ES2587763T3 - Ensamblaje de diafragmas para un sensor de presión, y un sensor de presión provisto de tal ensamblaje - Google Patents

Ensamblaje de diafragmas para un sensor de presión, y un sensor de presión provisto de tal ensamblaje Download PDF

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Abstract

Ensamblaje de diafragmas para un sensor de presión, que comprende un ensamblaje multicapa (30) de: - un diafragma externo impermeable (32); - un diafragma interno impermeable (34), en el que ambos diafragmas son láminas circulares; y, - una capa intermedia (36, 38) dispuesta entre el diafragma interno y el diafragma externo; caracterizado porque la capa intermedia (36, 38) tiene la forma de un material sólido y es permeable al aire.

Description

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DESCRIPCION
Ensamblaje de diafragmas para un sensor de presion, y un sensor de presion provisto de tal ensamblaje La invencion se refiere a un ensamblaje de diafragmas para un sensor de presion.
En la tecnica se conocen sensores de presion en los cuales esta montado un diafragma fijo. El sensor de presion esta acoplado por un lado a un equipo externo en el cual tiene lugar un proceso externo. Otra parte del sensor de presion esta acoplada a una unidad de medicion. En el sensor de presion, el diafragma esta montado en un modo hermetico de manera que constituye una separacion ffsica entre la parte conectada al proceso externo, y la parte conectada a la unidad de medicion. En consecuencia, un lado del diafragma esta expuesto a una presion externa que ha de ser medida. El otro lado del diafragma esta expuesto a un fluido de medicion. El fluido de medicion esta contenido en una camara adyacente al lado interno del diafragma.
El principio del sensor de presion esta basado en el hecho de que una presion externa ejercida sobre el diafragma produce una desviacion del mismo, por lo que el diafragma transmite una presion sobre el fluido de medicion. El fluido de medicion esta conectado a traves de un canal a un dispositivo de medicion que registra el cambio de presion dentro del fluido de medicion. El fluido de medicion es normalmente un aceite inerte viscoso, tal como un aceite de silicona o un tipo de aceite halocarburico, y es referido asimismo en la tecnica como un 'medio transmisor de presion'. Los diafragmas estan normalmente hechos de laminas planas de acero que tienen una superficie corrugada. En la tecnica, los diafragmas son referidos tambien como membranas, debido a su accion flexible.
A lo largo de los ultimos anos, se han desarrollado sensores de presion del tipo anterior que son capaces de realizar mediciones de alta precision con una desviacion solo de 0,025%.
En esta memoria se reconoce que sensores de la tecnica anterior son descritos en los documentos JP-57-160035, JP-57-160034 y GB-1356783. En el documento JP-57-160035 se prescribe la insercion de aceite; o un polvo antiabrasion entre los diafragmas interno y externo. El documento JP-57-160034 muestra que los diafragmas interno, externo e intermedio, de los cuales uno es hermetico al aire y todos los demas diafragmas interno, externo e intermedio presentan agujeros. El documento GB-1356783 da a conocer dos diafragmas hermeticos al aire con una capa de aire entre los mismos.
El uso de este tipo de sensores esta, sin embargo, limitado a mediciones de presion de procesos externos en los que la temperatura no supera aproximadamente 400 oC. Esto se debe al hecho de que el calor es transmitido por el diafragma entre el proceso externo y el fluido de medicion. Los fluidos de medicion que se utilizan comunmente no son resistentes a tan altas temperaturas, ya que se descomponen por encima de aproximadamente 400 oC. Obviamente, la descomposicion del fluido de medicion compromete severamente una medicion precisa de la presion.
La invencion esta destinada a proporcionar un sensor de presion y, mas espedficamente, un ensamblaje de diafragmas para un sensor de presion, que permita la medicion de un proceso externo en el cual se supere una temperatura de 400 oC, mientras se asegura que el fluido de medicion no se descompone a causa del calor externo. El desarrollo de un sensor de presion para tales margenes de altas temperaturas es en general de interes en la industria de tratamiento (petro-)qmmico, asf como en relacion a plantas de captacion de energfa solar, en las que los fluidos transportadores de calor son usados bajo presion. Al mismo tiempo, dicho sensor de presion ha de ser capaz de conseguir medidas de alta precision, comparables a los sensores de presion conocidos que se utilizan a bajas temperaturas. Ademas, sena beneficioso que dicho sensor de presion fuera fiable y duradero, y que el ensamblaje de diafragmas tenga un diseno sencillo. El diseno sencillo permite un facil mantenimiento o reemplazo de partes recambiables.
Los objetivos anteriores generales y espedficos se obtienen totalmente o en parte mediante la invencion.
En un primer aspecto, la invencion se refiere por tanto a un ensamblaje de diafragmas para un sensor de presion, que comprende todas las caractensticas de la reivindicacion independiente adjunta del ensamblaje de diafragmas. Debido a la capa intermedia, el ensamblaje de diafragmas consigue un intercambio de calor reducido entre el diafragma interior y el exterior, de manera que el sensor de presion puede ser utilizado para procesos externos en el margen que llega hasta 600-700 oC, mientras que la temperatura del fluido de medicion se mantiene por debajo de 400 oC. Es sorprendente que este tipo de capa intermedia tenga la capacidad de conseguir este tipo de efecto aislante al ser dispuesta entre los dos diafragmas. Ademas, el diseno del ensamblaje de diafragmas en modo multicapa permite un facil reemplazo de la capa intermedia en caso de necesidad.
Por otro lado, la capa intermedia transmite, sobre todo el area de superficie, la accion de desviacion del diafragma externo sobre el diafragma interno, de modo que se asegura una medicion precisa. Por otro lado, y debido a su permeabilidad al aire, la capa intermedia es capaz al mismo tiempo de intercambiar calor con el aire circundante. Este intercambio de calor consigue efectivamente una reduccion del intercambio de calor entre el diafragma interior y el exterior. La permeabilidad del material para la capa intermedia se basa, por ejemplo, en un material solido que tiene poros, u orificios de paso.
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Un material util para los diafragmas de la invencion es el acero inoxidable, preferiblemente de calidad AISI 316. Otros ejemplos de materiales utiles incluyen Tantalo, Titanio, Mquel y otros metales comercialmente disponibles tales como Monel, Hastelloy, Inconel, etc. En principio, el material debena ser impermeable, flexible y resistente a las condiciones del proceso externo, tales como altas temperaturas y presiones, entornos corrosivos, etc. Los diafragmas estan formados preferiblemente a modo de laminas planas circulares que presentan una superficie corrugada. Obviamente, el diafragma interno no tiene que satisfacer necesariamente los mismos requisitos en cuanto a resistencia frente a entornos corrosivos que el diafragma externo, debido a que el diafragma interno no esta expuesto directamente al proceso externo y a los compuestos del mismo.
Ventajosamente, las membranas estan cubiertas adicionalmente con un recubrimiento basado en oro, plata, PFA, PTFE o DLC (Carbono diamantino).
Preferiblemente, el ensamblaje de diafragmas de la invencion permite que la capa intermedia este en comunicacion de paso de fluido con aire ambiental. En el ensamblaje multicapa, la capa intermedia esta intrmsecamente en comunicacion de paso de fluido con el entorno cuando los alrededores de la capa intermedia estan abiertos, entre el diafragma interior y el exterior. De este modo, el ensamblaje permite que el aire ambiental fluya a traves de la capa intermedia, de manera que se consigue automaticamente un intercambio de calor. De ese modo, el ensamblaje no requiere adaptaciones adicionales con el fin de conseguir el efecto de enfriamiento de la capa intermedia.
En otra realizacion preferida de la invencion, la capa intermedia tiene la forma de una gasa o de un tamiz de material solido. Se ha probado que esta forma consigue un intercambio de calor satisfactorio con el aire circundante.
Un material util para la capa intermedia de la invencion es acero inoxidable, preferiblemente de calidad AISI 316. Este material muestra un intercambio de calor satisfactorio con el aire circundante, y es duradero. Observese que el material para la capa intermedia no tiene que satisfacer necesariamente los mismos requisitos que para el diafragma externo, ya que la capa intermedia no esta expuesta directamente al proceso externo y a los compuestos del mismo. La capa intermedia tiene preferiblemente una o mas de las siguientes propiedades adicionales: flexibilidad, resistencia al calor y no deformacion por compresion.
Preferiblemente, la capa intermedia tiene una superficie corrugada que es congruente con la superficie corrugada de los diafragmas contiguos interior y exterior. Como tal, el ensamblaje es facilmente apilado como multicapa, en el que la superficie de contacto entre todas las capas es optimizada, mientras que se proporciona un entorno abierto para la capa intermedia que permite una comunicacion de paso de fluido con aire ambiental.
Preferiblemente, se mantiene la capa intermedia entre el diafragma interior y el exterior, mediante una fuerza de sujecion, tal como se describira en detalle a continuacion.
Segun la invencion, los diafragmas tienen preferiblemente un grosor comprendido entre 0,010 y 0,30 mm, particularmente entre 0,050 y 0,100 mm, mas particularmente alrededor de 0,075 mm. La capa intermedia tiene un grosor similar al de los diafragmas anteriores, mas particularmente alrededor de 0,070 mm.
Ventajosamente, el ensamblaje de diafragmas segun la invencion comprende una capa intermedia que esta construida a modo de pila de una pluralidad de distintas capas intermedias. El numero de capas intermedias puede variar entre 2 y 20, en particular entre 5 y 15, mas particularmente alrededor de 10. Cada capa intermedia en la pila tiene un grosor como el indicado anteriormente, lo cual lleva a un grosor total de la pila de capas intermedias que es el producto del numero de capas multiplicado por sus grosores.
Por ejemplo, una pila de 10 capas intermedias de 0,070 mm lleva a una capa intermedia que tiene un grosor total de 0,700 mm.
La pila de capas intermedias puede ser alterada facilmente, para cumplir con diferentes propiedades requeridas cuando se utiliza el sensor de presion para diferentes aplicaciones. En un segundo aspecto, la invencion se refiere a un sensor de presion tal como se define en la reivindicacion de sensor independiente adjunta.
Un sensor de presion de este tipo es adecuado para conseguir una conduccion del calor reducida desde el diafragma externo hacia el diafragma interno, consiguiendo asf las ventajas mencionadas anteriormente. La fijacion del ensamblaje de diafragmas entre los dos cuerpos ensamblados permite ademas el reemplazo facil de la capa intermedia en caso de necesidad. Los medios de acoplamiento pueden ser cualquier tipo de medios conocidos en la tecnica, tales como tornillos, tuercas, taladros, etc. que acoplan los dos cuerpos entre sf Ademas, los medios de acoplamiento pueden comprender anillos o bridas que asistan en la realizacion de las conexiones entre los dos cuerpos.
Para razones de claridad, observese que la fijacion del ensamblaje de diafragmas es tal que en este caso el diafragma interno esta enfrentado a la camara interna del cuerpo de junta de diafragma, y el diafragma externo esta enfrentado al lado interno del cuerpo de montaje. Sin embargo, si los diafragmas interno y externo son esencialmente de la misma calidad, la fijacion entre los cuerpos de los sensores de presion puede establecerse obviamente tambien de un modo inverso.
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Ventajosamente, el canal del cuerpo de junta de diafragma esta en un lado provisto de medios de acoplamiento para su acoplamiento a un dispositivo de medicion. De ese modo, el sensor de presion es facilmente conectable al dispositivo de medicion.
Preferiblemente, el sensor de presion de la invencion permite que la capa intermedia del ensamblaje de diafragmas este en comunicacion de paso de fluido con aire ambiental. De este modo, el sensor permite que el aire ambiental fluya a traves de la capa intermedia, de manera que se consigue automaticamente un intercambio de calor. De ese modo, el sensor de presion no requiere adaptaciones adicionales con el fin de conseguir el efecto de enfriamiento de la capa intermedia.
Preferiblemente, el cuerpo de junta de diafragma esta provisto de una superficie efectiva ampliada para enfriase de acuerdo con el aire ambiental. Esta caractenstica reduce adicionalmente la temperatura del fluido de medicion, ampliando asf adicionalmente la aplicabilidad del sensor de presion a procesos externos con temperaturas por encima de 400 oC.
Ventajosamente, en el sensor de presion de la invencion, el diafragma interno esta conectado de forma obturada y duradera al cuerpo de junta de diafragma, y el diafragma externo esta conectado de forma obturada y duradera al cuerpo de montaje. Se puede utilizar cualquier metodo conocido bien adecuado para realizar este tipo de conexiones, de los que soldar es un metodo preferido. El sensor de presion como tal asegura una fijacion hermetica del ensamblaje de diafragmas entre el proceso externo medido y el fluido de medicion.
Se describe la invencion adicionalmente en relacion a las figuras adjuntas, en las que:
la Figura 1 representa una vista en seccion transversal de una realizacion del sensor de presion segun la invencion;
la Figura 2 representa un diafragma para su uso en el ensamblaje de diafragmas segun la invencion;
En la Figura 1, se representa un sensor de presion 1 segun la invencion en una vista en despiece parcial ordenado: en el que el cuerpo 3 de junta de diafragma, y el cuerpo de montaje 5 estan representados en un modo aun por ensamblar. El cuerpo 3 de junta de diafragma comprende un lado 7 del diafragma, que comprende una camara 9 para contener un fluido de medicion de presion, y un canal 11 que conecta la camara con una salida 13. La salida 13 esta disenada de modo tal que puede ser acoplada a un dispositivo de medicion a traves de un canal de capilaridad (no representado). El cuerpo 3 de junta de diafragma comprende ademas una multitud de costillas 15 que proporcionan una superficie efectiva ampliada para el intercambio de calor con aire ambiental. El cuerpo de montaje 5 tiene un lado interno 20 disenado para su ensamblaje al lado 7 del diafragma del cuerpo 3 de junta de diafragma, y un lado externo 22 disenado para montar al sensor en un equipo externo del cual se ha de medir una presion externa. Junto al lado interno 20, estan practicados taladros de ensamblaje 24 con rosca. En el lado externo 22, se han practicado taladros de montaje 26, para el acoplamiento a un equipo externo.
Entre los dos cuerpos 3 y 5, se representa un ensamblaje de diafragmas 30, en el que los componentes del mismo estan representados en un modo espaciado para razones de claridad. El ensamblaje de diafragmas 30 consiste en un ensamblaje multicapa de un diafragma externo 32 y un diafragma interno 34, y de una pila de dos capas intermedias 36 y 38, entre ambos diafragmas, teniendo las capas intermedias la forma de una gasa de material solido. Los componentes 32, 34, 36 y 38 del ensamblaje 30 tienen un area de superficie corrugada en su parte principal, en la que los bordes exteriores de los componentes son planos y no corrugados. En sus bordes exteriores planos, el diafragma interno 34 y el diafragma externo 32 estan soldados respectivamente sobre el lado 7 del diafragma del cuerpo 3 de junta de diafragma, y sobre el lado interno 20 del cuerpo de montaje 5. Las capas intermedias 36 y 38 estan dispuestas de forma suelta entre los diafragmas 32 y 34. Ensamblando entre sf los cuerpos 3 y 5, todos los componentes 32, 34, 36, 38 son sujetados entre sf como un ensamblaje multicapa. Se establece el ensamblaje de los cuerpos 3 y 5 mediante los tornillos 40 que son conducidos a traves de un anillo 42 que rodea y aprieta al cuerpo 3 de junta de diafragma, y atornillado en los taladros 24, de forma que los cuerpos 3 y 5 son ensamblados uno con otro. Los taladros 26 pueden ser usados de una forma analoga para montar el sensor de presion ensamblado 1 en el equipo externo (no representado).
En la Figura 2, se representa un diafragma 50 que es util ya sea para diafragma interno o externo, como se representa en la Figura 1. El diafragma 50 esta hecho de una lamina circular o disco impermeable de acero inoxidable que tiene un area de superficie corrugada, de acuerdo con un patron circular de protuberancias 52 y depresiones 54 que se alternan, que tienen el aspecto de ondas en su seccion transversal, como se representa en la Figura 1. El area de borde externo 56 del diafragma 50 esta aplanada.
Una capa intermedia adecuada para el ensamblaje de diafragmas segun la invencion es congruente con el diafragma 50 representado con respecto a las dimensiones, el area de borde externo plano, y la superficie corrugada como se representa en la Figura 2. Sin embargo, el material del que esta hecha la capa intermedia es un material de gasa de acero inoxidable, en lugar de una lamina circular impermeable.

Claims (10)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Ensamblaje de diafragmas para un sensor de presion, que comprende un ensamblaje multicapa (30) de:
    - un diafragma externo impermeable (32);
    - un diafragma interno impermeable (34), en el que ambos diafragmas son laminas circulares; y,
    - una capa intermedia (36, 38) dispuesta entre el diafragma interno y el diafragma externo; caracterizado porque
    la capa intermedia (36, 38) tiene la forma de un material solido y es permeable al aire.
  2. 2. Ensamblaje de diafragmas segun la reivindicacion 1, en el que la capa intermedia (36, 38) del ensamblaje (30) esta en comunicacion de paso de fluido con aire ambiental.
  3. 3. Ensamblaje de diafragmas segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa intermedia (36, 38) tiene la forma de una gasa o tamiz de material solido.
  4. 4. Ensamblaje de diafragmas segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que el material de la capa intermedia (36, 38) es acero inoxidable.
  5. 5. Ensamblaje de diafragmas segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que el diafragma externo (32) y el diafragma interno (34) tienen cada uno una superficie corrugada, y preferiblemente la capa intermedia (36, 38) tiene ademas una superficie corrugada.
  6. 6. Ensamblaje de diafragmas segun una de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa intermedia es una pila de una pluralidad de distintas capas intermedias.
  7. 7. Sensor de presion (1) que comprende:
    - un cuerpo (3) de junta de diafragma, que tiene un lado (7) de diafragma, que comprende una camara (9) para contener un fluido de medicion de presion, y un canal (11) que conecta la camara (9) con un dispositivo de medicion;
    - un cuerpo de montaje (5), que esta en un lado interno (20) disenado para el ensamblaje al lado (7) de diafragma del cuerpo (3) de junta de diafragma, y en un lado externo (22) esta disenado para el montaje del sensor (1) en un equipo externo del cual se ha de medir una presion externa;
    - y un ensamblaje de diafragmas (30) segun una de las reivindicaciones precedentes 1 a 6, fijado entre el lado (7) del diafragma del cuerpo (3) de junta de diafragma y el lado interno (20) del cuerpo de montaje (5);
    - y en el que el cuerpo (3) de junta de diafragma y el cuerpo de montaje (5) estan ensamblados entre sf mediante medios de acoplamiento (40, 24).
  8. 8. Sensor de presion segun la reivindicacion 7, en el que la capa intermedia (36, 38) del ensamblaje de diafragmas del sensor de presion (1) esta en comunicacion de paso de fluido con aire ambiental.
  9. 9. Sensor de presion segun una de las reivindicaciones precedentes 7 a 8, en el que el cuerpo (3) de junta de diafragma esta provisto de una superficie efectiva ampliada (15) para el intercambio de calor con aire ambiental.
  10. 10. Sensor de presion segun una de las reivindicaciones precedentes 7 a 9, en el que el diafragma interno (34) esta conectado de forma obturada y duradera al cuerpo (3) de junta de diafragma, y el diafragma externo (32) esta
    conectado de forma obturada y duradera al cuerpo de montaje (5).
ES11787752.2T 2010-11-11 2011-11-10 Ensamblaje de diafragmas para un sensor de presión, y un sensor de presión provisto de tal ensamblaje Active ES2587763T3 (es)

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