压力传感器装置以及用于利用这种压力传感器装置进行过程工具化的测量转换器制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种具有管部件(2)的压力传感器装置(1)，在管部件的横截面内布置了施加有待测量的压力(P)的膜(3)。膜(3)在中间区域内具有高抗弯刚度并且在边沿区域内借助两个支腿(8、9)弹性地安置在管部件(2)中。用于检测轴向上的位移量的工具(7、14、15)从外部良好接触地布置在管部件(2)的外侧上，并且有利地不与过程介质接触。压力传感器装置(1)的特征在于一种特别简单的结构性构造，并且能够有利地用在用于过程工具化的测量转换器中。

Pressure sensor device and measuring converter for process tooling using the pressure sensor device

The present invention relates to a pressure sensor device (1) with a tube part (2), and a membrane (3) is applied to a pressure part (P) to be applied to the cross section of the tube member. The membrane (3) has high bending stiffness in the middle area and is elastically positioned in the pipe part (2) by means of two outrigger (8, 9) in the border area. The tools (7, 14, 15) used to detect the displacement in the axial direction are arranged on the outside of the tube parts (2) in good contact from the outside, and are not in favor of contact with the process medium. The pressure sensor device (1) is characterized by a particularly simple structural configuration and can be advantageously used in a measuring converter for process instrumentalism.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压力传感器装置以及用于利用这种压力传感器装置进行过程工具化的测量转换器
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、具有管部件的压力传感器装置，在管部件的横截面中布置了施加有待测量的压力的膜，本专利技术还涉及一种根据权利要求6所述的、用于利用这种压力传感器装置进行过程工具化的测量转换器。
技术介绍
在过程技术设备中，为了控制过程使用多种多样的现场设备用于过程工具化。测量转换器用于检测过程变量，像例如某种介质的温度、压力、流通量、液位、密度或者气体浓度。通过执行机构能够依据所检测的过程变量按照一种例如由可编程逻辑控制器或者控制台预设的策略影响过程进程。执行机构例如是有调节阀、加热器或者泵。尤其是在工艺技术设备中，压力测量转换器是在自动化的生产进程框架内的主要传感组件。就最佳的设备属性和持久的高产品品质而言，需要高品质的测量转换器，其即使在极端条件下也提供长期稳定的并且错误不多的测量值。由DE19608321C2中公知一种具有过载保护系统的压力传感器装置，它可以作为传感器或者测量单元用在用于压差的测量转换器中。公知的测量单元填充有油，从而将真正的压力传感器与可能有侵蚀性的过程介质分隔开。这种过载保护系统由多个相互对应的膜以及一个额外与此匹配的油填充件组成。这种测量单元的结构因此成本较为高昂，并且为了制造这种测量单元需要许多焊接过程。此外，对于部件几何外形、材料属性和焊接参数都有很高的精准度要求。真正的压力传感器的电接触例如必须经由耐高压的玻璃穿引部从被施加压力的测量单元内腔向外导向一个电子件单元，在这个电子件单元中进行信号处理以确定压力测量值。此外，测量单元仅仅在特定条件下真空密闭，并且也只能用于比较有限的温度范围。在必须避免过程介质被油污染危险的卫生场合下，不能使用这种测量单元。另一种压力传感器装置由EP2294376B1中公知。在此，为了检测压力使用具有多个相互形成夹角的膜部段的膜。一个膜部段作为分隔膜布置在压力管的横截面中，并且一个与之形成夹角的膜部段作为侧壁膜布置在压力管壁的区域内。在分隔膜上的压差导致它变形，这种变形基于两个膜部段之间的固定夹角而传递到侧壁膜上，使得由此决定的侧壁膜变形同样也反映压力管内的压力比。用于检测膜变形的工具布置在侧壁膜的外侧上，因此该工具不与要测量其压力的介质接触。因为第一膜部段作为分隔膜布置在管部件的横截面中，所以公知的压力传感器装置不仅可以用作绝对压力传感器而且也可以用作压差传感器，这根据在分隔膜的一侧上是否存在被定义的参考压、还是这个分隔膜在两侧都被加载测量压而定。公知的压力传感器装置设置用于在监控柴油颗粒过滤器的框架内的应用，以测量在颗粒过滤器前方和后方的废气压，并且这样测定其负载的水平。在此，与过程工具化不同，肯定有低静态压出现。然而，在所描述的压力传感器装置中，压差测量以不利的方式与尤其导致侧壁膜变形的静态压密切相关，并且只可能不充分地对其进行补偿，这是因为前提是要准确地定位应用在管部件外壁上的应变式传感器，这在实践中几乎无法以所需要的精准性实现。由DE9300776U1中公知一种压力传感器，它具有罐形壳体，这个壳体通过环形的膜划分成两个测量室。这个膜借助布置在中央的环来形成波纹，并且在中间的区域内构造成盘式的压力壁。两个测量室中的压差导致轴向上的位移，该位移被感应式传感器检测到。在此，这个感应式传感器以不利的方式布置在测量室内部。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，实现一种压力传感器装置，其特征在于一种简单的结构性构造，并且同时适合用在测量转换器中进行过程工具化。为了实现该目的，开头所述类型的新式的压力传感器装置具有在权利要求1的特征部分给出的特征。在从属的权利要求中，描述了本专利技术的有利的改进方案，在权利要求6中描述了一种利用这种压力传感器进行过程工具化的测量转换器。本专利技术具有以下优点，即，实现为抗弯的并且在边沿区域内在轴向上弹性地安置在管部件中的膜在轴向上的位移在管壁附近出现，并且由此可能的是，这种轴向的位移在一定程度上可以从外部利用测量技术来检测。尤其是相对于已经在开头所述的DE19608321C2中公知的压力传感器装置而言，这种具有管部件的、在管部件的横截面中布置了加载有待测量的压力的膜的新装置具有以下优点：由于无需油填充件、对应的过载保护系统、抗压的玻璃穿引部并且焊接连接较少，因此该新装置的结构性构造明显更加简单。一种用于检测膜在轴向上的位移的传感器可以以有利的方式布置在接触介质的空间以外，从而不可能在传感器与填充油或过程介质之间发生相互影响。由此能够得到具有更高的长期稳定性和稳固设计的压力传感器装置。因为不使用填充油，所以上述的真空气密性受限、温度范围比较有限和不适用于卫生场合的这些问题在配有新式的压力传感器装置的测量转换器中不再会出现。通过悬挂两个基本上平行于膜平面延伸的、相对于管轴线旋转对称的支腿来实现膜，由此得到膜在轴向上、也就是在平行于管轴线的方向上弹性地安置在管部件中这种有利的、简单的构造方式。“基本上平行”这个表达在上下文中理解为，支腿分别以最大10°的夹角相对于膜的平面倾斜。这个斜度在此定义为想象的连接线与膜平面之间围成的夹角，这些想象的连接线作为直线将膜上和管部件上的支腿连接点相互连接，其中，连接线与管轴线相交。例如可以通过机械预应力将两个一开始平行的支腿从它们的平行位置、也可以被称为零位置中位移出去，就可以实现膜悬挂体的两个支腿相对于的膜平面以小夹角倾斜。因此，两个支腿总是在它的零位置以外，不仅在零压力时而且在整个压力测量范围内都是如此。支腿的这种夹角位置具有以下优点，即，可以避免在超过零位置时可能发生的响蛙效应，也就是膜的跳跃形式的轴向位移。所述的响蛙效应在没有这些措施的情况下可能导致在通过用于检测位移的工具获取的测量信号中发生迟滞。膜的端侧为了构成两个支腿而配有至少一个在径向上伸入膜中的凹槽。这有以下优点，即，在构造特别简单并且生产耗费少的情况下，获得一种包含两个扁平的、基本上相互平行的或-在支腿的上述预应力下-形成夹角的环形片的悬挂体作为弹性体，其布置在沿着管轴线的纵剖面中类似地是平行四边形或者类似地是具有支腿小敞开角的梯形。原则上可以使用各种各样的测量方法检测膜在轴向上的、与待测量的压力相关的位移。例如可以使用一种借助激光进行的光学测量、利用适当安置的电极进行电容测量、或者使用磁性的或者超声波测量。然而，本专利技术的一种构造方案被证明特别有利，其中，用于检测膜的轴向的位移的工具布置在管部件的外侧上。在此，它尤其是可以基于位置关系简单地安置，并且在必要的情况下进行调校。为此，具有高的抗弯刚度的中间膜区域在轴向上的位移在径向上向外传递，使得它们可以显示在管部件的外侧上，并且因此可以被检测到用于产生相应的测量信号。可以依据当前用于检测轴向位移量的测量方法对合适的传递工具进行选择，例如光学地、电容、磁性、通过超声波或者机械地传递。在本专利技术的一种特别有利的构造方案中，膜的端侧为了形成两个支腿而配有两个在径向上伸入膜中的凹槽，并且连接片在两个凹槽之间构成作为机械的传递工具，它在径向上至少部分地超出管部件的外侧，并且因此在管部件的外侧上指引膜的轴向位移，从而可以将其以特别简单的方式测定，用于生成测量信号。这两个凹槽优选地相对于膜的中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有管部件(2)的压力传感器装置，在所述管部件的横截面中布置了施加有待测量的压力(P)的膜(3)，其中，所述膜(3)在中间区域内具有高抗弯刚度并且在边沿区域内在轴向上弹性地安置在所述管部件(2)中，并且其中，存在用于检测所述膜(3)的轴向上的位移的工具(7、14、15)，所述位移与所述待测量的压力(P)相关，其特征在于，该弹性的安置通过具有两个基本上平行于所述膜(3)的平面延伸的、相对于管轴线(4)旋转对称的支腿(8、9)的悬挂体实现，所述膜(3)的端侧为了形成两个所述支腿(8、9)而配有至少一个在径向上伸入所述膜中的凹槽，存在传递工具(7)，通过所述传递工具能在所述管部件(2)的外侧上显示出轴向上的所述位移，并且用于检测所述位移的工具(7、14、15)布置在所述管部件(2)的外侧上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.30 DE 102015223784.21.一种具有管部件(2)的压力传感器装置，在所述管部件的横截面中布置了施加有待测量的压力(P)的膜(3)，其中，所述膜(3)在中间区域内具有高抗弯刚度并且在边沿区域内在轴向上弹性地安置在所述管部件(2)中，并且其中，存在用于检测所述膜(3)的轴向上的位移的工具(7、14、15)，所述位移与所述待测量的压力(P)相关，其特征在于，该弹性的安置通过具有两个基本上平行于所述膜(3)的平面延伸的、相对于管轴线(4)旋转对称的支腿(8、9)的悬挂体实现，所述膜(3)的端侧为了形成两个所述支腿(8、9)而配有至少一个在径向上伸入所述膜中的凹槽，存在传递工具(7)，通过所述传递工具能在所述管部件(2)的外侧上显示出轴向上的所述位移，并且用于检测所述位移的工具(7、14、15)布置在所述管部件(2)的外侧上。2.根据权利要求1所述的压力传感器装置，其特征在于，所述膜(3)的端侧为了形成两个所述支腿(8、9)而配有两个在径向上伸入所述膜(3)中的凹槽，并且两个所述凹槽之间的连接片(7)构造成传递工具，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈·恩斯，吉尔贝特·亚历山大·埃德勒，斯特凡·克莱尔，斯特凡·冯·多斯基，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE