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DE102018209563B3 - Multifunctional sensor for the process industry - Google Patents

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DE102018209563B3
DE102018209563B3 DE102018209563.9A DE102018209563A DE102018209563B3 DE 102018209563 B3 DE102018209563 B3 DE 102018209563B3 DE 102018209563 A DE102018209563 A DE 102018209563A DE 102018209563 B3 DE102018209563 B3 DE 102018209563B3
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connection housing
opening
measuring cell
pressure
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German (de)
Inventor
Stefan Klehr
Dominikus Joachim Müller
Stefan Von Dosky
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Abstract

Ein multifunktionaler Sensor (1) weist folgende Merkmale auf:- ein Prozessanschlussgehäuse (2) mit einer prozessseitigen Öffnung (3),- eine Druckmesszelle (4) mit einem Messzellenkörper (5) und einer Messmembran (6) aus einem Isolationsmaterial liegt mit der Messmembran (6) an einer die Öffnung (3) umgebenden inneren Schulter (10) des Prozessanschlussgehäuses (2) an und schließt die Öffnung (3) ab,- zwischen einem inneren Anschlag (15) in dem Prozessanschlussgehäuse (2) und der Druckmesszelle (4) liegt ein piezokeramisches Ringteil (16),- eine Hornantenne (18) einer Radarmesseinheit (17) erstreckt sich durch Öffnungen (14) in dem inneren Anschlag (15), dem piezokeramischen Ringteil (16) und der Rückseite der Druckmesszelle (4) hindurch bis vor die Messmembran (6),- in Bereichen außerhalb des Abstrahlbereichs der Hornantenne (18) sind auf der prozessabgewandten Seite der Messmembran (6) Dehnungsmesswiderstände (8) aufgebracht,- eine mit den Dehnungsmesswiderständen (8), dem piezokeramischen Ringteil (16) und der Radarmesseinheit (17) verbundene Messelektronik (20) zur Druckmessung und radar- und ultraschallbasierten Füllstandsmessung.A multifunctional sensor (1) has the following features: - a process connection housing (2) with a process-side opening (3), - a pressure measuring cell (4) with a measuring cell body (5) and a measuring membrane (6) made of an insulating material lies with the measuring membrane (6) on an inner shoulder (10) of the process connection housing (2) surrounding the opening (3) and closes the opening (3), between an inner stop (15) in the process connection housing (2) and the pressure measuring cell (4 ) is a piezoceramic ring member (16), - a horn antenna (18) of a Radarmesseinheit (17) extends through openings (14) in the inner stop (15), the piezoceramic ring member (16) and the back of the pressure measuring cell (4) up to the measuring diaphragm (6), in regions outside the radiation range of the horn antenna (18) strain gauges (8) are applied on the side of the measuring diaphragm (6) remote from the process, - one with the strain gauges (8), piezoceramic ring part (16) and the Radarmesseinheit (17) connected measuring electronics (20) for pressure measurement and radar and ultrasound-based level measurement.

Description

Die Erfindung betrifft einen multifunktionalen Sensor für die Prozessindustrie.The invention relates to a multifunctional sensor for the process industry.

Aus der EP 2 011 186 B1 ist ein Füllstandsradar mit einer Keramikscheibe bekannt, die als Prozesstrennung dient und auf ihrer prozessabgewandten Seite eine Patchantenne trägt. Eine beabstandete metallische Rückwand dient als Massefläche für die Patchantenne, bei der es sich um einen einzelnen Patchstrahler oder ein Array aus mehreren Einzelpatches handeln kann. Mittels der Patchantenne oder einer von ihr angeregten Hornantenne werden elektromagnetische Strahlen zu einer Füllgutoberfläche ausgesandt und die von dort reflektierten elektromagnetischen Strahlen empfangen.From the EP 2 011 186 B1 a level radar with a ceramic disc is known, which serves as a process separation and carries on its process side facing away from a patch antenna. A spaced metallic backplane serves as a ground plane for the patch antenna, which may be a single patch emitter or an array of multiple individual patches. By means of the patch antenna or a horn antenna excited by it, electromagnetic radiation is emitted to a product surface and the electromagnetic radiation reflected therefrom is received.

Aus der EP 2 983 008 A1 ist eine Sensorvorrichtung mit kombiniertem Ultraschallsensor und Radarsensor zum Erfassen eines Objekts in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der Radarsensor weist eine Patchantenne auf, die auf einer Ultraschallmembran des Ultraschallsensors angeordnet ist. Der Ultraschallsensor und Radarsensor können gleichzeitig oder getrennt für verschiedene Abstandbereiche betrieben werden.From the EP 2 983 008 A1 a sensor device with combined ultrasonic sensor and radar sensor for detecting an object in the environment of a motor vehicle is known. The radar sensor has a patch antenna which is arranged on an ultrasound diaphragm of the ultrasound sensor. The ultrasonic sensor and radar sensor can be operated simultaneously or separately for different distances.

Aus der US 2010/0263452 Al ist eine kapazitiv arbeitende Druckmesszelle mit einer keramischen Messmembran bekannt, auf der im Inneren der Druckmesszelle neben einer Messelektrode eines Messkondensators auch ein Antennensystem zur drahtlosen Übertragung der Druckmessergebnisse ausgebildet ist.From the US 2010/0263452 Al is a capacitive pressure cell with a ceramic measuring membrane is known on the inside of the pressure measuring cell next to a measuring electrode of a measuring capacitor and an antenna system for wireless transmission of the pressure measurement results is formed.

In der Prozessindustrie stellt sich oft die Aufgabe, gleichzeitig Druck und Füllstand in einem geschlossenen Behälter, z. B. einem Tank oder einem Bioreaktor, zu messen. Bisher wurden dazu zwei unterschiedliche Prozess-Messumformer benötigt, die mit ihren Prozessanschlüssen an zwei Prozessöffnungen des Behälters beispielsweise durch Einschrauben oder über Flanschverbindungen montiert wurden. Der gerätetechnische Aufwand sowohl in Bezug auf den Behälter als auch angesichts der zwei Messumformer ist erheblich. Dies gilt insbesondere in der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittel-Industrie, wo eine spalt- und totraumfreie sowie dichte Anbindung des Messumformers an die Prozessumgebung gewährleistet werden muss.In the process industry, the task often arises, at the same time pressure and level in a closed container, eg. As a tank or a bioreactor to measure. Previously, two different process transmitters were needed, which were mounted with their process connections to two process openings of the container, for example by screwing in or via flange connections. The technical equipment expense both in terms of the container and in view of the two transducers is significant. This is especially true in the chemical, pharmaceutical and food industry, where a gap and dead space free and tight connection of the transmitter to the process environment must be guaranteed.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für eine gleichzeitige Druck- und Füllstandsmessung zu verringern.The invention is therefore based on the object to reduce the cost of a simultaneous pressure and level measurement.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch den in Anspruch 1 definierten multifunktionalen Sensor gelöst, von dem vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.According to the invention, the object is achieved by the multifunctional sensor defined in claim 1, are indicated by the advantageous developments in the dependent claims.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein multifunktionaler Sensor für die Prozessindustrie mit folgenden Merkmalen:

  • - ein Prozessanschlussgehäuse mit einer prozessseitigen Öffnung,
  • - in dem Prozessanschlussgehäuse ist eine Druckmesszelle angeordnet, die einen Messzellenkörper und eine von ihm gehaltene Messmembran aus einem Isolationsmaterial aufweist,
  • - die Druckmesszelle liegt mit der Messmembran an einer die Öffnung umgebenden inneren Schulter des Prozessanschlussgehäuses an und schließt die Öffnung ab,
  • - das Prozessanschlussgehäuse enthält einen inneren Anschlag, zwischen dem und der prozessabgewandten Rückseite der Druckmesszelle ein piezokeramisches Ringteil liegt,
  • - in dem Prozessanschlussgehäuse ist eine Radarmesseinheit mit einer Hornantenne angeordnet, die sich durch Öffnungen in dem inneren Anschlag, dem piezokeramischen Ringteil und der Rückseite der Druckmesszelle erstreckt und mit ihrer Abstrahlöffnung vor der Messmembran endet,
  • - auf der prozessabgewandten Seite der Messmembran sind in Bereichen außerhalb des der Abstrahlöffnung der Hornantenne gegenüberliegenden Bereichs Dehnungsmesswiderstände aufgebracht,
  • - das Prozessanschlussgehäuse enthält eine Messelektronik, die mit den Dehnungsmesswiderständen dem piezokeramischen Ringteil und der Radarmesseinheit verbunden ist und im Zusammenwirken mit diesen zur Druckmessung und radar- und ultraschallbasierten Füllstandsmessung ausgebildet ist.
The invention thus relates to a multifunctional sensor for the process industry with the following features:
  • a process connection housing with a process-side opening,
  • in the process connection housing a pressure measuring cell is arranged, which has a measuring cell body and a measuring diaphragm held by it from an insulating material,
  • the pressure measuring cell rests with the measuring diaphragm on an inner shoulder of the process connection housing surrounding the opening and closes off the opening,
  • the process connection housing contains an inner stop, between which and the process-remote rear side of the pressure measuring cell is a piezoceramic ring part,
  • in the process connection housing a Radarmesseinheit is arranged with a horn antenna which extends through openings in the inner stop, the piezoceramic ring member and the back of the pressure measuring cell and ends with its emission opening in front of the measuring membrane,
  • on the process side facing away from the measuring diaphragm strain gauges are applied in areas outside of the radiation opening of the horn antenna opposite region,
  • - The process connection housing contains a measuring electronics, which is connected to the strain gauges the piezoceramic ring member and the Radarmesseinheit and is designed in cooperation with these for pressure measurement and radar and ultrasound-based level measurement.

Der erfindungsgemäße multifunktionale Sensor vereint in vorteilhafter Weise einen Druckmesser und einen Radar- und Ultraschall-Füllstandsmesser in einem einzigen Gerät mit einem einzigen Prozessanschluss, so dass behälterseitig nur eine einzige Prozessöffnung erforderlich ist. Die Messelektronik liefert zumindest und vorzugsweise Rohmessdaten, die drahtlos oder drahtgebunden an eine weiterverarbeitende Einheit übertragen werden können. Alternativ kann der erfindungsgemäße multifunktionale Sensor Teil eines Prozess-Messumformers sein, wobei das Messumformergehäuse an dem Prozessanschlussgehäuse montiert wird und die Rohmessdaten über eine Schnittstelle an die weiterverarbeitende Elektronik in dem Messumformergehäuse übertragen werden.The multifunctional sensor according to the invention advantageously combines a pressure gauge and a radar and ultrasonic level gauge in a single device with a single process connection, so that only a single process opening is required on the container side. The measuring electronics at least and preferably provide raw measurement data that can be transmitted to a further processing unit wirelessly or by wire. Alternatively, the multifunctional sensor of the present invention may be part of a process transmitter, where the transmitter housing is mounted to the process connection housing and the raw measurement data is transferred via an interface to the processing electronics in the transmitter housing.

Neben der Druck- und Füllstandsmessung lässt sich in vorteilhafter Weise auch eine Messung der Prozesstemperatur ermöglichen, indem auf der prozessabgewandten Seite der Messmembran ein Temperatursensor aufgebracht und die Messelektronik des Sensors ferner zur Temperaturmessung ausgebildet ist.In addition to the pressure and level measurement can be advantageously allow a measurement of the process temperature by on the process side facing away from the measuring membrane applied a temperature sensor and the measuring electronics of the sensor is also designed for temperature measurement.

Zum Halten und Zentrieren der Hornantenne kann in vorteilhafter Weise in der Öffnung des inneren Anschlags ein Zentriereinsatz eingesetzt sein.For holding and centering the horn antenna can be used advantageously in the opening of the inner stop a centering insert.

Als bevorzugtes Material für die Messmembran und vorzugsweise auch für den Messzellenkörper der Druckmesszelle kommt insbesondere Keramik in Betracht; grundsätzlich können auch andere Werkstoffe wie Glas oder temperaturstabile Kunststoffe verwendet werden, die für die Mikrowellen des Radars durchlässig sind. Die Dicke der Messmembran beträgt vorzugsweise n·λ/2 der Wellenlänge A der verwendeten Mikrowellen.As a preferred material for the measuring membrane and preferably also for the measuring cell body of the pressure measuring cell is in particular ceramics into consideration; In principle, other materials such as glass or thermally stable plastics can be used, which are permeable to the microwave of the radar. The thickness of the measuring membrane is preferably n · λ / 2 of the wavelength A of the microwaves used.

Die Radar- und Ultraschall-Füllstandsmessungen können gleichzeitig, alternativ oder für verschiedene Abstandsbereiche erfolgen. Bei geeigneter Ausformung des Prozessanschlusses und indem die Messelektronik zusätzlich im Zusammenwirken mit dem Ultraschallwandler zur Durchflussmessung ausgebildet ist, kann der erfindungsgemäße multifunktionale Sensor auch zur Durchflussmessung eingesetzt werden. Bekannte Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip, wobei unterschiedliche Laufzeiten von Ultraschallwellen, insbesondere Ultraschallimpulsen, so in Abhängigkeit zur Strömungsrichtung eines fließenden Mediums ausgewertet. Hierzu werden die Ultraschallwellen in einem bestimmten Winkel zur Rohrachse sowohl mit als auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss bestimmen.The radar and ultrasonic level measurements can be made simultaneously, alternatively or for different ranges of distances. With suitable shaping of the process connection and in that the measuring electronics are additionally designed in cooperation with the ultrasonic transducer for flow measurement, the multifunctional sensor according to the invention can also be used for flow measurement. Known ultrasonic flowmeters often work according to the transit time difference principle, with different transit times of ultrasound waves, in particular ultrasound pulses, thus evaluated in dependence on the flow direction of a flowing medium. For this purpose, the ultrasonic waves are transmitted at a certain angle to the pipe axis both with and against the flow. The runtime difference can be used to determine the flow velocity and, with a known diameter of the pipe section, the volume flow rate.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert; im Einzelnen zeigen

  • 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen multifunktionalen Sensors,
  • 2 ein Beispiel für die Messmembran der Druckmesszelle,
  • 3 ein Beispiel für einen Anschlag für ein piezokeramisches Ringteil und
  • 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen multifunktionalen Sensors, der auf einem Behälter montiert ist.
Furthermore, the invention will be explained with reference to embodiments and with reference to the figures of the drawing; show in detail
  • 1 an embodiment of the multifunctional sensor according to the invention,
  • 2 an example of the measuring diaphragm of the pressure measuring cell,
  • 3 an example of a stop for a piezoceramic ring member and
  • 4 An embodiment of the multifunctional sensor according to the invention, which is mounted on a container.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung. Die Darstellungen sind rein schematisch und repräsentieren keine Größenverhältnisse.Like reference numerals have the same meaning in the various figures. The illustrations are purely schematic and do not represent size relationships.

1 zeigt einen multifunktionalen Sensor 1 für die Prozessindustrie mit einem zylindrischen Prozessanschlussgehäuse 2 aus Metall, das prozessseitig eine kreisrunde Öffnung 3 enthält. In dem Prozessanschlussgehäuse 2 ist eine dosenförmige Druckmesszelle 4 angeordnet, die aus einem einen Messzellenkörper 5 und einer an ihm gehaltenen Messmembran 6 aus einem isolierenden und für Mikrowellen durchlässigen Material besteht. Vorzugsweise bestehen sowohl die Messmembran 6 als auch der Messzellenkörper 5 aus einer Keramik und sind durch Verschmelzen einer Glasfritte 7 miteinander verbunden. Auf der prozessabgewandten Seite der Messmembran 6 sind Dehnungsmesswiderstände (Dehnungsmessstreifen) 8 und ein Temperatursensor (z. B. PTC-Widerstand) 9 aufgebracht. Die Druckmesszelle 4 liegt mit der Messmembran 5 an einer die Öffnung 3 umgebenden inneren Schulter 10 des Prozessanschlussgehäuses 2 an und schließt die Öffnung 3 über einen Dichtring 11 in einer in der Schulter 10 enthaltenen Umlaufnut 12 vakuumdicht dicht ab. Ein Zentrierring 13 zwischen der zylindrischen Seitenwand der Druckmesszelle 4 und der Innenwand des Prozessanschlussgehäuses 2 dient zum koaxialen Zentrieren der Druckmesszelle 4 in dem Prozessanschlussgehäuse 2. Der Messzellenkörper 5 enthält auf seiner prozessabgewandten Rückseite eine zentrale Kreisöffnung 14. 1 shows a multifunctional sensor 1 for the process industry with a cylindrical process connection housing 2 made of metal, the process side a circular opening 3 contains. In the process connection housing 2 is a can-shaped pressure cell 4 arranged, consisting of a measuring cell body 5 and a measuring membrane held against it 6 consists of an insulating and microwave-permeable material. Preferably, both the measuring membrane exist 6 as well as the measuring cell body 5 made of a ceramic and are made by fusing a glass frit 7 connected with each other. On the side of the measuring membrane facing away from the process 6 are strain gauges (strain gauges) 8th and a temperature sensor (eg, PTC resistor) 9 is applied. The pressure measuring cell 4 lies with the measuring membrane 5 at one the opening 3 surrounding inner shoulder 10 of the process connection housing 2 and closes the opening 3 over a sealing ring 11 in one in the shoulder 10 contained Umlaufnut 12 vacuum-tight. A centering ring 13 between the cylindrical side wall of the pressure measuring cell 4 and the inner wall of the process connection housing 2 serves for coaxial centering of the pressure measuring cell 4 in the process connection housing 2 , The measuring cell body 5 contains on its back side facing away from the process a central circular opening 14 ,

In dem Prozessanschlussgehäuse 2 ist ein Ringelement 15 gehalten, das außen mit der Innenwand des Prozessanschlussgehäuses 2 verbunden ist einen inneren Anschlag bildet, zwischen dem und der prozessabgewandten Rückseite der Druckmesszelle 4 ein axial wirkendes piezokeramisches Ringteil 16 in kraftschlüssigem axialen Kontakt mit der Druckmesszelle 4 und dem Anschlag 15 liegt. Von dem piezokeramischen Ringteil 16 bei elektrischer Anregung erzeugte axiale Schwingungen werden über den Messzellenkörper 5 auf die Messmembran 6 übertragen und regen diese zu Schwingungen an. Umgekehrt werden auf die Messmembran 6 einwirkende axiale Kräfte (Druck, Vibrationen usw.) auf das piezokeramische Ringteil 16 übertragen, das eine entsprechende messbare Piezospannung erzeugt.In the process connection housing 2 is a ring element 15 held outside with the inner wall of the process connection housing 2 is connected to form an inner stop, between the and the process-facing back of the pressure measuring cell 4 an axially acting piezoceramic ring part 16 in non-positive axial contact with the pressure measuring cell 4 and the stop 15 lies. From the piezoceramic ring part 16 axial vibrations generated during electrical excitation are transmitted via the measuring cell body 5 on the measuring membrane 6 transmit and stimulate these vibrations. Conversely, be on the measuring membrane 6 acting axial forces (pressure, vibrations, etc.) on the piezoceramic ring part 16 transmit, which generates a corresponding measurable piezo voltage.

In dem Prozessanschlussgehäuse 2 ist eine Radarmesseinheit 17 mit einer Hornantenne 18 angeordnet. Die Hornantenne 18 ist an ihrem Anregungsende an einer Leiterplatte 19 befestigt, die quer in dem Prozessanschlussgehäuse 2 liegt und in diesem gehalten ist. Die Leiterplatte 19 trägt eine Messelektronik 20, die über Leitungen 21 mit der Druckmesszelle 4, dem piezokeramischen Ringteil 16 sowie mit der Radarmesseinheit 17 verbunden und zur Druckmessung und radar- und ultraschallbasierten Füllstandsmessung ausgebildet ist. Der zu der Radarmesseinheit 17 gehörende Hochfrequenz-Teil der Messelektronik 20 ist in einem HF-Substrat 22 untergebracht und steuert auch einen Mikrowellenstahler 23, hier z. B. in Form einer Patchantenne. Die Messelektronik 20 liefert lediglich Rohmessdaten, die über eine Schnittstelle 24 des multifunktionalen Sensors 1 an eine hier nicht gezeigte weiterverarbeitende Auswerte- und Ansteuereinheit übertragen werden können.In the process connection housing 2 is a radar measurement unit 17 with a horn antenna 18 arranged. The horn antenna 18 is at its end of excitation on a circuit board 19 attached, which are transversely in the process connection housing 2 lies and is held in this. The circuit board 19 carries a measuring electronics 20 passing through lines 21 with the pressure measuring cell 4 , the piezoceramic ring part 16 as well as with the radar measuring unit 17 connected and designed for pressure measurement and radar and ultrasound-based level measurement. The to the Radarmesseinheit 17 belonging high-frequency part of the measuring electronics 20 is in an RF substrate 22 housed and also controls a Mikrowellenstahler 23 , here z. B. in the form of a patch antenna. The measuring electronics 20 only supplies raw measurement data via an interface 24 of the multifunctional sensor 1 can be transmitted to a further processing and control unit, not shown here.

Die Hornantenne 18 erstreckt sich durch die Öffnungen des Ringelements bzw. Anschlags 15 und des piezokeramischen Ringteils 16 sowie durch die Kreisöffnung 14 in der Rückwand des Messzellenkörpers 5 hindurch in das Innere der Druckmesszelle 4 und endet dort mit ihrer Abstrahlöffnung 25 vor der Messmembran 6. Dabei wird die Hornantenne 18 durch einen in der Öffnung des inneren Anschlags 15 enthaltenen Zentriereinsatz 26 zentriert. Die Hornantenne 18 kann in bekannter Weise dielektische Füllkörper enthalten oder im Bereich der Abstrahlöffnung 25 eine dielektrische Abdeckung zur Bildung einer Mikrowellenlinse aufweisen. Auch kann die Messmembran 6 als Mikrowellenlinse ausgebildet sein.The horn antenna 18 extends through the openings of the ring element or stop 15 and the piezoceramic ring member 16 as well as through the circular opening 14 in the back wall of the measuring cell body 5 through into the interior of the pressure measuring cell 4 and ends there with its emission opening 25 in front of the measuring membrane 6 , This is the horn antenna 18 through one in the opening of the inner stop 15 included centering insert 26 centered. The horn antenna 18 may contain in a known manner dielectric fillers or in the region of the emission opening 25 a dielectric cover for forming a microwave lens. Also, the measuring diaphragm 6 be designed as a microwave lens.

2 zeigt beispielhaft die Messmembran 6 in einer Sicht auf die prozessabgewandte Seite. Die Dehnungsmesswiderstände 8 und der Temperatursensor 9 sind in Bereichen außerhalb des der Abstrahlöffnung der Hornantenne gegenüberliegenden mittleren Bereichs der Messmembran 6 angeordnet und über Leiterbahnen 27 mit Anschlussstellen 28 im Randbereich der Messmembran 6 (Bereich der Glasfritte 7) verbunden. Dabei sind die Dehnungsmesswiderstände 8 in einer Messbrücke verschaltet. 2 shows an example of the measuring membrane 6 in a view of the process-remote side. The strain gauges 8th and the temperature sensor 9 are in areas outside the central region of the measuring diaphragm opposite the emission opening of the horn antenna 6 arranged and via tracks 27 with connection points 28 in the edge area of the measuring membrane 6 (Area of glass frit 7 ) connected. Here are the strain gauges 8th interconnected in a measuring bridge.

Von den Anschlussstellen 28 erfolgt über die Leitungen 21 (1) die Verbindung zu der Messelektronik 20.From the connection points 28 takes place via the lines 21 ( 1 ) the connection to the measuring electronics 20 ,

3 zeigt beispielhaft das den Anschlag 15 bildende Ringelement 15 mit Öffnungsschlitzen 29 im Randbereich zur Durchführung der Leitungen 21 (1). 3 shows by way of example that the stop 15 forming ring element 15 with opening slots 29 in the edge area for the passage of the lines 21 ( 1 ).

4 zeigt einen Behälter 30, z. B. einen Tank oder Reaktor, der ein Füllgut 31, z. B. eine Flüssigkeit, enthält. Der multifunktionale Sensor 1 ist auf oder über dem Behälter 30 montiert und hat über eine Behälteröffnung 32 Zugang zu der Prozess- oder Messumgebung im Inneren des Behälters 30, um dort den Füllstand des Füllgutes 31 und den Druck zu messen bzw. zu überwachen. Das Prozessanschlussgehäuse 2 des Sensors 1 kann in die Behälteröffnung 32 eingeschraubt, oder, wie hier gezeigt, auf einem auf der Behälteröffnung 32 montierten, z. B. angeschweißten, Flanschstutzen 33 befestigt sein. Der multifunktionale Sensor 1 ist Teil eines Prozess-Messumformers 34, wobei ein Messumformergehäuse 35 an dem Prozessanschlussgehäuse 2 montiert ist und die Rohmessdaten über die Schnittstelle 24 an eine hier nicht gezeigte weiterverarbeitende Elektronik in dem Messumformergehäuse 35 übertragen werden. 4 shows a container 30 , z. As a tank or reactor, a product 31 , z. As a liquid contains. The multifunctional sensor 1 is on or above the container 30 mounted and has a container opening 32 Access to the process or measurement environment inside the container 30 There, the level of the filling material 31 and to measure and monitor the pressure. The process connection housing 2 of the sensor 1 can into the container opening 32 screwed in, or, as shown here, on one on the container opening 32 mounted, z. B. welded, flange 33 be attached. The multifunctional sensor 1 is part of a process transmitter 34 , where a transmitter housing 35 at the process connection housing 2 is mounted and the raw measurement data via the interface 24 to a processing electronics, not shown here in the transmitter housing 35 be transmitted.

Claims (3)

Multifunktionaler Sensor (1) für die Prozessindustrie mit folgenden Merkmalen: - ein Prozessanschlussgehäuse (2) mit einer prozessseitigen Öffnung (3), - in dem Prozessanschlussgehäuse (2) ist eine Druckmesszelle (4) angeordnet, die einen Messzellenkörper (5) und eine von ihm gehaltene Messmembran (6) aus einem Isolationsmaterial aufweist, - die Druckmesszelle (4) liegt mit der Messmembran (6) an einer die Öffnung (3) umgebenden inneren Schulter (10) des Prozessanschlussgehäuses (2) an und schließt die Öffnung (3) ab, - das Prozessanschlussgehäuse (2) enthält einen inneren Anschlag (15), zwischen dem und der prozessabgewandten Rückseite der Druckmesszelle (4) ein piezokeramisches Ringteil (16) liegt, - in dem Prozessanschlussgehäuse (2) ist eine Radarmesseinheit (17) mit einer Hornantenne (18) angeordnet, die sich durch Öffnungen (14) in dem inneren Anschlag (15), dem piezokeramischen Ringteil (16) und der Rückseite der Druckmesszelle (4) erstreckt und mit ihrer Abstrahlöffnung (25) vor der Messmembran (6) endet, - auf der prozessabgewandten Seite der Messmembran (6) sind in Bereichen außerhalb des der Abstrahlöffnung (25) der Hornantenne (18) gegenüberliegenden Bereichs Dehnungsmesswiderstände (8) aufgebracht, - das Prozessanschlussgehäuse (2) enthält eine Messelektronik (20), die mit den Dehnungsmesswiderständen (8), dem piezokeramischen Ringteil (16) und der Radarmesseinheit (17) verbunden ist und im Zusammenwirken mit diesen zur Druckmessung und radar- und ultraschallbasierten Füllstandsmessung ausgebildet ist.Multifunctional sensor (1) for the process industry with the following features: a process connection housing (2) with a process-side opening (3), - In the process connection housing (2) a pressure measuring cell (4) is arranged, which has a measuring cell body (5) and a measuring membrane held by him (6) made of an insulating material, - The pressure measuring cell (4) rests with the measuring diaphragm (6) on an inner shoulder (10) of the process connection housing (2) surrounding the opening (3) and closes the opening (3), the process connection housing (2) contains an inner stop (15), between which and the process-remote rear side of the pressure measuring cell (4) is a piezoceramic annular part (16), - in the process connection housing (2) a Radarmesseinheit (17) is arranged with a horn antenna (18) extending through openings (14) in the inner stop (15), the piezoceramic ring member (16) and the back of the pressure measuring cell (4) extends and ends with its emission opening (25) in front of the measuring diaphragm (6), on the side of the measuring membrane (6) remote from the process, strain gauges (8) are provided in regions outside the region of the horn antenna (18) opposite the emission opening (25), - The process connection housing (2) includes a measuring electronics (20), which is connected to the strain gauges (8), the piezoceramic ring member (16) and the Radarmesseinheit (17) and is designed in cooperation with these for pressure measurement and radar and ultrasound-based level measurement , Multifunktionaler Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der prozessabgewandten Seite der Messmembran (6) ferner ein Temperatursensor (9) aufgebracht und die Messelektronik (20) ferner zur Temperaturmessung ausgebildet ist.Multifunctional sensor (1) after Claim 1 , characterized in that on the process side facing away from the measuring diaphragm (6) further applied a temperature sensor (9) and the measuring electronics (20) is further designed for temperature measurement. Multifunktionaler Sensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung des inneren Anschlags (15) ein Zentriereinsatz (26) zum Halten und Zentrieren der Hornantenne (18) eingesetzt ist.Multifunctional sensor (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that in the opening of the inner stop (15) a centering insert (26) for holding and centering the horn antenna (18) is inserted.
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