DE102019124083B3 - Absolute pressure measuring device with a relative measuring pressure measuring cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Messung des Absolutdrucks eines Mediums in einem Behältnis, mit zumindest einem eine relativ messende Druckmesszelle (10) umfassenden Prozessanschluss (3) und einem auf den Prozessanschluss (3) aufgesetzten Gehäuse (2), in dessen Innenraum eine Auswerteelektronik (30) zur Auswertung und Verarbeitung eines von der Druckmesszelle (10) generierten Messsignals angeordnet ist. Um das Messgerät einfach und preisgünstig herstellbar zu machen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Gehäuse (2) neben der Auswerteelektronik (30) noch eine Verarbeitungseinheit (40) sowie einen barometrischen Luftdruckwandler (20) zur Erfassung des im Inneren des Gehäuses (2) herrschenden Gehäuseinnendrucks plumfasst, und in der Verarbeitungseinheit (40) der Relativdruckmesswert am Ausgang der Auswerteelektronik (30) um den vom barometrischen Luftdruckwandler (20) erfassten Gehäuseinnendrucks plerhöht wird.The invention relates to a measuring device for measuring the absolute pressure of a medium in a container, with at least one process connection (3) comprising a relatively measuring pressure measuring cell (10) and a housing (2) placed on the process connection (3), in the interior of which there is evaluation electronics ( 30) is arranged for evaluating and processing a measurement signal generated by the pressure measuring cell (10). In order to make the measuring device easy and inexpensive to manufacture, it is proposed according to the invention that the housing (2), in addition to the evaluation electronics (30), also have a processing unit (40) and a barometric air pressure transducer (20) for detecting the internal pressure inside the housing (2) plumfasst, and in the processing unit (40) the relative pressure measured value at the output of the evaluation electronics (30) is increased by the internal housing pressure pl detected by the barometric air pressure transducer (20).
Description
Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Erfassung des Absolutdrucks eines an das Druckmessgerät angrenzenden Mediums.The invention relates to a measuring device for detecting the absolute pressure of a medium adjoining the pressure measuring device.
Druckmessgeräte bzw. Drucksensoren werden in vielen Industriebereichen zur Druckmessung eingesetzt. Sie weisen häufig eine Druckmesszelle, als Messwandler für den Prozessdruck, und eine Auswerteelektronik zur Signalverarbeitung auf. Typische Druckmesszellen erfassen den Druck entweder kapazitiv oder resistiv.Pressure measuring devices or pressure sensors are used in many industrial sectors for measuring pressure. They often have a pressure measuring cell as a transducer for the process pressure, and evaluation electronics for signal processing. Typical pressure measuring cells measure the pressure either capacitively or resistively.
Typische kapazitive Druckmesszellen bestehen aus einer kompakten Einheit mit einem keramischen Grundkörper und einer elastischen Membran, wobei zwischen dem Grundkörper und der Membran eine ringförmige Fügestelle, typischerweise ein Glaslotring, angeordnet ist. Der sich dadurch ergebende Hohlraum zwischen Grundkörper und Membran - auch als Messkammer bezeichnet - ermöglicht die längsgerichtete Beweglichkeit der Membran infolge eines Druckeinflusses. An der Unterseite der Membran und an der gegenüberliegenden Oberseite des Grundkörpers sind jeweils Elektroden vorgesehen, die zusammen einen Messkondensator bilden. Durch Druckeinwirkung kommt es zu einer Verformung der Membran, was eine Kapazitätsänderung des Messkondensators zur Folge hat. Mit Hilfe einer Auswerteeinheit wird die Kapazitätsänderung erfasst und in einen Druckmesswert umgewandelt. Ein kapazitives Druckmessgerät ist bspw. aus der
Demgegenüber erfassen resistiv messende Druckmesszellen die Auslenkung der Membrane mithilfe von elektromechanischen Wandlern, bspw. mittels Dehnungsmessstreifen, der mit der ausgelenkten Membran verformt wird und die Auslenkung in einen entsprechenden Widerstandswert bzw. Spannungs- oder Stromwert umwandelt. Derartige Druckmesszellen gibt es sowohl einstückig in Form eines Monoliths, aber auch zweistückig mit einem Grundkörper und einer dünnen Membrane. Ein resistives Druckmessgerät ist bspw. aus der
Am Unterteil des Messgeräts befindet sich der sogenannte Prozessanschluss, durch den das Messgerät mit einem das Medium führenden Behälter oder Rohr verbunden ist. In der Regel dienen diese Druckmessgeräte zur Überwachung oder Steuerung von Prozessen. Sie sind deshalb häufig über einen Steckeranschluss mit übergeordneten Steuereinheiten (SPS) verbunden.The so-called process connection is located on the lower part of the measuring device, through which the measuring device is connected to a container or pipe carrying the medium. As a rule, these pressure gauges are used to monitor or control processes. They are therefore often connected to higher-level control units (PLC) via a plug connection.
Typischerweise sind in der Prozessmesstechnik eingesetzte Druckmessgeräte dafür vorgesehen, einen Relativdruck zu messen, also die Ausgabe der von der Druckmesszelle erfassten Druckwerte in Relation zum Umgebungs- bzw. Atmosphärendruck. Dabei ist es insbesondere erforderlich, dass in dem Raum Atmosphärendruck herrscht, der die längsgerichtete Beweglichkeit der Messmembran der Messzelle infolge eines Druckeinflusses ermöglicht. Bei einer kapazitiven Messzelle ist das die zuvor erwähnte Messkammer zwischen Grundkörper und Membran. Bei einer resistiv messenden Druckmesszelle ist das zumeist der gesamte Gehäuseinnenraum des Messgeräts, sofern die Messzelle nicht gekapselt ist.Typically, pressure measuring devices used in process measurement technology are provided to measure a relative pressure, that is to say the output of the pressure values recorded by the pressure measuring cell in relation to the ambient or atmospheric pressure. In this case, it is particularly necessary that atmospheric pressure prevails in the room, which enables the longitudinal mobility of the measuring membrane of the measuring cell as a result of the influence of pressure. In the case of a capacitive measuring cell, this is the aforementioned measuring chamber between the base body and the membrane. In the case of a resistively measuring pressure measuring cell, this is usually the entire interior of the housing of the measuring device, provided the measuring cell is not encapsulated.
Dementsprechend weisen die Messgeräte, die einen Relativdruck messen, eine Druckausgleichsvorrichtung auf, die eine wie auch immer geartete Öffnung umfasst. Diese Öffnung kann in der Gehäusewandung angeordnet sein, wie bspw. in der
Aus dem Stand der Technik sind hierfür einteilige Barrieren in Form von Folien oder Membrane bekannt. Die
Unter bestimmten Bedingungen können diese Folien und Membrane technologisch an ihre Grenzen kommen und müssen vor Verschmutzung sowie dem Einfluss der Reinigungsstrahler geschützt werden. In solchen Fällen bietet sich der Einsatz von Druckmessgeräten an, die einen Absolutdruck messen, also den Druck im Vergleich zu einem Vakuum als Referenzpunkt, weil diese Messgeräte keine Öffnung als Druckausgleichsvorrichtung benötigen. Derartige Messgeräte sind jedoch vor allem wegen der speziellen Druckmesszellen mit einer evakuierten Kavität sehr aufwendig in der Herstellung und ihr Einsatz daher für vergleichsweise einfache Anwendungen zumeist unwirtschaftlich.Under certain conditions, these foils and membranes can reach their technological limits and must be protected from contamination and the influence of cleaning emitters. In such cases, it is advisable to use pressure measuring devices that measure an absolute pressure, i.e. the pressure in comparison to a vacuum as a reference point, because these measuring devices do not require an opening as a pressure compensation device. However, measuring devices of this type are very expensive to manufacture, primarily because of the special pressure measuring cells with an evacuated cavity, and their use is therefore mostly uneconomical for comparatively simple applications.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Absolutdruckmessgerät vorzuschlagen, das einfach und preisgünstig herstellbar ist.The object of the invention is to propose an absolute pressure measuring device that can be produced simply and inexpensively.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Druckmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by a pressure measuring device with the features of
Kern der Erfindung ist die Verwendung einer herkömmlichen, relativ messenden Druckmesszelle, die keine evakuierte Kavität benötigt, sowie eines barometrischen Luftdruckwandlers, der den Innendruck innerhalb des Messgerätegehäuses erfasst, der auch auf die vom Medium abgewandte zweite Seite der Messmembran einwirkt. Neben der Auswerteelektronik zur Auswertung und Verarbeitung des von der Druckmesszelle generierten Messsignals ist noch eine Verarbeitungseinheit vorgesehen, die den Relativdruckmesswert am Ausgang der Auswerteelektronik um den vom barometrischen Luftdruckwandler erfassten Gehäuseinnendruck erhöht. Im Ergebnis kann das Messgerät damit bspw. über einen Kabelanschluss einen Messwert zur Verfügung stellen, der unabhängig von äußeren Druckbedingungen ist.The core of the invention is the use of a conventional, relatively measuring pressure measuring cell that does not require an evacuated cavity, as well as a barometric air pressure transducer that records the internal pressure within the measuring device housing, which also acts on the second side of the measuring membrane facing away from the medium. In addition to the evaluation electronics for evaluating and processing the measurement signal generated by the pressure measuring cell, a processing unit is also provided which increases the relative pressure measured value at the output of the evaluation electronics by the internal pressure of the housing recorded by the barometric air pressure transducer. As a result, the measuring device can thus provide a measured value, for example via a cable connection, which is independent of external pressure conditions.
Sowohl die Druckmesszelle als auch der barometrische Luftdruckwandler sind dabei jeweils preisgünstig herstellbar bzw. zu beschaffen, u.a., weil an den barometrischen Luftdruckwandler keine besonderen baulichen Anforderungen gestellt werden müssen, wenn er sich innerhalb des Messgerätegehäuses befindet und damit vor äußeren, insbesondere mechanischen Einflüssen einer Prozessumgebung geschützt ist. Des Weiteren müssen auch an das Messgerätegehäuse sowie an die Verbindung zwischen Messgerätegehäuse und Prozessanschluss keine besonderen Anforderungen, bspw. hinsichtlich der Dichtigkeit gestellt werden, da durch den barometrischen Luftdruckwandler Druckveränderungen im Inneren des Messgerätegehäuses sofort erfasst und entsprechend mit den Messergebnissen der relativ messenden Druckmesszelle verrechnet wird.Both the pressure measuring cell and the barometric air pressure transducer can be manufactured or procured inexpensively, among other things because no special structural requirements have to be made on the barometric air pressure transducer if it is located inside the measuring device housing and thus against external, in particular mechanical influences of a process environment is protected. Furthermore, no special requirements have to be placed on the measuring device housing or the connection between the measuring device housing and the process connection, e.g. with regard to tightness, since the barometric air pressure transducer immediately records pressure changes inside the measuring device housing and calculates them accordingly with the measurement results of the relative measuring pressure measuring cell .
Besonders vorteilhaft ist dabei, den barometrischen Luftdruckwandler als SMD-Bauteil auszuführen, da diese Bauteile sehr preisgünstig erhältlich sind.It is particularly advantageous to design the barometric air pressure transducer as an SMD component, since these components are available very cheaply.
Mit der Erfindung ist es nun möglich, auf sehr einfache Weise ein Druckmessgerät ohne Druckausgleichsöffnung herzustellen und damit weitgehend unabhängig von äußeren Bedingungen zu betreiben.With the invention it is now possible in a very simple manner to produce a pressure measuring device without a pressure compensation opening and thus to operate it largely independently of external conditions.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings.
Es zeigen schematisch:
-
1 ein elektronisches Druckmessgerät; -
2 einen Querschnitt durch das Druckmessgerät.
-
1 an electronic pressure gauge; -
2 a cross section through the pressure measuring device.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, the same reference symbols designate the same or comparable components.
In
Auf dem Oberteil
Das Gehäuse
Das erfindungsgemäße Messgerät
In der Verarbeitungseinheit
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- MessgerätMeasuring device
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- OberteilTop
- 44th
- Unterteil, ProzessanschlussLower part, process connection
- 55
- GehäusekopfHousing head
- 66th
- Anzeigedisplay
- 77th
- BedienelementeControls
- 88th
- SteckeranschlussPlug connection
- 1010
- DruckmesszellePressure measuring cell
- 1111
- MessmembranMeasuring membrane
- 1212
- GrundkörperBase body
- 1313
- EntlüftungskanalVentilation duct
- 2020th
- barometrischer Luftdruckwandlerbarometric air pressure transducer
- 3030th
- AuswerteelektronikEvaluation electronics
- 4040
- VerarbeitungseinheitProcessing unit
Claims (2)
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