DE102007010589A1 - Druckmessumformer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer zur Verwendung als Feldgerät der Prozessinstrumentierung. Ein Prozessanschluss (1, 2, 20) zur Zuführung eines zu messenden Drucks enthält eine Messkammer, die mit einem Druckübertragungsmittel befüllt ist und einen Kanal (12, 21) aufweist zur Verbindung eines ersten Teils (3) der Messkammer, der sich unter der Trennmembran (4) befindet, mit einem zweiten Teil (5) der Messkammer, in dem ein druckempfindlicher Sensor (6) angeordnet ist. Die Länge und der Durchmesser des Kanals (21) sind durch Bohren so ausgeführt, dass er ohne weitere Maßnahmen eine zünddurchschlagsichere Strecke bildet. Vorzugsweise ist zumindest ein Abschnitt (22) des Kanals (21) durch funkenerosives Bohren hergestellt. Vorteilhaft wird das Volumen der Messkammer reduziert und damit die Messgenauigkeit des Druckmessumformers verbessert.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer zur Verwendung als Feldgerät der Prozessinstrumentierung, der einen Prozessanschluss zur Zuführung eines zu messenden Drucks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
• Ein derartiger Prozessanschluss ist bereits von Druckmessumformern der Baureihe SITRANS P DSIII der Siemens AG bekannt. Zur Verdeutlichung des Standes der Technik ist in 2 ein Messaufnehmer mit dem bekannten Prozessanschluss dargestellt. Der Prozessanschluss ist aus Fertigungsgründen zweiteilig ausgeführt und besteht aus einer Sensoraufnahme 1 und einer Flanschaufnahme 2, die eine mit einem Druckübertragungsmittel, beispielsweise Silikonöl, gefüllte Messkammer enthalten. Ein erster Teil 3 der Messkammer befindet sich unter einer Trennmembran 4, welche im eingebauten Zustand des Prozessanschlusses das Druckübertragungsmittel vom Prozessmedium, dessen Druck zu messen ist, trennt. Ein zweiter Teil 5 der Messkammer, in dem ein druckempfindlicher Sensor 6 angeordnet ist, befindet sich in der Sensoraufnahme 1. Ein Referenzdruck wird der Rückseite des Sensors 6 durch eine Rohrleitung 7 zugeführt. Weitere Teile des Druckmessumformers, beispielsweise eine Auswerteeinrichtung, die oft auch als Transmitter bezeichnet wird, oder ein Messumformergehäuse, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die Sensoraufnahme 1 und die Flanschaufnahme 2 sind durch eine Schweißverbindung 8 hermetisch dicht miteinander verschweißt. Als Transportschutz ist die Trennmembran 4 durch eine Staubschutzkappe 9 abgedeckt, die vor Anbringung eines Befestigungsflansches, der in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt ist, entfernt wird. Nach Entfernen der Kappe 9 liegt ein Außengewinde 10 des Prozessanschlusses frei, auf welches an das Außengewinde 10 und einen Anschlag 11 angepasste Flansche verschiedenen Durchmessers aufgeschraubt werden können, so dass die Trennmembran 4 beispielsweise frontbündig mit der Vorderseite des Flansches abschließt. Der erste Teil 3 der Messkammer ist mit dem zweiten Teil 5 über einen mit Druckübertragungsmittel befüllten Kanal 12 verbunden.
• Beim Einsatz des Druckmessumformers in explosionsgefährdeten Bereichen müssen Leitungsdurchführungen, wie beispielsweise der Kanal 12, so genannte Zünd- oder Flammensperren aufweisen, die im Falle einer Entzündung eines Gases innerhalb des Geräts eine Übertragung der Flamme durch die Leitung hindurch aus dem Gerät heraus verhindern. Bei üblichen Zündsperren wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass Flammen beim Durchlaufen von engen Kanälen an Energie verlieren und nicht mehr reaktionsfähig sind, somit zum Erlöschen gebracht werden. Das Auslöschen der Flammen wird dabei durch einen innigen Kontakt der Flamme mit den kühlenden Wänden der Kanäle und durch Druckabfall erzielt.
• Zur Realisierung einer zünddurchschlagsicheren Strecke ist der Kanal 12 mit einer Bohrung 13 mit 4 mm Durchmesser an seiner dem zweiten Teil 5 der Messkammer zugewandten Seite versehen, die eine Länge von etwa 10 mm besitzt. In diese Bohrung 13 ist ein Stopfen 14 aus Stealit eingepresst, der 6,1 mm Länge und eine zentrale Aussparung 15 mit 0,3 mm Durchmesser besitzt. Die Aussparung 15 wird durch Formgebung beim Sintern des Stopfens 14 geschaffen. Der Stopfen 14 wirkt aufgrund seiner engen Aussparung 15 als flammenrückschlagsichere Strecke. Nachteilig bei dieser Ausführung ist das hohe, mit Druckübertragungsmittel gefüllte Volumen in der freibleibenden Bohrung 13 vor und hinter dem Stopfen 14. Bei Temperaturänderungen führen Abweichungen der Ausdehnungskoeffizienten des Druckübertragungsmittels und des Materials Stahl, aus welchem der Prozessanschluss gefertigt ist, zu einer Volumenverschiebung und damit zu einer Veränderung der Lage der Trennmembran 4. Aufgrund der elastischen Eigenschaften der Trennmembran 4 verursacht dies eine Veränderung des Drucks in der Messkammer und damit einen Messfehler des Druckmessumformers. Weiterhin nachteilig ist der hohe Herstellungsaufwand, den die Fertigung der Bohrung 13, das Einpressen des Stopfens 14 sowie der Stopfen 14 selbst als zusätzlich erforderliches Bauteil verursachen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessumformer zur Verwendung als Feldgerät der Prozessinstrumentierung zu schaffen, der mit einem vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand verbunden ist und sich gleichzeitig durch eine verbesserte Messgenauigkeit auszeichnet.
• Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Druckmessumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
• Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine zünddurchschlagsichere Strecke mit Hilfe des Kanals zwischen den beiden Teilen der Messkammer bereits erzielt wird, ohne dass eine Bohrung größeren Durchmessers in den Kanal eingebracht und mit einem Stopfen zur Realisierung der zünddurchschlagsicheren Strecke eingepresst werden muss. Damit entfallen auch die störenden, mit Druckübertragungsmittel befüllten Volumina vor und hinter dem Stopfen, welche das Messkammervolumen bisher in nachteiliger Weise vergrößerten. Mit dem verringerten Volumen der Messkammer ist in vorteilhafter Weise eine höhere Messgenauigkeit des Druckmessumformers erreichbar, da Temperaturschwankungen eine geringere Verschiebung der Trennmembranlage und somit einen geringeren Messfehler verursachen.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es mit dem modernen Verfahren des funkenerosiven Rohrens möglich ist, nachträglich in einen aus Stahl bestehenden Körper bei der Fertigung des Prozessanschlusses einen Kanal einzubringen, dessen Länge und dessen Durchmesser so ausgeführt sind, dass er eine zünddurchschlagsichere Strecke bildet. Diese Bedingung ist bereits bei einem Kanal erfüllt, der mindestens 6,3 mm lang ist und dessen Durchmesser maximal 0,35 mm beträgt. Eine derartige Bohrung war mit einem herkömmlichen Span abhebenden Bohrverfahren nicht erzeugbar.
• Mit dem Verfahren des funkenerosiven Rohrens sind in vorteilhafter Weise Bohrungen von sehr hoher Maßgenauigkeit und sehr kleinem Durchmesser möglich. Die als zünddurchschlagsichere Strecke dienende kleine Bohrung hat vorteilhaft einen Durchmesser von 0,3 mm und wird durch funkenerosives Bohren des Kanals an seiner dem zweiten Teil der Messkammer zugewandten Seite über eine Länge von 7 mm hergestellt. Damit befindet sich die zünddurchschlagsichere Strecke unmittelbar an der dem Gehäuseinnenraum des Druckmessumformers zugewandten Kanalseite. Diese Seite ist zudem zur Fertigung der feinen Bohrung mit einer Funkenerosionsmaschine, beispielsweise des Typs K1BL der Firma Sodik, gut zugänglich. Die Funkenerosion ist ein thermisches, abtragendes Fertigungsverfahren für leitfähige Materialien, das auf elektrischen Entladevorgängen (Funken) zwischen einer Elektrode (Werkzeug) und dem leitenden Werkstück (Prozessanschluss) beruht. Die Bearbeitung findet in Öl als nichtleitendem Medium (Dielektrikum) statt. Ein großer Vorteil der funkenerosiven Bearbeitung ist die sehr hohe Maßgenauigkeit und ihre Eignung für harte Werkstoffe, wie zum Beispiel Stahl.
• Anhand des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
• 1 zeigt eine neue Sensoraufnahme, 2 einen Prozessanschluss mit einer Sensoraufnahme gemäß dem Stand der Technik.
• In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Die Ausführung eines aus dem Stand der Technik bekannten Prozessanschlusses eines Druckmessumformers zur Verwendung als Feldgerät der Prozessinstrumentierung gemäß 2 wurde bereits eingangs beschrieben. Der neue Prozessanschluss, von welchem in 1 lediglich eine Sensoraufnahme 20 dargestellt ist, unterscheidet sich von der bekannten Ausführung wesentlich durch die Gestaltung eines Kanals 21, der zwischen dem ersten Teil 3 (1) und dem zweiten Teil 5 der Messkammer angeordnet ist.
• Anstatt der bekannten Bohrung 13 (2) mit eingepresstem Stopfen 14 (2) als zünddurchschlagsichere Strecke bildet nun eine Bohrung 22 einen Abschnitt des Kanals 21, deren Durchmesser 0,3 mm und deren Länge 7 mm beträgt. Länge und Durchmesser der mit einem funkenerosiven Bohrverfahren erstellten Bohrung 22 sind daher so gemessen, dass diese ohne weitere Maßnahmen eine zünddurchschlagsichere Strecke bildet. Ein weiterer Abschnitt 23 des Kanals 21 wurde in seinem Durchmesser gegenüber dem bekannten Kanal 12 (2) auf 0,6 mm reduziert. Im Abschnitt 23 ist die Bohrung durch ein Span abhebendes Verfahren erzeugt. Bei einem Vergleich des Kanals 21 in der Sensoraufnahme 20 mit dem Kanal 12 (2) der bekannten Sensoraufnahme 1 (2) wird besonders deutlich, dass nun die Menge des Druckübertragungsmittels aufgrund des verringerten Volumens der Bohrung 22 und des Kanalabschnitts 23 erheblich reduziert ist. Dadurch werden bessere Messeigenschaften und eine höhere Messgenauigkeit des Druckmessumformers erzielt. Zudem zeichnet sich der neue Druckmessumformer, bei welchem die neue Sensoraufnahme 20 in der gleichen Weise wie die bekannte Sensoraufnahme 1 (2) montiert werden kann, durch Logistikvorteile, Kosteneinsparungen beim Lieferanten und geringere Fertigungskosten durch Wegfall des Stopfens 14 (2) und verbesserte Fertigungsqualität aus, da ein Entstehen von Spänen aufgrund des entfallenen Einpressvorgangs ausgeschlossen werden kann. Durch Verwenden eines so genannten High Speed funkenerosiven Bohrverfahrens können die Herstellungskosten der feinen Bohrung 22 des Kanals 21 weiter reduziert werden.

Claims (3)

1. Druckmessumformer zur Verwendung als Feldgerät der Prozessinstrumentierung, mit einem Prozessanschluss (1, 2, 20) zur Zuführung eines zu messenden Drucks, wobei der Prozessanschluss eine Messkammer (3, 5, 12, 21) enthält, die mit einem Druckübertragungsmittel befüllt und vom Prozessmedium durch eine Trennmembran (4) getrennt ist, wobei die Messkammer einen Kanal (12, 21) aufweist zur Verbindung eines ersten Teils (3) der Messkammer, der sich unter der Trennmembran befindet, mit einem zweiten Teil (5) der Messkammer, in dem ein druckempfindlicher Sensor (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und der Durchmesser des Kanals (21) durch Bohren so ausgeführt sind, dass er ohne weitere Maßnahmen eine zünddurchschlagsichere Strecke zwischen den beiden Teilen (3, 5) der Messkammer bildet.
2. Druckmessumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (21) über einer Länge von mindestens 6,3 mm einen Durchmesser von höchstens 0,35 mm besitzt.
3. Druckmessumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessanschluss (1, 2, 20) aus Stahl besteht und der Kanal (21) an seiner dem zweiten Teil (5) der Messkammer zugewandten Seite über eine Länge von 7 mm mit einem Durchmesser von 0,3 mm durch funkenerosives Bohren hergestellt ist.