße Druckaufnehmer weist vorzugsweise in dem zentralen Bereich der ersten Stirnseite des Grundkörpers eine erste Bohrung auf, deren Achse senkrecht zur Ebene der Dichtflächen verläuft, und der Prozeßanschlußflansch umfaßt eine zweite Bohrung, die mit der ersten Bohrung fluchtet. In dieser Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Befestigungsmittel vorzugsweise einen Bolzen, der sich von der zweiten Bohrung in die erste Bohrung erstreckt. The pressure transducer according to the invention preferably points in the central one Area of the first end face of the base body on a first bore, the Axis runs perpendicular to the plane of the sealing surfaces, and the Process port flange includes a second bore that merges with the first Hole is aligned. In this embodiment of the invention, this includes Fasteners preferably have a bolt that extends from the second Hole extends into the first hole.

Die Erfindung ist besonders geeignet für Differenzdruckaufnehmer. In diesem Fall ist ein zweiter Prozeßanschlußflansch vorgesehen, der bevorzugt einen mit dem ersten Prozeßanschlußflansch identischen Aufbau hat. Der Grundkörper umfaßt eine von der ersten Stirnseite abgewandte zweite Stirnseite, die vorzugsweise im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die erste Stirnseite hat. D. h., der Grundkörper kann versehen sein mit einer fünften Dichtfläche, die auf der zweiten Stirnseite als ein erster in sich geschlossener Pfad ausgebildet ist, und einen zentralen Bereich der zweiten Stirnseite umgibt, und einer sechsten Dichtfläche, die auf der zweiten Stirnseite als ein zweiter in sich geschlossener Pfad von der fünften Dichtfläche beabstandet ausgebildet ist, und diese umgibt. Der zweite Prozeßanschlußflansch umfaßt entsprechend eine zu der zweiten Stirnseite des Grundkörpers komplementäre Grundkörperanschlußseite mit einer zur fünften Dichtfläche komlementären siebten Dichtfläche, die auf der Grundkörperanschlußseite als ein in sich geschlossener Pfad ausgebildet ist und einen zentralen Abschnitt in der Grundkörperanschlußseite umgibt, einer zur sechsten Dichtfläche komlementären achten Dichtfläche, die auf der Grundkörperanschlußseite als ein in sich geschlossener Pfad beabstandet von der siebten Dichtfläche ausgebildet ist und diese umgibt, und einen Kanal, der sich zwischen einer Prozeßanschlußöffnung in einer Oberfläche des zweiten Anschlußflansches außerhalb des von der achten Dichtfläche umschlossenen Bereiches zu einer Druckeinlaßöffnung in dem von der siebten und der achten Dichtfläche begrenzten Bereich erstreckt. Der zweite Prozeßanschlußflansch wird mittels eines Einspannmittels, vorzugsweise einem Bolzen, derart gegen den Grundkörper einspannt, daß die fünfte Dichtfläche mit der siebten Dichtfläche und die sechste Dichtfläche mit der achten Dichtfläche druckdicht verbunden sind, wodurch zwischen dem Grundkörper und dem zweiten Prozeßanschlußflansch im Bereich zwischen den Dichtflächen eine zweite Druckkammer gebildet wird, die durch den Kanal mit einem Druck beaufschlagbar ist, wobei das Einspannmittel sich im wesentlichen senkrecht zu den Dichtflächen erstreckt und in der Ebene der Dichtflächen von diesen umgeben ist. The invention is particularly suitable for differential pressure sensors. In this In this case, a second process connection flange is provided, which preferably has one has an identical structure to the first process connection flange. The The base body comprises a second, facing away from the first end face End face, which is preferably essentially the same structure as that has the first face. That is, the base body can be provided with a fifth sealing surface, which on the second end face as a first in itself closed path is formed, and a central area of the second End face, and a sixth sealing surface on the second End face as a second self-contained path from the fifth Sealing surface is formed spaced, and surrounds this. The second Process connection flange correspondingly comprises one to the second end face of the basic body complementary basic body connection side with a fifth sealing surface complementary seventh sealing surface on the Base body connection side is designed as a self-contained path and surrounds a central portion in the body connection side, one to the sixth sealing surface complementary eighth sealing surface, which on the Main body connection side spaced as a self-contained path is formed by the seventh sealing surface and surrounds it, and a channel, which is located between a process connection opening in a surface of the second connection flange outside of the eighth sealing surface enclosed area to a pressure inlet opening in the seventh and the eighth sealing area limited area extends. The second Process connection flange is preferably by means of a clamping device a bolt so clamped against the base body that the fifth Sealing surface with the seventh sealing surface and the sixth sealing surface with the eighth sealing surface are connected pressure-tight, whereby between the Base body and the second process connection flange in the area between the sealing surfaces a second pressure chamber is formed through the channel can be pressurized, the clamping means in the extends substantially perpendicular to the sealing surfaces and in the plane of the Sealing surfaces are surrounded by these.

Als Einspannmittel kann ein durchgehender Bolzen verwendet werden, der sowohl der sowohl den ersten als auch den zweiten Prozeßanschlußflansch gegen den Grundkörper einspannt. In einer anderen Ausführungsform kann der zentrale Bereich der ersten und der zweiten Stirnseite des Grundkörpers jeweils eine Gewindebohrung aufweisen, wobei der erste und der zweite Prozeßanschlußflansch in dem zentralen Bereich der Grundkörperanschlußseite jeweils eine durchgehende Bohrung aufweisen. Der erste und der zweite Prozeßanschlußflansch werden jeweils mit einem Gewindebolzen, der mit der entsprechenden Gewindebohrung in Eingriff gelangt, gegen den Grundkörper eingespannt. A continuous bolt can be used as the clamping means both the first and the second process connection flange clamped against the main body. In another embodiment, can the central area of the first and second end faces of the base body each have a threaded bore, the first and the second Process connection flange in the central area of the Main body connection side each have a through hole. The first and the second process connection flange are each with a Threaded bolt that engages with the corresponding threaded hole reached, clamped against the base body.

Grundsätzlich ist der erfindungsgemäße Druckaufnehmer mit allen gängigen Druckwandlerprinzipien kombinierbar, wobei derzeit kapazitive oder piezoresistive Wandler bevorzugt sind. Bei kapazitiven Wandlern kann die Rückseite einer Trennmembran, welche dem Prozeßanschluß abgewandt ist, eine erste Elektrode aufweisen, die gegenüber einer Referenzelektrode angeordnet ist. Gleichermaßen kann eine Trennmembran piezoresistive Elemente aufweisen. Basically, the pressure transducer according to the invention is common with all Pressure transducer principles can be combined, currently capacitive or Piezoresistive transducers are preferred. With capacitive converters, the Back of a separating membrane, which faces away from the process connection, have a first electrode opposite a reference electrode is arranged. Similarly, a separation membrane can be piezoresistive Have elements.

Wenngleich die unmittelbare Umwandlung der Verformung der Trennmembran in ein Meßsignal möglich ist, so wird insbesondere für Differenzdruckaufnehmer ein Trennkörper bzw. eine Ölvorlage bevorzugt. D. h., ein an der Trennmembran anstehende Druck wird hydraulisch zur eigentlichen Druckmeßzelle übertragen. Although the immediate transformation of the deformation of the Separating membrane in a measurement signal is possible, so is especially for Differential pressure transducer a separator or an oil reservoir is preferred. In other words, a pressure applied to the separation membrane is hydraulically converted to actual pressure measuring cell transmitted.

Hierzu ist hinter den Trennmembranen, d. h. auf der von der jeweiligen Druckkammer abgewandten Rückseite der Trennmembranen, jeweils ein sogenanntes Membranbett angeordnet, welches mit der Trennmembran ein vorzugsweise ringförmiges Volumen einschließt, welches mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt ist. Dieses Volumen steht über eine Druckzuleitung mit der eigentlichen Druckmeßzelle in Verbindung, um diese hydraulisch mit dem Druck zu beaufschlagen, der auf die Trennmembran wirkt. This is behind the separation membranes, i.e. H. on that of each Back of the separation membranes facing away from the pressure chamber, one each So-called membrane bed arranged, which with the separating membrane preferably includes annular volume, which with a hydraulic fluid is filled. This volume is above one Pressure supply line with the actual pressure measuring cell in connection to this to apply hydraulic pressure to the separating membrane acts.

Ein erfindungsgemäßer Differenzdruckaufnehmer weist entsprechend zwei derartige Ölvorlagen auf, wobei die beiden Druckzuleitungen einen Verformungskörper der Druckmeßzelle einander entgegenwirkend mit Druck beaufschlagen. A differential pressure transducer according to the invention accordingly has two such oil supplies, with the two pressure lines one Deformation body of the pressure measuring cell counteracting each other with pressure apply.

Der Grundkörper kann aus koaxialen zylindrischen Rohrabschnitten aufgebaut sein, die in geeigneter Weise miteinander verbunden sind. Gleichermaßen ist es jedoch möglich den Grundkörper aus anderen Komponenten aufzubauen, insbesondere, ihn als Gußteil zu erzeugen oder aus einem massiven Teil herauszuarbeiten. The base body can be constructed from coaxial cylindrical tube sections be connected in a suitable manner. Is alike however, it is possible to build the base body from other components, in particular, to produce it as a cast part or from a solid part work out.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: The invention is illustrated by the following drawings. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers; Fig. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a pressure sensor according to the invention;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers, der als Differenzdruckaufnehmer mit Trennkörpern gestaltet ist; Fig. 2 is a longitudinal section through a second embodiment of a pressure sensor according to the invention, which is designed as a differential pressure with separators;

Fig. 3 eine perspektivische Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmers; und Fig. 3 is an exploded perspective view of a differential pressure transducer according to the invention; and

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmer, der zusätzlich ein Überlastventil aufweist. Fig. 4 shows a longitudinal section through a differential pressure transducer according to the invention, which additionally has an overload valve.

Die Erfindung wird zunächst anhand des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels eines Absolutdruckaufnehmers mit einem kapazitiven Meßprinzip beschrieben. Der Druckaufnehmer umfaßt einen Grundkörper 10, der ein inneres Rohr 12 und ein dazu koaxiales äußeres Rohr 11 aufweist. Die Rohre sind bevorzugt zylindrisch. Die Rohre sind durch geeignete Verbindungsmittel miteinander verbunden, beispielsweise durch mit den Rohren koaxial angeordnete ringförmige Scheiben, die mit den Rohren beispielsweise durch Schweißen oder Schrauben verbunden sein können. In einem Endbereich der Rohre nahe einer ersten Stirnfläche des Grundkörpers weist eine Ringscheibe ein Membranbett 22 auf. Zu dem Membranbett 22 beabstandet ist eine ringförmige Trennmembran 21 an dem Grundkörper 10 befestigt. Hierzu können die Ränder der Trennmembran an den Rohren oder an der ringförmigen Scheibe angeschweißt oder angelötet sein. Bei nichtmetallischen Trennmembranen kommen u. a. Klebeverbindungen in Frage. The invention is first described on the basis of the exemplary embodiment of an absolute pressure sensor with a capacitive measuring principle shown in FIG. 1. The pressure sensor comprises a base body 10 which has an inner tube 12 and an outer tube 11 coaxial therewith. The tubes are preferably cylindrical. The tubes are connected to one another by suitable connecting means, for example by annular disks which are arranged coaxially with the tubes and which can be connected to the tubes by welding or screwing, for example. In an end region of the tubes near a first end face of the base body, an annular disk has a membrane bed 22 . An annular separating membrane 21 is fastened to the base body 10 at a distance from the membrane bed 22 . For this purpose, the edges of the separating membrane can be welded or soldered to the pipes or to the annular disk. In the case of non-metallic separating membranes, adhesive bonds can be used.

Die Trennmembran und die Endabschnitte der Rohre bilden einen Teil einer ringförmigen Druckkammer 20, welche durch einen zu der ersten Stirnfläche des Grundkörpers 10 komplementären Prozeßanschlußflansch 40 vervollständigt und abgedichtet wird. Zur Abdichtung der Druckkammer weisen die Stirnflächen 13, 14 des inneren und des außen Rohres eine innere und eine äußere Dichtfläche auf, die jeweils mit einer komplementären inneren und äußeren Dichtfläche 42, 43 an der Grundkörperanschlußseite des Prozeßanschlußflansch eine druckfeste Dichtung bilden, wenn der Prozeßanschlußflansch 40 gegen den Grundkörper eingespannt wird. The separating membrane and the end sections of the tubes form part of an annular pressure chamber 20 , which is completed and sealed by a process connection flange 40 which is complementary to the first end face of the base body 10 . To seal the pressure chamber, the end faces 13 , 14 of the inner and outer tubes have an inner and an outer sealing surface, each of which forms a pressure-tight seal with a complementary inner and outer sealing surface 42 , 43 on the base body connection side of the process connection flange when the process connection flange 40 is clamped against the base body.

Der Prozeßanschlußflansch weist im wesentlichen zwei koaxiale Rohrabschnitte auf, die mit den Rohren 11, 12 des Grundkörpers fluchten und an der Grundkörperanschlußseite des Prozeßanschlußflansches die innere bzw. äußere Dichtfläche 42, 43 aufweisen. Die Rohrabschnitte bilden zusammen mit einer ringförmigen Rückwand einen Teil der Druckkammer, in die der Meßdruck über einen Kanal 41, der in dem Raum zwischen der inneren Dichtfläche 42 und der äußeren Dichtfläche 43 mündet, eingelassen werden kann. The process connection flange essentially has two coaxial pipe sections which are aligned with the pipes 11 , 12 of the base body and have the inner and outer sealing surfaces 42 , 43 on the base body connection side of the process connection flange. The tube sections, together with an annular rear wall, form part of the pressure chamber into which the measuring pressure can be admitted via a channel 41 , which opens into the space between the inner sealing surface 42 and the outer sealing surface 43 .

Der Grundkörper 10 und der Prozeßanschlußflansch 40 weisen jeweils eine zentrale durchgehende Öffnung auf, durch welche sich ein Bolzen 50erstreckt, mit welchem der Prozeßanschlußflansch 40 gegen die erste Stirnfläche des Grundkörpers 10 gepreßt wird. Der Bolzen 50 gelangt hierzu entweder mit einem Gewinde an der Innenwand des Innenrohrs 12 oder mit einem (nicht gezeigten) Gewinde außerhalb des Grundkörpers 10 in Eingriff. The base body 10 and the process connection flange 40 each have a central through opening, through which a bolt 50 extends, with which the process connection flange 40 is pressed against the first end face of the base body 10 . For this purpose, the bolt 50 either engages with a thread on the inner wall of the inner tube 12 or with a thread (not shown) outside the base body 10 .

Zwischen den Dichtflächen wird somit eine druckfeste ringförmige Druckkammer ausgebildet, die durch den Kanal 41, mit einem zu messenden Druck beaufschlagbar ist. A pressure-resistant annular pressure chamber is thus formed between the sealing surfaces and can be acted upon by a pressure to be measured through the channel 41 .

In dem Raum zwischen der Trennmembran und dem Membranbett ist eine vorzugsweise ringförmige Referenzelektrode 31 angeordnet, die starr mit dem Membranbett 22 verbunden ist. Entweder die Trennmembran selbst, oder eine auf der Trennmembran angeordnete Elektrode dient als Gegenelektrode mit einem druckabhängigen Abstand zur Referenzelektrode. A preferably annular reference electrode 31 is arranged in the space between the separating membrane and the membrane bed and is rigidly connected to the membrane bed 22 . Either the separating membrane itself or an electrode arranged on the separating membrane serves as a counter electrode with a pressure-dependent distance from the reference electrode.

Anhand der druckabhängigen Kapazität zwischen den beiden Elektroden erzeugt ein Schaltkreis 32, der zwischen dem inneren Rohr 12 und dem äußeren Rohr 11 hinter der Ringscheibe mit dem Membranbett angeordnet ist, ein Ausgabesignal. On the basis of the pressure-dependent capacitance between the two electrodes, a circuit 32 , which is arranged between the inner tube 12 and the outer tube 11 behind the ring disk with the membrane bed, generates an output signal.

Anhand der Fig. 2 wird nun ein erfindungsgemäßer Differenzdruckaufnehmer beschrieben. A differential pressure transducer according to the invention will now be described with reference to FIG. 2.

Der Differenzdruckaufnehmer weist einen Grundkörper 110 auf, der ein inneres zylindrisches Rohr und ein dazu koaxial angeordnetes äußeres zylindrisches Rohr aufweist. Die Rohre sind durch Ringkörper, die sich vom inneren Rohr zum äußeren Rohr erstrecken miteinander verbunden, wobei ein erster Ringkörper ein erstes ringförmiges Membranbett 123 aufweist, welches in einem ersten Endbereich der Rohre nahe einer ersten Stirnfläche 111 des Grundkörpers 110 angeordnet ist, und ein zweiter Ringkörper ein zweites ringförmiges Membranbett 124 aufweist, welches in einem zweiten Endbereich der Rohre nahe einer zweiten Stirnfläche 112 des Grundkörpers 110 angeordnet ist, die von der ersten Stirnfläche 111 abgewandt ist. Am Grundkörper 110 ist über dem ersten und dem zweiten Membranbett 123, 124 jeweils eine ringförmige Trennmembran 121, 122 druckdicht befestigt. Zwischen den Trennmembranen und den Membranbetten ist jeweils ein Volumen eingeschlossen, welches jeweils über eine Druckzuleitung 125, 126 mit einem der einander entgegenwirkenden Anschlüsse einer Differenzdruckmeßzelle 130 verbunden ist. Die zwischen den Trennmembranen und den Membranbetten eingeschlossenen Volumina sowie die Druckzuleitungen 125, 126 sind mit einer Übertragungsflüssigkeit, vorzugsweise einem Hydrauliköl, gefüllt. The differential pressure sensor has a base body 110 which has an inner cylindrical tube and an outer cylindrical tube arranged coaxially therewith. The tubes are connected to one another by annular bodies which extend from the inner tube to the outer tube, a first annular body having a first annular membrane bed 123 , which is arranged in a first end region of the tubes near a first end face 111 of the base body 110 , and a second Ring body has a second annular membrane bed 124 , which is arranged in a second end region of the tubes near a second end face 112 of the base body 110 , which faces away from the first end face 111 . An annular separating membrane 121 , 122 is fastened to the base body 110 above the first and the second membrane bed 123 , 124 in a pressure-tight manner. A volume is enclosed between the separating membranes and the membrane beds, each of which is connected via a pressure feed line 125 , 126 to one of the opposing connections of a differential pressure measuring cell 130 . The volumes enclosed between the separating membranes and the membrane beds and the pressure feed lines 125 , 126 are filled with a transmission fluid, preferably a hydraulic oil.

Die erste und die zweite Stirnseite 111, 112 des Grundkörpers weisen jeweils an beiden Stirnflächen des inneren und des äußeren Rohrs Dichtflächen auf. Der Grundkörper ist zwischen einem ersten Prozeßanschlußflansch 140 und einem zweiten Prozeßanschlußflansch 141 eingespannt. Die Prozeßanschlußflansche weisen jeweils zu den Dichtflächen auf den Stirnseiten des Grundkörpers 110 komplementäre Dichtflächen auf, so daß an beiden Stirnseiten 111, 112 des Grundkörpers zwischen dem Grundkörper und dem daran anliegenden Prozeßanschlußflansch jeweils eine ringförmige Druckkammer ausgebildet ist. Die beiden Prozeßanschlußflansche 140, 141 weisen jeweils einen ersten Kanal 142, bzw. einen zweiten Kanal 143 auf, der in einer seitlichen Öffnung der jeweiligen Druckkammer mündet, und über den die Druckkammer mit einem Druck beaufschlagt werden kann. The first and second end faces 111 , 112 of the base body each have sealing faces on both end faces of the inner and outer tubes. The base body is clamped between a first process connection flange 140 and a second process connection flange 141 . The process connection flanges each have sealing surfaces complementary to the sealing surfaces on the end faces of the base body 110 , so that an annular pressure chamber is formed on both end faces 111 , 112 of the base body between the base body and the process connection flange lying thereon. The two process connection flanges 140 , 141 each have a first channel 142 or a second channel 143 , which opens into a lateral opening of the respective pressure chamber and via which the pressure chamber can be pressurized.

Die Einspannung des Grundkörpers 110 zwischen dem ersten Prozeßanschlußflansch 140 und dem zweiten Prozeßanschlußflansch 141 erfolgt vorzugsweise mittels eines (hier nicht gezeigten) Gewindebolzens der sich jeweils durch eine zentrale durchgehende Öffnung 144, 145 in den Prozeßanschlußflanschen 140, 141 und eine damit fluchtende zentrale durchgehende Öffnung 113 des Grundkörpers 110 erstreckt. Zum Erzeugen der Einspannkraft gelangt der Bolzen vorzugsweise mit einer Mutter oder mit einem Innengewinde in der zentralen Öffnung eines Prozeßanschlußflansches in Eingriff. The base body 110 is clamped between the first process connection flange 140 and the second process connection flange 141 preferably by means of a threaded bolt (not shown here), which is in each case through a central through opening 144 , 145 in the process connection flanges 140 , 141 and an aligned central through opening 113 of the base body 110 extends. To generate the clamping force, the bolt preferably engages with a nut or with an internal thread in the central opening of a process connection flange.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Differenzdruckaufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 shows a perspective view of a further differential pressure transducer according to the present invention.

Der Differenzdruckaufnehmer umfaßt einen zylindrischen Grundkörper 210, der in diesem Beispiel nicht aus zwei Rohren sondern massiv gearbeitet ist. An beiden Stirnseiten des Grundkörpers ist jeweils eine innere ringförmige Dichtfläche 212 und eine äußere ringförmige Dichtfläche 211 ausgebildet. In dem ringförmigen Bereich zwischen den Dichtflächen ist auf beiden Stirnseiten jeweils eine Trennmembran 221 angeordnet, welche mit einem von der Trennmembran 221 überdeckten Membranbett ein Volumen einschließt, das jeweils über einen im Grundkörper ausgebildeten Kanal mit einer Druckzuleitung 225, 226 kommuniziert. Wie beim zuvor beschriebenen Differenzdruckaufnehmer, sind die zwischen den Trennmembranen und den Membranbetten eingeschlossenen Volumina, die Kanäle und die Druckzuleitungen 225, 226 mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt, um den jeweiligen Druck hydraulisch zu einem Anschluß einer Differenzdruckmeßzelle zu übertragen. The differential pressure transducer comprises a cylindrical base body 210 , which in this example is not made of two tubes, but is solid. An inner annular sealing surface 212 and an outer annular sealing surface 211 are formed on each of the two end faces of the base body. In the annular area between the sealing surfaces, a separating membrane 221 is arranged on each of the two end faces, which, with a membrane bed covered by the separating membrane 221 , encloses a volume that communicates with a pressure supply line 225 , 226 via a channel formed in the base body. As with the differential pressure transducer described above, the volumes enclosed between the separating membranes and the membrane beds, the channels and the pressure feed lines 225 , 226 are filled with a transmission liquid in order to hydraulically transmit the respective pressure to a connection of a differential pressure measuring cell.

Der Grundkörper wird zwischen zwei Prozeßanschlußflanschen 240 und 241 mittels eines (nicht gezeigten) Bolzens eingespannt, der sich durch durchgehende Öffnungen 244, 245 in den Prozeßanschlußflanschen und eine zentrale Bohrung 214 durch den Grundkörper erstreckt. The base body is clamped between two process connection flanges 240 and 241 by means of a bolt (not shown) which extends through through openings 244 , 245 in the process connection flanges and a central bore 214 through the base body.

Die Prozeßanschlußflansche weisen jeweils auf der dem Grundkörper 210 zugewandten Seite eine Ringkammer 248 auf, die sich zwischen einer inneren ringförmigen Dichtfläche 246 und einer äußeren ringförmigen Dichtfläche 247 erstreckt. Die innere und die äußere Dichtfläche eines Prozeßanschlußflanschs sind jeweils komplementär zu den inneren und äußeren Dichtflächen auf den Stirnseiten des Grundkörpers, so daß an beiden Stirnseiten des Grundkörpers 210 druckdichte ringförmige Druckkammern ausgebildet sind, wenn der Grundkörper 210 zwischen den beiden Prozeßanschlußflanschen 240, 241 eingespannt ist. The process connection flanges each have an annular chamber 248 on the side facing the base body 210 , which extends between an inner annular sealing surface 246 and an outer annular sealing surface 247 . The inner and outer sealing surfaces of a process connection flange are each complementary to the inner and outer sealing surfaces on the end faces of the base body, so that pressure-tight annular pressure chambers are formed on both end faces of the base body 210 when the base body 210 is clamped between the two process connection flanges 240 , 241 ,

Die Prozeßanschlußflansche weisen jeweils einen ersten Druckeinlaß 242 und einen zeiten Druckeinlaß 243 auf, die beide in der Ringkammer 248 münden. The process connection flanges each have a first pressure inlet 242 and a second pressure inlet 243 , both of which open into the annular chamber 248 .

Im Meßbetrieb wird ein Prozeßanschlußflansch gewöhnlich über nur einen Druckeinlaß mit einem Prozeßdruck beaufschlagt, während der andere Druckeinlaß mit geeigneten Armaturen verschlossen ist. In measuring operation, a process connection flange is usually made up of only one Process inlet pressurized while the other Pressure inlet is closed with suitable fittings.

Der in Fig. 4 gezeigte Differenzdruckaufnehmer schließlich umfaßt eine Druckmeßzelle 330, die in einen vorzugsweise zylindrischen Grundkörper 310integriert ist, und ein Überlastventil 360, welches in axialer Richtung in einem zentralen Bereich des Grundkörpers 310 angeordnet ist. Die Funktionsweise des Überlastventils wird weiter unten erläutert. Finally, the differential pressure sensor shown in FIG. 4 comprises a pressure measuring cell 330 , which is integrated in a preferably cylindrical base body 310 , and an overload valve 360 , which is arranged in an axial direction in a central region of the base body 310 . The operation of the overload valve is explained below.

Der Grundkörper 310 weist auf beiden Stirnseiten 311, 312 ringförmige Druckkammern auf, die jeweils mittels eines komplementären Prozeßanschlußflanschs 340, 341 verschlossen werden. Hierzu werden die Prozeßanschlußflansche 340, 341 jeweils mit einem Gewindebolzen eingespannt der mit einer fluchtenden Gewindebohrung 353, 354 in Eingriff gelangt. The base body 310 has annular pressure chambers on both end faces 311 , 312 , which are each closed by means of a complementary process connection flange 340 , 341 . For this purpose, the process connection flanges 340 , 341 are each clamped with a threaded bolt which engages with an aligned threaded bore 353 , 354 .

In beiden ringförmigen Druckkammern ist jeweils eine ringförmige Trennmembran 320, 321 über einem Membranbett am Grundkörper befestigt. Das jeweils zwischen einer Trennmembran und dem Grundkörper eingeschlossene Volumen steht über eine Druckzuleitung 322, 323 mit der Differenzdruckmeßzelle 330 in Fließverbindung. In each of the two annular pressure chambers, an annular separating membrane 320 , 321 is attached to the base body over a membrane bed. The volume enclosed between a separating membrane and the base body is in fluid communication with the differential pressure measuring cell 330 via a pressure feed line 322 , 323 .

Um Überlastungen bei Druckschlägen zu vermeiden, ist ein Überlastventil 360 entlang der Achse des Grundkörpers 310 angeordnet, welches in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern eine Fließverbindung über Überlastkanäle 361 und 362 bereitstellt. Das Überlastventil umfaßt einen Kolben, der in einer Ventilbohrung zwischen zwei Federn elastisch eingespannt ist. Die Federn sind so bemessen, daß bei Druckbelastungen im Nennbereich des Differenzdruckaufnehmers keine Auslenkung des Ventils erfolgt. Bei Überschreitung des Nennbereichs, wird der Kolben zur Niederdruckseite verschoben, bis eine Passage am Kolben vorbei freigegeben wird, über die der Überdruck abgebaut werden kann. Alternative Ausgestaltungen eines Überdruckventils für einen Differenzdrucksensor sind u. a. der deutschen Patentanmeldung 101 05 230 zu entnehmen und können bei den erfindungsgemäßen Differenzdrucksensoren zum Einsatz kommen. In order to avoid overloads in the event of pressure surges, an overload valve 360 is arranged along the axis of the base body 310 , which provides a flow connection via overload channels 361 and 362 depending on the pressure difference between the two pressure chambers. The overload valve comprises a piston which is elastically clamped in a valve bore between two springs. The springs are dimensioned so that there is no deflection of the valve under pressure loads in the nominal range of the differential pressure transducer. If the nominal range is exceeded, the piston is moved to the low pressure side until a passage past the piston is released, via which the excess pressure can be reduced. Alternative configurations of a pressure relief valve for a differential pressure sensor can be found, inter alia, in German patent application 101 05 230 and can be used in the differential pressure sensors according to the invention.

Weitere Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung in naheliegender Weise. Beispielsweise können die Dichtflächen in vielfältigen Geometrien und Profilen gestaltet werden, und es können ggf. zusätzlich Dichtringe oder andere Dichtmittel zwischen den komplementären Dichtflächen vorgesehen sein. Bezugszeichenliste 10 Grundkörper
11 Äußeres Rohr
12 Inneres Rohr
13 Erste Dichtfläche
14 Zweite Dichtfläche
20 Druckkammer
21 Trennmembran
22 Membranbett
31 Gegenelektrode
32 Druckmeßzelle
40 Prozeßanschlußflansch
41 Kanal
42 Dritte Dichtfläche
43 Vierte Dichtfläche
50 Bolzen
110 Grundkörper
111 Erste Stirnseite
112 Zweite Stirnseite
113 Zentrale durchgehende Öffnung
121 Erste Trennmembran
122 Zweite Trennmembran
123 Erstes Membranbett
124 Zweites Membranbett
125 Erste Druckzuleitung
126 Zweite Druckzuleitung
130 Druckmeßzelle
140 Erster Prozeßanschlußflansch
141 Zweiter Prozeßanschlußflansch
142 Erster Kanal
143 Zweiter Kanal
144 Durchgehende Öffnung
145 Durchgehende Öffnung
210 Grundkörper
211 Erste Dichtfläche
212 Zweite Dichtfläche
214 Zentrale Öffnung
221 Trennmembran
225 Erste Druckzuleitung
226 Zweite Druckzuleitung
240 Erster Prozeßanschlußflansch
241 Zweiter Prozeßanschlußflansch
242 Druckeinlaß
243 Druckeinlaß
244 Durchgehende Öffnung
245 Durchgehende Öffnung
246 Innere ringförmige Dichtung
247 Äußere ringförmige Dichtung
248 Ringkammer
310 Grundkörper
311 Erste Stirnseite
312 Zweite Stirnseite
320 Ringförmige Trennmembran
321 Ringförmige Trennmembran
322 Druckzuleitung
323 Druckzuleitung
330 Druckmeßzelle
340 Prozeßanschlußflansch
341 Prozeßanschlußflansch
342 Druckeinlaß
343 Druckeinlaß
351 Gewindebolzen
352 Gewindebolzen
353 Gewindebohrung
354 Gewindebohrung
360 Überlastventil
361 Erster Überlastkanal
362 Zweiter Überlastkanal
Further modifications of the described exemplary embodiments are obvious for the person skilled in the art within the scope of the invention. For example, the sealing surfaces can be designed in a variety of geometries and profiles, and if necessary additional sealing rings or other sealing means can be provided between the complementary sealing surfaces. LIST OF REFERENCE NUMERALS 10 base
11 Outer tube
12 Inner tube
13 First sealing surface
14 Second sealing surface
20 pressure chamber
21 separating membrane
22 membrane bed
31 counter electrode
32 pressure measuring cell
40 process connection flange
41 channel
42 Third sealing surface
43 Fourth sealing surface
50 bolts
110 basic body
111 First face
112 Second face
113 Central through opening
121 First separation membrane
122 Second separation membrane
123 First membrane bed
124 Second membrane bed
125 First pressure supply line
126 Second pressure supply line
130 pressure measuring cell
140 First process connection flange
141 Second process connection flange
142 First channel
143 Second channel
144 Through opening
145 Through opening
210 basic body
211 First sealing surface
212 Second sealing surface
214 Central opening
221 separating membrane
225 First pressure line
226 Second pressure supply line
240 First process connection flange
241 Second process connection flange
242 pressure inlet
243 pressure inlet
244 Through opening
245 Through opening
246 Inner annular seal
247 Outer annular seal
248 ring chamber
310 basic body
311 First face
312 Second face
320 Annular separating membrane
321 Annular separating membrane
322 pressure supply line
323 pressure supply line
330 pressure measuring cell
340 process connection flange
341 process connection flange
342 pressure inlet
343 pressure inlet
351 threaded bolts
352 threaded bolts
353 threaded hole
354 threaded hole
360 overload valve
361 First overload channel
362 Second overload channel

Claims

1. Pressure sensor for detecting a pressure, comprising
a base body ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ) with
a first end face ( 111 ),
a first sealing surface ( 13 ; 212 ), which is formed on the first end face ( 111 ) as a first self-contained path and surrounds a central region of the end face, and
a second sealing surface ( 14 ; 211 ), which is formed on the first end face as a second self-contained path at a distance from and surrounds the first sealing surface ( 13 ; 212 );
at least one process connection flange ( 40 ; 140 ; 240 ; 340 ) with
one with the end face of the base body ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ) complementary base body connection
a third sealing surface ( 42 ; 246 ) complementary to the first sealing surface ( 13 ; 212 ), which is designed as a self-contained third path on the base body connection side and surrounds a central section of the base body connection side,
a fourth sealing surface ( 43 ; 247 ) complementary to the second sealing surface ( 14 ; 211 ), which is formed on the base body connection side as a fourth closed path spaced from and surrounds the first sealing surface, and
a channel ( 41 ; 142 , 143 ; 242 , 243 ; 342 , 343 ) which extends between a process connection opening in a surface of the connection flange outside the area enclosed by the fourth sealing surface ( 43 ; 247 ) to a pressure inlet opening in the third and the fourth sealing surface extends limited area,
at least one clamping means which clamps the process connection flange ( 40 ; 140 , 141 ; 240 , 241 ; 340 , 341 ) against the base body ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ) in such a way that the first sealing surface with the third sealing surface and the second sealing surface with the fourth sealing surface are connected in a pressure-tight manner, that at least one first pressure chamber is formed between the base body and the process connection flange in the area between the sealing surfaces, which can be pressurized through the channel, the clamping means extending essentially perpendicular to the sealing surfaces, and in the plane of the sealing surfaces is surrounded by them.

2. Pressure sensor according to claim 1, further comprising a separating membrane ( 21 ; 121 , 122 ; 221 ; 320 , 321 ) which is attached to the end face of the base body between the first sealing surface and the second sealing surface.

3. Pressure sensor according to claim 2, wherein the separating membrane ( 21 ; 121 , 122 ; 221 ; 320 , 321 ) is an annular separating membrane with an outer edge and an inner edge around a central opening.

4. Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein
the base body has a first bore in the central region, the axis of which runs perpendicular to the plane of the sealing surfaces,
the process connection flange has a second bore which is aligned with the first bore,
and the fastener extends from the second bore into the first bore.

5. Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the base body has a second end face facing away from the first end face, with
a fifth sealing surface which is formed on the second end face as a first self-contained path and surrounds a central region of the second end face, and
a sixth sealing surface, which is formed on the second end face as a second self-contained path spaced from and surrounds the fifth sealing surface;
further comprising a second process connection flange, with
a base body connection side complementary to the second end face of the base body
a seventh sealing surface which is complementary to the fifth sealing surface and which is designed as a self-contained path on the base body connection side and surrounds a central section of the base body connection side,
an eighth sealing surface which is complementary to the sixth sealing surface and which is formed on the base body connection side as a closed path at a distance from and surrounds the seventh sealing surface, and
a channel extends between a process connection opening in a surface of the connection flange outside the area enclosed by the fourth sealing surface to a pressure inlet opening which is arranged on the base body connection side between the first connection surface and the second connection surface,
wherein the second process connection flange is clamped against the base body by means of a clamping means or in such a way that the fifth sealing surface is connected to the seventh sealing surface and the sixth sealing surface is pressure-tightly connected, that between the base body and the second process connection flange in the area between the sealing surfaces there is a second one Pressure chamber is formed, which can be pressurized by the channel, the clamping means extending substantially perpendicular to the sealing surfaces and being surrounded by them in the plane of the sealing surfaces.

6. Pressure sensor according to claim 5, wherein in the second pressure chamber a second annular separating membrane with an outer edge and an inner edge is arranged around a central opening.

7. Pressure sensor according to claim 5 or 6, wherein the first and the second Process connection flange and the base body with each other have aligned holes, and wherein the clamping means a Includes bolt that extends through the bore of the first Process connection flange, the bore of the base body and the bore of the second process connection flange.

8. Pressure sensor arrangement, according to one of claims 1 to 6, wherein the central area of the first and / or the second end face of the Base body has a threaded bore, and the first and / or second process connection flange in the central area of the Base body connection side have a through hole, wherein the clamping means comprises at least one threaded bolt, and the first and / or the second process connection flange by means of Threaded bolt can be clamped against the base body, which is extends through the through hole into the threaded hole.