DE10316299B4

DE10316299B4 - Measuring device for determining and / or monitoring a process variable

Info

Publication number: DE10316299B4
Application number: DE2003116299
Authority: DE
Inventors: Amir Vahid-Yousefnia
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: DE10316299A1; WO2004090480A3; WO2004090480A2

Abstract

Messgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums,
mit mindestens einem Sensor (1),
der mindestens über einen vom Prozess abgewandten Sensorhals (5) verfügt,
mit mindestens einem Gehäuse (10),
das mindestens über einen dem Prozess zugewandten Verbindungsabschnitt (15) für die Verbindung des Sensors (1) mit dem Gehäuse (10) verfügt,
wobei der Sensorhals (5) und der Verbindungsabschnitt (15) derartig ausgestaltet sind, dass der Sensorhals (5) in den Verbindungsabschnitt (15) einführbar ist, oder dass der Verbindungsabschnitt (15) in den Sensorhals (5) einführbar ist,
und wobei der Sensorhals (5) und/oder der Verbindungsabschnitt (15) über einen Gewindeeingriff (20) verfügt, welcher mindestens eine Abschrägung (21) aufweist,
mit einer ein Innengewinde aufweisenden Überwurfmutter (25),
die an den Gewindeeingriff (20) anschraubbar ist, die mindestens einen Abschnitt (26) mit einem geringeren Innendurchmesser als das Innengewinde aufweist, und die zumindest in dem Abschnitt (26) mit dem geringeren Innendurchmesser...Measuring device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable of a medium,
with at least one sensor (1),
which has at least one sensor neck (5) facing away from the process,
with at least one housing (10),
which has at least one connection section (15) facing the process for connecting the sensor (1) to the housing (10),
wherein the sensor neck (5) and the connecting portion (15) are configured such that the sensor neck (5) is insertable into the connecting portion (15), or that the connecting portion (15) is insertable into the sensor neck (5),
and wherein the sensor neck (5) and / or the connecting portion (15) has a threaded engagement (20) which has at least one bevel (21),
with an internal thread having a union nut (25),
which is screwed to the threaded engagement (20) having at least a portion (26) with a smaller inner diameter than the internal thread, and at least in the portion (26) having the smaller inner diameter of the thread (26).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einem Sensor, der mindestens über einen vom Prozess abgewandten Sensorhals verfügt, und mit mindestens einem Gehäuse, das mindestens über einen dem Prozess zugewandten Verbindungsabschnitt für die Verbindung des Sensors mit dem Gehäuse verfügt. Bei dem Messgerät handelt es sich beispielsweise um ein Füllstandmessgerät. Bei den Prozessgrößen kann es sich außer dem Füllstand beispielsweise auch um Druck, Viskosität oder um die Dichte z. B. einer Flüssigkeit in einem Behälter handeln.The The invention relates to a measuring device for determination and / or monitoring a physical or chemical process variable of a medium, with at least a sensor that is at least over has a sensor neck remote from the process, and at least one Housing, the at least over a process-facing connection portion for the connection the sensor with the housing features. At the meter For example, it is a level gauge. Both Process variables can it is except the level for example, to pressure, viscosity or the density z. B. a liquid in a container act.

Von der Anmelderin werden unter der Bezeichnung „Micropilot” Messgeräte zur Bestimmung des Füllstandes hergestellt und vertrieben. Bei diesen Mess- oder Feldgeräten wird ein Mikrowellensignal in Richtung des Mediums abgestrahlt und z. B. aus der Laufzeit des reflektierten Signals wird der Füllstand berechnet. Solche und auch viele andere Messgeräte bestehen zumindest aus dem eigentlichen Messsensor, in dem sich beispielsweise Sender und Empfänger befinden, und einem Gehäuse, in dem z. B. die Auswerteelektronik und eine Anzeige- oder sonstige Kommunikationseinheit untergebracht sind. Diese modulare Gestaltung des Messgerätes erlaubt es, Gehäuse und Sensor getrennt auszuwechseln. Wichtig ist jedoch, dass Sensor und Gehäuse gut und sicher miteinander verbunden werden müssen. Dabei sind mehrere Punkte zu beachten. Um eine einfache Austauschbarkeit auch vor Ort zu gewährleisten, sollte die Verbindung möglichst leicht lösbar sein. Sinnvoll ist es auch, wenn das Gehäuse gegenüber dem eingebauten Sensor verdrehbar bleibt, so dass beispielsweise die Anzeigeeinheit so ausgerichtet werden kann, dass sie für den Benutzer gut zugänglich ist. Weiterhin sind der Sensor und das Gehäuse über Kabel und Leitungen miteinander verbunden. Daher sollte die Verbindung so sein, dass die Kabel beim Zusammenbau nicht oder möglichst kaum gegeneinander verdreht werden. Die Verbindung sollte auch eine Abdichtung des Innenraums aus Sensor und Gehäuse gegenüber Umwelteinflüssen und gegenüber dem Medium erlauben.From The applicant is called under the name "Micropilot" measuring equipment for determining the filling level manufactured and sold. These measuring or field devices become a microwave signal emitted in the direction of the medium and z. B. from the term of the reflected signal becomes the level calculated. Such and many other measuring devices consist at least of the actual measuring sensor in which, for example, transmitters and receivers are located, and a housing, in the z. As the transmitter and a display or other Communication unit are housed. This modular design of the measuring device allowed it, housing and replace the sensor separately. However, it is important that the sensor and housing well and safely connected. There are several points to be observed. To ensure easy interchangeability on site, the connection should be as possible easily detachable be. It is also useful if the housing opposite the built-in sensor remains rotatable, so that, for example, the display unit aligned that can be for you the user easily accessible is. Furthermore, the sensor and the housing via cables and wires with each other connected. Therefore, the connection should be such that the cables during Assembly not or hardly possible be twisted against each other. The connection should also be a seal the interior of sensor and housing against environmental influences and across from allow the medium.

Gemäß dem Stand der Technik ist eine Variante, dass z. B. der Sensor in das Gehäuse eingeführt wird. Durch das Gehäuse wird dann eine Gewindeschraube gegen den Sensorhals geschraubt. Ein Nachteil ist, dass eine solche Verbindung bei unterschiedlichen Materialien – z. B. Metall und Kunststoff – von Sensor und Gehäuse nicht unproblematisch ist. Weiterhin wird der Übergangsbereich Sensor-Gehäuse meist durch einen O-Ring gegen die Umgebung abgedichtet und z. B. durch einen Gewindestift mechanisch fixiert. Durch den punktuellen einseitigen Druck des Gewindestifts auf den O-Ring bildet sich meist auf der gegenüberliegenden Seite des O-Ringes eine undichte Stelle. Somit ist dieses Verfahren durchaus unbefriedigend. Aus der Patentschrift US 6062095 ist eine Variante mit einem Verbindungsstück bekannt, wobei das Verbindungsstück einerseits in das Gehäuse eingeschraubt ist und andererseits in eine Ausnehmung des Sensorgehäuses eingebracht und mit diesem über eine Überwurfmutter verbunden ist. Der Nachteil dieser Variante ist, dass das Verbindungsstück ein zusätzliches Bauteil darstellt, was das Prozessgerät aufwendiger in der Herstellung und teurer macht. Eine weitere Variante ist, dass Sensor und Gehäuse mittels Gewinden ineinander verschraubt werden. Nachteilig ist, dass dies ein schnelles Trennen verhindert und dass das Drehen Schwierigkeiten für die Verkabelung bereitet.According to the prior art is a variant that z. B. the sensor is inserted into the housing. Through the housing then a threaded screw is screwed against the sensor neck. A disadvantage is that such a compound with different materials -. As metal and plastic - is not unproblematic of sensor and housing. Furthermore, the transition region sensor housing is usually sealed by an O-ring against the environment and z. B. mechanically fixed by a threaded pin. Due to the selective one-sided pressure of the threaded pin on the O-ring usually forms a leak on the opposite side of the O-ring. Thus, this method is quite unsatisfactory. From the patent US 6062095 a variant with a connector is known, wherein the connector is on the one hand screwed into the housing and on the other hand introduced into a recess of the sensor housing and connected thereto via a union nut. The disadvantage of this variant is that the connector represents an additional component, which makes the process device more expensive to manufacture and more expensive. Another variant is that the sensor and housing are screwed together by means of threads. The disadvantage is that this prevents a quick disconnection and that the rotation causes difficulties for the wiring.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache Verbindung zwischen Sensor und Gehäuse zu ermöglichen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.Consequently It is the object of the invention to provide a simple connection between Sensor and housing to enable which overcomes the disadvantages of the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Messgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums gelöst, mit mindestens einem Sensor, der mindestens über einen vom Prozess abgewandten Sensorhals verfügt, mit mindestens einem Gehäuse, das mindestens über einen dem Prozess zugewandten Verbindungsabschnitt für die Verbindung des Sensors mit dem Gehäuse verfügt, wobei der Sensorhals und der Verbindungsabschnitt derartig ausgestaltet sind, dass der Sensorhals in den Verbindungsabschnitt einführbar ist, oder dass der Verbindungsabschnitt in den Sensorhals einführbar ist, und wobei der Sensorhals und/oder der Verbindungsabschnitt über einen Gewindeeingriff verfügt, welcher mindestens eine Abschrägung aufweist, mit einer ein Innengewinde aufweisenden Überwurfmutter, die an den Gewindeeingriff anschraubbar ist, die mindestens einen Abschnitt mit einem geringeren Innendurchmesser als das Innengewinde aufweist, und die zumindest in dem Abschnitt mit dem geringeren Innendurchmesser eine innenliegende Abschrägung aufweist, und mit einem Klemmring, welcher mindestens zwei an die Abschrägungen des Gewindeeingriffs und der Überwurfmutter angepasste Abschrägungen aufweist, wobei der Klemmring derart zwischen der Überwurfmutter und dem Gewindeeingriff angeordnet ist, dass ein Anschrauben der Überwurfmutter an den Gewindeeingriff Druck auf den Klemmring ausübt und den Klemmring gegen den Sensorhals und/oder gegen den Verbindungsabschnitt drückt, sodass eine Reibeverbindung zwischen Sensor und Gehäuse geschaffen ist. Zunächst wird also der Sensorhals in den Verbindungsabschnitt oder der Verbindungsabschnitt wird in den Sensorhals eingeführt. Mindestens das jeweils andere Bauteil, also z. B. der Verbindungsabschnitt, wenn der Sensorhals in ihn eingeführt wird, weist einen Gewindeeingriff, also ein Außengewinde auf. Der Gewindeeingriff und die Überwurfmutter sind so ausgestaltet, dass die Überwurfmutter auf den Gewindeeingriff geschraubt wird. Die eigentliche und den Sensor haltende Verbindung kommt dann über den Klemmring zustande. Dieser Klemmring besteht beispielsweise aus einem Metall. Der Gewindeeingriff weist mindestens eine Abschrägung auf. Dies dient dazu, dass der Klemmring gegen den Sensorhals, bzw. gegen den Verbindungsabschnitt gedrückt wird. Die Überwurfmutter weist mindestens einen Abschnitt mit einem geringeren Innendurchmesser als das Innengewinde der Überwurfmutter auf. Dieser Abschnitt kann zum einen vor dem Verschrauben dazu dienen, dass der Klemmring nicht herunterfallen kann. Zum anderen ist dieser Abschnitt eine sehr einfache Ausgestaltung, durch die der Klemmring gegen den Gewindeeingriff und gegen Sensorhals oder Verbindungsabschnitt gedrückt wird. Die Überwurfmutter weist in dem Abschnitt mit dem geringeren Innendurchmesser eine dem Klemmring zugewandte Abschrägung auf. Durch diese Ausgestaltungen der Abschrägungen beim Gewindeeingriff, bzw. bei der Überwurfmutter kann die parallel zur Sensorachse wirkende Schraubkraft optimal und konzentrisch auf den Klemmring abgelenkt werden.According to the invention, the object is achieved by a measuring device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable of a medium, having at least one sensor which has at least one sensor neck facing away from the process, with at least one housing that has at least one connection section facing the process for the connection of the sensor to the housing, wherein the sensor neck and the connecting portion are configured such that the sensor neck is insertable into the connecting portion, or that the connecting portion is insertable into the sensor neck, and wherein the sensor neck and / or the connecting portion via a Has threaded engagement, which has at least one bevel, with an internal thread having a union nut which is screwed to the threaded engagement, which has at least a portion with a smaller inner diameter than the internal thread, and to at least in the portion with the smaller inner diameter having an internal chamfer, and with a clamping ring, which has at least two bevels adapted to the chamfers of the threaded engagement and the union nut, wherein the clamping ring is arranged between the nut and the threaded engagement such that a screwing the Union nut on the threaded engagement exerts pressure on the clamping ring and presses the clamping ring against the sensor neck and / or against the connecting portion, so that a frictional connection between the sensor and the housing is created. First, therefore, the sensor neck is inserted into the connecting portion, or the connecting portion is inserted into the sensor neck. At least the other component, ie z. B. the connecting section, if the sensor neck is inserted into it, has a threaded engagement, so an external thread. The threaded engagement and the union nut are designed so that the union nut is screwed onto the threaded engagement. The actual and the sensor-holding connection is then achieved via the clamping ring. This clamping ring consists for example of a metal. The threaded engagement has at least one bevel. This serves to press the clamping ring against the sensor neck or against the connecting section. The union nut has at least a portion with a smaller inner diameter than the internal thread of the union nut. On the one hand, this section can serve to prevent the clamping ring from falling down before screwing it on. On the other hand, this section is a very simple embodiment, by which the clamping ring is pressed against the threaded engagement and against sensor neck or connecting portion. The union nut has in the section with the smaller inner diameter to the clamping ring facing chamfer. Through these embodiments of the chamfers in the threaded engagement, or in the union nut which acting parallel to the sensor axis screwing can be optimally and concentrically deflected to the clamping ring.

Durch das Anschrauben der Überwurfmutter wird der Klemmring gegen den Gewindeeingriff und gegen den Sensorhals oder gegen den Verbindungsabschnitt gedrückt. Letzteres hängt davon ab, ob der Sensorhals in den Verbindungsabschnitt oder ob der Verbindungsabschnitt in den Sensorhals eingeführt worden ist. Es dürfte der fachlich qualifizierten Person jedoch leichtfallen, sich entsprechend wirkende Ausgestaltungen zu überlegen. Durch diesen Druck des Klemmrings ergibt sich eine Reibeverbindung, die ein Herausrutschen verhindert. Der Vorteil liegt darin, dass diese Befestigung auf den vollem Umfang des eingeführten Bauteils wirkt und nicht nur punktuell. Weiterhin kann immer noch das Gehäuse problemlos gedreht werden, um z. B. die Anzeigeeinheit optimal auszurichten. Ein Vorteil ist auch das sehr leichte Lösen der Verbindung, wobei ein Anlockern der Überwurfmutter ausreicht. Weiterhin bereiten unterschiedliche Materialien von Sensor und Gehäuse keinerlei Schwierigkeiten.By screwing on the union nut the clamping ring against the threaded engagement and against the sensor neck or pressed against the connecting section. The latter depends on it Whether the sensor neck into the connecting portion or whether the connecting portion introduced into the sensor neck is. It should be However, the technically qualified person easily, according to to consider effective embodiments. By this pressure of the clamping ring results in a friction connection, the prevents slipping out. The advantage is that these Attachment to the full extent of the inserted component acts and not only selectively. Furthermore, the housing can still be easily rotated, to z. B. to align the display unit optimally. An advantage is also the very easy release the connection, wherein a loosening of the nut is sufficient. Farther do not prepare different materials of sensor and housing Difficulties.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Abschrägung der Überwurfmutter einen Winkel von ungefähr 45° aufweist. Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass die Abschrägung des Gewindeeingriffs einen Winkel von ungefähr 45° aufweist. Bei diesen Abschrägungen – bei der Überwurfmutter und beim Gewindeeingriff – befindet sich jeweils der enge Bereich in Außenrichtung und die Abschrägungen öffnen sich in Richtung des Innenraums von Sensor und Gehäuse. Durch den Winkel im Bereich von 45° findet vor allem eine sehr gute konzentrische Kraftübertragung und Kraftwirkung auf den Klemmring statt, die eine radiale Fixierung von Sensor und Gehäuse ermöglicht.A Embodiment includes that the bevel of the union nut an angle of about 45 °. Another embodiment includes that the bevel of the Threaded engagement at an angle of approximately 45 °. At these bevels - at the union nut and at thread engagement - is located each of the narrow area in the outer direction and the chamfers open towards the interior of the sensor and housing. By the angle in the range from 45 ° Above all, a very good concentric power transmission and power held on the clamping ring, which is a radial fixation of the sensor and Housing allows.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung beinhaltet, dass eine Aussparung im Sensorhals und/oder im Verbindungsabschnitt für einen O-Ring vorgesehen ist. Dies ermöglicht die Abdichtung des Sensors und des Gehäuses z. B. gegenüber dem Eindringen des Mediums. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:A advantageous embodiment includes that a recess in the sensor neck and / or provided in the connecting portion for an O-ring. this makes possible the sealing of the sensor and the housing z. B. compared to the Penetration of the medium. The invention will be apparent from the following Drawings closer explained. It shows:

1: eine Ausgestaltung der Verbindung von Sensor und Gehäuse; 1 an embodiment of the connection of sensor and housing;

1a: eine Vergrößerung eines Abschnitts der 1; und 1a : an enlargement of a section of the 1 ; and

2: eine andere Ausgestaltung der Erfindung. 2 : another embodiment of the invention.

1 zeigt eine Ausgestaltung des Messgerätes bestehend aus dem Sensor 1 und dem Gehäuse 10, in dem sich z. B. Auswertelektronik, Kommunikationselektronik, Schnittstellen, Bedien- und Anzeigeeinheiten befinden. Vergrößert ist in 1a der Abschnitt A der 1 dargestellt. In dieser Ausgestaltung ist der Sensorhals 5 in den Verbindungsabschnitt 15 des Gehäuses 10 eingeführt. Der Sensorhals 5 und der Verbindungsabschnitt 15 ist im hier gezeigten Fall im Bereich der Verbindung von Sensor 1 und Gehäuse 10 zylindrisch ausgeführt. Der Verbindungsabschnitt 15 weist daher auch den Gewindeeingriff 20 auf, an den die Überwurfmutter 25 angeschraubt ist. Durch das Befestigen der Überwurfmutter 25 an dem Gewindeeingriff 20 wird Druck auf den Klemmring 30 ausgeübt. Dieser Klemmring 30 kann beispielsweise aus Metall bestehen. Die Druckausübung wird optimiert durch die Ausgestaltung der Abschrägungen 27 und 21 der Überwurfmutter 25 und des Gewindeeingriffs 20. Diese Abschrägungen bewirken auch eine breite Fläche, an der der Klemmring 30 an dem Sensorhals 5 anliegt. Durch diesen Druck wird eine Reibeverbindung zwischen dem Sensor 1 und dem Gehäuse 10 geschaffen. Oberhalb des Klemmrings 30 in Richtung des Gehäuses 10 befindet sich in einer entsprechend ausgebildeten Aussparung 35 ein O-Ring 40, der das Gehäuse 10 und den Sensor 1 abdichtet. 1 shows an embodiment of the measuring device consisting of the sensor 1 and the housing 10 in which z. B. evaluation electronics, communication electronics, interfaces, control and display units are located. Enlarged is in 1a Section A of 1 shown. In this embodiment, the sensor neck 5 in the connecting section 15 of the housing 10 introduced. The sensor neck 5 and the connecting section 15 in the case shown here is in the range of the connection of sensor 1 and housing 10 cylindrical. The connecting section 15 therefore also indicates the thread engagement 20 on, to the union nut 25 screwed on. By attaching the union nut 25 at the threaded engagement 20 will put pressure on the clamping ring 30 exercised. This clamping ring 30 can be made of metal, for example. The pressure is optimized by the design of the bevels 27 and 21 the union nut 25 and the thread engagement 20 , These chamfers also cause a wide surface on which the clamping ring 30 at the sensor neck 5 is applied. This pressure causes a frictional connection between the sensor 1 and the housing 10 created. Above the clamping ring 30 in the direction of the housing 10 is located in a correspondingly formed recess 35 an O-ring 40 that's the case 10 and the sensor 1 seals.

2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Verbindung, wobei im gezeigten Fall der Verbindungsabschnitt 15 in den Sensorhals 5 eingeführt wird. Diese Ausgestaltung ist also quasi eine gespiegelte Ausführung des Beispieles in 1. Dementsprechend sitzt der Abschnitt 26 mit geringerem Innendurchmesser der Überwurfmutter 25 auch von der Gehäuseseite her auf dem Gewindeeingriff 5 auf, und der O-Ring 40 in der Aussparung 35 befindet sich in Richtung des Sensors 1 und somit in Richtung des Prozesses. 2 shows a further embodiment of the compound, wherein in the case shown, the connecting portion 15 in the sensor neck 5 is introduced. This embodiment is thus a quasi-mirrored embodiment of the example in 1 , Accordingly, the section sits 26 with smaller inner diameter of the union nut 25 also from the housing side on the threaded engagement 5 on, and the O-ring 40 in the recess 35 is located in the direction of the sensor 1 and thus in the direction of the process.

11: Sensorsensor
55: Sensorhalssensor neck
1010: Gehäusecasing
1515: Verbindungsabschnittconnecting portion
2020: Gewindeeingriffthread engagement
2121: Abschrägung des GewindeeingriffsBevel of the threaded engagement
2525: ÜberwurfmutterNut
2626: Abschnitt mit geringerem Innendurchmesser der Überwurfmuttersection with smaller inner diameter of the union nut
2727: Abschrägung der ÜberwurfmutterBevel of the union nut
3030: Klemmringclamping ring
3535: Aussparungrecess
4040: O-RingO-ring

Claims

Measuring device for determining and / or monitoring a physical or chemical process variable of a medium, comprising at least one sensor ( 1 ), which at least over a sensor neck facing away from the process ( 5 ), with at least one housing ( 10 ), which at least over a process-facing connection section ( 15 ) for the connection of the sensor ( 1 ) with the housing ( 10 ), wherein the sensor neck ( 5 ) and the connecting section ( 15 ) are configured such that the sensor neck ( 5 ) in the connecting section ( 15 ) is insertable, or that the connecting section ( 15 ) in the sensor neck ( 5 ) is insertable, and wherein the sensor neck ( 5 ) and / or the connecting section ( 15 ) via a threaded engagement ( 20 ), which has at least one bevel ( 21 ), having an internal thread having a union nut ( 25 ) at the threaded engagement ( 20 ), the at least one section ( 26 ) having a smaller inner diameter than the internal thread, and at least in the section ( 26 ) with the smaller inner diameter an internal bevel ( 27 ), and with a clamping ring ( 30 ), which at least two at the bevels ( 21 . 27 ) of the thread engagement ( 20 ) and the union nut ( 25 ) has adapted bevels, wherein the clamping ring ( 30 ) between the union nut ( 25 ) and the thread engagement ( 20 ) is arranged such that a screwing of the union nut to the threaded engagement exerts pressure on the clamping ring and the clamping ring against the sensor neck ( 5 ) and / or against the connecting section ( 15 ), so that a friction connection between sensor ( 1 ) and housing ( 10 ) is created.

Device according to claim 1, characterized in that the bevel ( 21 ) of the thread engagement ( 20 ) and / or bevel ( 27 ) of the union nut ( 25 ) has an angle of approximately 45 °.

Apparatus according to claim 1, characterized in that a recess ( 35 ) in the sensor neck ( 5 ) and / or in the connecting section ( 15 ) for an O-ring ( 40 ) is provided.