共面差压换能器的制作方法

1.本发明涉及一种共面差压换能器。
2.根据本发明的差压换能器优选地是用于自动化技术领域。


背景技术：

3.差压计的主要部件是测量单元和换能器室，在换能器室中布置有包括压敏元件的压差测量感测器。差压计特别用于对测量介质中(例如液体、蒸气、气体和灰尘中)的压差进行连续测量。根据差压，例如可以确定储罐中的填充材料的填充水平高度或通过管道导管的测量介质的流量。
4.硅芯片通常用作压敏元件。为了实现良好的测量灵敏度，差压换能器优选地是在接近压力的临界极限值(标称压力)的范围内操作。如果超过临界极限值，则存在芯片被破坏的风险。由于硅芯片特别具有相对低的过载电阻，因此通常给差压换能器分配过载保护。这优选设计成使得其尽可能小地损害压敏元件的测量灵敏度和测量精度。
5.wo 2018/165122 a1公开了一种共面构造的差压换能器，在该差压换能器中，具有分离膜片和过载膜片的压力入口布置在一个平面中，特别是布置在面向过程的端部区域中。这就是所谓的双膜片系统。共面差压换能器被构造成使得其可连接到标准化的3051接口。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提出一种可适用于不同客户连接件的差压换能器。
7.本发明的目的是通过一种共面差压换能器来实现的，所述共面差压换能器包括测量单元和换能器室，所述测量单元具有面向过程的两个分离膜片，其中两个压力被施加到所述分离膜片，所述压力经由对应的毛细管系统被液压地传递到布置在换能器室中的压敏测量元件。在测量单元的面向过程的端部区域中，测量单元被设计为过程连接件，该过程连接件用于客户连接件的硬件接口。在过程连接件的基体的面向过程的端面中，在所述两个分离膜片中的每一个分离膜片的上游设有盘形凹部。两个盘形凹部中的每一个盘形凹部在每种情况下呈具有不同半径的两个圆的形式，这两个圆相交成椭圆形结构。设置了两个插入盘，所述两个插入盘具有开口并且对应于椭圆形的盘形凹部。所述插入盘可以安装在椭圆形的盘形凹部中，并且被设计成使得过程连接件可以适配于客户连接件的硬件接口。
8.根据发展，设置了至少两对不同的插入盘，其被设计成使得过程连接件可以安装在对应的客户连接件的至少两个不同的硬件接口上，特别是安装在至少两个不同的标准硬件接口上。
9.此外，提出了椭圆形的盘形凹部和对应的插入盘被设定尺寸，使得周向焊缝位于分离膜片的外部，用于将插入盘安装在椭圆形的盘形凹部中。优选地是，两个椭圆形的盘形凹部彼此完全对称地布置。
10.进一步提出，两个椭圆形的盘形凹部被布置成使得它们以两个较大尺寸的半径彼
此相邻，而同时它们以两个较小的半径与过程连接件的两个相对的外边缘对齐。
11.在本发明的上下文中，规定了在两个插入盘对应于第一硬件接口的情况下，优选地是圆形的开口在各情况下位于较大半径的区域中。第一硬件接口优选地是3051接口。这里，还规定了围绕两个圆形的开口中的每一个开口布置有周向环形沟槽。这用于接收密封件。第二硬件接口可以是例如iec接口。这里规定，在两个插入盘对应于第一硬件接口的情况下，优选地是圆形的开口在各情况下位于较小半径的区域中。
12.根据本发明的共面差压换能器的另一实施例规定了椭圆形的盘形凹部用对应的盲插入盘密封。通过将盲插入盘紧固在椭圆形凹部中，这些凹部以压力密封和气体密封的方式密封。待测量的压力例如经由过程连接件处的横向延伸的孔到达相应的分离膜片。
附图说明
13.参考以下附图更详细地解释本发明。图中：
14.图1示出了穿过差压换能器的部分纵向截面，其示出了主要部件，
15.图1a部分示出了图1所示的差压换能器的分解图，
16.图2a示出了穿过示意性示出的、具有共面适配器的根据本发明的差压换能器的纵向截面的细节，
17.图3a示出了过程适配器的下端面的平面图，
18.图3b示出了具有用于客户接口(3051)的插入盘的盘形凹部的位置的概略示意图，
19.图3c示出了具有用于另一客户接口(iec)的左插入盘的盘形凹部的位置的部分概略示意图，
20.图3d示出了具有用于图3c所示的另一客户接口的插入盘的过程适配器的端面的平面图；
21.图4示出了具有过载保护的共面差压换能器的示意图，在该共面差压换能器中可以使用根据本发明的共面适配器。
具体实施方式
22.图1示出了差压换能器1的透视图，其中布置在内部的其中一些部件可以通过部分纵向截面而看到。图1a是图1所示的差压换能器1的局部分解图。
23.差压换能器1包括由过程连接件21和壳体适配器22形成的压力密封或气体密封单元。差压换能器1的主要部件是集成在过程连接件21中的测量单元2和换能器室3，在换能器室3中定位有具有压敏测量元件13的差压测量感测器12。
24.在测量单元2的面向过程的区域中，设置了在一个平面中相邻、即共面的两个分离膜片5a、5b。在差压换能器1的测量操作期间，压力p1、p2被施加到分离膜片5a、5b，其差值dp将被测量或确定。压力经由客户连接件/阀块24供应，该客户连接件/阀块24包括客户接口23a、23b。根据所使用的标准，这些客户接口23a、23b可以在直径和彼此的相对距离上变化。例如，已知标准是主要在美国用于连接压力传感器的3051标准，或者在世界的许多地方使用的iec标准。与iec标准中的客户接口23a、23b的情况相比，在3051标准中，客户接口23a、23b具有较小的彼此之间的相对距离并具有更大的直径。
25.两个压力p1、p2从分离膜片5a、5b经由对应的毛细管系统10a、10b、11a、11b被液压
地传导到压敏测量元件13的两个相对的加压表面13a、13b。毛细管系统可以是基体9(例如测量单元2的基体9和壁室3)中的毛细管孔，或者也可以是中间体中的毛细管孔。可替代地是，在测量单元和换能器室的单独变型例中，毛细管系统还可以至少部分地由毛细管管道组成。测量机构2是对称的，优选地是完全对称。这在制造期间产生相当大的优点。
26.为了经由螺栓(未示出)将压力测量换能器1和客户连接件24彼此连接，在测量单元2的面向过程的端部区域中，测量单元2被设计为过程连接件21。通过根据本发明的共面适配器，其设置在过程连接件21的面向过程的端部区域上或之中，现在可以容易地将标准过程连接件21调整或适配到不同的客户连接件24a、24b。
27.用于将标准过程适配器21适配到不同的客户接口24a、24b的共面适配器可以在图2a和图3a至图3d中在不同的实施例和图示中看到。图2a示出了穿过过程连接件21的面向过程的端部区域的纵向截面。在过程连接件21的基体9的面向过程的端面的区域中，在两个分离膜片5a、5b中的每一个分离膜片的上游设有盘形凹部17。两个盘形凹部中的每一个盘形凹部在各情况下呈具有不同半径ra、rb的两个圆的形式，其相交成椭圆形结构。将具有开口26a或26b的对应的插入盘19a或19b插入到两个椭圆形的盘形凹部17中。压力p1、p2经由这些开口26a、26b到达分离膜片5a、5b。对应的插入盘19a、19b意味着插入盘19a、19b的形式和尺寸适配于椭圆形的盘形凹部17。这可以通过图3a和图3d中的示例清楚地看出。插入盘19a、19b被构造成使得过程连接件21可以适配于客户连接件24a、24b的硬件接口23a、23b。
28.对于每个客户连接件24a、24b，存在一对匹配的插入盘19a、19b，过程连接件21可以经由上述匹配的插入盘对被安装在对应的客户端子24a、24b的至少两个不同的硬件接口23a、23b上。由于客户连接件24a、24b也在很大程度上是标准化的，因此明确地命名两个客户连接件24a、24b是足够的：3051标准和iec标准。已经在上文中更详细地提及和描述了这两个标准。
29.客户连接件24a、24b所需的插入盘19a、19b安装在椭圆形盘的形凹部17中，使得用于安装插入盘19a、19b的周向焊缝25在分离膜片5a、5b外部位于椭圆形的盘形凹部17中。这对于确保分离膜片5a、5b的功能不会在焊接工艺期间被温度效应损害是重要的。焊缝的路线在图3d中清楚可见。
30.与选定的插入盘19a、19b类似，两个椭圆形的盘形凹部17相对于彼此完全对称地布置。
31.图3b示出了两个椭圆形的盘形凹部被布置成使得它们以两个较大的半径ra彼此相邻，而同时它们以两个较小的半径rb与过程连接件21的两个相对的外边缘对齐。优选地是圆形的开口26a在各情况下位于较大半径ra的区域中。选择凹部17的尺寸且特别是插入盘19a的尺寸，使得过程连接件21可以连接到硬件接口23a，该硬件接口23a是3051接口。具有半径r1的两个圆形的开口26a中的每一个开口被周向环形沟槽20围绕。这用于接收密封件或密封材料。
32.图3c示出了左侧凹部17和对应于另一硬件接口23b的插入盘19b。具有插入盘19b的右侧凹部与之共面布置，但在图3c中未示出。这里，优选地是圆形的开口26b位于插入盘19b的较小半径rb的区域中。圆形开口具有半径r2。优选地是，插入盘19b被设计成使得过程适配器21可以对接到根据iec标准的客户连接件24。
33.图4示出了具有过载保护的特定的差压换能器1的优选实施例，在该差压换能器中
可以使用共面适配器17、19a；19b。当然，根据本发明的适配器可以与共面差压换能器1的任何实施例一起使用；其不限于下面描述的实施例。差压换能器1用于确定两个压力p1、p2之间的差压。两个压力p1、p2之间的差压的测量用于例如在管道导管中确定流量。例如，差压换能器1的另一应用是确定位于储罐中的流体介质的填充水平高度。
34.差压换能器1包括测量单元2和转换器室3。共面双膜片系统具有两个双膜4a、4b，该共面双膜片系统设置在测量单元2的面向过程的端部区域上或该端部区域中。测量单元2布置在过程连接件21中。具有压敏元件13的差压测量感测器12布置在换能器室3中。转换器室3位于壳体适配器22中。在所示的情况下，换能器室3和测量单元2彼此偏移；测量单元2和换能器室3的毛细管管道经由毛细管管道彼此连接。
35.两个双膜片4a、4b各自包括过程膜片5a、5b或分离膜片5a、5b和过载膜片6a、6b，所述过载膜片6a、6b在压力的作用方向上布置在分离膜片5a、5b的后方。第一压力室7a形成在第一分离膜片5a和第一过载膜片6a之间，第一附加压力室8a或过压室8a形成在第一过载膜片6a和基体9之间。此外，在第二分离膜片5b和第二过载膜片6b之间形成第二压力室7b，并且在第二过载膜片6b和基体9之间形成第二附加压力室8b或第二过压室8b。
36.第一连接毛细管10a被分配给第一附加压力室8a，第二连接毛细管10b被分配给第二附加压力室8b。第一辅助毛细管11a被分配给第一压力室7a。第二辅助毛细管11b被分配给第二压力室7b。在所示的实施例中，在测量单元2中实现了第一辅助毛细管11a与第二连接毛细管10b之间以及第二辅助毛细管11b与第一连接毛细管10a之间的压力传递联接/相交。可替代地是，如图1所示，它可以在换能器室3中发生。也可能的是，毛细管的相交发生在换能器室3的后方，或者根据两个替代方案：部分地发生在换能器室3中，且部分地发生在中间空间中，或者部分地发生在换能器室3中，且部分地发生在测量单元2中。
37.在所示的实施例中，压力传递和将过压限制为不损坏或破坏压敏元件13的量并行地操作，其中在压力动力学方面确保了过压在其到达压力测量感测器12之前受到限制。对于过压的限制经由过载膜片6a、6b的相应预定的预加载进行。这些以如下这样的方式被预加载，即：使得在正常的测量操作中，它们以形状配合的方式并且在大约整个表面上支承抵靠基体9的壳体，并且仅在超过预定的临界极限压力时才从测量单元2或过程适配器21的基体9提升离开。直到该极限压力，都确保压敏元件的完整性。
38.在常规测量操作期间，以及在发生过压的初始阶段，过载膜片6a、6b与测量单元2的基体9进行全表面接触。这种支承是大体形状配合的；因此，过载膜片6a、6b被预加载。测量压力p1、p2通过分离膜片5a和5b、压力室7a和7b、连接毛细管10a和10b以及辅助毛细管11a和11b传到附加压力室8a、8b的后侧，并且与换能器室3并联或与压敏测量元件13并联。
39.过载膜片6a、6b和测量元件13是液压并联的，因此相同的压力作用在两者上。在过载膜片6a、6b和测量元件13处，差压dp由p
1-p2形成。压敏测量元件13根据所述差压而偏转。由于过载膜片6a、6b被预加载，因此有必要防止它们的偏转达到限定值。当然，预加载也大于测量范围。
40.压敏测量元件13经由压力室7b和连接毛细管11b、10a接收正侧(+)的压力信息。压敏测量元件13的负侧(-)的压力信息经由压力室7a和连接毛细管11a、10b传递。由于过载膜
片6a、6b在测量单元2的基体9上的被预加载的且近似形状配合的支撑，经由附加压力室8a、8b的并联路径的影响实际上是可忽略的。
41.在过载的情况下，即：当在差压换能器1的右侧上发生单侧过压时，分离膜片5b上的和压力室7b中的压力增加。由于过载膜片6b支承抵靠基体9，因此附加压力室8b中的压力增加是不可能的。压力经由压力室7b传递到连接毛细管11b，并且经由连接毛细管10a作用在压敏测量元件13的正侧(+)上；并行地是，压力也作用在过载膜片6a的背对过程的后侧上。如果压力超过过载膜片6a的预加载，则过载膜片6a偏转，并且附加压力室8a可以接收从压力室7b排出的液压流体16，通常是硅油。附加压力室8a和下游的压力室7a中的压力连续上升。过载膜片6a和分离膜片5a在过程的方向上偏转。仅在所有的油16从压力室7b排出时，该程序才结束，并且分离膜片5b搁置在被支撑于测量单元2的基体9上的过载膜片6b上。一旦达到该状态，则液压系统内部的压力就不能进一步增加：压力限制、即过载保护生效。
42.差压换能器1的毛细管系统经由这些填充孔15a、15b被填充转移流体16。填充孔14a、14b在过程连接件21中或在测量单元2中横向地延伸。在所示的实施例中，填充孔14a、14b平行于过程连接件21的底面延伸。位置被选择成使得填充所需的油量尽可能得低。
43.为此，封闭元件15a、15b也尽可能靠近毛细管10a、10b、11a、11b的相交点设置。由于在差压换能器1的内部中的这种布置，处于封闭元件15a、15b后方的填充孔14a、14b受到保护以免腐蚀。此外，填充孔14a、14b的对应区域也可以相对外部被灌封(potted)，但是由于填充孔14a、14b的位置(其从外部被封闭)，这不是绝对必需的。
44.优选球形的封闭元件15a、15b被压入到填充孔14a、14b中并且随后被填塞，所述封闭元件15a、15b在各情况下设置为压力密封、气体密封或至少液体密封的封闭件。原则上，用于封闭填充孔14a、14b的开口的其它方法也是可用的。然而，焊接在这方面被慎重看待，因为由于温度升高而可能发生对转移流体16的限定性能的负面影响。
45.附图标记列表
46.1 差压换能器
47.2 测量单元
48.3 换能器室
49.4a、4b 第一双膜片、第二双膜片
50.5a、5b 第一分离膜片、第二分离膜片
51.6a、b6 第一过载膜片、第二过载膜片
52.7a、7b 第一压力室、第二压力室
53.8a、8b 第一附加压力室、第二附加压力室
54.9 基体
55.10a、10b 第一连接毛细管、第二连接毛细管
56.11a、11b 第一辅助毛细管、第二辅助毛细管
57.12 差压测量感测器
58.13 压敏差压元件
59.14a、14b 填充孔
60.15a、15b 封闭元件
61.16 转移流体/液压流体/油
62.17 椭圆形的盘形凹部
63.18 动态制动器
64.19 插入板
65.20 周向沟槽
66.21 过程连接件
67.22 壳体适配器
68.23a、23b 硬件接口
69.24a、24b 客户连接件
70.25 焊缝
71.26a、26b 开口

技术特征：
1.一种共面差压换能器(1)，所述共面差压换能器(1)具有测量单元(2)和换能器室(3)，其中所述测量单元(2)具有面向过程的两个分离膜片(5a、5b)，其中两个压力(p1、p2)被施加到所述分离膜片(5a、5b)，并且所述压力经由对应的毛细管系统(10a、10b、11a、11b)液压地传递到布置在所述换能器室(3)中的压敏测量元件(13)，其中，在所述测量单元(2)的面向过程的端部区域中，所述测量单元(2)被设计为过程连接件(21)，所述过程连接件(21)用于客户连接件(24a；24b)的硬件接口(23a、23b)，其中，在所述过程连接件(21)的基体(9)的面向过程的端面中，在所述两个分离膜片(5a、5b)中的每一个分离膜片的下游设有盘形凹部(17)，其中两个盘形凹部中的每一个盘形凹部呈现具有不同半径(ra；rb)的两个圆的形式，所述两个圆相交为椭圆形结构，其中设置有与椭圆形的所述盘形凹部(17)相对应的两个插入盘(19a；19b)，所述插入盘具有开口(26a；26b)，所述插入盘能够安装在椭圆形的所述盘形凹部(17)中，并且所述插入盘被设计成使得所述过程连接件(21)能够适配于所述客户连接件(24a；24b)的所述硬件接口(23a；23b)。2.根据权利要求1所述的共面差压换能器，其中，设置至少两对不同的插入盘(19a、19b)，所述插入盘(19a、19b)被设计成使得所述过程连接件(21)能够安装在对应的客户连接件的至少两个不同的硬件接口(23a、23b)上，特别是安装在至少两个不同的标准硬件接口上。3.根据权利要求1或2所述的共面差压换能器，其中，椭圆形的所述盘形凹部(17)和对应的所述插入盘(19a；19b)被设定尺寸，使得用于安装所述插入盘(19a；19b)的周向焊缝(25)在所述分离膜片(5a、5b)外部位于椭圆形的所述盘形凹部(17)中。4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的共面差压换能器，其中，两个椭圆形的所述盘形凹部(17)关于彼此完全对称地布置。5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的共面差压换能器，其中，两个椭圆形的所述盘形凹部被布置成使得两个椭圆形的所述盘形凹部以两个较大的半径(ra)彼此相邻，而同时两个椭圆形的所述盘形凹部以两个较小的半径(rb)与所述过程连接件(22)的两个相对的外边缘对齐。6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的共面差压换能器，其中，在两个插入盘(19a)对应于第一硬件接口(23a)的情况下，优选地是圆形的所述开口(26a)在各情况下位于较大的半径(ra)的区域中。7.根据权利要求6所述的共面差压换能器，其中，所述第一硬件接口(23a)为3051接口。8.根据权利要求6或7所述的共面差压换能器，其中，围绕两个圆形的所述开口(26a)中的每一个开口布置有周向环形沟槽(20)。9.根据权利要求1至5中的一项或多项所述的共面差压换能器，其中，在两个插入盘(19b)对应于第一硬件接口(23b)的情况下，优选地是圆形的所述开口(26b)在各情况下位于较小的半径(rb)的区域中。10.根据权利要求9所述的共面差压换能器，其中，所述第二硬件接口(23b)为iec接口。

技术总结
本发明涉及一种共面差压换能器(1)，其包括测量机构(2)和换能器室(3)，所述测量机构(2)具有两个面向过程的分离膜片(5a、5b)。两个压力(p1、p2)施加到所述分离膜片(5a、5b)，所述压力经由对应的毛细管系统(10a、10b、11a、11b)被液压地传递到位于所述换能器室(3)中的压敏测量元件(13)。在所述测量机构的面向过程的端部区域中，所述测量机构(2)被设计为过程连接件(21)，该过程连接件(21)用于客户连接件(24a；24b)的硬件接口(23a、23b)。在所述过程连接件(21)的主体(9)的面向过程的端面中，在所述两个分离膜片(5a、5b)中的每一个分离膜片的前方设有盘形凹部(17)。两个盘形凹部(17)中的每一个盘形凹部为两个圆的形式，所述两个圆相交为椭圆形结构并具有不同半径(Ra；Rb)。设置两个插入盘(19a；19b)，所述插入盘具有开口(26a；26b)，所述插入盘对应于椭圆形的所述盘形凹部(17)，所述插入盘能够安装在椭圆形的所述盘形凹部(17)中，并且所述插入盘被设计成使得所述过程连接件(21)能够适配于所述客户连接件(24a；24b)的所述硬件接口(23a；23b)。23b)。23b)。


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