WO2019115111A1 - Modul-baukasten zur herstellung von druckmessaufnehmern - Google Patents

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pressure
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process connection
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Patrick Doria
Anh Tuan Tham
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Endress and Hauser SE and Co KG
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    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance

Definitions

  • the invention relates to a module construction kit for the production of one or more pressure sensors, with
  • At least one sensor module which comprises a arranged in a pressure measuring chamber pressure sensor which is filled via an outwardly by a arranged on a front side of the sensor module separating membrane, filled with a pressure-transmitting liquid pressure transmitter with an acting on an outer side of the separation membrane pressure is acted upon, and
  • Modular building blocks of the type mentioned are used for the production of modular pressure measuring transducers.
  • Pressure transducers made from modules of a modular module are used in industrial metrology for the metrological detection of pressures.
  • Modular pressure transducers as well as modular modules that can be used for their production offer the advantage that the individual modules can be prefabricated and then connected to one another for the production of the pressure transducers.
  • German Utility Model DE 203 05 869 U1 describes a pressure measuring transducer suitable for measuring high pressures, comprising a sensor module and a process connection module connected thereto.
  • the sensor module of this pressure measuring transducer comprises a pressure sensor arranged in a pressure sensor, which can be acted upon by a pressure-transmitting liquid filled on the outside by a arranged on a front side of the sensor module separation membrane filled with a pressure acting on an outer side of the separation membrane pressure ,
  • the sensor module is inserted into a housing connected to the process connection module in such a way that the separating diaphragm located here runs over a recess running parallel to a longitudinal axis of the process connection module through the process connection module and serving as a pressure supply can be acted upon.
  • Pressure transducers should not be used at locations where particularly high hygiene and / or cleanliness requirements exist. Examples include applications in the food industry, where there is a risk that deposits and / or contaminants can lead to the durability impairing and / or harmful contamination of food.
  • pressure measuring transducers which are referred to as compact pressure transducers, are often used in the prior art, in which the pressure transmitter is integrated in a process connection in such a way that its separating diaphragm terminates the process connection on the front side.
  • a pressure-receiving chamber enclosed in the process connection below the separation membrane is provided with a through-going through the otherwise massive process connection
  • Pressure transmission line connected to a pressure measuring chamber in which the pressure sensor is arranged.
  • the invention comprises a modular construction kit for the production of one or more pressure transducers, with
  • At least one sensor module which comprises a arranged in a pressure measuring chamber pressure sensor which is filled via an outwardly by a arranged on a front side of the sensor module separating membrane, filled with a pressure-transmitting liquid pressure transmitter with an acting on an outer side of the separation membrane pressure is acted upon, and
  • At least one process connection module which can be connected in each case to one of the sensor modules and which comprises a recess extending parallel to a longitudinal axis of the process connection module through the process connection module,
  • Each sensor module is in each case designed such that it is in each case insertable into a first end of the recess of each of the process connection modules, that it closes the first end of the recess to the outside and the separation membrane on a side remote from the recess outer end face the respective sensor module is arranged, and
  • Each sensor module is in each case designed such that it can be inserted through a first end opposite the inlet opening of the recess of each of the process connection modules in each case such in the recess that one of
  • T rennmembran upstream portion of the recess forms a closed end by the sensor module pressure supply line through which the T rennmembran can be acted upon by the pressure.
  • each sensor module has a section which comprises a radially outwardly extending shoulder, which has on its side remote from the separation membrane side a shoulder surface, which is substantially equal to a surface or a partial surface of the end-side first end of the recesses is outside surrounding end faces of the process connection modules or comprises a surface of this size.
  • the recesses of the process connection modules comprise a fixing region arranged between the first end and the inlet opening of the recess thereof, each serving for fastening one of the sensor modules in the interior of the respective process connection module, whose cross-sectional area is smaller than that of the
  • a development of the second development is characterized by the fact that
  • the process connection modules comprise a radially outwardly extending shoulder surrounding the attachment area
  • the sections of the sensor modules which can be used in an accurate fit are each formed by their section which extends radially outward, and / or the sensor modules at least one further, on which the separating membrane
  • a third development is characterized in that the sensor modules and the process connection modules are designed such that the process connection modules each have a shoulder surface serving as a stop, on which a shoulder surface of the sensor module comes to rest when the sensor Module is inserted through the inlet opening into the process connection module.
  • the sensor modules comprise at least one sensor module, one to the
  • Pressure sensor connected, arranged on a remote from the separation membrane back of the respective sensor module arranged sensor electronics
  • the sensor modules at least one connected to the pressure sensor
  • the sensor modules comprise at least one sensor module comprising a sensor electronics connected to the pressure sensor thereof, which comprises a memory in which characteristic curves and / or calibration data determined in a calibration method are stored, which dependency of one generated by the sensor electronics
  • the sensor modules comprise at least one sensor module configured as an absolute pressure sensor module, the pressure sensor of which is designed as an absolute pressure sensor, and / or
  • the sensor modules comprise at least one sensor module configured as a relative pressure sensor module, the pressure sensor of which is designed as a relative pressure sensor, the a trapped under a measuring diaphragm second pressure measuring chamber, which is acted upon via a pressure in the second pressure measuring chamber opening reference pressure supply line with a reference pressure.
  • the sensor modules comprise at least one sensor module designed for a first pressure measuring range, the separating diaphragm of which has a first membrane thickness designed for the first pressure measuring range,
  • the sensor modules at least one for one of the first pressure measuring range
  • the separation membrane has a designed for the other pressure measuring range, different from the first membrane thickness membrane thickness
  • the separation membranes of the sensor modules designed for different pressure measurement ranges have membrane surfaces of essentially the same size.
  • a fifth development is characterized in that the sensor modules have a groove for receiving a process seal.
  • the sensor modules each comprise a metallic sensor housing, on the front side of which is closed off to the outside through the separating membrane
  • Pressure receiving chamber is arranged, which is connected to the enclosed in the sensor housing pressure measuring chamber in which the pressure sensor is arranged, and / or the process connection modules each consist of a metal.
  • the invention comprises a method for producing a
  • the invention comprises a module module according to the invention and / or by means of the method according to the invention
  • Pressure transducer which is characterized in that the pressure transducer is inserted into a process connection module of the modular module by means of a
  • Process connection module connected sensor module comprises. Further developments of the pressure measuring transducer according to the invention are characterized in that
  • the sensor module is inserted into the process connection module such that the sensor module closes the first end of the recess to the outside and the
  • the sensor module is inserted into the recess of the process connection module such that a section of the recess extending upstream of the separation membrane and extending to the first end of the recess forms a pressure feed line closed at the end by the sensor module, via which the separation membrane with the pressure can be acted upon.
  • the sensor module is inserted into the recess of the process connection module such that a section of the recess extending upstream of the separation membrane and extending to the first end of the recess forms a pressure feed line closed at the end by the sensor module, via which the separation membrane with the pressure is acted upon, and
  • Process connection module is connected, comprising a first end of the recess frontally occluding body through which a line segment passes, that has a smaller cross-sectional area than the front-side first end of the recess.
  • Fig. 1 shows: a sensor module
  • Fig. 2 shows: a process connection module
  • Fig. 3 shows: a pressure sensor with front-side separation membrane
  • Fig. 4 shows: a pressure transducer with internal separation membrane.
  • the invention described in detail below relates to a modular module for the production of pressure transducers.
  • the modular module comprises at least one Sensor module 1 and at least one each connectable to one of the sensor modules 1 process connection module 3.
  • Fig. 1 shows an example of a sensor module 1
  • Fig. 2 shows an example of a process connection module. 3
  • Each sensor module 1 in each case comprises a pressure sensor 7 which is arranged in a pressure measuring chamber 5 and which has a pressure transmitter which is closed on the outside by a separating membrane 9 which is closed on a front side of the sensor module 1 and is filled with a pressure race diaphragm 9 acting pressure p can be acted upon.
  • Each process connection module 3 comprises one parallel to a longitudinal axis of the
  • process connection modules 3 preferably each comprise one
  • Fastening device 12 by means of the process connection module 3 on, mounted on or in a complementary thereto fastening device and / or to a
  • Differential pressure line can be connected.
  • the fastening device 12 shown only as an example in FIG. 2 comprises an external thread which can be screwed into a complementary internal thread of a connection provided on the measuring side.
  • each sensor module 1 is in each case designed such that it can be inserted into a front-side first end 13 of the recess 11 of each process connection module 3 of the modular module such that it closes the first end 13 to the outside and the separating membrane 9 is arranged on a side remote from the recess 1 1 outer end face of the respective sensor module 1.
  • Fig. 3 shows an example of a pressure measuring transducer manufactured in this way with the front side arranged
  • each sensor module 1 is in each case designed in such a way that it can be inserted into the recess 1 1 through an inlet opening 15 of the recess 1 1 of each process connection module 3 of the module construction kit opposite the first end 13, such that one of the T Race diaphragm 9 upstream portion of the recess 1 1 forms a closed end by the sensor module 1 pressure supply line 17, via which the separation membrane 9 is acted upon by the metrological pressure to be detected p.
  • FIG. 4 shows an example of a pressure measuring transducer with internal separating diaphragm 9 produced in this way.
  • the modular module according to the invention offers the advantage that by a purely mechanical attachment of the respective sensor module 1 in or on the respective process connection module 3 optionally a pressure sensor with front
  • Pressure sensor variants identical sensor modules 1 and process connection modules 3 are used. The latter reduces the variety of modules and components needed to produce both variants. This leads due to the correspondingly higher quantities to a reduction in the cost of production of the modules, as well as to a
  • the sensor module 1 shown as an example in FIG. 1 comprises
  • a sensor housing 19 on the front side of which a pressure-receiving chamber 21, which is closed off to the outside through the separating membrane 9, is arranged.
  • the pressure receiving chamber 21 is connected to the enclosed in the sensor housing 19 pressure measuring chamber 5, in which the pressure sensor 7 is arranged.
  • the pressure sensor 7 is arranged in the example shown on a T carrier 23, which closes the pressure measuring chamber 5 to the outside.
  • the carrier 23 is substantially in the illustrated examples
  • disc-shaped and may e.g. made of a metal, e.g. Made of a stainless steel.
  • the sensor housing 19 may be made of a metal, e.g. Made of a stainless steel.
  • the pressure-receiving chamber 21 and the pressure measuring chamber 5 connected thereto are filled with a pressure-transmitting liquid. This can the sensor module 1
  • a pressure sensor 7 for example, a so-called semiconductor pressure sensor, for example, a silicon-based pressure sensor chip is suitable.
  • This may, for example, include a measuring diaphragm 29 arranged on a base body 27, including a second pressure measuring chamber 25, and an electromechanical converter.
  • the transducer converts a deflection of the measuring diaphragm 29, which is dependent on the pressure acting on the measuring diaphragm 29, into an electric quantity, which is then transmitted to the converter by means of a pressure connectable sensor electronics 31 metrologically detected and in one of the
  • capacitive transducers which have at least one capacitor with a capacity dependent on the deflection of the measuring diaphragm 29, and transducers, the sensor elements arranged on or in the measuring diaphragm 29, e.g. to a
  • Resistance measuring bridge interconnected piezoresistive elements include. Another alternative is formed by piezoelectric transducers. Alternatively, however, other than those previously mentioned as an example converter can be used.
  • the pressure sensor 7 can be connected to the sensor electronics 31 via connecting leads 33, which are connected to the transducer thereof, in the illustrated example through the support 23.
  • a separate, connectable to the pressure sensor 7 sensor electronics 31 can be provided for each sensor module 1 respectively.
  • each sensor module 1 in each case at the pressure sensor. 5
  • the connected sensor electronics 31 include.
  • the sensor electronics 31 are preferably each arranged on a rear side of the respective sensor module 1 facing away from the separating membrane 9.
  • the sensor electronics 31 comprehensive sensor modules 1 are preferably not only factory-filled with the pressure-transmitting liquid, but preferably also calibrated after the filling.
  • Calibration is understood here as meaning a method in which a dependence of the pressure-dependent signals generated by the sensor electronics 31 on the separating membrane 9 is determined by the pressure p, on the basis of which the associated pressure to be measured p is assigned to the signals generated by the sensor electronics 31 during measuring operation can.
  • Dependency determined in the form of characteristic curves and / or calibration data is preferably stored in a memory assigned to the sensor electronics 31 and used for pressure measurement in the subsequent measuring operation of the pressure measuring transducer.
  • Calibrated sensor modules 1 offer the advantage that it is used to manufacture the
  • Pressure sensor from the prefabricated modules only the generation of the mechanical connection of the sensor module 1 and process connection module 3 requires.
  • the generation of the mechanical connection represents a compared to the filling and calibration of the sensor module 1 in a very simple manner, without special equipment executable process, which accordingly comparatively easily outside the factory at one or more decentralized locations, esp
  • the sensor modules 1 can be designed, for example, such that each sensor module 1 has a respective section 35 which comprises a radially outwardly extending shoulder 37. In this case, the paragraphs 37 of the sensor modules 1 on the one of the
  • This embodiment has the advantage that the shoulder surface at the same time forms a stop which ensures a reproducible and defined manner executable insertion of the sensor module 1 in the process connection module 3.
  • the sensor modules 1 may each have at least one further section 41 arranged on a side of the shoulder 37 facing away from the separating membrane 9 and / or at least one further side of the shoulder 37 facing the separating membrane 9, in addition to the section 35 comprising the shoulder 37 arranged portion 43 include.
  • the arranged on the side facing away from the separation membrane 9 of the paragraph 37 sections 41 each have a base area, which is really smaller than that
  • Process connection module 3 is. In this way it is achieved that arranged on the side facing away from the separation membrane 9 of the paragraph 37 sections 41 of the sensor modules 1 in the manufacture of pressure transducers with front side
  • Process connection module 3 can be introduced.
  • the sensor modules 1 may have a groove 44 located upstream of the shoulder 37, which in the case of pressure measuring transducers with a front-side separating diaphragm 9 for receiving a process seal, not shown here, such as, for example, FIG. an O-ring, serves.
  • a groove 44 is arranged in the example shown in FIG. 1 on the side of the shoulder 37 facing the separation membrane 9. This groove 44 is bounded on the outside by the shoulder 37 and the shoulder 37 facing lateral surface of the further portion 43.
  • the sensor modules 1 and the process connection modules 3 for example, be designed such that between the front-side first ends 13 and the opposite inlet openings 15 of the recesses 1 1 of the process connection modules 3 each one for mounting the sensor module. 1 inside the respective Process connection module 3 serving mounting region 45 is provided, whose cross-sectional area is smaller than the cross-sectional area of the inlet opening 15.
  • Outerly surrounding, radially inwardly extending shoulder 47 include.
  • the sensor modules 1 may be e.g. each include a fit into the mounting portion 45 of one of the process connection modules 3 usable section 35.
  • the precisely fitting sections 35 each have a base area which is substantially equal to the cross-sectional area of the
  • Attachment areas 45 of the process connection modules 3 is.
  • Attachment area 45 insertable portion 35 on the T rennmembran 9 facing side and / or on the side facing away from the separation membrane 9 side of the insertable usable portion 35 each comprise at least one further portion 41, 43.
  • further portions 43 each have a base area which is less than or equal to the base of the accurately inserted into the mounting portion 45 portion 35 of the respective sensor module 1.
  • the section 35 which can be used with a precise fit can be formed by the section 35 of the respective sensor module 1 which comprises the shoulder 37.
  • the shoulders 37 of the sensor modules 1 preferably have outer dimensions that are substantially equal to the
  • Separating membrane 9 comprehensive sections 43 of the sensor modules 1 preferably outer dimensions, which are substantially equal to the outer dimensions of the accurately inserted into the mounting portion 45 sections 35 of the sensor modules 1. The latter offers the advantage that the separation membranes 9 each one
  • the sensor modules 1 can be positioned for example by means of a tool in the respective process connection module 3, that their accurately inserted into the mounting portion 45 section 35 outside on all sides of the surrounding the mounting portion 45 shoulder 47th the process connection module 3 is surrounded.
  • the sensor modules 1 and the process connection modules 3 may be designed such that the process connection modules 3 each have a shoulder surface serving as a stop on which a shoulder surface of the sensor module 1 is in contact comes when the sensor module 1 is inserted through the inlet opening 15 into the process connection module 3.
  • Process connection module 3 each by a in the figures each indicated by triangles weld, e.g. a can be achieved as a closed to a ring, sensor module 1 and process connection module 3 pressure-tight interconnecting weld formed weld.
  • the welding of metallic components is a comparatively easy to carry out process, for which neither special knowledge nor specifically designed for the production of pressure transducers devices are required. The latter is esp.
  • the module kit also decentral executable production of pressure transducers advantage.
  • module module contained sensor modules 1 can, for example, as
  • Absoluttik- and / or designed as a relative pressure sensor modules sensor modules 1 include.
  • the pressure sensor 7 is designed as a relative pressure sensor, the second of which is enclosed under the measuring diaphragm 29
  • Pressure measuring chamber 25 via a in the figures 1, 3 and 4 as an option also shown by the carrier 23 extending therethrough , opening into the second pressure measuring chamber 25 reference pressure supply line 49 with a reference pressure p ref , eg a
  • Atmospheric pressure can be acted upon.
  • absolute pressure sensor modules is the
  • Pressure sensor 7 is formed as an absolute pressure sensor whose under the measuring diaphragm 29 enclosed pressure measuring chamber 25 is evacuated.
  • the reference pressure feed line 49 shown in FIGS. 1, 3 and 4 is omitted.
  • sensor elements contained in the modular module can be omitted.
  • Modules 1 designed for different pressure measuring ranges sensor modules 1 include.
  • the sensor modules 1 preferably comprise at least one sensor module 1 designed for a first pressure measuring range, the membrane 9 of which has a first membrane thickness designed for a first pressure measuring range and at least one further pressure measuring range different from the first pressure measuring range designed sensor module 1, the separation membrane 9 has a designed for the respective further pressure measuring range, different from the first membrane thickness further membrane thickness.
  • the sensor modules 1 preferably comprise at least one sensor module 1 designed for a first pressure measuring range, the membrane 9 of which has a first membrane thickness designed for a first pressure measuring range and at least one further pressure measuring range different from the first pressure measuring range designed sensor module 1, the separation membrane 9 has a designed for the respective further pressure measuring range, different from the first membrane thickness further membrane thickness.
  • separation membranes 9 with a membrane thickness of 40 pm to 60 gm, while for measuring lower pressures, such as. Pressing up to 40 bar, designed sensor modules 1, for example, separation membranes 9 with a
  • Membrane thickness of 20 pm to 30 pm may have.
  • the separating membranes 9 of the sensor modules 1 designed for different pressure measuring ranges have the same membrane area. This reduces the number of parts required for the production of these sensor modules 1. So can the
  • Separation membranes 9 of the sensor modules 1 designed for the aforementioned different measuring ranges have identical membrane diameters, e.g. can range from 10 mm to 20 mm.
  • module modules according to the invention may contain further components.
  • An example of this is a Fig. 4 as an optional component of the illustrated there
  • the closing element 51 comprises a recess 1 1 frontally

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Abstract

Es ist ein Modul-Baukasten zur Herstellung von Druckmessaufnehmernbeschrieben, mit mindestens einem Sensor-Modul (1), das einen in einer Druckmesskammer (5) angeordneten Drucksensor (7) umfasst, der über einen nach außen durch eine auf einer Stirnseite des Sensor-Moduls (1) angeordnete Trennmembran (9) abgeschlossenen Druckmittler mit einem auf die Trennmembran (9) einwirkenden Druck (p) beaufschlagbar ist, und mindestens einem jeweils mit einem der Sensor-Module (1) verbindbaren Prozessanschluss-Modul (3), das eine parallel zu einer Längsachse des Prozessanschluss-Moduls (3) durch das Prozessanschluss-Modul (3) hindurch verlaufende Ausnehmung (11) umfasst. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass damit sowohl Druckmessaufnehmer mit innenliegender Trennmembran als auch Druckmessaufnehmer mit frontseitig angeordneter Trennmembran hergestellt werden können. Hierzu ist jedes Sensor-Modul (1) jeweils derart ausgebildet, dass es sowohl in ein erstes Ende (13) der Ausnehmung (11) eines jeden der Prozessanschluss-Module (3) derart einsetzbar ist, dass es das erste Ende (13) nach außen verschließt und die Trennmembran (9) auf einer von der Ausnehmung (11) abgewandten Stirnseite des jeweiligen Sensor-Moduls (1) angeordnet ist, als auch durch eine dem ersten Ende (13) gegenüberliegende Eintrittsöffnung (15) der Ausnehmung (11) eines jeden der Prozessanschluss-Module (3) hindurch jeweils derart in die Ausnehmung (11) einsetzbar ist, dass ein der Trennmembran (9) vorgelagerter Abschnitt der Ausnehmung (11) eine durch das Sensor-Modul (1) endseitig verschlossene Druckzuleitung (17) bildet, über die die Trennmembran (9) mit dem Druck (p) beaufschlagbar ist.

Description

Modul-Baukasten zur Herstellung von Druckmessaufnehmern
Die Erfindung betrifft einen Modul-Baukasten zur Herstellung von einem oder mehreren Druckmessaufnehmern, mit
- mindestens einem Sensor-Modul, das einen in einer Druckmesskammer angeordneten Drucksensor umfasst, der über einen nach außen durch eine auf einer Stirnseite des Sensor-Moduls angeordnete Trennmembran abgeschlossenen, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler mit einem auf eine Außenseite der Trennmembran einwirkenden Druck beaufschlagbar ist, und
- mindestens einem jeweils mit einem der Sensor-Module verbindbaren Prozessanschluss- Modul, das eine parallel zu einer Längsachse des Prozessanschluss-Moduls durch das Prozessanschluss-Modul hindurch verlaufende Ausnehmung umfasst.
Modul-Baukästen der eingangs genannten Art werden zur Herstellung von modular aufgebauten Druckmessaufnehmern eingesetzt. Aus Modulen eines Modul-Baukastens hergestellte Druckmessaufnehmern werden in der industriellen Messtechnik zur messtechnischen Erfassung von Drücken eingesetzt.
Modular aufgebaute Druckmessaufnehmer, sowie zu deren Herstellung verwendbare Module umfassende Modul-Baukästen bieten den Vorteil, dass die einzelnen Module vorgefertigt und anschließend zur Herstellung der Druckmessaufnehmer mit einander verbunden werden können.
So ist beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 203 05 869 U1 ein zur Messung hoher Drücke geeigneter Druckmessaufnehmer beschriebenen, der ein Sensor- Modul und ein damit verbundenes Prozessanschluss-Modul umfasst. Das Sensor-Modul dieses Druckmessaufnehmers umfasst einen in einer Druckmesskammer angeordneten Drucksensor, der über einen nach außen durch eine auf einer Stirnseite des Sensor- Moduls angeordnete Trennmembran abgeschlossenen, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler mit einem auf eine Außenseite der Trennmembran einwirkenden Druck beaufschlagbar ist. Bei diesem Druckmessaufnehmer ist das Sensor- Modul derart in ein mit dem Prozessanschluss-Modul verbundenes Gehäuse eingesetzt, dass die hier innenliegende Trennmembran über eine parallel zu einer Längsachse des Prozessanschluss-Moduls durch das Prozessanschluss-Modul hindurch verlaufende, als Druckzuleitung dienende Ausnehmung mit dem Druck beaufschlagbar ist.
Zur Druckbeaufschlagung dieser Druckmessaufnehmer ist es jedoch erforderlich, dass ein unter dem zu messenden Druck stehendes Medium in die Druckzuleitung eindringt und diese ausfüllt. Dabei bildet die Druckzuleitung einen von außen schwer zugänglichen und dementsprechend schlecht zu reinigenden Hohlraum, in dem sich Ablagerungen bilden und/oder Verunreinigungen ansammeln können. Das hat zur Folge, dass diese
Druckmessaufnehmer nicht an Einsatzorten verwendet werden sollten, an denen besonders hohe Anforderungen an Hygiene und/oder Sauberkeit bestehen. Beispiele hierfür sind Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, wo die Gefahr besteht, dass Ablagerungen und/oder Verunreinigungen zu die Haltbarkeit beeinträchtigenden und/oder gesundheitsschädlichen Kontaminationen von Lebensmitteln führen können.
In diesen Anwendungen werden bevorzugt im Stand der Technik häufig auch als kompakte Druckmessaufnehmer bezeichnete Druckmessaufnehmer eingesetzt, bei denen der Druckmittler derart in einem Prozessanschluss integriert ist, dass dessen Trennmembran den Prozessanschluss frontseitig abschließt. Bei diesen Druckmessaufnehmern ist eine in dem Prozessanschluss unter der Trennmembran eingeschlossene Druckempfangskammer mit einer durch den ansonsten massiven Prozessanschluss hindurch verlaufende
Druckübertragungsleitung mit einer Druckmesskammer verbunden, in der der Drucksensor angeordnet ist.
Diese kompakten Druckmessaufnehmer weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie nicht modular aufgebaut werden können, da deren Druckmittler erst am Ende des
Herstellungsprozesses, nach dem Einbau des Drucksensors in den mit dem Druckmittler ausgestatteten Prozessanschluss mit der Druck übertragenden Flüssigkeit befüllt werden können. Hier können dementsprechend keine vorgefertigten bereits mit der Flüssigkeit befüllten Sensor-Module eingesetzt werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Modul-Baukasten der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sowohl Druckmessaufnehmer mit innenliegender Trennmembran als auch Druckmessaufnehmer mit frontseitig angeordneter Trennmembran hergestellt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe umfasst die Erfindung einen Modul-Baukasten zur Herstellung von einem oder mehreren Druckmessaufnehmern, mit
- mindestens einem Sensor-Modul, das einen in einer Druckmesskammer angeordneten Drucksensor umfasst, der über einen nach außen durch eine auf einer Stirnseite des Sensor-Moduls angeordnete Trennmembran abgeschlossenen, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler mit einem auf eine Außenseite der Trennmembran einwirkenden Druck beaufschlagbar ist, und
- mindestens einem jeweils mit einem der Sensor-Module verbindbaren Prozessanschluss- Modul, das eine parallel zu einer Längsachse des Prozessanschluss-Moduls durch das Prozessanschluss-Modul hindurch verlaufende Ausnehmung umfasst,
der sich dadurch auszeichnet, dass - jedes Sensor-Modul jeweils derart ausgebildet ist, dass es in ein erstes Ende der Ausnehmung eines jeden der Prozessanschluss-Module jeweils derart einsetzbar ist, dass es das erste Ende der Ausnehmung nach außen verschließt und die Trennmembran auf einer von der Ausnehmung abgewandten äußeren Stirnseite des jeweiligen Sensor-Moduls angeordnet ist, und
- jedes Sensor-Modul jeweils derart ausgebildet ist, dass es durch eine dem ersten Ende gegenüberliegende Eintrittsöffnung der Ausnehmung eines jeden der Prozessanschluss- Module hindurch jeweils derart in die Ausnehmung einsetzbar ist, dass ein der
T rennmembran vorgelagerter Abschnitt der Ausnehmung eine durch das Sensor-Modul endseitig verschlossene Druckzuleitung bildet, über die die T rennmembran mit dem Druck beaufschlagbar ist.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass anhand der Sensor-Module und der
Prozessanschluss-Module sowohl modular aufgebaute Druckmessaufnehmer mit innenliegender Trennmembran als auch modular aufgebaute Druckmessaufnehmer mit frontseitig angeordneter Trennmembran herstellt werden können. Damit wird eine
Reduktion der zur Herstellung unterschiedlicher Varianten von Druckmessaufnehmern benötigten Bauteile- und Modul-Vielfalt erzielt.
Eine erste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass jedes Sensor-Modul einen Abschnitt aufweist, der einen sich radial nach außen erstreckenden Absatz umfasst, der auf dessen von der Trennmembran abgewandte Seite eine Absatzfläche aufweist, die im Wesentlichen gleich einer Fläche oder einer Teilfläche der das stirnseitige erste Ende der Ausnehmungen außenseitlich umgebenden Stirnflächen der Prozessanschluss-Module ist oder eine Fläche dieser Größe umfasst.
Eine Weiterbildung der ersten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensor- Module mindestens einen weiteren auf einer von der Trennmembran abgewandten Seite des Absatzes angeordneten Abschnitt umfassen, dessen Grundfläche echt kleiner als die Querschnittsfläche der stirnseitigen ersten Enden der Ausnehmungen der
Prozessanschluss-Module ist.
Eine zweite Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Ausnehmungen der Prozessanschluss-Module einen zwischen dem ersten Ende und der Eintrittsöffnung von deren Ausnehmung angeordneten, jeweils zur Befestigung eines der Sensor-Module im inneren des jeweiligen Prozessanschluss-Moduls dienenden Befestigungsbereich umfassen, dessen Querschnittsfläche kleiner als die der
Eintrittsöffnung ist, und die Sensor-Module einen passgenau in den Befestigungsbereich jeweils eines der Prozessanschluss-Module einsetzbaren Abschnitt aufweisen, dessen Grundfläche im Wesentlichen gleich der Querschnittsfläche des Befestigungsbereichs ist. Eine Weiterbildung der zweiten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Prozessanschluss-Module eine den Befestigungsbereich außenseitlich umgebende, sich radial nach innen erstreckende Schulter umfassen,
die passgenau einsetzbaren Abschnitte der Sensor-Module jeweils durch deren den sich radial nach außen erstreckenden Absatz umfassenden Abschnitt gebildet sind, und/oder die Sensor-Module mindestens einen weiteren, auf der der Trennmembran
zugewandten Seite des passgenau in den Befestigungsbereich einsetzbaren Abschnitts angeordneten Abschnitt umfassen, dessen Grundfläche kleiner oder gleich der
Grundfläche des passgenau in den Befestigungsbereich einsetzbaren Abschnitts ist. Eine dritte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensor-Module und die Prozessanschluss-Module derart ausgebildet sind, dass die Prozessanschluss-Module jeweils eine als Anschlag dienende Absatzfläche aufweisen, auf der eine Absatzfläche des Sensor-Moduls zur Auflage kommt, wenn das Sensor-Modul durch die Eintrittsöffnung hindurch in das Prozessanschluss-Modul eingesetzt wird.
Eine vierte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Sensor-Module mindestens ein Sensor-Modul umfassen, das eine an den
Drucksensor angeschlossene, auf einer von der Trennmembran abgewandten Rückseite des jeweiligen Sensor-Moduls angeordnete Sensorelektronik aufweist,
die Sensor-Module mindestens ein eine an dessen Drucksensor angeschlossene
Sensorelektronik umfassendes, nach dessen Befüllung mit der Druck übertragenden Flüssigkeit kalibriertes Sensor-Modul umfassen, und/oder
die Sensor-Module mindestens ein eine an dessen Drucksensor angeschlossene Sensorelektronik umfassendes Sensor-Modul umfassen, das einen Speicher umfasst, in dem in einem Kalibrationsverfahren ermittelte Kennlinien und/oder Kalibrationsdaten abgelegt sind, die eine Abhängigkeit eines von der Sensorelektronik erzeugten
druckabhängigen Signals von dem auf die Trennmembran einwirkenden Druck
wiedergeben. Bevorzugte Ausgestaltungen zeichnen sich dadurch aus, dass
die Sensor-Module mindestens ein als Absolutdruck-Sensor-Modul ausgebildetes Sensor-Modul umfassen, dessen Drucksensor als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, und/oder
die Sensor-Module mindestens ein als Relativdruck-Sensor-Modul ausgebildetes Sensor-Modul umfassen, dessen Drucksensor als ein Relativdrucksensor ausgebildet, der eine unter einer Messmembran eingeschlossene zweite Druckmesskammer umfasst, die über eine in der zweiten Druckmesskammer mündende Referenzdruckzuleitung mit einem Referenzdruck beaufschlagbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Sensor-Module mindestens ein für einen ersten Druckmessbereich ausgelegtes Sensor-Modul umfassen, dessen Trennmembran eine für den ersten Druckmessbereich ausgelegte erste Membranstärke aufweist,
die Sensor-Module mindestens ein für einen vom ersten Druckmessbereich
verschiedenen weiteren Druckmessbereich ausgelegtes Sensor-Modul umfassen, dessen Trennmembran eine für den weiteren Druckmessbereich ausgelegte, von der ersten Membranstärke verschiedene Membranstärke aufweist, und
die Trennmembranen der für unterschiedliche Druckmessbereiche ausgelegten Sensor- Module Membranflächen von im Wesentlichen gleicher Größe aufweisen.
Eine fünfte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensor-Module eine Nut zur Aufnahme einer Prozessdichtung aufweisen.
Weitere Ausgestaltungen zeichnen sich dadurch aus, dass
die Sensor-Module jeweils ein metallisches Sensorgehäuse umfassen, auf dessen Stirnseite eine nach außen durch die Trennmembran abgeschlossene
Druckempfangskammer angeordnet ist, die mit der im Sensorgehäuse eingeschlossenen Druckmesskammer verbunden ist, in der der Drucksensor angeordnet ist, und/oder die Prozessanschluss-Module jeweils aus einem Metall bestehen.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Druckmessaufnehmer mittels eines erfindungsgemäßen Moduls-Baukastens, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Sensor-Modul des Modul-Baukastens in ein
Prozessanschluss-Modul des Modul-Baukastens eingesetzt und mittels einer
mechanischen Verbindung und/oder einer Schweißung druckdicht mit diesem verbunden wird.
Des Weiteren umfasst die Erfindung einen mittels eines erfindungsgemäßen Modul- Baukastens und/oder anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten
Druckmessaufnehmer, der sich dadurch auszeichnet, dass der Druckmessaufnehmer ein in ein Prozessanschluss-Modul des Modul-Baukastens eingesetztes mittels einer
mechanischen Verbindung und/oder einer Schweißung druckdicht mit dem
Prozessanschluss-Modul verbundenes Sensor-Modul umfasst. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers zeichnen sich dadurch aus, dass
das Sensor-Modul derart in das Prozessanschluss-Modul eingesetzt ist, dass das Sensor-Modul das erste Ende der Ausnehmung nach außen verschließt und die
T rennmembran auf der dem durch das Sensor-Modul verschlossenen ersten Ende der
Ausnehmung vorgelagerten äußeren Stirnseite des Druckmessaufnehmers angeordnet ist, oder
das Sensor-Modul derart in die Ausnehmung des Prozessanschluss-Moduls eingesetzt ist, dass ein der Trennmembran vorgelagerter, sich bis zum ersten Ende der Ausnehmung erstreckender Abschnitt der Ausnehmung eine durch das Sensor-Modul endseitig verschlossene Druckzuleitung bildet, über die die Trennmembran mit dem Druck beaufschlagbar ist.
Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers zeichnet sich dadurch aus, dass
das Sensor-Modul derart in die Ausnehmung des Prozessanschluss-Moduls eingesetzt ist, dass ein der Trennmembran vorgelagerter, sich bis zum ersten Ende der Ausnehmung erstreckender Abschnitt der Ausnehmung eine durch das Sensor-Modul endseitig verschlossene Druckzuleitung bildet, über die die Trennmembran mit dem Druck beaufschlagbar ist, und
an der Stirnseite des Prozessanschluss-Moduls ein Abschlusselement angeordnet und mittels einer mechanischen Verbindung und/oder einer Schweißung mit dem
Prozessanschluss-Modul verbunden ist, dass einen das erste Ende der Ausnehmung stirnseitig verschließenden Körper umfasst, durch den ein Leitungssegment hindurch verläuft, dass eine geringere Querschnittsfläche aufweist, als das stirnseitige erste Ende der Ausnehmung.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Um Komponenten unterschiedlicher Abmessungen darstellen zu können wurde eine nicht immer maßstabsgetreue Darstellung gewählt.
Fig. 1 zeigt: ein Sensor-Modul;
Fig. 2 zeigt: ein Prozessanschluss-Modul;
Fig. 3 zeigt: einen Druckmessaufnehmer mit frontseitiger Trennmembran; und
Fig. 4 zeigt: einen Druckmessaufnehmer mit innenliegender Trennmembran.
Die nachfolgend im Detail beschriebene Erfindung betrifft einen Modul-Baukasten zur Herstellung von Druckmessaufnehmern. Der Modul-Baukasten umfasst mindestens ein Sensor-Modul 1 und mindestens ein jeweils mit einem der Sensor-Module 1 verbindbares Prozessanschluss-Modul 3. Fig. 1 zeigt hierzu ein Beispiel eines Sensor-Moduls 1 und Fig. 2 ein Beispiel eines Prozessanschluss-Moduls 3.
Jedes Sensor-Modul 1 umfasst jeweils einen in einer Druckmesskammer 5 angeordneten Drucksensor 7, der über einen nach außen durch eine auf einer Stirnseite des Sensor- Moduls 1 angeordnete Trennmembran 9 abgeschlossenen, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler mit einem auf eine Außenseite der T rennmembran 9 einwirkenden Druck p beaufschlagbar ist.
Jedes Prozessanschluss-Modul 3 umfasst eine parallel zu einer Längsachse des
Prozessanschluss-Moduls 3 durch das Prozessanschluss-Modul 3 hindurch verlaufende Ausnehmung 1 1.
Zusätzlich umfassend die Prozessanschluss-Module 3 vorzugsweise jeweils eine
Befestigungsvorrichtung 12 mittels der das Prozessanschluss-Modul 3 auf, an oder in einer hierzu komplementären Befestigungsvorrichtung montiert und/oder an eine
Wirkdruckleitung angeschlossen werden kann. Die in Fig. 2 nur als Beispiel dargestellte Befestigungsvorrichtung 12 umfasst ein Außengewinde das in ein hierzu komplementäres Innengewinde eines messstellenseitig vorgesehenen Anschlusses einschraubbar ist.
Alternativ können natürlich auch andere dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannte Befestigungsvorrichtungen, wie z.B. Flansche, Überwurfmuttern oder andere dem Fachmann bekannte Befestigungsmittel umfassende Befestigungsvorrichtungen eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß ist jedes Sensor-Modul 1 jeweils derart ausgebildet, dass es derart in ein stirnseitiges erstes Ende 13 der Ausnehmung 1 1 eines jeden Prozessanschluss-Moduls 3 des Modul-Baukastens einsetzbar ist, dass es das erste Ende 13 nach außen verschließt und die Trennmembran 9 auf einer von der Ausnehmung 1 1 abgewandten äußeren Stirnseite des jeweiligen Sensor-Moduls 1 angeordnet ist. Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines auf diese Weise hergestellten Druckmessaufnehmers mit frontseitig angeordneter
Trennmembran 9.
Zugleich ist jedes Sensor-Modul 1 jeweils derart ausgebildet, dass es durch eine dem ersten Ende 13 gegenüberliegende Eintrittsöffnung 15 der Ausnehmung 1 1 eines jeden Prozessanschluss-Moduls 3 des Modul-Baukastens hindurch derart in die Ausnehmung 1 1 einsetzbar ist, dass ein der T rennmembran 9 vorgelagerter Abschnitt der Ausnehmung 1 1 eine durch das Sensor-Modul 1 endseitig verschlossene Druckzuleitung 17 bildet, über die die Trennmembran 9 mit dem messtechnisch zu erfassenden Druck p beaufschlagbar ist. Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines auf diese Weise hergestellten Druckmessaufnehmers mit innenliegender Trennmembran 9.
Der erfindungsgemäße Modul-Baukasten bietet den Vorteil, dass durch eine rein mechanische Befestigung des jeweiligen Sensor-Moduls 1 in dem bzw. an dem jeweiligen Prozessanschluss-Modul 3 wahlweise ein Druckmessaufnehmer mit frontseitig
angeordneter Trennmembran 9 oder alternativ ein Druckmessaufnehmer mit
innenliegender Trennmembran 9 hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch zur Herstellung von Druckmessaufnehmern mit frontseitiger
Trennmembran 9 vorgefertigte Sensor-Module 1 eingesetzt werden können. Darüber hinaus bietet der Modul-Baukasten den Vorteil, dass zur Herstellung beider
Druckmessaufnehmer-Varianten baugleiche Sensor-Module 1 und Prozessanschluss- Module 3 eingesetzt werden. Letzteres reduziert die zur Herstellung beider Varianten benötigte Modul- und Bauteilevielfalt. Das führt aufgrund der dementsprechend höheren Stückzahlen zu einer Reduktion der Herstellungskosten der Module, sowie zu einer
Reduktion des logistischen Aufwands und der mit steigender Anzahl unterschiedlicher auf Vorrat zu haltender Bauteile und/oder Module ansteigenden Lagerhaltungskosten.
Das in Fig. 1 als Beispiel dargestellte Sensor-Modul 1 umfasst
ein Sensorgehäuse 19, auf dessen Stirnseite eine nach außen durch die Trennmembran 9 abgeschlossene Druckempfangskammer 21 angeordnet ist. Die Druckempfangskammer 21 ist mit der in dem Sensorgehäuse 19 eingeschlossenen Druckmesskammer 5 verbunden, in der der Drucksensor 7 angeordnet ist. Der Drucksensor 7 ist in dem dargestellten Beispiel auf einem T räger 23 angeordnet, der die Druckmesskammer 5 nach außen verschließt. Der Träger 23 ist in den dargestellten Beispielen im Wesentlichen
scheibenförmig und kann z.B. aus einem Metall, z.B. aus einem Edelstahl bestehen.
Genauso kann auch das Sensorgehäuse 19 aus einem Metall, z.B. aus einem Edelstahl bestehen. Die Druckempfangskammer 21 und die damit verbundene Druckmesskammer 5 sind mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllt. Diese kann dem Sensor-Modul 1
beispielsweise über eine hier nicht dargestellte durch den Träger 23 hindurch verlaufende Befüll-Leitung zugeführt werden. Als Drucksensor 7 eignet sich z.B. ein sogenannter Halbleiter-Drucksensor, z.B. ein auf Siliziumbasis hergestellten Drucksensor-Chip. Dieser kann beispielsweise eine unter Einschluss einer zweiten Druckmesskammer 25 auf einem Grundkörper 27 angeordnete Messmembran 29 und einen elektromechanischen Wandler umfassen. Der Wandler wandelt eine vom auf die Messmembran 29 einwirkenden Druck abhängige Durchbiegung der Messmembran 29 in eine elektrische Größe um, die dann mittels einer an den Wandler anschließbaren Sensorelektronik 31 messtechnisch erfasst und in ein von dem
messtechnisch zu erfassenden Druck abhängiges elektrisches Signal umgewandelt wird, das dann für eine weitere Verarbeitung und/oder Auswertung zur Verfügung steht.
Beispiele hierfür sind kapazitive Wandler, die mindestens einen Kondensator mit einer von der Durchbiegung der Messmembran 29 abhängigen Kapazität aufweisen, sowie Wandler, die auf oder in der Messmembran 29 angeordnete Sensorelemente, z.B. zu einer
Widerstandsmessbrücke zusammengeschaltete piezoresistive Elemente, umfassen. Eine weitere Alternative bilden piezoelektrische Wandler. Alternativ können aber auch andere als die zuvor als Beispiel genannten Wandler eingesetzt werden. Der Drucksensor 7 ist über an dessen Wandler angeschlossene, in dem dargestellten Beispiel durch den Träger 23 hindurch geführte Anschlussleitungen 33 an die Sensorelektronik 31 anschließbar.
Dabei kann für jedes Sensor-Modul 1 jeweils eine separate, an deren Drucksensor 7 anschließbare Sensorelektronik 31 vorgesehen werden.
Alternativ kann jedes Sensor-Modul 1 jeweils die an dessen Drucksensor 5
angeschlossene Sensorelektronik 31 umfassen. In dem Fall sind die Sensorelektroniken 31 vorzugsweise jeweils auf einer von der Trennmembran 9 abgewandten Rückseite des jeweiligen Sensor-Moduls 1 angeordnet.
Die Sensorelektronik 31 umfassende Sensor-Module 1 werden vorzugsweise nicht nur werkseitig mit der Druck übertragenden Flüssigkeit befüllt, sondern vorzugsweise auch nach deren Befüllung kalibriert. Unter Kalibration wird hier ein Verfahren verstanden, bei dem eine Abhängigkeit der von der Sensorelektronik 31 erzeugten druckabhängigen Signale vom auf die Trennmembran 9 einwirkenden Druck p bestimmt wird, anhand derer den im Messbetrieb von der Sensorelektronik 31 erzeugten Signalen der zugehörige zu messende Druck p zugeordnet werden kann. Diese im Rahmen des Kalibrationsverfahrens z.B. in Form von Kennlinien und/oder Kalibrationsdaten ermittelte Abhängigkeit wird vorzugsweise in einem der Sensorelektronik 31 zugeordneten Speicher abgespeichert und im nachfolgenden Messbetrieb des Druckmessaufnehmers zur Druckmessung verwendet.
Kalibrierte Sensor-Module 1 bieten den Vorteil, dass es zur Herstellung der
Druckmessaufnehmer aus den vorgefertigten Modulen nur noch der Erzeugung der mechanischen Verbindung von Sensor-Modul 1 und Prozessanschluss-Modul 3 bedarf. Die Erzeugung der mechanischen Verbindung stellt einen im Vergleich zur Befüllung und zur Kalibration des Sensor-Moduls 1 auf sehr einfache Weise, ohne spezielle Apparaturen ausführbaren Vorgang dar, der dementsprechend vergleichsweise problemlos auch außerhalb des Werks an einem oder mehreren dezentralen Orten, insb. auch am
Einsatzort oder in der Nähe des Einsatzorts der herzustellenden Druckmessaufnehmer ausgeführt werden kann. Im Hinblick auf die Erzeugung von Druckmessaufnehmern mit frontseitiger Trennmembran 9 können die Sensor-Module 1 z.B. derart ausgebildet sein, dass jedes Sensor-Modul 1 jeweils einen Abschnitt 35 aufweist, der einen sich radial nach außen erstreckenden Absatz 37 umfasst. Dabei weisen die Absätze 37 der Sensor-Module 1 auf deren von der
Trennmembran 9 abgewandte Seite jeweils eine Absatzfläche auf, die im Wesentlichen gleich einer Fläche oder zumindest einer T eilfläche der das stirnseitige Ende 13 der Ausnehmungen 1 1 außenseitlich umgebenden Stirnflächen 39 der Prozessanschluss- Module 3 ist oder eine Fläche dieser Größe umfasst.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Absatzfläche zugleich einen Anschlag bildet, der ein auf reproduzierbare und definierte Weise ausführbares Einsetzten des Sensor-Moduls 1 in das Prozessanschluss-Modul 3 sicher stellt.
Optional können die Sensor-Module 1 zusätzlich zu deren den Absatz 37 umfassenden Abschnitt 35 jeweils mindestens einen weiteren auf einer von der Trennmembran 9 abgewandten Seite des Absatzes 37 angeordneten Abschnitt 41 und/oder mindestens einen weiteren auf einer der Trennmembran 9 zugewandten Seite des Absatzes 37 angeordneten Abschnitt 43 umfassen.
Dabei weisen die auf der von der Trennmembran 9 abgewandten Seite des Absatzes 37 angeordneten Abschnitte 41 jeweils eine Grundfläche auf, die echt kleiner als die
Querschnittsfläche der stirnseitigen Enden 13 der Ausnehmungen 1 1 der
Prozessanschluss-Module 3 ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass auf der von der Trennmembran 9 abgewandten Seite des Absatzes 37 angeordnete Abschnitte 41 der Sensor-Module 1 bei der Herstellung von Druckmessaufnehmern mit frontseitiger
Trennmembran 9 in das stirnseitige Ende 13 der Ausnehmung 1 1 des jeweiligen
Prozessanschluss-Moduls 3 eingeführt werden können.
Optional können die Sensor-Module 1 eine dem Absatz 37 vorgelagerte Nut 44 aufweisen, die bei Druckmessaufnehmern mit frontseitiger T rennmembran 9 zur Aufnahme einer hier nicht dargestellten Prozessdichtung, wie z.B. einem O-Ring, dient. Eine solche Nut 44 ist in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel auf der der Trennmembran 9 zugewandten Seite des Absatzes 37 angeordnet. Diese Nut 44 ist außenseitlich durch den Absatz 37 und eine dem Absatz 37 zugewandte Mantelfläche des weiteren Abschnitts 43 begrenzt.
Im Hinblick auf die Erzeugung von Druckmessaufnehmern mit innenliegender
Trennmembran 9 können die Sensor-Module 1 und die Prozessanschluss-Module 3 z.B. derart ausgebildet sein, dass zwischen den stirnseitigen ersten Enden 13 und den diesen gegenüberliegenden Eintrittsöffnungen 15 der Ausnehmungen 1 1 der Prozessanschluss- Module 3 jeweils ein zur Befestigung des Sensor-Moduls 1 im inneren des jeweiligen Prozessanschluss-Moduls 3 dienender Befestigungsbereich 45 vorgesehen ist, dessen Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 15 ist. Hierzu können die Prozessanschluss-Module 3 z.B. eine den Befestigungsbereich 45
außenseitlich umgebende, sich radial nach innen erstreckende Schulter 47 umfassen.
Bei dieser Ausführungsform können die Sensor-Module 1 z.B. jeweils einen passgenau in den Befestigungsbereich 45 eines der Prozessanschluss-Module 3 einsetzbaren Abschnitt 35 umfassen. Dabei weisen die passgenau einsetzbaren Abschnitte 35 jeweils eine Grundfläche auf, die im Wesentlichen gleich der Querschnittsfläche der
Befestigungsbereiche 45 der Prozessanschluss-Module 3 ist.
Auch hier können die Sensor-Module 1 zusätzlich zu deren passgenau in den
Befestigungsbereich 45 einsetzbaren Abschnitt 35 auf der der T rennmembran 9 zugewandten Seite und/oder auf der von der Trennmembran 9 abgewandten Seite des passgenau einsetzbaren Abschnitts 35 jeweils mindestens einen weiteren Abschnitt 41 , 43 umfassen. Dabei weisen auf der der Trennmembran 9 zugewandten Seite des passgenau in den Befestigungsbereich 45 einsetzbaren Abschnitts 35 ggfs vorgesehene weitere Abschnitte 43 jeweils eine Grundfläche auf, die kleiner gleich der Grundfläche des passgenau in den Befestigungsbereich 45 einsetzbaren Abschnitts 35 des jeweiligen Sensor-Moduls 1 ist.
Der passgenau einsetzbare Abschnitt 35 kann beispielsweise, wie in Fig. 4 dargestellt, durch den den Absatz 37 umfassenden Abschnitt 35 des jeweiligen Sensor-Moduls 1 gebildet sein. Bei dieser Ausführungsform weisen die Absätze 37 der Sensor-Module 1 vorzugsweise Außenabmessungen auf, die im Wesentlichen gleich den
Außenabmessungen der die stirnseitigen Enden 13 umgebenden Stirnflächen 39 der Prozessanschluss-Module 3 sind. Alternativ oder zusätzlich hierzu weisen die die
Trennmembran 9 umfassenden Abschnitte 43 der Sensor-Module 1 vorzugsweise Außenabmessungen auf, die im Wesentlichen gleich den Außenabmessungen der passgenau in den Befestigungsbereich 45 einsetzbaren Abschnitte 35 der Sensor-Module 1 sind. Letzteres bietet den Vorteil, dass die Trennmembranen 9 jeweils eine
vergleichsweise große Membranfläche aufweisen können.
Bei der Herstellung von Druckmessaufnehmern mit innenliegender Trennmembran 9 können die Sensor-Module 1 beispielsweise mittels eines Werkzeugs derart in dem jeweilige Prozessanschluss-Modul 3 positioniert werden, dass deren passgenau in den Befestigungsbereich 45 einsetzbare Abschnitt 35 außenseitlich allseitig von der den Befestigungsbereich 45 umgebenden Schulter 47 des Prozessanschluss-Moduls 3 umgeben ist. Alternativ oder zusätzlich zu dem passgenau einsetzbaren Abschnitt 35 können die Sensor-Module 1 und die Prozessanschluss-Module 3 derart ausgebildet sein, dass die Prozessanschluss-Module 3 jeweils eine als Anschlag dienende Absatzfläche aufweisen, auf der eine Absatzfläche des Sensor-Moduls 1 zur Auflage kommt, wenn das Sensor- Modul 1 durch die Eintrittsöffnung 15 hindurch in das Prozessanschluss-Modul 3 eingesetzt wird.
Unabhängig von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Sensor-Module 1 und der Prozessanschluss-Module 3 bestehen zumindest deren zur Herstellung von
Druckmessaufnehmern mit frontseitig angeordneter Trennmembran 9 als auch deren zur Herstellung von Druckmessaufnehmer mit innenliegender Trennmembran 9 mechanisch miteinander zu verbindenden Bereiche vorzugsweise aus einem Metall, z.B. aus Edelstahl. Das bietet den Vorteil das die mechanische Verbindung von Sensor-Modul 1 und
Prozessanschluss-Modul 3 jeweils durch eine in den Figuren jeweils durch Dreiecke angezeigte Schweißung, z.B. eine als eine zu einem Ring geschlossene, Sensor-Modul 1 und Prozessanschluss-Modul 3 druckdicht miteinander verbindende Schweißnaht ausgebildete Schweißung, erzielt werden kann. Das Verschweißen metallischer Bauteile ist eine vergleichsweise einfach ausführbarer Vorgang ist, für den weder Spezialkenntnisse noch speziell für die Herstellung von Druckmessaufnehmern konzipierte Vorrichtungen erforderlich sind. Letzteres ist insb. im Hinblick auf die zuvor bereits angesprochene mittels des Modul-Baukastens auch dezentral ausführbare Herstellung von Druckmessaufnehmern von Vorteil.
In dem Modul-Baukasten enthaltene Sensor-Module 1 können beispielsweise als
Absolutdruck- und/oder als Relativdruck-Sensor-Module ausgebildete Sensor-Module 1 umfassen. Bei Relativdruck-Sensor-Modulen ist der Drucksensor 7 als Relativdrucksensor ausgebildet, dessen unter der Messmembran 29 eingeschlossene zweite
Druckmesskammer 25 über eine in den Figuren 1 , 3 und 4 als Option ebenfalls dargestellte durch den Träger 23 hindurch verlaufende, in der zweiten Druckmesskammer 25 mündende Referenzdruckzuleitung 49 mit einem Referenzdruck pref, z.B. einem
Atmosphärendruck beaufschlagbar ist. Bei Absolutdruck-Sensor-Modulen ist der
Drucksensor 7 als Absolutdrucksensor ausgebildet, dessen unter der Messmembran 29 eingeschlossene Druckmesskammer 25 evakuiert ist. In dem Fall entfällt die in Fig. 1 , 3 und 4 dargestellte Referenzdruckzuleitung 49. Alternativ oder zusätzlich hierzu können in dem Modul-Baukasten enthaltene Sensor-
Module 1 für unterschiedliche Druckmessbereiche ausgelegte Sensor-Module 1 umfassen. In dem Fall umfassen die Sensor-Module 1 vorzugsweise mindestens ein für einen ersten Druckmessbereich ausgelegtes Sensor-Modul 1 , dessen T rennmembran 9 eine für einen ersten Druckmessbereich ausgelegte erste Membranstärke aufweist und mindestens ein für einen von dem ersten Druckmessbereich verschiedenen weiteren Druckmessbereich ausgelegtes Sensor-Modul 1 , dessen Trennmembran 9 eine für den jeweiligen weiteren Druckmessbereich ausgelegte, von der ersten Membranstärke verschiedene weitere Membranstärke aufweist. So können zur Messung von höheren Drücken, wie z.B. Drücken von bis zu 400 bar oder sogar von bis zu 700 bar, ausgelegte Sensor-Module 1
beispielsweise Trennmembranen 9 mit einer Membranstärke von 40 pm bis 60 gm aufweisen, während zur Messung von niedrigeren Drücken, wie z.B. Drücken von bis zu 40 bar, ausgelegte Sensor-Module 1 beispielsweise Trennmembranen 9 mit einer
Membranstärke von 20 pm bis 30 pm aufweisen können.
Optional weisen die Trennmembranen 9 der für unterschiedliche Druckmessbereiche ausgelegten Sensor-Module 1 die gleiche Membranfläche auf. Hierdurch reduziert sich die zur Herstellung dieser Sensor-Module 1 erforderliche Teilevielfalt. So können die
Trennmembranen 9 der für die zuvor genannten unterschiedlichen Messbereiche ausgelegten Sensor-Module 1 identische Membrandurchmesser aufweisen, die z.B. im Bereich von 10 mm bis 20 mm liegen können.
Optional können erfindungsgemäße Modul-Baukästen weitere Komponenten enthalten. Ein Beispiel hierfür ist ein Fig. 4 als optionale Komponente des dort dargestellten
Druckmessaufnehmers gestrichelt dargestelltes, bei Druckmessaufnehmern mit innenliegender Trennmembran 9 an der Stirnseite 39 des Prozessanschluss-Moduls 3 beispielsweise durch eine Schweißung anbringbares bzw. angebrachtes Abschlusselement 51 . Das Abschlusselement 51 umfasst einen die Ausnehmung 1 1 stirnseitig
verschließenden Körper, durch den ein Leitungssegment 53 hindurch verläuft, dass eine geringere Querschnittsfläche aufweist, als das stirnseitige erste Ende 13 der Ausnehmung 1 1.
Bezugszeichenliste
1 Sensor-Modul
3 Prozessanschluss-Modul
5 Druckmesskammer
7 Drucksensor
9 Trennmembran
1 1 Ausnehmung
12 Befestigungsvorrichtung
13 erstes Ende der Ausnehmung
15 Eintrittsöffnung
17 Druckzuleitung
19 Sensorgehäuse
21 Druckempfangskammer
23 T räger
25 zweite Druckmesskammer
27 Grund körper
29 Messmembran
31 Sensorelektronik
33 Anschlussleitung
35 Abschnitt
37 Absatz
39 Stirnfläche des Prozessanschluss-Moduls 41 Abschnitt
43 Abschnitt
44 Nut
45 Befestigungsbereich
47 Schulter
49 Referenzd ru ckzu leitu ng
51 Abschlusselement
53 Leitungssegment

Claims

Patentansprüche
1. Modul-Baukasten zur Herstellung von einem oder mehreren Druckmessaufnehmern, mit mindestens einem Sensor-Modul (1 ), das einen in einer Druckmesskammer (5) angeordneten Drucksensor (7) umfasst, der über einen nach außen durch eine auf einer Stirnseite des Sensor-Moduls (1 ) angeordnete Trennmembran (9) abgeschlossenen, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllten Druckmittler mit einem auf eine Außenseite der Trennmembran (9) einwirkenden Druck (p) beaufschlagbar ist, und
mindestens einem jeweils mit einem der Sensor-Module (1 ) verbindbaren
Prozessanschluss-Modul (3), das eine parallel zu einer Längsachse des
Prozessanschluss-Moduls (3) durch das Prozessanschluss-Modul (3) hindurch verlaufende Ausnehmung (1 1 ) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Sensor-Modul (1 ) jeweils derart ausgebildet ist, dass es in ein erstes Ende (13) der Ausnehmung (1 1 ) eines jeden der Prozessanschluss-Module (3) jeweils derart einsetzbar ist, dass es das erste Ende (13) der Ausnehmung (1 1 ) nach außen verschließt und die Trennmembran (9) auf einer von der Ausnehmung (1 1 ) abgewandten äußeren Stirnseite des jeweiligen Sensor-Moduls (1 ) angeordnet ist, und
jedes Sensor-Modul (1 ) jeweils derart ausgebildet ist, dass es durch eine dem ersten Ende (13) gegenüberliegende Eintrittsöffnung (15) der Ausnehmung (1 1 ) eines jeden der Prozessanschluss-Module (3) hindurch jeweils derart in die Ausnehmung (1 1 ) einsetzbar ist, dass ein der Trennmembran (9) vorgelagerter Abschnitt der Ausnehmung (1 1 ) eine durch das Sensor-Modul (1 ) endseitig verschlossene Druckzuleitung (17) bildet, über die die Trennmembran (9) mit dem Druck (p) beaufschlagbar ist.
2. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Sensor-Modul (1 ) einen Abschnitt (35) aufweist, der einen sich radial nach außen erstreckenden Absatz (37) umfasst, der auf dessen von der Trennmembran (9) abgewandte Seite eine Absatzfläche aufweist, die im Wesentlichen gleich einer Fläche oder einer Teilfläche der das stirnseitige erste Ende (13) der Ausnehmungen (1 1 ) außenseitlich umgebenden Stirnflächen (39) der Prozessanschluss-Module (3) ist oder eine Fläche dieser Größe umfasst.
3. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensor-Module (1 ) mindestens einen weiteren auf einer von der T rennmembran (9) abgewandten Seite des Absatzes (37) angeordneten Abschnitt (41 ) umfassen, dessen Grundfläche echt kleiner als die Querschnittsfläche der stirnseitigen ersten Enden (13) der Ausnehmungen (1 1 ) der Prozessanschluss-Module (3) ist.
4. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (1 1 ) der Prozessanschluss-Module (3) einen zwischen dem ersten Ende (13) und der Eintrittsöffnung (15) von deren Ausnehmung (1 1 ) angeordneten, jeweils zur Befestigung eines der Sensor-Module (1 ) im inneren des jeweiligen Prozessanschluss- Moduls (3) dienenden Befestigungsbereich (45) umfassen, dessen Querschnittsfläche kleiner als die der Eintrittsöffnung (15) ist, und
die Sensor-Module (1 ) einen passgenau in den Befestigungsbereich (45) jeweils eines der Prozessanschluss-Module (3) einsetzbaren Abschnitt (35) aufweisen, dessen
Grundfläche im Wesentlichen gleich der Querschnittsfläche des Befestigungsbereichs (45) ist.
5. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Prozessanschluss-Module (3) eine den Befestigungsbereich (45) außenseitlich umgebende, sich radial nach innen erstreckende Schulter (47) umfassen,
die passgenau einsetzbaren Abschnitte (35) der Sensor-Module (1 ) jeweils durch deren den sich radial nach außen erstreckenden Absatz (35) umfassenden Abschnitt (35) gebildet sind, und/oder
die Sensor-Module (1 ) mindestens einen weiteren, auf der der Trennmembran (9) zugewandten Seite des passgenau in den Befestigungsbereich (45) einsetzbaren
Abschnitts (35) angeordneten Abschnitt (43) umfassen, dessen Grundfläche kleiner oder gleich der Grundfläche des passgenau in den Befestigungsbereich (45) einsetzbaren Abschnitts (35) ist.
6. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensor-Module (1 ) und die Prozessanschluss-Module (3) derart ausgebildet sind, dass die Prozessanschluss-Module (3) jeweils eine als Anschlag dienende Absatzfläche aufweisen, auf der eine Absatzfläche des Sensor-Moduls (1 ) zur Auflage kommt, wenn das Sensor-Modul (1 ) durch die Eintrittsöffnung (15) hindurch in das Prozessanschluss-Modul (3) eingesetzt wird.
7. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensor-Module (1 ) mindestens ein Sensor-Modul (1 ) umfassen, das eine an den Drucksensor (7) angeschlossene, auf einer von der Trennmembran (9) abgewandten Rückseite des jeweiligen Sensor-Moduls (1 ) angeordnete Sensorelektronik (31 ) aufweist, die Sensor-Module (1 ) mindestens ein eine an dessen Drucksensor (7) angeschlossene Sensorelektronik (31 ) umfassendes, nach dessen Befüllung mit der Druck übertragenden Flüssigkeit kalibriertes Sensor-Modul (1 ) umfassen, und/oder
die Sensor-Module (1 ) mindestens ein eine an dessen Drucksensor (7) angeschlossene Sensorelektronik (31 ) umfassendes Sensor-Modul (1 ) umfassen, das einen Speicher umfasst, in dem in einem Kalibrationsverfahren ermittelte Kennlinien und/oder
Kalibrationsdaten abgelegt sind, die eine Abhängigkeit eines von der Sensorelektronik (31 ) erzeugten druckabhängigen Signals von dem auf die Trennmembran (9) einwirkenden
Druck (p) wiedergeben.
8. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensor-Module (1 ) mindestens ein als Absolutdruck- Sensor-Modul ausgebildetes
Sensor-Modul (1 ) umfassen, dessen Drucksensor (7) als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, und/oder
die Sensor-Module (1 ) mindestens ein als Relativdruck-Sensor-Modul ausgebildetes Sensor-Modul (1 ) umfassen, dessen Drucksensor (7) als ein Relativdrucksensor ausgebildet, der eine unter einer Messmembran (29) eingeschlossene zweite
Druckmesskammer (25) umfasst, die über eine in der zweiten Druckmesskammer (27) mündende Referenzdruckzuleitung (49) mit einem Referenzdruck (pref) beaufschlagbar ist.
9. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensor-Module (1 ) mindestens ein für einen ersten Druckmessbereich ausgelegtes
Sensor-Modul (1 ) umfassen, dessen Trennmembran (9) eine für den ersten
Druckmessbereich ausgelegte erste Membranstärke aufweist,
die Sensor-Module (1 ) mindestens ein für einen vom ersten Druckmessbereich verschiedenen weiteren Druckmessbereich ausgelegtes Sensor-Modul (1 ) umfassen, dessen T rennmembran (9) eine für den weiteren Druckmessbereich ausgelegte, von der ersten Membranstärke verschiedene Membranstärke aufweist, und
die Trennmembranen (9) der für unterschiedliche Druckmessbereiche ausgelegten Sensor-Module (1 ) Membranflächen von im Wesentlichen gleicher Größe aufweisen.
10. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-
Module (1 ) eine Nut (44) zur Aufnahme einer Prozessdichtung aufweisen.
1 1. Modul-Baukasten gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensor-Modul (1 ) jeweils ein metallisches Sensorgehäuse (19) umfassen, auf dessen Stirnseite eine nach außen durch die Trennmembran (9) abgeschlossene
Druckempfangskammer (21 ) angeordnet ist, die mit der im Sensorgehäuse (19) eingeschlossenen Druckmesskammer (5) verbunden ist, in der der Drucksensor (7) angeordnet ist, und/oder
die Prozessanschluss-Module (1 ) jeweils aus einem Metall bestehen.
12. Verfahren zur Herstellung eines Druckmessaufnehmer mittels eines Moduls- Baukastens gemäß Anspruch 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
ein Sensor-Modul (1 ) des Modul-Baukastens in ein Prozessanschluss-Modul (3) des Modul-Baukastens eingesetzt und mittels einer mechanischen Verbindung und/oder einer Schweißung druckdicht mit diesem verbunden wird.
13. Mittels eines Modul-Baukastens gemäß Anspruch 1 bis 1 1 und/oder anhand des Verfahrens gemäß Anspruch 12 hergestellter Druckmessaufnehmer, dadurch
gekennzeichnet, dass der Druckmessaufnehmer ein in ein Prozessanschluss-Modul (3) des Modul-Baukastens eingesetztes mittels einer mechanischen Verbindung und/oder einer Schweißung druckdicht mit dem Prozessanschluss-Modul (3) verbundenes Sensor- Modul (1 ) umfasst.
14. Druckmessaufnehmer gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensor-Modul (1 ) derart in das Prozessanschluss-Modul (3) eingesetzt ist, dass das Sensor-Modul (1 ) das erste Ende (13) der Ausnehmung (1 1 ) nach außen verschließt und die Trennmembran (9) auf der dem durch das Sensor-Modul (1 ) verschlossenen ersten Ende (13) der Ausnehmung (1 1 ) vorgelagerten äußeren Stirnseite des
Druckmessaufnehmers angeordnet ist, oder
das Sensor-Modul (1 ) derart in die Ausnehmung des Prozessanschluss-Moduls (3) eingesetzt ist, dass ein der Trennmembran (9) vorgelagerter, sich bis zum ersten Ende (13) der Ausnehmung (1 1 ) erstreckender Abschnitt der Ausnehmung (1 1 ) eine durch das Sensor-Modul (1 ) endseitig verschlossene Druckzuleitung (17) bildet, über die die
Trennmembran (9) mit dem Druck (p) beaufschlagbar ist.
15. Druckmessaufnehmer gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensor-Modul (1 ) derart in die Ausnehmung des Prozessanschluss-Moduls (3) eingesetzt ist, dass ein der Trennmembran (9) vorgelagerter, sich bis zum ersten Ende (13) der Ausnehmung (1 1 ) erstreckender Abschnitt der Ausnehmung (1 1 ) eine durch das Sensor-Modul (1 ) endseitig verschlossene Druckzuleitung (17) bildet, über die die
Trennmembran (9) mit dem Druck (p) beaufschlagbar ist, und
an der Stirnseite des Prozessanschluss-Moduls (3) ein Abschlusselement (57) angeordnet und mittels einer mechanischen Verbindung und/oder einer Schweißung mit dem Prozessanschluss-Modul (3) verbunden ist, dass einen das erste Ende (13) der Ausnehmung (1 1 ) stirnseitig verschließenden Körper umfasst, durch den ein
Leitungssegment (53) hindurch verläuft, dass eine geringere Querschnittsfläche aufweist, als das stirnseitige erste Ende (13) der Ausnehmung (1 1 ).
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