具有过载保护的差压测量传感器的制作方法

1.本发明涉及一种具有过载保护的差压换能器。一般的差压换能器通常包括测量元件主体，该测量元件主体具有第一压力输入端口和第二压力输入端口，液压路径从各压力输入端口延伸到差压换能器，以便向差压换能器施加第一压力和第二压力，差压换能器将测量该第一压力和第二压力的差。通常，差压换能器具有变形体，特别是测量膜片，在变形体的每一侧上可以施加上述两个压力中的一个压力，使得测量膜片具有取决于上述两个压力之间的差的弹性变形。测量元件主体的压力入口端口通常由柔性金属分离膜片封闭，以形成分离膜片室，每个分离膜片室将施加到该分离膜片的外部的压力引入到分离膜片室中和所连接的液压路径。对于具有共面压力入口端口的测量元件，压力入口被定位成在测量元件主体的过程连接表面上彼此相邻。例如，在ep 0370 013b1、ep 0560 875b1、ep 0774 652b2、ep 1216 404b1和wo 2014/095417 a1中公开了这种具有共面压力输入的测量元件。差压感测器(differential pressure cells)通常被优化，以在大静压p1、p2下测量小压差p1-p2。在这样做时，重要的是找到灵敏度和过载阻力之间的正确平衡。例如，以下可以适用于压差|p1-p2|的测量范围2|p1-p2|/(p1+p2)＜1％。


背景技术：

2.如果压力p1、p2中的一个压力在过程设施中下降，则测量感测器的负载是测量范围的100倍，这可能会破坏压力换能器，这就是为什么必须对其进行保护。经验证的保护是基于连接过载膜片的，该过载膜片可以在两侧上偏转，并且平行于测量感测器进行连接。这种过载膜片具有足够大的液压容量，以在单侧过载的情况下吸收液压路径中的转移流体的体积到如下程度，即：使得这种液压路径的分离膜片与膜片床接触，从而可靠地防止作用在差压感测器上的差压的进一步增加。在ep 1 299 701 b1、de 10 2006 040 325 a1、de 10 2006 057 828 a1、wo 2014/095417a1和us 10,627,302b2中公开了具有在两侧上作用的过载膜片的差压换能器的示例。
3.作为可在两侧上偏转的过载膜片的替代方案，描述了两个相反的被预加应力的过载膜片，每个过载膜片响应于单侧过载，如dd 279 065a1、dd 287 328a5、dd 290 716a5、de 32 22 620 a1和us 10,656,039b2中所述。为了可靠地实现该原理，必须确保：过载膜片仅在测量范围之外的压差下才尽可能大地偏转，其中过载膜片的所需体积行程由此对应于分离膜片室的整个体积，其中由于所需的偏转，可能发生最多可忽略的塑性变形。此外，如果所有油都已经从高压侧分离膜片室排出，则过载膜片将用于在高压侧上发生单侧过载的情况下支撑分离膜片，以便防止分离膜片的塑性变形。为此，过载膜片的轮廓必须与分离膜片的轮廓相对应，该轮廓例如通过用模具冲压过载膜片坯料来制备出来，如根据us 10,656,039b2的过载膜片可能的情况那样。根据us 10,656,039b2，所得到的过载膜片的轴轮廓也应具有比在测量元件主体的表面上的同轴的轴轮廓更大的轴向行程，过载膜片部分地抵靠所述测量元件主体的表面。首先，这需要非常复杂的制造工艺，其次，对于过载膜片的不同要求几乎不能彼此兼容，特别是如果差压换能器要非常紧凑，以至于它与由rosemount制造
的差压换能器3051的共面过程连接兼容。因此，本发明的目的是提供一种提供可靠的过载保护的差压换能器。根据本发明，该目的通过根据专利权利要求1的差压换能器得以实现。


技术实现要素：

4.根据本发明的具有过载保护的差压换能器，包括：测量元件主体；第一分离膜片；第二分离膜片；第一过载膜片；第二过载膜片；差压换能器，所述差压换能器用于将压差转换成电信号；第一液压路径；以及第二液压路径；其中，所述第一过载膜片连接到所述测量元件主体，以沿着周向的第一过载膜片边缘形成具有可变容积的第一过载室；其中，所述第二过载膜片连接到所述测量元件主体，以沿着周向的第二过载膜片边缘形成具有可变容积的第二过载室；其中，所述第一分离膜片连接到所述测量元件主体，以沿着周向的第一分离膜片边缘形成第一分离膜片室，其中，所述第一过载膜片被围封在所述测量元件主体与所述第一分离膜片之间；其中，所述第二分离膜片连接到所述测量元件主体，以沿着周向的第二分离膜片边缘形成第二分离膜片室，其中，所述第二过载膜片被围封在所述测量元件主体和所述第二分离膜片之间；其中，所述第一分离膜片室经由所述第一液压路径液压连接到所述第二过载室，所述第一液压路径至少部分地延伸穿过所述测量元件主体；其中，所述第二分离膜片室经由所述第二液压路径液压连接到所述第一过载室，所述第二液压路径至少部分地延伸穿过测量元件主体；其中，所述差压换能器被液压连接到所述第一分离膜片室和所述第二分离膜片室；其中，所述第一过载膜片具有第一基部表面，所述第一基部表面面向所述第一过载室中的第一配合表面；其中，所述第二过载膜片具有第二基部表面，所述第二基部表面面向所述第二过载室中的第二配合表面；其中，所述第一过载膜片在处于压力平衡、即压差为零的可操作状态下抵靠所述第一配合表面被预加应力，使得所述第一基部表面至少部分地抵靠所述第一配合表面；其中，所述第二过载膜片抵靠所述第二配合表面被预加应力，使得所述第二基部表面至少部分地抵靠所述第二配合表面；其中，所述第一过载膜片具有径向可变的第一材料厚度h(r)；并且其中，所述第二过载膜片具有径向可变的第一材料厚度h(r)。
5.在本发明的进一步发展中，所述第一过载膜片具有面向所述分离膜片的膜片床面，所述膜片床面具有通过机加工或成形而制备出来的轮廓k(r)。这种类型的制备赋予比通常在模具上冲压膜片坯料更多的自由度，但是就其本质而言，局部最大值和相邻局部最小值之间的轴向距离受到过载膜片的材料的原始厚度的限制。
6.在本发明的进一步发展中，所述第一过载膜片的材料厚度h(r)具有在径向范围0《r《0.9r内的局部最大值与局部最小值，其中，所述过载膜片的材料厚度的局部最大值与局部最小值之间的差不小于两倍的、特别是三倍的所述第一分离膜片的材料厚度，并且/或者，其中所述过载膜片的材料厚度的局部最大值与所述过载膜片的在沿半径的所述径向范围上被平均的材料厚度之间的差的量不小于一倍的所述分离膜片的材料厚度，特别是不小于三倍半的所述分离膜片的材料厚度。
7.在本发明的进一步发展中，所述过载膜片的材料厚度h(r)不小于4倍、特别是不小于6倍的局部最大值。
8.在本发明的进一步发展中，所述第一过载膜片具有面向所述第一配合表面的第一基部表面和面向所述第一分离膜片的第一膜片床面，其中，所述第一膜片床面具有轴向坐
标为k(r)的第一膜片床轮廓，以便在单侧过载的情况下支撑所述第一分离膜片，其中，在处于压力平衡、即压差为零的可操作状态下，对于所述第一膜片床轮廓的轴向坐标k(r)的根据半径的二阶导数d2k/dr2和对于所述第一过载膜片的第一材料厚度h(r)的根据半径的二阶导数d2h/dz2，以下适用：
[0009][0010]
其中g是限定积分界限的因子，其中0.9≤g≤1，其中t是不小于0.9、特别是不小于0.95的无量纲特征数。
[0011]
在本发明的进一步发展中，所述第一基部表面具有轴向坐标b(r)，其中在处于压力平衡、即压差为零的可操作状态下，对于所述轴向坐标b(r)的根据半径的二阶导数d2b/dr2，以下适用：
[0012][0013]
其中u是不大于0.2、例如不大于0.1、特别是不大于0.05的无量纲特征数。
[0014]
在本发明的进一步发展中，所述第一过载膜片具有第一中心区域(c)，所述第一中心区域(c)的外半径r不小于所述过载膜片的半径r的30％，特别是不小于40％，其中，所述中心区域(c)与第一过渡区域(b)邻接，所述第一过渡区域(b)在所述第一过载膜片的半径(r)的不小于20％、例如不小于30％上延伸，其中，在所述第一过载膜片的未安装平衡状态下，处于所述第一过渡区域(b)中的所述基部表面b(r)的轴向坐标具有比所述第一中心区域更大的平均无量纲斜率r/h
最大
(b)
·
db(r)/dr，其中，h
最大
(b)是所述过渡区域(b)中的所述过载膜片的最大厚度。
[0015]
在本发明的进一步发展中，在所述第一过载膜片的未安装平衡状态下，利用线性回归确定的所述第一过渡区域的无量纲平均斜率r/h
最大
(b)
·
db(r)/dr不小于1.5，特别是不小于2。
[0016]
在本发明的进一步发展中，在所述第一过载膜片的未安装平衡状态下，所述第一过渡区域(b)具有截头锥形形状。
[0017]
在本发明的进一步发展中，第一边缘区域(a)径向向外地邻接所述第一过渡区域，其中，在所述第一过载膜片的未安装平衡状态下，所述第一边缘区域具有的平均斜率1/(h r)dz(r)/dr不大于所述过渡区域的平均斜率的四分之一，例如不大于八分之一。
[0018]
在本发明的进一步发展中，在所述第一过载膜片的未安装状态下，所述第一基部表面具有针对半径相关的轴向坐标g(r)的平衡形状，其中存在通过线性回归确定的平衡近似函数gn(r)；其中，在所述过载膜片的已安装的可操作状态下，所述第一基部表面具有针对半径相关的轴向坐标b(r)的形状，其中存在通过线性回归确定的操作近似函数bn(r)；其中，所述操作近似函数bn(r)的斜率不大于所述平衡近似函数gn(r)的斜率的四分之三，特别是不大于一半。
[0019]
在本发明的进一步发展中，为所述差压换能器指定差压测量范围，其中，所述第一
过载膜片抵靠所述配合表面被预加应力到如下程度，即：使得在300k的温度和对应于所述差压测量范围的最大值的差压下，所述第一过载膜片的体积行程对应于在压力平衡和常压下容纳在所述第二分离膜片室中的油体积的不大于10％，特别是不大于5％。
[0020]
在本发明的进一步发展中，所述第一过载膜片具有钢，特别是牌号为1.4310或1.8159的冷轧钢。
[0021]
在本发明的进一步发展中，所述第一过载膜片可通过包括回火(即退火和淬火)的方法获得。
[0022]
在本发明的进一步发展中，所述第一过载膜片的有效直径不大于27mm，特别是不大于25mm。有效直径限制过载膜片的可偏转范围。它由将过载膜片紧固到配合主体所利用的接头的内边缘限定。
[0023]
在本发明的进一步发展中，所述第二过载膜片在构造上与所述第一过载膜片基本相同。
[0024]
在本发明的进一步发展中，所述配合表面各自基本上平行于所述过载膜片的基部表面延伸。
[0025]
在本发明的进一步发展中，在处于压力平衡、即压差为零的可操作状态下，在所述配合表面和所述基部表面之间围封的体积在每种情况下都不大于20μl，特别是不大于10μl。
[0026]
在本发明的进一步发展中，所述测量元件主体具有过程连接表面，所述过程连接表面具有第一压力端口和第二压力端口，其中所述第一分离膜片可通过所述第一压力端口经受第一介质压力，并且其中所述第二分离膜片可通过所述第二压力端口经受第二介质压力，并且其中所述两个分离膜片以相对于彼此共面的方式布置。
[0027]
在本发明的进一步发展中，所述测量元件主体具有第一膜片支撑表面和第二膜片支撑表面，其中所述第一分离膜片布置在所述第一膜片支撑表面上，并且所述第二分离膜片240布置在所述第二膜片支撑表面上，其中所述两个膜片支撑表面彼此背对。
附图说明
[0028]
下面参考附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明。图中：
[0029]
图1示出了根据本发明的差压换能器的操作原理的示意图；
[0030]
图2a示出了在平衡位置中的过载膜片的纵向截面；
[0031]
图2b示出了在平衡位置中的、定位在配合主体上方的过载膜片的纵向截面；
[0032]
图2c示出了在处于压力平衡、即压差为零的可操作状态下的分离膜片室和过载室的纵向截面；
[0033]
图2d示出了在过载情况下的分离膜片室和过载室的纵向截面；
[0034]
图3a示出了作为横跨过载膜片两侧的压差的函数的过载膜片的体积行程的图；
[0035]
图3b示出了作为横跨过载膜片两侧上的压差的函数的过载膜片的最大机械应力的图。
具体实施方式
[0036]
图1中的示意图示出了根据本发明的换能器的示例性实施例的各种部件是如何液
压联接以产生其效果的。差压换能器100具有金属的测量元件主体110，第一分离膜片130和第二分离膜片140通过周向接头附接到该金属的测量元件主体110，以分别形成第一和第二分离膜片室132、142。第一和第二过载膜片150、170分别布置在各个分离膜片室132、142内，其中该第一和第二过载膜片150、170通过周向接头被紧固到测量元件主体110，以分别形成第一和第二过载室152、172。该两个分离膜片130、140具有钢，特别是材料厚度小于100μm，例如30μm的不锈钢或弹簧钢，其中在膜片上压印出轮廓，以便改善该两个分离膜片之间的压差与分离膜片的所得体积行程的关系的线性度。分离膜片的直径可以是例如25至30mm。结果，分离膜片非常柔软，并且可以在较小的压差的情况下向两侧偏转(取决于压差的符号)。
[0037]
两个过载膜片150、170的直径略小于分离膜片130、140的直径，其中有效直径可以特别是22mm至26mm。它们还具有取决于测量范围的更大的起始材料厚度，例如200至1000μm，在示例中是700μm，使得过载膜片150、170比分离膜片130、140硬许多倍，特别是硬1000倍以上。另外，过载膜片150、170抵靠测量元件主体110被预加应力，使得首先朝向测量元件主体110的偏转是不可能的，并且其次，在过载室与相邻的分离膜片室之间的压差足以克服对于过载膜片的预加应力之后，才会发生远离测量元件主体110的偏转。过载膜片150、170分别在其面向分离膜片130、140的那一侧上具有波状膜片床，以便在过载的情况下支撑分离膜片130、140。
[0038]
分离膜片室130、140和过载室152、172通过液压路径联接，如下所示。从第一分离膜片室132开始，在测量元件主体110中至少部分地包含孔的第一液压路径200延伸到第二过载室172。相应地是，在测量元件主体110至少部分地包含孔的第二液压路径210延伸到第二过载室172。相应地是，第二液压路径210从第二分离膜片室142延伸到第一过载室152。
[0039]
差压换能器100还包括差压换能器190，例如(压电)电阻换能器或电容换能器，其经由通到两个液压路径202、212的第一和第二毛细管管线202、212连接到第一液压路径，以便记录这两个液压路径之间的压差并提供表示该压差的主电信号。
[0040]
对于差压换能器190，限定了测量范围，该测量范围通常小于差压换能器190可以承受的最大差压。选择对于过载膜片150、170的预加应力，使得它们在测量范围内的压差的情况下仅发生可忽略的偏转。然而，如果压差超过测量范围，则较低压力侧上的过载膜片的偏转开始吸收高压侧的分离膜片室的转移流体的体积，使得高压侧上的分离膜片与高压侧上的膜片床接触，从而防止差压换能器处的压差的进一步增加。因此，过载膜片的被设定尺寸成使得该状态在达到差压换能器的强度极限之前发生。
[0041]
在附图中，分离膜片130、140和过载膜片150、170由圆弧表示。该图示与它们的实际形状无关，因为图1仅涉及差压换能器的部件相对于彼此的功能布置。
[0042]
图2a至图2d示出了根据本发明的差压换能器的过载膜片150在各种安装和操作情况下的示例性实施例。在图2a中，自由的过载膜片150被示出为处于平衡状态，即没有外力和力矩。过载膜片关于z轴基本上旋转对称。它具有在11mm和14mm之间的半径r和0.6mm至0.8mm的最大材料厚度h
最大
。过载膜片150具有平面的中心区域c和平面的边缘区域a，其中过渡区域b(特别是至少部分地是截头锥形的过渡区域b)在这两者之间延伸。因此，过载膜片150具有基部表面150，该基部表面150的轴向坐标b(r)在平衡状态下在中心区域中是恒定的，例如为零，并且在过渡区域b中均匀地增加到过载膜片150的最大材料厚度h
最大
的大约
60％至80％的值。b(r)的这样的值然后在边缘区域a中是恒定的，并且因此也对应于半径r处的值b(r)。过渡区域b以半径rk开始，该半径rk大约是半径r的一半。过载膜片的背对基部表面155的上侧具有膜片床，该膜片床具有(这里为波形)轮廓k(r)，该轮廓通过机加工或成形来制备出来。轮廓的深度在此达到略大于过载膜片150的最大材料厚度h
最大
的一半。因此，过载膜片150的最小材料厚度h
最小
略小于最大材料厚度最大。作为半径的函数的材料厚度h(r)由轮廓k(r)和基部表面b(r)的轴向坐标之间的差产生，即h(r)＝k(r)-b(r)。可以看出，材料厚度h(r)受轮廓k(r)影响，而且在实践中不受b(r)影响。原则上，膜片的弹性特性因此由基部表面的坐标b(r)的走向(course)指定，其中独立于此设计成的轮廓k(r)一方面用于形成膜片床，另一方面用于对过载膜片的应力和刚度进行建模。
[0043]
图2b示出了在测量元件主体110的配合表面115上的过载膜片150。这里，特别重要的是，配合表面不是平面的，而是在中心具有最大值并且向外倾斜。如果过载膜片150搁置在平面的基部上并且通过基部表面在边缘区域中而被抵靠平面的基部夹紧，则配合表面的这种走向大致对应于过载膜片150的弯曲线。实际上，压力仅在半径rk附近作用在基部上。如果配合表面115的中心因此在上述变形期间恰好遵循基部表面的弯曲线，则过载膜片尚未受到支撑。仅配合表面115的中心上的进一步增加才释放了半径rk附近的过载膜片。不管这种释放是否是期望的，都期望配合表面115接近弯曲线b(r)，以便最小化过载室中的转移流体的量。配合表面115根据这些考虑来设计。
[0044]
图2c示出了在处于压力平衡的准备好操作状态下的根据本发明的差压换能器(100)的截面。过载膜片150在根据上述考虑形成的配合表面115上拉伸，并且在其边缘区域中通过周向焊缝154紧固到测量元件主体100，使得过载室152形成在过载膜片150和测量元件主体100之间，然而，过载室152在压力平衡下通过对于过载膜片150的预加应力而被压缩降低到这里未示出的剩余体积。分离膜片130布置在过载膜片150的上方，该分离膜片130通过周向焊缝134固定到测量元件主体110，其中在测量元件主体110与分离膜片130之间形成分离膜片室132。分离膜片130被压印在过载膜片的膜片床153上。分离膜片室132填充有液压转移流体，并且经由第一液压路径210与第二过载室172连通，该第二过载室172在构造上与第一过载室152相同。第一过载室152经由第二液压路径212与第二分离膜片室142连通，该第二分离膜片室142在构造上与第一分离膜片室132相同。
[0045]
最后，图2d示出了如果第二分离膜片室142中的或第二液压路径212中的压力与第一分离膜片室132中的压力之间的差超过了为差压换能器指定的测量范围之外的极限值时的过载事件。在这种情况下，第一过载膜片偏转，并吸收从第二分离膜片室142排出的一定体积的转移流体，使得第二分离膜片与第二过载膜片接触。
[0046]
为了促进过载膜片150的可靠偏转，如果配合表面115在压力平衡下仅大致遵循基部表面155的弯曲线，则这是有利的，使得剩余量的转移流体仍然保留在过载室152中，以便将压力传递到过载膜片150。为了支撑，可以在配合表面和/或基部表面中制备出沟槽形式的通道，以促进在过载膜片的下方分配转移流体。
[0047]
图3a和图3b中的图示出了针对来自图2a至图2d的过载膜片的fem计算的结果。因此，过载膜片的特征在于牌号为1.8159的弹簧钢，其具有实验确定的195gpa的弹性模量和1.3gpa的r
p02
。起始材料厚度h
最大
设定为700μm，过载膜片的有效直径设定为23.6mm。图3a示出了作为过载膜片两侧之间的差压的函数的过载膜片的体积行程。因此，体积行程在直到
大约1.8mpa的差压在实践上都是可忽略不计的，然后体积行程在过载的情况下突然增加，在大约3.9mpa时达到大约55μl。这足以吸收来自连接到过载室的分离膜片室的全部体积的转移流体，以便因此防止差压的进一步增加并保护差压换能器。已经表明，有利的是，在差压换能器进入操作之前，例如当测量元件填充有转移流体时，将这种单侧过载压力施加到过载膜片一次，以产生最大的所需体积行程。这导致作为差压的函数的体积行程的特征曲线的轻微修改。因此，过载膜片略微塑性变形。图3a中的实线特征曲线表示过载膜片的这种第一次偏转，而虚线特征曲线适用于所有进一步的偏转。这种第一次偏转的效果在图3b中清楚地示出，图3b示出了作为差压的函数的过载膜片中的最大von mises应力的fem计算结果。反过来，实线适用于过载膜片的第一次偏转，而虚线描述所有进一步的偏转。在第一次偏转处，可以看到过载膜片的材料的应力峰值超过r
p02
。这导致过载膜片在初始偏转时的最小塑性变形。然而，在反复偏转的情况下，应力峰值在很大程度上被消除，这就是为什么因此实现体积行程与差压之间的恒定关系的原因。这允许可靠地保护差压换能器免受一侧上的过载。

技术特征：
1.一种具有过载保护的差压换能器(100)，包括：测量元件主体(110)；第一分离膜片(130)；第二分离膜片(140)；第一过载膜片(150)；第二过载膜片(170)；差压换能器(190)，所述差压换能器(190)用于将压差转换成电信号；第一液压路径(200)；以及第二液压路径(210)；其中，所述第一过载膜片(150)连接到所述测量元件主体(110)，以沿着周向的第一过载膜片边缘(154)形成具有可变容积的第一过载室(152)；其中，所述第二过载膜片(170)连接到所述测量元件主体(110)，以沿着周向的第二过载膜片边缘(174)形成具有可变容积的第二过载室(172)；其中，所述第一分离膜片(130)连接到所述测量元件主体(110)，以沿着周向的第一分离膜片边缘(134)形成第一分离膜片室(132)，其中，所述第一过载膜片(150)被围封在所述测量元件主体(110)与所述第一分离膜片(130)之间；其中，所述第二分离膜片(140)连接到所述测量元件主体(110)，以沿着周向的第二分离膜片边缘(144)形成第二分离膜片室(142)，其中，所述第二过载膜片(170)被围封在所述测量元件主体(110)和所述第二分离膜片(140)之间；其中，所述第一分离膜片室(132)经由所述第一液压路径(200)液压连接到所述第二过载室(172)，所述第一液压路径(200)至少部分地延伸穿过所述测量元件主体(110)；其中，所述第二分离膜片室(142)经由所述第二液压路径(210)液压连接到所述第一过载室(152)，所述第二液压路径(210)至少部分地延伸穿过测量元件主体(110)；其中，所述差压换能器(190)液压连接到所述第一分离膜片室(132)和所述第二分离膜片室(152)；其中，所述第一过载膜片(150)具有第一基部表面(155)，所述第一基部表面(155)面向所述第一过载室(152)中的第一配合表面(115)；其中，所述第二过载膜片(170)具有第二基部表面(175)，所述第二基部表面(175)面向所述第二过载室(172)中的第二配合表面(117)；其中，所述第一过载膜片(150)在处于压力平衡、即压差为零的可操作状态下抵靠所述第一配合表面(115)被预加应力，使得所述第一基部表面(155)至少部分地抵靠所述第一配合表面(115)；其中，所述第二过载膜片(170)抵靠所述第二配合表面(117)被预加应力，使得所述第二基部表面(175)至少部分地抵靠所述第二配合表面(117)；其中，所述第一过载膜片(150)具有径向可变的第一材料厚度h(r)；并且其中，所述第二过载膜片(170)具有径向可变的第一材料厚度h(r)。2.根据权利要求1所述的差压换能器(100)，其中，所述第一过载膜片具有面向所述分离膜片的膜片床面(153)，所述膜片床面(153)具有通过机加工或成形而制备出来的轮廓k(r)。3.根据前述权利要求中的一项所述的差压换能器(100)，其中，所述第一过载膜片
(150)的材料厚度h(r)具有在径向范围0<r<0.9r内的局部极值，其中，所述过载膜片(150)的材料厚度的局部最大值与局部最小值之间的差不小于两倍的所述第一分离膜片(130)的材料厚度、特别是不小于三倍的所述第一分离膜片(130)的材料厚度，并且/或者，其中，所述过载膜片的材料厚度的局部最大值与所述过载膜片的在沿半径的所述径向范围上被平均的材料厚度之间的差的量不小于一倍的所述分离膜片的材料厚度，特别是不小于三倍半的所述分离膜片的材料厚度。4.根据权利要求3所述的差压换能器，其中，所述过载膜片的材料厚度h(r)不小于4倍的局部最大值，特别是不小于6倍的局部最大值。5.根据前述权利要求中的一项所述的差压换能器，其中，所述第一过载膜片(150)具有面向所述第一配合表面(115)的第一基部表面(155)和面向所述第一分离膜片的第一膜片床面(154)，其中，所述第一膜片床面具有轴向坐标为k(r)的第一膜片床轮廓，以便在单侧过载的情况下支撑所述第一分离膜片，其中，在处于压力平衡、即压差为零的可操作状态下，对于所述第一膜片床轮廓的所述轴向坐标k(r)的根据半径的二阶导数d2k/dr2和对于所述第一过载膜片的所述第一材料厚度h(r)的根据半径的二阶导数d2h/dr2，以下适用：其中g是限定积分界限的因子，其中0.9≤g≤1，其中t是不小于0.9，特别是不小于0.95的无量纲特征数。6.根据权利要求5所述的差压换能器(100)，其中，所述第一基部表面(155)具有轴向坐标b(r)，其中，当所述第一过载膜片抵靠所述配合表面时，对于所述基部表面的所述轴向坐标b(r)的根据半径的二阶导数d2b/dr2，并且对于所述第一过载膜片的所述第一材料厚度h(r)的根据半径的二阶导数d2h/dr2，以下适用：其中u是不大于0.1、特别是不大于0.05的无量纲特征数。7.根据前述权利要求中的一项所述的差压换能器(100)，其中，所述第一过载膜片(150)的材料厚度h(r)具有在径向范围0<r<0.9r内的局部极值，其中，所述过载膜片(150)的材料厚度的局部最大值与局部最小值之间的差不小于两倍的所述第一分离膜片(130)的材料厚度、特别是不小于三倍的所述第一分离膜片(130)的材料厚度，并且/或者，其中，所述过载膜片的材料厚度的局部最大值与所述过载膜片的在沿半径的所述径向范围上被平均的材料厚度之间的差的量不小于一倍的所述分离膜片的材料厚度，特别是不小于三倍半的所述分离膜片的材料厚度。8.根据前述权利要求中的一项所述的差压换能器(100)，其中，所述第一过载膜片(150)具有第一中心区域(c)，所述第一中心区域(c)的外半径r不小于所述过载膜片的半径r的30％，特别是不小于40％，其中，所述中心区域(c)与第一过渡区域(b)邻接，所述第一过渡区域(b)在所述第一过载膜片(150)的半径(r)的不小于20％，例如不小于30％上延伸，其
中在所述第一过载膜片(150)的未安装平衡状态下，在所述第一过渡区域(b)中的所述基部表面b(r)的轴向坐标具有比所述第一中心区域更大的平均无量纲斜率r/h
最大
(b)
·
db(r)/dr，其中，h
最大
(b)是所述过载膜片的在所述过渡区域(b)中的最大厚度。9.根据权利要求8所述的差压换能器，其中，在所述第一过载膜片(150)的未安装平衡状态下，利用线性回归确定的所述第一过渡区域的无量纲平均斜率r/h
最大
(b)
·
db(r)/dr不小于1.5，特别是不小于2。10.根据权利要求8或9所述的差压换能器(100)，其中，在所述第一过载膜片(150)的未安装平衡状态下，所述第一过渡区域(b)具有截头锥形形状。11.根据权利要求7-9中的一项所述的差压换能器(100)，其中，第一边缘区域(a)径向向外地邻接所述第一过渡区域，其中在所述第一过载膜片(150)的未安装平衡状态下，所述第一边缘区域具有的平均斜率1/(h r)dz(r)/dr不大于所述过渡区域的所述平均斜率的四分之一，例如不大于八分之一。12.根据前述权利要求中的一项所述的差压换能器(100)，其中，在所述第一过载膜片(150)的未安装状态下，所述第一基部表面(155)具有对于半径相关的轴向坐标g(r)的平衡形状，其中存在通过线性回归确定的平衡近似函数gn(r)；其中，在所述过载膜片(150)的已安装的可操作状态下，所述第一基部表面(155)具有对于半径相关的轴向坐标b(r)的形状，其中存在通过线性回归确定的操作近似函数bn(r)；其中，所述操作近似函数bn(r)的斜率不大于所述平衡近似函数gn(r)的斜率的四分之三，特别是不大于所述平衡近似函数gn(r)的斜率的一半。13.根据前述权利要求中的一项所述的差压换能器，其中，为所述差压换能器指定差压测量范围，其中，所述第一过载膜片抵靠所述配合表面被预加应力到如下程度，即：使得在300k的温度和对应于所述差压测量范围的最大值的差压下，所述第一过载膜片的体积行程对应于在压力平衡和常压下容纳在所述第二分离膜片室中的油体积的不大于10％，特别是不大于5％。14.根据前述权利要求中的一项所述的差压换能器(100)，其中，所述第一过载膜片具有钢，特别是牌号为1.4310或1.8159的冷轧钢。15.根据前述权利要求中的任一项所述的差压换能器(100)，其中，所述第一过载膜片已经被回火处理。16.根据前述权利要求中的任一项所述的差压换能器(100)，其中，所述第二过载膜片(170)在构造上与所述第一过载膜片(150)基本相同。

技术总结
本发明涉及一种具有过载保护的差压测量传感器(100)，包括：测量单元主体(110)；两个分离膜片(130、140)；具有径向可变的材料厚度h(r)的两个过载膜片(150、170)；用于将差压转换成电信号的差压换能器(190)；和两个液压路径(200、210)；其中，所述过载膜片(150、170)中的每个过载膜片均连接到所述测量单元主体(110)，从而形成过载室；所述分离膜片(130、132)连接到所述测量单元主体(110)，从而形成分离膜片室，在所述分离膜片室中的每个分离膜片室中围封所述过载膜片中的一个过载膜片；所述分离室的膜片(132)中的每个膜片均经由所述液压路径(200、210)中的一个液压路径在另一个分离膜片室下方被液压连接到所述过载室(152、172)并且被液压连接到所述差压换能器(190)，所述液压路径(200、210)至少部分地延伸穿过所述测量单元主体(110)；并且所述过载膜片(150、170)中的每个过载膜片具有基部表面(155、175)，所述基部表面面向过载室(152、172)中的配对表面，在压力相同时的待命状态下，所述过载膜片(150、170)抵靠所述配对表面被预张紧。170)抵靠所述配对表面被预张紧。170)抵靠所述配对表面被预张紧。


技术研发人员：托马斯
受保护的技术使用者：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2023/8/5