DE19510447A1 - Differential pressure sensor with dual pressure chambers - Google Patents
Differential pressure sensor with dual pressure chambersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Differenzdrucksensor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a differential pressure sensor mentioned in the preamble of claim 1.
Solche Differenzdrucksensoren eignen sich beispielsweise zur Erfassung der Geschwindigkeit eines strömenden Mediums. Sie können als alleinstehende Geräte ausgebildet oder zur Zusammenarbeit mit einem externen Regler oder einem Gebäudeleitsystem vorgesehen sein.Such differential pressure sensors are suitable, for example, for detecting the speed of a flowing medium. They can be trained as standalone devices or to work with an external controller or a building management system.
Es sind Differenzdrucksensoren bekannt, bei denen der Differenzdruck in eine dazu proportionale Auslenkung einer Membrane umgewandelt wird. Auf der Membrane ist ein kleiner Magnet befestigt. Ein auf einer festen Platte gegenüber der Membrane angeordneter Hallsensor mißt die Stärke des Feldes des Magneten. Daraus läßt sich die Auslenkung der Membrane berechnen. Nachteilig bei dieser Lösung wirkt sich aus, daß sich beispielsweise im Wasser eines Heizkreislaufes befindende magnetische Teilchen am Magneten anlagern und damit die Langzeitstabilität des Differenzdrucksensors beeinträchtigen.Differential pressure sensors are known in which the differential pressure is proportional to it Deflection of a membrane is converted. A small magnet is attached to the membrane. On Hall sensor arranged on a fixed plate opposite the membrane measures the strength of the field of the Magnets. The deflection of the membrane can be calculated from this. This solution is disadvantageous from the fact that there are magnetic particles in the water of a heating circuit, for example Attach magnets and thus impair the long-term stability of the differential pressure sensor.
Aus der deutschen Patentschrift 21 64 896 ist eine Meßzelle für Druck oder Differenzdruck bekannt, bei der eine Spule zur Messung der Auslenkung einer metallischen Membrane vorgesehen ist. Die Spule ist dabei einem Druckübertragungsmedium ausgesetzt. Weiter ist die Spule auf einer konkaven Oberfläche angeordnet, was eine aufwendige Herstellung bedingt.A measuring cell for pressure or differential pressure is known from German Patent 21 64 896, at which is provided with a coil for measuring the deflection of a metallic membrane. The coil is exposed to a pressure transmission medium. The coil is also on a concave surface arranged, which requires complex production.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Differenzdrucksensor vorzuschlagen, der einfach herstellbar und langzeitstabil ist.The invention has for its object to propose a differential pressure sensor that is simple is producible and long-term stable.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The invention is characterized in claim 1. Further developments and advantageous refinements of Invention result from the dependent claims.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the single figure of the drawing explained.
Die einzige Figur zeigt in einer Schnittdarstellung einen Differenzdrucksensor, der eine Grundplatte 1, eine Membrane 2, eine plane Platte 3, eine Spule 4 und ein Gehäuseteil 5 aufweist. Die Grundplatte 1 ist vorzugsweise rund ausgebildet, weist einen flachen Teil auf und ist gegen den Rand hin so geformt, daß sich eine tellerartige Form ergibt. Die ebenfalls runde Membrane 2 ist zentriert im flachen Teil der Grund platte 1 luftdicht auf diese aufgeschweißt oder aufgelötet. Entlang des Randes der Grundplatte 1 sind Bohrungen 6 angebracht zur Befestigung der planen Platte 3 und des Gehäuseoberteils 5, die mit entsprechenden Bohrungen 7 bzw. 8 versehen sind. Als Befestigungsmittel dienen z. B. Schrauben. Die als Auflagefläche dienenden Flächen der Grundplatte 1 und der Platte 3 sind derart behandelt oder zur Aufnahme eines Dichtungselementes vorbereitet, daß die Verbindung zwischen der Grundplatte 1 und der Platte 3 luftdicht ist. Zwischen der Grundplatte 1 und der Membrane 2 ist so eine erste Druckkammer 9 gebildet, zwischen der Grundplatte 1, der Platte 3 und der Membrane 2 ist eine zweite Druckkammer 10 gebildet. Die Membrane 2 bildet somit eine Trennwand zwischen den beiden Druckkammern 9 und 10. Sie ist entlang einer zur Grundplatte 1 senkrechten Achse y auslenkbar, wobei die Auslenkung proportional zur Differenz des in den beiden Kammern 9 und 10 herrschenden Druckes ist. Die Grundplatte 1 weist zwei Öffnungen 11 und 12 auf, die als Stutzen zum Anschluß von nicht gezeichneten Druckleitungen ausgebildet sind, so daß ein erstes Medium die erste Druckkammer 9 und ein zweites Medium die zweite Druckkammer 10 ausfüllen können. Die Spule 4 ist auf der der zweiten Druckkammer 10 abgewandten Seite der Platte 3 angeordnet. Die Platte 3 ist als Leiterplatte aus vorzugsweise keramischem Material oder als Leiterplatte aus Kunststoff gefertigt, wobei die Spule 4 in üblicher Halbleitertechnik aus Leiterbahnen gebildet ist. Die Platte 3 enthält auch weitere elektronische Bauteile, die der Aufbereitung und Auswertung des von der Spule 4 gelieferten Signals dienen.The single figure shows a sectional view of a differential pressure sensor, which has a base plate 1 , a membrane 2 , a flat plate 3 , a coil 4 and a housing part 5 . The base plate 1 is preferably round, has a flat part and is shaped towards the edge so that a plate-like shape results. The likewise round membrane 2 is centered in the flat part of the base plate 1 welded or soldered airtight on this. Holes 6 are provided along the edge of the base plate 1 for fastening the flat plate 3 and the upper housing part 5 , which are provided with corresponding holes 7 and 8 , respectively. As a fastener z. B. screws. The surfaces of the base plate 1 and the plate 3 which serve as the support surface are treated or prepared for receiving a sealing element such that the connection between the base plate 1 and the plate 3 is airtight. Between the base plate 1 and the membrane 2 as a first pressure chamber 9 is formed between the base plate 1, the plate 3 and the membrane 2 a second pressure chamber 10 is formed. The membrane 2 thus forms a partition between the two pressure chambers 9 and 10 . It can be deflected along an axis y perpendicular to the base plate 1 , the deflection being proportional to the difference in the pressure prevailing in the two chambers 9 and 10 . The base plate 1 has two openings 11 and 12 which are designed as connecting pieces for connecting pressure lines, not shown, so that a first medium can fill the first pressure chamber 9 and a second medium can fill the second pressure chamber 10 . The coil 4 is arranged on the side of the plate 3 facing away from the second pressure chamber 10 . The plate 3 is made as a printed circuit board made of preferably ceramic material or as a printed circuit board made of plastic, the coil 4 being formed from conductor tracks in conventional semiconductor technology. The plate 3 also contains other electronic components which are used to process and evaluate the signal supplied by the coil 4 .
Dieser Differenzdrucksensor zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau auf, der eine einfache Montage mit wenigen vorgefertigten Bauteilen ermöglicht. Die Platte 3 und die Grundplatte 1 sind mittels durch die Bohrungen 7 bzw. 6 geführter Schrauben gegenseitig verankert, so daß sich eine langzeitstabile mechanische Verbindung zwischen der Spule 4 und der Grundplatte 1 ergibt. Die Spule 4 weist einen Durchmesser von beispielsweise 10 mm auf, die Membrane 2 einen Durchmesser von 15 bis 20 mm. Toleranzen in der gegenseitigen Zentrierung der Spule 4 und der Membrane 2 wirken sich auf die Meßgenauigkeit nicht aus. Die Spule 4 kommt mit dem in der zweiten Druckkammer 10 vorhandenen Medium nicht in Kontakt. Die Abmessungen des Differenzdrucksensors sind derart kompakt und die Steifigkeit der Platte 3 ist derart hoch gewählt, daß eine Verformung der Platte 3 auch bei einem hohen Druck in der Druckkammer 10 ausgeschlossen ist. Der Abstand zwischen der Membrane 2 und der Platte 3 ist vorteilhaft so gewählt, daß bei einem plötzlich auftretenden Überdruck in der ersten Druckkammer 9 die Membrane 2 auf der Platte 3 zum Aufliegen kommt, bevor eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Membrane 2 erfolgen kann.This differential pressure sensor is characterized by a very simple structure, which enables simple assembly with a few prefabricated components. The plate 3 and the base plate 1 are mutually anchored by means of screws 7 and 6 , respectively, so that there is a long-term stable mechanical connection between the coil 4 and the base plate 1 . The coil 4 has a diameter of 10 mm, for example, the membrane 2 has a diameter of 15 to 20 mm. Tolerances in the mutual centering of the coil 4 and the membrane 2 do not affect the measuring accuracy. The coil 4 does not come into contact with the medium present in the second pressure chamber 10 . The dimensions of the differential pressure sensor are so compact and the rigidity of the plate 3 is chosen so high that deformation of the plate 3 is excluded even at a high pressure in the pressure chamber 10 . The distance between the membrane 2 and the plate 3 is advantageously chosen so that in the event of a suddenly occurring excess pressure in the first pressure chamber 9, the membrane 2 comes to rest on the plate 3 before the membrane 2 can be damaged or even destroyed.
Die Membrane 2 besteht wegen der erforderlichen mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Elastizität, Linearität der Auslenkung in Funktion des Differenzdruckes aus einem Material mit geeigneten mechanischen Eigenschaften wie z. B. Stahl oder Legierungen aus Kupfer-Beryllium. Es ist vorteilhaft, die Membrane 2 mit einer elektrisch gut leitenden Schicht wie Aluminium, Kupfer, Messing, etc. zu beschichten, da eine solche Schicht zu einem größeren Signalhub der Spule 4 zwischen der Auslenkung beim minimalen und maximalen Differenzdruck führt.The membrane 2 is because of the required mechanical properties such as strength, elasticity, linearity of the deflection in function of the differential pressure from a material with suitable mechanical properties such as. B. steel or copper-beryllium alloys. It is advantageous to coat the membrane 2 with an electrically highly conductive layer such as aluminum, copper, brass, etc., since such a layer leads to a larger signal stroke of the coil 4 between the deflection at the minimum and maximum differential pressure.
Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Bohrungen 6, 7 und 8 und das Gehäuseteil 5 in seiner Ausgestaltung derart aufeinander abgestimmt, daß das Gehäuseteil 5 abnehmbar ist, ohne daß gleichzeitig die Verbindung zwischen der Platte 3 und der Grundplatte 1 gelöst wird.In an advantageous embodiment, the bores 6 , 7 and 8 and the housing part 5 are matched to one another in their design in such a way that the housing part 5 can be removed without simultaneously loosening the connection between the plate 3 and the base plate 1 .
Die Spule 4 ist elektrisch charakterisiert durch ihre Induktivität L und ihren ohmschen Innenwiderstand R. The coil 4 is characterized electrically by its inductance L and its ohmic internal resistance R.
Aufgrund der physikalischen Wechselwirkungen zwischen der Spule 4 und der Membrane 2 ändern sich die Induktivität L und/oder der Widerstand R in Abhängigkeit des Abstandes zwischen der Spule 4 und der Membrane 2. Diese Änderungen sind meßbar als Änderung der Resonanzfrequenz und/oder der Dämpfung, wenn die Spule 4 elektrisch in einem Serie- oder Parallelresonanzkreis angeordnet ist. Eine solche Beschaltung der Spule 4 ergibt eine geringe Anfälligkeit gegenüber HF-Störungen, da die Spule 4 als solches selbst Teil des Resonanzkreises ist.Due to the physical interactions between the coil 4 and the membrane 2 , the inductance L and / or the resistance R change depending on the distance between the coil 4 and the membrane 2 . These changes can be measured as a change in the resonance frequency and / or the damping when the coil 4 is arranged electrically in a series or parallel resonance circuit. Such a connection of the coil 4 results in a low susceptibility to RF interference, since the coil 4 itself is part of the resonance circuit.
Vorzugsweise ist die Spule 4 Teil eines LC Serieresonanzkreises, der von einer elektronischen Schaltung bei jeder Messung des Differenzdruckes in Resonanz betrieben wird. Die Spule 4 liefert somit ein Signal, das proportional zum ohmschen Innenwiderstand R der Spule 4 ist. Dieses Signal wird von der elektronischen Schaltung in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet und als Signal für den Differenz druck interpretiert.The coil 4 is preferably part of an LC series resonance circuit which is operated in resonance by an electronic circuit each time the differential pressure is measured. The coil 4 thus delivers a signal which is proportional to the ohmic internal resistance R of the coil 4 . This signal is processed by the electronic circuit in a manner known per se and interpreted as a signal for the differential pressure.
Ein solcher Differenzdrucksensor ist vorteilhaft in ein Ventil eingebaut zur Messung des Druckabfalles über dem Ventil. Der Druck pn nach dem Ventil ist der ersten Druckkammer 9, der Druck pv vor dem Ventil ist der zweiten Druckkammer 10 zugeführt. In beiden Druckkammern 9 und 10 ist dann das gleiche Medium, z. B. Wasser, vorhanden. Der als Differenzdruck gemessene Druckabfall ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums. Es ist auch möglich, daß die Grundplatte 1 direkt als ein Teil des Ventils ausgeführt ist und daß die Öffnungen 11 und 12 auf einfache Weise als Bohrungen ausgebildet sind. Ein solches Ventil eignet sich zur Steuerung und/oder Regelung des Durchflusses des Mediums. Gekoppelt mit einer Temperaturmessung des strömenden Mediums eignet sich ein solches Ventil auch zur Steuerung der Wärmemenge oder als Heizkostenverteiler.Such a differential pressure sensor is advantageously installed in a valve for measuring the pressure drop across the valve. The pressure p n after the valve is the first pressure chamber 9 , the pressure p v before the valve is the second pressure chamber 10 . In both pressure chambers 9 and 10 , the same medium, for. B. water. The pressure drop measured as differential pressure is a measure of the flow velocity of the medium. It is also possible that the base plate 1 is designed directly as part of the valve and that the openings 11 and 12 are designed as bores in a simple manner. Such a valve is suitable for controlling and / or regulating the flow of the medium. Coupled with a temperature measurement of the flowing medium, such a valve is also suitable for controlling the amount of heat or as a heat cost allocator.
Claims (10)
- a) daß die beiden Druckkammern (9, 10) gebildet sind durch eine vorgeformte Grundplatte (1) und eine plane Platte (3), wobei die Membrane (2) auf der Grundplatte (1) befestigt ist,
- b) daß der Sensor eine auf der der zweiten Druckkammer (10) abgewandten Seite der Platte (3) angeordnete Spule (4) ist,
- c) und daß die Membrane (2) aus elektrisch leitendem Material besteht.
- a) that the two pressure chambers ( 9 , 10 ) are formed by a preformed base plate ( 1 ) and a flat plate ( 3 ), the membrane ( 2 ) being attached to the base plate ( 1 ),
- b) the sensor is a coil ( 4 ) arranged on the side of the plate ( 3 ) facing away from the second pressure chamber ( 10 ),
- c) and that the membrane ( 2 ) consists of electrically conductive material.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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