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Die
Erfindung betrifft eine Differenzdruckmessumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem
zur Messung von geringem Differenzdruck in Flüssigkeiten und Gasen unter
hoher statischer Druckbelastung, die mit Flanschen an den Wirkdruckleitungen
anschließbar
ist.
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Derartige
Geräte
sind durch Vorbenutzung und aus einschlägigen Veröffentlichungen bekannt. Deren
grundlegender mechanischer Aufbau ist in der
GB 2 065 893 und der
EP 0 143 702 detailliert beschrieben.
Unabhängig
von der Art der Umsetzung von mechanischen Druck-/Differenzdrucksignalen
in äquivalente
elektrische Größen ist
gemäß beiden Vorveröffentlichungen
ein im wesentlichen zylindrischer Zentralkörper vorgesehen, der unter
Verwendung entsprechender Dichtungsmittel zwischen zwei gleichartige
schalenförmige
Kappen eingeschlossen ist. Diese Kappen sind mit einer Mehrzahl
von radial angeordneten und mechanisch vorgespannten Bolzen miteinander
verschraubt, wobei die mechanische Vorspannung der Bolzen so gewählt ist,
dass bei maximal zulässiger
statischer Druckbelastung ein Druckverlust am Zentralkörper vermieden
wird.
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Infolge
dieser prinzipbedingten mechanischen Vorspannung, die geräteindividuell
variiert, tritt eine mechanische Verspannung des Zentralkörpers ein,
die einen vorspannungsabhängigen
Offset bzw. eine vorspannungsabhängige
Kennliniendeformation der sich über
eine Mittelebene des Zentralkörpers
erstreckenden Mess- bzw. Überlastmembran
bewirkt. Weiterhin sind die erforderlichen Dichtungen mit Abhängigkeit
vom Prozessmedium hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung geräteindividuell
anzupassen und darüber
hinaus verschleißbehaftet.
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Jede
Kappe weist zentralkörperseitig
eine Ausnehmung auf, die über
Kanäle,
die üblicherweise als
Bohrungen ausgeführt
sind, mit Flanschanschlüssen
verbunden sind. Der Mittelabstand dieser Kanäle ist an den Flanschanschlüssen durch
Normung vorgegeben.
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Der
Zentralkörper
weist asymmetrisch einen Hals auf, an dem ein Kopfteil befestigt
ist, in dem gemäß
GB 2 065 893 Mittel zur
Messwertumformung, -verarbeitung und -anzeige vorgesehen sind.
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Die
Vielzahl erforderlicher druckdichter Fügestellen der bekannten Druckmessgeräte nötigt in erheblichem
Umfange zu spanender Präzisionsbearbeitung
an einer Mehrzahl von Einzelteilen.
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Weiterhin
ist aus der
WO 88/02107 ein Druckmessgerät bekannt,
das aus einem zylindrischen Grundkörper besteht, an dem einseitig
tangentiale Flanschanschlüsse
vorgesehen sind, zwischen denen sich der Drucksensor befindet. Dieses
Gerät weist
zwar eine geringere Anzahl druckdichter Fügestellen auf, ist aber bei
fester mechanischer Zuordnung der Anzeigemittel zur Gerätelage in
seiner Montageart gebunden.
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Ein
besonderes Problem bei derartigen Messgeräten mit Überlastschutzsystem, das den empfindlichen
Differenzdrucksensor bei einseitigem Druckabfall, bei dem der statische
Druck als Differenzdruck anliegt, vor Beschädigungen schützen soll,
stellt die elektrische Verbindung der Sensorelemente mit nachgeordneten
Messwertverarbeitungsmitteln dar. Dazu ist aus dem Hartmann & Braun – Listenblatt
10/15-6.21, Ausgabe Oktober 1992 ein Messumformer bekannt, bei dem
die das Messwerk umfassende Messkapsel zentral an einer rotationssymmetrisch
umlaufenden Überlastmembran
axialbeweglich aufgehängt
ist. Das auf der Überlastmembran
bezüglich
des Gehäuses
beweglich angeordnete Messwerk bedingt flexible Verbindungsleitungen, die
auch tatsächlich
in ihrer Flexibilität
beansprucht werden, und für
jede Verbindungsleitung mindestens zwei druckdichte elektrische Durchführungen,
von denen eine aus dem Messwerk herausführt und eine weitere aus dem
den Druckraum umschließenden Gehäuse herausführt.
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Insbesondere
bei selbstkorrigierenden Differenzdruckmessumformereinheiten, die
neben dem Differenzdrucksensor noch einen Absolutdrucksensor und
einen Temperatursensor zur Kompensation druck- und temperaturabhängiger Messfehler
aufweisen, ist somit ein hoher Aufwand für die elektrische Verbindungstechnik
erforderlich, der zudem die Dauerbetriebssicherheit herabsetzt.
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Darüber hinaus
sind die bekannten Differenzdruckmessumformereinheiten durch einen
aufwendigen vielteiligen Aufbau gekennzeichnet, der durch vielfältige Fügetechnologien
hergestellt wird.
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Aus
der
WO 01/69194 A1 ist
eine Differenzdruck-Messzelle bekannt, welche ein Überlastschutzsystem
für sein
Messwerk mit Sensor aufweist und einen mehrschichtigen Aufbau aufweist.
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Darüber hinaus
ist aus der
DE 38 27
138 C2 ein mit elektrostatischer Kapazität arbeitender
Druckdetektor bekannt, die einen mehrschichtigen Aufbau aus isolierenden
und voneinander isolierten, leitfähigen Schichten aufweist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer überlastgeschützten Differenzdruckmessumformereinheit
der eingangs genannten Art die Anzahl der druckdichten elektrischen
Durchführungen
zu reduzieren und auf dauerbeanspruchte flexible Verbindungsleitungen
weitgehend zu verzichten.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis
15 beschrieben.
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Die
Erfindung geht von einer Differenzdruckmessumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem
für sein
Messwerk mit mindestens einem Sensor aus, bei der das Messwerk über druckdichte
elektrische Durchführungen
mit Messwertverarbeitungsmitteln verbunden ist und bei der das Messwerk
von einem vom Prozessmedium räumlich
getrennten Druckmittler beaufschlagt wird.
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Der
Kern der Erfindung besteht in einer planaren mehrschichtigen Anordnung
bestehend aus isolierenden und voneinander isolierten leitfähigen Schichten,
die teilweise einander überdeckende
Ausnehmungen aufweisen, in denen das Messwerk und die Messwertverarbeitungsmittel
untergebracht sind. Darüber
hinaus ist mindestens eine der Schichten ein funktionaler Bestandteil
des Überlastschutzsystems.
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Zwar
sind mehrschichtige Anordnungen bestehend aus isolierenden und voneinander
isolierten leitfähigen
Schichten prinzipiell in Form von mehrlagigen Leiterplatten als
Trägerelemente
für elektronische
Bauelemente in gedruckten Schaltungen bekannt, jedoch hat sich überraschenderweise
gezeigt, dass das Trägermaterial
als Funktionselement im Überlastschutzsystem
einer Differenzdruckmessumformereinheit geeignet ist.
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Ausgangspunkt
der mehrschichtigen Anordnung ist eine für sich bekannte Leiterplatte
bestehend aus einer tragenden Isolierschicht und mindestens einer
in Form von Leiterbahnen strukturierten leitfähigen Schicht. Auf dieser Leiterplatte
sind das Messwerk und die Messwertverarbeitungsmittel montiert. Auf
diese Leiterplatte sind beidseitig weitere gleichartige, isolierende
und voneinander isolierte leitfähige Schichten
gestapelt.
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Die
elektrische Verbindung zwischen dem Messwerk und den Messwertverarbeitungsmitteln sind
als Muster in der leitfähigen
Schicht der Leiterplatte ausgeführt.
Auf dauerbeanspruchte flexible Verbindungsleitungen wird dabei völlig verzichtet.
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Im
Erfolg aus der lateralen Struktur des mechanischen Aufbaus sind
die druckdichten elektrischen Durchführungen unter Verzicht auf
Schichtendurchdringungen entlang von Schichten geführt. Dabei
wird auf zusätzliche
technische Mittel zur Herausführung
von elektrischen Leitungen aus druckbelasteten Räumen in druckfreie Räume völlig verzichtet. Die
Anzahl der druckdichten elektrischen Durchführungen ist damit bedeutungslos
geworden.
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Nach
einem Merkmal der Erfindung ist eine der inneren isolierenden Schichten
als Membran des Überlastschutzsystems
der Differenzdruckmessumformereinheit ausgebildet.
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Nach
einem alternativen Merkmal der Erfindung ist eine der inneren leitfähigen Schichten
als Membran des Überlastschutzsystems
der Differenzdruckmessumformereinheit ausgebildet. Durch diese Maßnahme wird
die Gefahr der irreversiblen Deformation der Membran unter statischer Überlast
minimiert.
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Vorteilhafterweise
sind die Bestandteile der Einhausung des Messwerks und der Messwertverarbeitungsmittel,
die Trägerelemente
für die
Messwertverarbeitungsmittel einschließlich der elektrischen Verbindungsmittel
sowie die Bestandteile des Überlastschutzsystem
aus derselben Werkstoffkombination hergestellt und nach einem einheitlichen
Verfahren gefügt.
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In
besonders vorteilhafter Weise sind tragende und funktionale Elemente
in demselben Bauteil vereinigt. Dieses Bauteil wird durch einen
für sich
bekannten, technologisch aufwandsarmen Prozess hergestellt.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die
dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
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1 eine
geschnittene Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Differenzdruckmessumformereinheit
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2 eine
geschnittene Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Differenzdruckmessumformereinheit
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3 eine
geschnittene Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Differenzdruckmessumformereinheit
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4 eine
geschnittene Darstellung eines Differenzdruckmessumformers
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In
der 1 ist eine geschnittene Darstellung der wesentlichen
Bestandteile einer Differenzdruckmessumformereinheit in einer ersten
Ausführungsform
gezeigt. Die Differenzdruckmessumformereinheit besteht im wesentlichen
aus einem Stapel isolierender Schichten 21 bis 25 und
voneinander isolierter leitfähiger
Schichten 11 bis 15, die teilweise einander überdeckende
Ausnehmungen 31 bis 37 aufweisen, in denen ein
Messwerk 60 und Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht
sind.
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In
dieser ersten Ausführungsform
weist die isolierende Schicht 21 zwei gleichartige, trichterförmige Ausnehmungen 31 und 32 auf.
Die Aussenseite der isolierenden Schicht 21 ist mit der
leitfähigen Schicht 11 belegt,
die im Bereich der Ausnehmungen 31 und 32 als
Trennmembran 51 und 52 ausgeführt ist. Die Trennmembranen 51 und 52 sind
vorzugsweise in Form eines für
sich bekannten, konzentrischen Wellenmusters geprägt. Die
Prozessdrücke
wirken auf die der isolierenden Schicht 21 abgewandten
Seite der Trennmembranen 51 und 52.
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Die
durch die isolierende Schicht 23 voneinander beabstandeten
isolierenden Schichten 22 und 24 weisen deckungsgleiche
Ausnehmungen 33 und 34 auf. Im Deckungsbereich
der Ausnehmungen 33 und 34 ist die isolierende
Schicht 23 als Membran 50 ausgeführt. Die
Ausnehmung 33 ist über
einen Kanal 42 mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden.
Die Ausnehmung 34 ist über
einen Kanal 41 mit der trichterförmigen Ausnehmung 31 verbunden.
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Darüber hinaus
weisen die isolierenden Schichten 23 und 24 sowie
die leitfähige
Schicht 14 sich teilweise überdeckende Ausnehmungen 35 und 36 auf,
in denen das Messwerk 60 untergebracht ist. Das Messwerk 60 ist
druckdicht mit der isolierenden Schicht 24 verbunden. Die
leitfähige
Schicht 14 ist durchbrochen gemustert. Das Messwerk 60 weist elektrische
Anschlüsse
auf, die über
Bondverbindungen 70 mit verschiedenen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden
sind. Die Ausnehmung 35 ist über den bereits erwähnten Kanal 41 mit
der trichterförmigen
Ausnehmungen 31 und der Ausnehmung 34 verbunden.
Die Ausnehmung 36 ist über
einen Kanal 43 mit der Ausnehmung 33 und im weiteren über den
Kanal 42 mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden.
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Die
Kanäle 41 bis 43 sind
als Ausnehmungen der zwischen den isolierenden Schichten 22, 23 und 24 angeordneten,
leitfähigen
Schichten 13 und 14 ausgeführt.
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Die
Membran 50 und die Ausnehmungen 33 und 34 stellen
das Überlastsystem
der Differenzdruckmessumformereinheit dar. Die Differenz des auf die
Trennmembranen 51 und 52 wirkenden Prozessdrucks
lenkt die Trennmembranen 51 und 52 unter Vergrößerung oder
Verkleinerung der freien Volumina der Ausnehmungen 33 und 34 aus.
Die Volumendifferenz wird über
die Kanäle 41 bis 43 in
die Sensorkammern 35 und 36 und die Ausnehmungen 33 und 34 ausgeglichen.
Bei Überlast
wird die Membran 50 druckabhängig ausgelenkt.
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Weiterhin
weisen die isolierenden Schichten 22 und 23 sowie
die leitfähige
Schicht 13 sich überdeckende
Ausnehmungen 37 auf, in denen die Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht
sind. In dieser Ausführungsform
ist die Ausnehmung 37 allseitig geschlossen, so dass die
Messwertverarbeitungsmittel 80 gegen mechanische Beschädigung geschützt eingebettet
sind. Die Messwertverarbeitungsmittel 80 sind elektrisch
und mechanisch mit bahnförmigen
Mustern der leitfähigen
Schicht 14 verbunden.
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Die
zwischen den isolierenden Schichten 21 und 22 sowie 24 und 25 angeordneten
leitfähigen Schichten 12 und 15 sind
als Schirmflächen
zur Abschirmung des Messwerks 60 und der Messwertverarbeitungsmittel 80 vor
elektromagnetischer Strahlung ausgebildet.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass die leitfähigen
Schichten 12 bis 15 aus Kupfer und die isolierenden
Schichten 21 bis 25 aus faserverstärktem Kunstharz
bestehen. Für
die leitfähige
Schicht 11 ist Edelstahl vorgesehen.
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Ausgehend
von einer Basisleiterplatte bestehend aus der isolierenden Schicht 24 und
der leitfähigen
Schichten 14 werden bei der Herstellung der Differenzdruckmessumformereinheit
weitere isolierende und leitfähige
Schichten gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau unter Zwischenlage eines Haftmittlers aufgelegt
und der gesamte Stapel heiß miteinander
verpresst.
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Als
Haftmittler ist in bevorzugter Ausführungsform eine für sich bekannte
Klebefolie bestehend aus Kunstharz vorgesehen. Alternativ kann vorgesehen
sein, dass die Differenzdruckmessumformereinheit aus einem Stapel
beidseitig kupferkaschierter Kunstharzplatten aufgebaut ist und
dass Lot als Haftmittler vorgesehen ist.
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Die
Ausnehmungen 31 bis 36 sowie die Kanäle 41 bis 43 sind
mit einem weitgehend inkompressiblen Fluid, insbesodere Silikonöl, gefüllt. Das
Fluid wird über
in 3 dargestellte Kapillaren 53 und 54 in
die Hohlräume
eingebracht. Nach der Befüllung werden
die Kapillaren 53 und 54 druckdicht verschlossen.
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Unter
Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ist in 2 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Differenzdruckmessumformereinheit
gezeigt. Die Differenzdruckmessumformereinheit besteht im wesentlichen
aus einem Stapel isolierender Schichten 21 bis 25 und voneinander
isolierter leitfähiger
Schichten 11 bis 16, die teilweise einander überdeckende
Ausnehmungen 31 bis 37 aufweisen, in denen ein
Messwerk 60 und Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht
sind.
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In
dieser zweiten Ausführungsform
weisen die isolierenden Schichten 21 und 25 jeweils
symmetrisch gegenüberliegend
eine trichterförmige
Ausnehmung 31 und 32 auf. Die Aussenseite der
isolierenden Schicht 21 ist mit der leitfähigen Schicht 11 belegt
und die Aussenseite der isolierenden Schicht 25 ist mit
der leitfähigen
Schicht 16 belegt. Die leitfähigen Schichten 11 und 16 sind
im Bereich der Ausnehmungen 31 und 32 als Trennmembran 51 und 52 ausgeführt ist.
Die Trennmembranen 51 und 52 sind vorzugsweise
in Form eines für
sich bekannten, konzentrischen Wellenmusters geprägt. Die
Prozessdrücke
wirken auf die der isolierenden Schicht 21 abgewandten
Seite der Trennmembran 51 und auf die der isolierenden
Schicht 25 abgewandten Seite der Trennmembran 52.
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Die
durch die isolierende Schicht 23 voneinander beabstandeten
isolierenden Schichten 22 und 24 weisen deckungsgleiche
Ausnehmungen 33 und 34 auf. Im Deckungsbereich
der Ausnehmungen 33 und 34 ist die isolierende
Schicht 23 als Membran 50 ausgeführt. Die
Ausnehmung 33 ist mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden.
Die Ausnehmung 34 ist mit der trichterförmigen Ausnehmung 31 verbunden.
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Darüber hinaus
weisen die isolierenden Schichten 23 und 24 sowie
die leitfähige
Schicht 14 sich teilweise überdeckende Ausnehmungen 35 und 36 auf,
in denen das Messwerk 60 untergebracht ist. Das Messwerk 60 ist
druckdicht mit der isolierenden Schicht 24 verbunden. Die
leitfähige
Schicht 14 ist durchbrochen gemustert. Das Messwerk 60 weist elektrische
Anschlüsse
auf, die über
Bondverbindungen 70 mit verschiedenen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden
sind. Die Ausnehmung 35 ist über einen Kanal 41 mit
der Ausnehmung 34 und im weiteren mit der trichterförmigen Ausnehmungen 31 verbunden.
Die Ausnehmung 36 ist über
einen Kanal 43 mit der Ausnehmung 33 und im weiteren
mit der trichterförmigen
Ausnehmung 32 verbunden.
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Die
Kanäle 41 und 43 sind
als Ausnehmungen der zwischen den isolierenden Schichten 22 und 23 sowie 24 und 25 angeordneten,
leitfähigen Schichten 13 und 15 ausgeführt.
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Die
Membran 50 und die Ausnehmungen 33 und 34 stellen
das Überlastsystem
der Differenzdruckmessumformereinheit dar. Die Differenz des auf die
Trennmembranen 51 und 52 wirkenden Prozessdrucks
lenkt die Trennmembranen 51 und 52 unter Vergrößerung oder
Verkleinerung der freien Volumina der Ausnehmungen 33 und 34 aus.
Die Volumendifferenz wird in die Ausnehmungen 33 und 34 und über die
Kanäle 41 und 43 in
die Sensorkammern 35 und 36 ausgeglichen. Bei Überlast
wird die Membran 50 druckabhängig ausgelenkt.
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Weiterhin
weisen die isolierenden Schichten 21, 22 und 23 sowie
die leitfähigen
Schichten 11, 12 und 13 sich überdeckende
Ausnehmungen 37 auf, in denen die Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht
sind. In dieser Ausführungsform
ist die Ausnehmung 37 einseitig geöffnet, so dass die Messwertverarbeitungsmittel 80 zugänglich aber
dennoch weitgehend gegen mechanische Beschädigung geschützt eingebettet
sind. Die Messwertverarbeitungsmittel 80 sind elektrisch
und mechanisch mit bahnförmigen
Mustern der leitfähigen
Schicht 14 verbunden.
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Die
zwischen den isolierenden Schichten 21 und 22 sowie 24 und 25 angeordneten
leitfähigen Schichten 12 und 15 sind
als Schirmflächen
zur Abschirmung des Messwerks 60 und der Messwertverarbeitungsmittel 80 vor
elektromagnetischer Strahlung ausgebildet.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass die leitfähigen
Schichten 12 bis 15 aus Kupfer und die isolierenden
Schichten 21 bis 25 aus faserverstärktem Kunstharz
bestehen. Für
die leitfähigen
Schichten 11 und 16 ist Edelstahl vorgesehen.
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Ausgehend
von einer Basisleiterplatte bestehend aus der isolierenden Schicht 24 und
der leitfähigen
Schichten 14 werden bei der Herstellung der Differenzdruckmessumformereinheit
weitere isolierende und leitfähige
Schichten gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau unter Zwischenlage eines Haftmittlers aufgelegt
und der gesamte Stapel heiß miteinander
verpresst.
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Als
Haftmittler ist in bevorzugter Ausführungsform eine für sich bekannte
Klebefolie bestehend aus Kunstharz vorgesehen. Alternativ kann vorgesehen
sein, dass die Differenzdruckmessumformereinheit aus einem Stapel
beidseitig kupferkaschierter Kunstharzplatten aufgebaut ist und
dass Lot als Haftmittler vorgesehen ist.
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Die
Ausnehmungen 31 bis 36 sowie die Kanäle 41 und 43 sind
mit einem weitgehend inkompressiblen Fluid, insbesodere Silikonöl, gefüllt. Das Fluid
wird über
in 3 dargestellte Kapillaren 53 und 54 in
die Hohlräume
eingebracht. Nach der Befüllung
werden die Kapillaren 53 und 54 druckdicht verschlossen.
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Unter
Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ist in 3 eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Differenzdruckmessumformereinheit
gezeigt. Die Differenzdruckmessumformereinheit besteht auch in dieser
dritten im wesentlichen aus einem Stapel isolierender Schichten 21 bis 26 und
voneinander isolierter leitfähiger Schichten 11 bis 16,
die teilweise einander überdeckende
Ausnehmungen 31 bis 37 aufweisen, in denen ein
Messwerk 60 und Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht
sind.
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In
dieser dritten Ausführungsform
weisen die isolierenden Schichten 21 und 25 jeweils
symmetrisch gegenüberliegend
eine trichterförmige
Ausnehmung 31 und 32 auf. Die Aussenseite der
isolierenden Schicht 21 ist mit der leitfähigen Schicht 11 belegt
und die Aussenseite der isolierenden Schicht 25 ist mit
der leitfähigen
Schicht 16 belegt. Die leitfähigen Schichten 11 und 16 sind
im Bereich der Ausnehmungen 31 und 32 als Trennmembran 51 und 52 ausgeführt ist.
Die Trennmembranen 51 und 52 sind vorzugsweise
in Form eines für
sich bekannten, konzentrischen Wellenmusters geprägt. Die
Prozessdrücke
wirken auf die der isolierenden Schicht 21 abgewandten
Seite der Trennmembran 51 und auf die der isolierenden
Schicht 25 abgewandten Seite der Trennmembran 52.
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Die
durch die leitfähige
Schicht 17 voneinander beabstandeten isolierenden Schichten 22 und 24 sowie
die isolierende Schicht 26 und die leitfähige Schicht 14 weisen
deckungsgleiche Ausnehmungen 33 und 34 auf. Im
Deckungsbereich der Ausnehmungen 33 und 34 ist
die leitfähige
Schicht 17 als Membran 50 ausgeführt. Die
Ausnehmung 33 ist mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden.
Die Ausnehmung 34 ist mit der trichterförmigen Ausnehmung 31 verbunden.
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Darüber hinaus
weisen die isolierenden Schichten 24 und 26 sowie
die leitfähige
Schicht 14 sich teilweise überdeckende Ausnehmungen 35 und 36 auf,
in denen das Messwerk 60 untergebracht ist. Das Messwerk 60 ist
druckdicht mit der isolierenden Schicht 24 verbunden. Die
leitfähige
Schicht 14 ist durchbrochen gemustert. Das Messwerk 60 weist elektrische
Anschlüsse
auf, die über
Bondverbindungen 70 mit verschiedenen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden
sind. Die Ausnehmung 35 ist über einen Kanal 41 mit
der Ausnehmung 34 und im weiteren mit der trichterförmigen Ausnehmungen 31 verbunden.
Die Ausnehmung 36 ist über
einen Kanal 43 mit der Ausnehmung 33 und im weiteren
mit der trichterförmigen
Ausnehmung 32 verbunden.
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Die
Kanäle 41 und 43 sind
als Ausnehmungen in den isolierenden Schichten 22 und 26 ausgeführt. Die
kanalbildenden Ausnehmungen sind vorzugsweise in die isolierenden
Schichten 22 und 26 eingeprägt.
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Die
Membran 50 und die Ausnehmungen 33 und 34 stellen
das Überlastsystem
der Differenzdruckmessumformereinheit dar. Die Differenz des auf die
Trennmembranen 51 und 52 wirkenden Prozessdrucks
lenkt die Trennmembranen 51 und 52 unter Vergrößerung oder
Verkleinerung der freien Volumina der Ausnehmungen 33 und 34 aus.
Die Volumendifferenz wird in die Ausnehmungen 33 und 34 und über die
Kanäle 41 und 43 in
die Sensorkammern 35 und 36 ausgeglichen. Bei Überlast
wird die Membran 50 druckabhängig ausgelenkt.
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Weiterhin
weisen die isolierenden Schichten 25 und 26 sowie
die leitfähige
Schicht 16 sich überdeckende
Ausnehmungen 37 auf, in denen die Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht
sind. In dieser Ausführungsform
ist die Ausnehmung 37 einseitig geöffnet, so dass die Messwertverarbeitungsmittel 80 zugänglich aber
dennoch weitgehend gegen mechanische Beschädigung geschützt eingebettet
sind. Die Messwertverarbeitungsmittel 80 sind elektrisch
und mechanisch mit bahnförmigen
Mustern der leitfähigen
Schicht 14 verbunden.
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Die
zwischen den isolierenden Schichten 22 und 24 angeordnete
leitfähige
Schicht 17 ist als Schirmfläche zur Abschirmung des Messwerks 60 und
der Messwertverarbeitungsmittel 80 vor elektromagnetischer
Strahlung ausgebildet.
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Darüber hinaus
ist eine Ausnehmung 38 vorgesehen, die in dieser dritten
Ausführungsform
deckungsgleich in den isolierenden Schichten 22 und 24 bis 26 sowie
in den leitfähigen
Schichten 14, 16 und 17 angeordnet ist.
In dieser Ausnehmung 38 sind die Enden zweier Kapillaren 53 und 54 untergebracht,
deren jeweils entgegengesetzte Enden in die Ausnehmungen 33 und 34 reichen.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass die leitfähigen
Schichten 14 und 17 aus Kupfer und die isolierenden
Schichten 21 bis 26 aus faserverstärktem Kunstharz
bestehen. Für
die leitfähigen
Schichten 11 und 16 ist Edelstahl vorgesehen.
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Ausgehend
von einer Basisleiterplatte bestehend aus der isolierenden Schicht 24 und
der leitfähigen
Schichten 14 werden bei der Herstellung der Differenzdruckmessumformereinheit
weitere isolierende und leitfähige
Schichten gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau unter Zwischenlage eines Haftmittlers aufgelegt
und der gesamte Stapel heiß miteinander
verpresst.
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Dabei
wird unabhängig
von der Ausführungsform
vor dem Auflegen der isolierenden Schicht 21 die Kapillare 53 derart
eingebracht, dass ein Rohrende in die Ausnehmung 34 und
das andere Rohrende in die Ausnehmung 38 ragt. Vor dem
Auflegen der isolierenden Schicht 25 wird die Kapillare 54 derart
eingebracht, dass ein Rohrende in die Ausnehmung 33 und
das andere Rohrende in die Ausnehmung 38 ragt.
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Als
Haftmittler ist in bevorzugter Ausführungsform eine für sich bekannte
Klebefolie bestehend aus Kunstharz vorgesehen.
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Die
Ausnehmungen 31 bis 36 sowie die Kanäle 41 und 43 sind
mit einem weitgehend inkompressiblen Fluid, insbesodere Silikonöl, gefüllt. Das Fluid
wird über
die Kapillaren 53 und 54 in die Hohlräume eingebracht.
Nach der Befüllung
werden die Kapillaren 53 und 54 druckdicht verschlossen.
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Schließlich ist
in 4 eine geschnittene Darstellung eines Differenzdruckmessumformers
mit einer Differenzdruckmessumformereinheit nach 2 gezeigt.
Dabei ist die Differenzdruckmessumformereinheit zwischen zwei Flanschkappen 90 eingespannt,
die auf den äußeren leitfähigen Schichten 11 und 16 aufliegen.
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Jede
Flanschkappe 90 weist eine Bohrung 91 auf, deren
der Differenzdruckmessumformereinheit abgewandte Öffnung mit
einem Flanschansatz 92 ausgestattet ist. Die Bohrung 91 in
der Flanschkappe 90 ist im Bereich der Trennmembranen 51 und 52 der
Differenzdruckmessumformereinheit angeordnet. Jeder Bohrung 91 in
der Flanschkappe 90 sind zwei Gewindebohrungen 93 zugeodnet,
die als Sackbohrungen ausgeführt
sind.
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Die
Flanschkappen 90 sind mit einer Mehrzahl von Bolzen 95,
die gleichmäßig über den
Umfang der Differenzdruckmessumformereinheit verteilt sind, miteinander
verschraubt. Dazu weist eine der Flanschkappen 90 Bohrungen
und die gegenüberliegende
Flanschkappe 90 korrespondierende Gewindebohrungen auf.
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Bei
bestimmungsgemäßem Gebrauch
des Differenzdruckmessumformers ist an jede Flanschkappe 90 eine
Impulsleitung angeschlossen. Die Impulsleitungen weisen jeweils
einen flanschartigen Kragen auf, der mittels eines Überwurfs
in dem Flanschansatz 92 gehalten wird. Der Überwurf
wird mit Schrauben an der Flanschkappe 90 befestigt, die
in die Gewindebohrungen 93 greifen.
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- 11
bis 17
- leitfähige Schicht
- 21
bis 26
- isolierende
Schicht
- 31
bis 38
- Ausnehmung
- 41
bis 43
- Kanal
- 50
- Membran
- 51,
52
- Trennmembran
- 53,
54
- Kapillare
- 60
- Messwerk
- 70
- Bondverbindung
- 80
- Messwertverarbeitungsmittel
- 90
- Flanschkappe
- 91
- Bohrung
- 92
- Flanschansatz
- 93
- Gewindebohrung
- 95
- Bolzen