DE102013021025A1

DE102013021025A1 - Pressure gauge with template separation

Info

Publication number: DE102013021025A1
Application number: DE102013021025.9A
Authority: DE
Inventors: Günther Danigel; H. Weis-Schneider; Heiko Kern
Original assignee: WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Current assignee: WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-18
Also published as: CN204101229U

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmessgerät mit einem Sensorpfad, welcher mit einem Druckübertragungsmedium gefüllt ist, und wobei das Druckmessgerät für extreme Einsatzbedingungen auch unter Vakuum mit einer verstärkten kolbenartigen Vorlage ausgestattet ist.The invention relates to a pressure gauge with a sensor path which is filled with a pressure transmission medium, and wherein the pressure gauge is equipped for extreme conditions under vacuum with a reinforced piston-like template.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmessgerät mit einem Messglied aus einem Rohr oder einer Sensormembran, wobei die Druckübertragung von einer Prozess-Seite über eine Vorlage vom Drucksensorpfad getrennt ist und wobei die Dauerfestigkeit unter extremen Einsatzbedingungen verbessert ist.The invention relates to a pressure gauge with a measuring member of a tube or a sensor membrane, wherein the pressure transmission is separated from a process side via a template from the pressure sensor path and wherein the fatigue strength is improved under extreme conditions of use.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Lösung für die Verbesserung des Dauereinsatzes unter rauhen Bedingungen zu schaffen. Hierzu sind bisher Druckmessgeräte zum Einsatz gekommen, bei denen der Prozessdruck über eine Trenn-Membrane auf einen mit einem Öl gefüllten Messaufbau, Druckpfad mit Sensorik und Druckauswertung übertragen wurde. Insbesondere aber bei starken Wechselbiegungen an der Membrane kann es in Extrembedingungen zu Rissen kommen. Dies soll mit einer verstärkten Vorlage verhindert werden, sodaß selbst harte Stöße mit Partikeln oder Fremdkörpern im Prozessmedium nicht zu einem Ausfall des Messgeräts führen. Diese Aufgaben werden mit einem Aufbau gelöst, wie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben ist.It is the object of the invention to provide a cost effective solution for improving continuous use under harsh conditions. To date, pressure gauges have been used for this, in which the process pressure was transmitted via a separating membrane to a measuring structure filled with an oil, a pressure path with sensors and pressure evaluation. But especially with strong alternating bends on the membrane, cracks can occur under extreme conditions. This should be prevented with a reinforced template, so that even hard impacts with particles or foreign bodies in the process medium do not lead to a failure of the meter. These objects are achieved with a structure as described in the independent claims.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Erfindung beruht auf dem Ansatz, dass ein konstruktiver Vorlagen-Aufbau geschaffen werden soll, bei dem kostengünstig eine maximale Robustheit auch unter Extrembedingungen erreicht werden soll. Dies gilt insbesondere für Vibration, Druckschläge unter Vakuum und Penetration der Vorlage mit harten Schlägen durch Fremdkörper. Insbesondere bei Tiefseeanwendungen und Saug- und Spülvorgängen am Meeresgrund kommt es zu unterschiedlichsten Druckstößen sowie abrasivem Materialabtrag wenn längere Zeit am Meeresgrund Gesteinsreste aufgesaugt werden.The invention is based on the approach that a constructive template structure is to be created, in which a maximum robustness is to be achieved inexpensively even under extreme conditions. This applies in particular to vibration, pressure shocks under vacuum and penetration of the original with hard impacts by foreign bodies. In particular, in deep-sea applications and suction and rinsing on the seabed, there are a variety of pressure surges and abrasive material removal when long time at the seabed rock residues are absorbed.

Erfindungsgemäß weist hierzu das Druckmessgerät auf:
ein Messeinheit, bestehend aus einem Messglied in Form eines Bourdonrohrs oder einer Membran,
sowie einer angeschlossenen Auswerteeinrichtung, welche Druckwerte auf einer Anzeige anzeigt,
wobei die Messeinheit einen Druckanschlusskanal aufweist, welche mit einem Druckübertragungsmedium gefüllt ist und durch einer Vorlage vom Prozess getrennt ist,
wobei die Vorlage durch einen beweglichen, kolbenförmigen Abschnitt gebildet ist, welcher im Druckanschluss dichtend gelagert ist,
und über welchen der Prozessdruck auf das Druckübertragungsmedium und das Messglied wirken kann.According to the invention, the pressure gauge has for this purpose:
a measuring unit, consisting of a measuring element in the form of a Bourdon tube or a membrane,
and a connected evaluation device which displays pressure values on a display,
wherein the measuring unit has a pressure port channel which is filled with a pressure transmission medium and is separated from the process by an original,
wherein the template is formed by a movable, piston-shaped portion, which is sealingly mounted in the pressure port,
and via which the process pressure can act on the pressure transmission medium and the measuring element.

Weiterhin ist der kolbenförmigen Abschnitt mit einer Verliersicherung versehen, welche insbesondere bei Vakuum ein zu starkes Heraustreten oder einen Verlust des kolbenförmigen Abschnitts verhindert.Furthermore, the piston-shaped portion is provided with a captive, which in particular prevents a too strong emergence or loss of the piston-shaped portion in vacuum.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt den Querschnitt eines Druckmessgeräts in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung 1 shows the cross section of a pressure gauge in an embodiment of the invention

Das Druckmessgerät 1 besteht aus einem Messglied, zum Beispiel in Form einer hier gezeigten Membran 2, welche vorzugsweise mit Dehnungsmesselementen versehen ist, und an welchen eine Auswerteeinrichtung 3 in Form einer Elektronikplatine angeschlossen ist. Gleichsam kann das Messglied aber auch in Form eines hier nicht dargestellten Bourdonrohrs ausgeführt sein, an welchem als Auswerteeinrichtung ein Zeigerwerk angekoppelt ist. Im Fall der elektronischen Auswerteeinrichtung ist die Platine vorzugsweise in einem zylindrischen Gehäuse 20 angeordnet, welches nach oben einen Steckanschluss mit Sensorkontakten 31 aufweist. Über einen aufgesteckten Anschluss-Stecker 18 können dann Messwerte Druckwerte mittels Signalkabel 19 an eine Warte übermittelt werden, hier werden dann gemessene Druckwerte auf einer Anzeige anzeigt. Das Druckmessgerät weist weiterhin wie bei üblichen Druckmittlern einen Druckanschlusskanal 4 auf, welcher mit einem Druckübertragungsmedium, beispielsweise einem Öl gefüllt ist. Bei üblichen Druckmittlern ist dem Druckanschlusskanal eine Membran vorgelagert, welche einen Prozessdruck über die Druckmittlerflüssigkeit 5 zum Drucksensor überträgt. Durch das mit Öl gefüllte Mess-System wird verhindert, dass Fremdstoffe zum Messglied vordringen, und Messkanal oder Messglied verstopfen und in Ihrer Funktion beeinträchtigt werden können. Allerdings sind die üblichen Membranen sehr dünn und rissanfällig. So sind zum Beispiel auch Aufbauten bekannt, welche einen Membranbruch überwachen. Bei der hier vorliegenden erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist anstelle der sonst üblichen Druckmittlermembran die prozessseitige Vorlagentrennung durch einen speziellen, beweglichen Kolben 6A gebildet. Der Kolben, welcher als Vorlage zur Prozess-Seite 7 im Druckmittlerunterteil 8 gelagert ist, weist hierzu einen Dichtring 11A auf, welcher sowohl dichtende Wirkung in Bezug auf die Druckmittlerflüssigkeit 5 hat, gleichzeitig aber auch den Kolben 6A im Unterteil 8 prozesseitig an seinem äußeren Kolbendurchmesser D1 beweglich lagert. Der Kolben 6A hat vorzugsweise einen Durchmesser einen Durchmesser D1 von 10–70 mm, vorzugsweise einen Durchmesser von 20–50 mm und eine Höhe H von 3–35 mm, vorzugsweise von 6–20 mm und ist vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt. Das Druckmittlerunterteil weist weiterhin in dieser Ausführung einen prozessseitigen Gewindeanschluss mit Durchmesser D2 auf, welcher beispielsweise 30–60 mm beträgt und mit einem Gewinde versehen ist. Ein Bund 14 kann als Einschraubanschlag dienen und eine Dichtung aufnehmen, gleichzeitig kann der Bund 14 oder das Druckmittlerunterteil an seiner Aussenseite mit Werkzeugangriffsflächen, beispielsweise einem Sechskant versehen sein, welcher dazu benutzt werden kann, das Druckmessgerät in eine Prozessöffnung einzuschrauben.The pressure gauge 1 consists of a measuring element, for example in the form of a membrane shown here 2 , which is preferably provided with strain gauges, and to which an evaluation device 3 connected in the form of an electronic board. Equally, however, the measuring element can also be embodied in the form of a Bourdon tube, not shown here, to which a pointer device is coupled as an evaluation device. In the case of the electronic evaluation device, the circuit board is preferably in a cylindrical housing 20 arranged, which upwards a plug connection with sensor contacts 31 having. Via a plugged connection plug 18 can then readings pressure readings via signal cable 19 transmitted to a control room, here measured pressure values are then displayed on a display. The pressure gauge also has a pressure port channel as in conventional diaphragm seals 4 which is filled with a pressure transmission medium, for example an oil. In conventional diaphragm seals the pressure port channel is preceded by a membrane which a process pressure on the diaphragm seal 5 transmits to the pressure sensor. The oil-filled measuring system prevents foreign substances from entering the measuring element and clogging the measuring channel or measuring element and impairing their function. However, the usual membranes are very thin and susceptible to cracking. For example, structures are also known which monitor a diaphragm rupture. In the present inventive embodiment, the process-side template separation by a special, movable piston instead of the usual diaphragm seal diaphragm 6A educated. The piston, which serves as a template for the process page 7 in the diaphragm seal base 8th is mounted, has for this purpose a sealing ring 11A on, which both sealing effect in relation to the diaphragm seal fluid 5 has, but at the same time also the piston 6A in the lower part 8th process-wise stored on its outer piston diameter D1 movable. The piston 6A preferably has a diameter a diameter D1 of 10-70 mm, preferably a diameter of 20- 50 mm and a height H of 3-35 mm, preferably 6-20 mm and is preferably made of stainless steel. The pressure-medium lower part further has, in this embodiment, a process-side threaded connection with a diameter D2 which, for example, is 30-60 mm and is provided with a thread. A bunch 14 can serve as Einschraubanschlag and record a seal, at the same time, the federal government 14 or the diaphragm seal base be provided on its outer side with tool engagement surfaces, such as a hexagon, which can be used to screw the pressure gauge in a process opening.

Insbesondere ist bei dieser Ausgestaltung der Kolben 6A mit einer Verliersicherung versehen, welche gleichzeitig das Spiel des Kolbens – insbesondere nach vorne – begrenzt. Hierzu ist hinter dem Kolben 6A ein Ring 12 befestigt, welcher Öffnungen 20A angeformt hat, durch welche die Druckmittlerflüssigkeit durchströmen kann, sowie eine zentrale Öffnung, Bohrung 34, durch welche eine Verliersicherung in Form eines Stifts 10A hindurchgreift, welche mit dem Kolben 6A verbunden ist. Der Stift ist vorzugsweise in einer zentralen Bohrung im Kolben 6A mittels einer umlaufenden Schweissung 15 befestigt. Vorzugsweise schliessen bei Fertigstellung des Geräts die Bauteile Druckmittlerunterteil 8, Kolben 6A und Stift 10A bündig zum Prozess 7 hin ab. Als Verliersicherung greift hierzu insbesondere eine Kröpfung oder Hinterschnitt 13A durch den Ring 12, welcher als Anschlag gegen Herausgleiten des Kolbens dient. Das Spiel S der Verliersicherung lässt sich insbesondere so einstellen, daß der Hinterschnitt 13A, welcher durch den Ring 12 greift, soviel Spiel hat, daß bei Anschlag der O-Ring 11A nicht aus dem Druckmittlerunterteil 8 heraustritt, beziehungsweise wie oben bereits geschildert maximal bündig mit der unternen Prozessanschlussfläche des Unterteils 8 zum Liegen kommt. Bei Ansteigen des Prozessdrucks bewegt sich also dann der Kolben 6A vorzugsweise nach innen. Je nach Gestaltung erreicht das Druckmittlerunterteil 8 eine Gesamthöhe h von 40–80 mm. Das Druckmessgerät ist vorteilhaft zweiteilig aufgebaut, und zwar aus dem Druckmittlerunterteil 8 und dem Sensorteil 16, welches die Messmembran 2 dichtend trägt. Vorzugsweise sind die beiden Modulteile über ein Verbindungsanschluss 17 in Form eines Gewindes dichtend miteinander verbindbar, welches gleichzeitig die Druckverbindung über den Kanal 4 des Unterteil zur Messmembran 2 herstellt. Zur Befüllung des Druckmessgeräts 1 weist dieses vorzugsweise ein verschliessbare Füllbohrung auf. In der hier gezeigten Ausgestaltung ist die Füllöffnung 7 am Druckmesssensorteil 16 angebracht und mittels eines Stopfens dichtend nach Füllung verschlossen.In particular, in this embodiment, the piston 6A provided with a captive, which at the same time the play of the piston - in particular to the front - limited. This is behind the piston 6A a ring 12 attached, which openings 20A has formed, through which the diaphragm seal fluid can flow, as well as a central opening, bore 34 through which a captive in the form of a pen 10A which engages with the piston 6A connected is. The pin is preferably in a central bore in the piston 6A by means of a circumferential weld 15 attached. Upon completion of the device, the components preferably close the lower part of the diaphragm seal 8th , Piston 6A and pen 10A flush with the process 7 down. In particular, a bend or undercut is used as a captive 13A through the ring 12 , which serves as a stop against sliding out of the piston. The game S the captive can be adjusted in particular so that the undercut 13A passing through the ring 12 engages, has so much game that at stop the O-ring 11A not from the diaphragm seal base 8th emerges, or as already described above maximally flush with the lower process surface of the lower part 8th comes to rest. As the process pressure increases, the piston moves 6A preferably inside. Depending on the design, the diaphragm seal bottom reaches 8th a total height h of 40-80 mm. The pressure gauge is advantageously constructed in two parts, namely from the diaphragm seal bottom part 8th and the sensor part 16 which is the measuring membrane 2 wearing a seal. Preferably, the two module parts are connected via a connection 17 in the form of a thread sealingly connected to each other, which at the same time the pressure connection via the channel 4 of the lower part to the measuring membrane 2 manufactures. For filling the pressure gauge 1 this preferably has a closable filling bore. In the embodiment shown here is the filling opening 7 at the pressure measuring sensor part 16 attached and sealed by means of a plug sealing after filling.

2 zeigt den Querschnitt eines Druckmessgeräts in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung. 2 shows the cross section of a pressure gauge in a further embodiment of the invention.

Auch bei dieser Ausgestaltung ist der Messdruckdruck Pm durch die kolbenförmige Vorlage 6B vom Prozessdruck P1 getrennt welcher auf die Kolbenfläche wirkt. Der bewegliche, kolbenförmigen Abschnitt gebildet ist hierbei im Bereich des Druckanschlusses dichtend beweglich über eine Formdichtung 11B gelagert ist, sodass der Prozessdruck über die kolbenförmigen Abschnitt 6B, die Vorlage auf das Druckübertragungsmedium 4 und auf das hier nicht dargestellte Messglied wirken kann. Als äußerer Anschlag zum Prozess ist hierbei ein Anschlag 25 angebracht, welcher als umlaufender Anschlagring oder mittels Anschlagsegmenten realisiert sein kann. Als Prozessanschluss dient ein an das Druckmittlerunterteil angeformter Flansch 26 mit Befestigungslöchern 23 am Umfang. Zum Prozess hin weist dieser weiterhin eine gestufte Dichtgeometrie auf, welche mit einem Dichtmaterial 27 belegt ist, oder mit einer Beschichtung 27 versehen ist, welche es ermöglicht, das Druckmittlerunterteil auch unter widrigen Bedingungen und nach langer Verweildauer wieder einfach zu demontieren. Als Material wird hierfür vorzugsweise Kunststoff oder ein duktiles Metall, so zum Beispiel PTFE, PFA, Aluminium oder Kupfer verwendet.Also in this embodiment, the measured pressure Pm is through the piston-shaped template 6B separated from the process pressure P1 which acts on the piston surface. The movable, piston-shaped portion is in this case in the region of the pressure port sealingly movable via a molded seal 11B is stored, so the process pressure on the piston-shaped section 6B , the template on the pressure transmission medium 4 and can act on the measuring element, not shown here. As an outer stop to the process here is a stop 25 attached, which can be implemented as a peripheral stop ring or stop segments. The process connection is a flange molded onto the diaphragm seal base 26 with mounting holes 23 at the extent. In addition to the process this has a stepped sealing geometry, which with a sealing material 27 is occupied, or with a coating 27 is provided, which makes it easy to dismantle the diaphragm seal even under adverse conditions and after a long residence time again. The material used for this purpose is preferably plastic or a ductile metal, such as PTFE, PFA, aluminum or copper.

Die Dichtung 11B ist vozugsweise eine Scheibendichtung mit angeformten Radius welcher mit einer Gleithilfe beschichtet ist. Ebenso ist die Lauffläche 8B im Druckmittlerunterteil, auf welcher der Dichtring bei Druckbeaufschlagung gleitet mit einer Beschichtung beschichtet oder vorzugsweise bezüglich der Oberflächenrauhigkeit geschliffen, vorzugsweise mit einer Schleifpaste. Alternativ kann die Oberfläche gehohnt sein, oder elektropoliert und galvanisiert, metallisch beschichtet sein.The seal 11B vo is preferably a disc seal with molded radius which is coated with a sliding aid. Likewise, the tread is 8B in the diaphragm seal base on which the sealing ring slides when pressurized coated with a coating or preferably ground with respect to the surface roughness, preferably with an abrasive paste. Alternatively, the surface may be teased or electroplated and galvanized, metallized.

3 zeigt den Querschnitt eines Druckmessgeräts in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Hierbei ist die Verliersicherung für den Kolben durch einen Stift 10B realisiert, welcher in einen Hinterschnitt 13B des Kolbens 6C eingreift. Der Hinterschnitt 13B ist hierbei vorzugsweise umlaufend angeformt. Vorzugsweise ist die Füllöffnung für die Druckmittlerflüssigkeit zur Füllung des Kanalsystems 4 und des Kolbenraums 5 als einschraubbarer Stopfen 7B realisiert. Die Kolbendichtung 11C ist vorzugsweise 2 teilig aufgebaut, wobei ein äußerer Gleitring (schraffiert) eher Dichtfunktion ausübt, und ein dahinter, darunterliegender O-Ring eher die Dichtkraft aufbringt. 3 shows the cross section of a pressure gauge in a further embodiment of the invention. Here is the captive for the piston by a pin 10B realized, which in an undercut 13B of the piston 6C intervenes. The undercut 13B This is preferably formed circumferentially. Preferably, the filling opening for the diaphragm seal liquid for filling the channel system 4 and the piston chamber 5 as a screw-in plug 7B realized. The piston seal 11C is preferably constructed in two parts, wherein an outer slide ring (hatched) rather performs sealing function, and a behind, underlying O-ring rather applies the sealing force.

4 zeigt den Querschnitt eines Druckmessgeräts in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wobei der vorzugsweise im Kolben 6D verschweisste Stift 10C als Verliersicherung mit seinem gekröpften Hinterschnitt 13C in einen Abschnitt 33 des Druckmittlerunterteils 8 eingreift, welcher als Boden des Dichtanschlussraums 5 gebildet ist. Als Optimierung kann dieser neben der zentralen Öffnung 34 zur Lagerung des Stifts 10c weitere Öffnungen 20B aufweisen, durch die ein ungehindertes Strömen der Druckmittlerflüssigkeit bei Druckwechseln ermöglicht wird. 4 shows the cross section of a pressure gauge in another embodiment of the invention, preferably in the piston 6D welded pin 10C as a captive with his cranked undercut 13C into a section 33 of the diaphragm seal base 8th engages, which as the bottom of the sealing connection space 5 is formed. As an optimization, this can be next to the central opening 34 for storage of the pen 10c more openings 20B have, by the unimpeded flow of the diaphragm seal liquid is made possible during pressure changes.

Der Kolben 6D ist hierbei über 2 getrennte Dichtungsabschnitte im Kolbenraum gelagert, welche in 2 separaten Einschnitten auf dem äußeren Umfang des Kolbens gelagert sind. So wird optimal ein Verkanten und Anlaufen des Kolbens an der Kolbenwand verhindert.The piston 6D in this case is supported by 2 separate sealing sections in the piston chamber, which are mounted in two separate cuts on the outer circumference of the piston. This optimally prevents jamming and tarnishing of the piston on the piston wall.

Die Erfindung ist nicht durch oder auf die gezeigten Ausgestaltungen beschränkt, sondern es sind weitere Ausgestaltungen möglich.The invention is not limited by or to the embodiments shown, but other embodiments are possible.

Claims

Pressure gauge existing from a measuring element, preferably in the form of a Bourdon tube or a membrane, and a connected evaluation device which displays pressure values on a display, wherein the pressure gauge has a pressure port channel filled with a pressure transmission medium and separated from the process by an original, and where the pressure connection channel has a filling connection or connection connection and wherein the template is formed by a movable, piston-shaped section which is mounted in a sealingly movable manner in the region of the pressure connection, and wherein the process pressure may act on the piston-shaped portion, the master on the pressure-transmitting medium and the measuring member.

Pressure measuring device according to claim 1, wherein the piston-shaped portion is provided with a captive, which in particular prevents a too strong emergence or loss of the piston-shaped portion of the pressure port region in vacuum

Pressure measuring device according to claim 1 or 2, wherein the captive is formed by an inner portion which has an undercut, in which engages a fuse.

Pressure gauge according to one of the preceding claims, wherein the stroke of the piston-shaped portion, the template is limited to 2-8 mm.

Pressure measuring device according to one of the preceding claims, wherein the piston-shaped template has a thickness of 3-35 mm, but in particular 6-20 mm or wherein the piston-shaped template has a diameter of 10-70 mm, in particular 20-50 mm or wherein the piston-shaped Template is supported within the pressure port area on 2 sealing rings or wherein the piston chamber is coated or polished.

Pressure measuring device according to one of the preceding claims, wherein the pressure measuring device consists essentially of a lower process section and an upper measuring section, wherein the process section receives the piston-shaped template and wherein the measuring section receives a pressure evaluating device, characterized in that the process section and the measuring section sealingly via a thread can be coupled or welded together.

Pressure measuring device according to one of the preceding claims, wherein the pressure port and the piston-shaped template are made of stainless steel or wherein the measuring member is evaluated as a diaphragm electronically to deflection.

Pressure measuring device according to one of the preceding claims, wherein the piston-shaped template is sealed by at least one O-ring to the pressure port.

Pressure measuring device according to one of the preceding claims, wherein the inner captive is formed by an inserted ring which engages with play in a backup of the piston-shaped template or an externally attached ring limits the game to the process ago or wherein the game is limited by crimping or the captive consists of a pin which is sealingly secured in the piston in a through bore.

Pressure measuring device according to one of the preceding claims, wherein the pressure connection has an external thread or a flange connection.