DE10223588B4 - Pressure gauge and method for its manufacture - Google Patents

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DE10223588B4 DE2002123588 DE10223588A DE10223588B4 DE 10223588 B4 DE10223588 B4 DE 10223588B4 DE 2002123588 DE2002123588 DE 2002123588 DE 10223588 A DE10223588 A DE 10223588A DE 10223588 B4 DE10223588 B4 DE 10223588B4
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Abstract

Druckmessgerät welches umfasst: – einen Drucksensor (1) mit – einer auf einem Grundkörper (3) angeordneten druckempfindlichen Membran (5), – einem auf einer membran-abgewandten Seite des Grundkörpers (3) angeordneten Stützkörper (15), und – einem zwischen dem Grundkörper (3) und dem Stützkörper (15) angeordneten Ausgleichselement (17), das dazu dient, eine flächige spaltfreie Auflage des Stützkörpers (15) auf dem Grundkörper (3) und ein Gleiten des Stützkörpers (15) auf dem Grundkörper (3) zu ermöglichen, und – ein Gehäuse (19), – in das der Drucksensor (1) eingefasst ist, indem – der Drucksensor (1) mit einem äußeren druckunempfindlichen Rand der Membran (5) unter Zwischenfügung einer Dichtung (23) auf einer Auflagefläche (21) des Gehäuses (19) aufliegt, und – durch eine auf einer grundkörper-abgewandten Seite des Stützkörper (15) aufliegenden Einspannung (29) befestigt ist, wobei das Ausgleichselement (17) zwei Folien (31, 33) mit geringen Reibungskoeffizienten umfasst, von denen eine auf dem Grundkörper (3) und eine auf dem Stützkörper (15) aufliegt, wobei ein Zwischenraum zwischen den Folien (31, 33) mit einem Kleber (35) ausgefüllt ist, wobei die Folien (31, 33) an deren Rändern miteinander verbunden, insb. verschweißt oder verklebt, sind.Pressure measuring device which comprises: - a pressure sensor (1) having - a pressure sensitive membrane (5) arranged on a base body (3), - a support body (15) arranged on a side of the base body (3) remote from the membrane, and Base body (3) and the support body (15) arranged compensating element (17), which serves a flat gap-free support of the support body (15) on the base body (3) and a sliding of the support body (15) on the base body (3) and - a housing (19), in which the pressure sensor (1) is enclosed, by - the pressure sensor (1) with an outer pressure insensitive edge of the membrane (5) with the interposition of a seal (23) on a support surface (21 ) of the housing (19) rests, and - is fixed by a on a base body-side facing away from the support body (15) resting restraint (29), wherein the compensating element (17) has two films (31, 33) with low Rei one on the base body (3) and one on the support body (15) rests, wherein a gap between the films (31, 33) is filled with an adhesive (35), wherein the films (31, 33) at the edges connected together, esp. Welded or glued, are.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckmessgerät mit einem in einem Gehäuse eingefassten Drucksensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a pressure gauge with a pressure sensor enclosed in a housing and a method for its production.

Druckmessgeräte werden in der Industrie, z. B. in der Chemie, in der Lebensmittelindustrie aber auch in einer Vielzahl anderer Industriezweige zur messtechnischen Erfassung von Drücken eingesetzt. Drucksensoren stellen ein dem zu messenden Druck entsprechendes Ausgangssignal einer weiteren Verarbeitung und/oder Auswertung zur Verfügung. Ein gemessener Druck dient z. B. zur Steuerung und/oder Regelung eines industriellen Herstellungsprozesses.Pressure gauges are used in industry, eg. As used in chemistry, in the food industry but also in a variety of other industries for metrological detection of pressures. Pressure sensors provide an output signal corresponding to the pressure to be measured for further processing and / or evaluation. A measured pressure is used for. B. for controlling and / or regulating an industrial manufacturing process.

Heute sind bereits Druckmessgeräte im Einsatz mit

  • – einem Drucksensor mit
  • – einer auf einem Grundkörper angeordneten druckempfindlichen Membran, und
  • – einem Gehäuse,
  • – in das der Drucksensor eingefasst ist, indem
  • – der Drucksensor mit einem äußeren druckunempfindlichen Rand der Membran unter Zwischenfügung einer Dichtung auf einer Auflagefläche des Gehäuses aufliegt, und
  • – durch eine auf einer membran-abgewandten Seite des Grundkörpers aufliegenden Einspannung befestigt ist.
Today, pressure gauges are already in use
  • - a pressure sensor with
  • - A arranged on a body pressure-sensitive membrane, and
  • A housing,
  • - in which the pressure sensor is enclosed by
  • - The pressure sensor rests with an outer pressure insensitive edge of the membrane with the interposition of a seal on a support surface of the housing, and
  • - Is fixed by a resting on a membrane-remote side of the body clamping.

Die Messgenauigkeit solcher Druckmessgeräte hängt dabei in der Regel nicht nur vom Drucksensor selber, sondern auch von dessen Einspannung in dem Gehäuse ab. So können z. B. durch eine ungleichmäßige oder sogar veränderliche Einspannung des Drucksensors Spannungen bzw.The measurement accuracy of such pressure gauges usually depends not only on the pressure sensor itself, but also on its restraint in the housing. So z. B. by an uneven or even variable clamping of the pressure sensor voltages or

Verspannungen in der Membran erzeugt werden, die zu veränderten Messeigenschaften des Drucksensors führen.Distortions are generated in the membrane, which lead to altered measuring characteristics of the pressure sensor.

Derartige Spannungen bzw. Verspannungen resultieren unter anderem daher, dass der Drucksensor und das Gehäuse, in das dieser eingefasst ist, unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Entsprechend führen Änderungen der Umgebungstemperatur zu Rückwirkungen des Gehäuses bzw. der Einspannung auf den Drucksensor.Such stresses result, inter alia, in that the pressure sensor and the housing, in which this is enclosed, have different thermal expansion coefficients. Accordingly, changes in the ambient temperature lead to repercussions of the housing or the clamping on the pressure sensor.

Es werden in der Druckmesstechnik vorteilhaft keramische Drucksensoren eingesetzt, da keramische Drucksensoren eine Messgenauigkeit aufweisen, die über sehr lange Zeit stabil ist. Ein Grund hierfür ist die feste ionische Bindung von Keramik, durch die der Werkstoff sehr dauerhaft ist und im Vergleich zu anderen Werkstoffen, z. B. Metallen, praktisch nicht altert. Die zuvor beschriebenen Spannungen bzw. Verspannungen können daher auch bei keramischen Drucksensoren auftreten.Ceramic pressure sensors are advantageously used in pressure measurement technology since ceramic pressure sensors have a measurement accuracy which is stable for a very long time. One reason for this is the solid ionic bonding of ceramics, through which the material is very durable and compared to other materials, eg. As metals, virtually does not age. The stresses or strains described above can therefore also occur with ceramic pressure sensors.

Die Europäische Patentanmeldung EP 995 979 A1 offenbart einen Druckaufnehmer mit einer keramischen Druckmesszelle, die in einem metallischen Gehäuse axial eingespannt ist, wobei die Messzelle rückseitig auf einem keramischen Zwischenkörper abgestützt ist. Wobei der Zwischenkörper seinerseits rückseitig an einer metallischen Befestigungsvorrichtung abgestützt ist. Zwischen dem Stützkörper und der Befestigungsvorrichtung ist eine Folie aus kaltfließendem Material angeordnet, um Gleiten der Oberflächen von Stützkörper und Befestigungsvorrichtung aneinander zu erleichtern.The European patent application EP 995 979 A1 discloses a pressure transducer with a ceramic pressure measuring cell, which is axially clamped in a metallic housing, wherein the measuring cell is supported on the back side on a ceramic intermediate body. Wherein the intermediate body in turn is supported on the back of a metallic fastening device. Between the support body and the fastening device, a film of cold-flowing material is arranged to facilitate sliding of the surfaces of the support body and fastening device to each other.

Die Offenlegungsschrift DE 44 16 978 A1 offenbart einen Druckaufnehmer mit einer keramischen Druckmesszelle, die in einem metallischen Gehäuse axial eingespannt ist, wobei die Messzelle rückseitig auf einem metallischen, radial elastischen Abstützring abgestützt ist.The publication DE 44 16 978 A1 discloses a pressure transducer with a ceramic pressure measuring cell, which is axially clamped in a metallic housing, wherein the measuring cell is supported on the back on a metallic, radially elastic support ring.

Die Offenlegungsschrift DE 42 11 816 A1 offenbart einen Druckaufnehmer mit einer Halbleiterdruckmesszelle auf einem Zwischenträger, der mit einem Silikonkleber in einem Gehäuse gehalten ist.The publication DE 42 11 816 A1 discloses a pressure transducer having a semiconductor pressure sensing cell on an intermediate carrier held in a housing with a silicone adhesive.

Das Europäische Patent EP 1 070 239 , beschreibt keramische Vakuummesszellen, bei denen die Messmembran zur Reduzierung von Spannungen beidseitig symmetrisch gehalten ist.The European patent EP 1 070 239 , describes ceramic vacuum measuring cells, in which the measuring diaphragm is symmetrical on both sides to reduce stress.

Die Europäische Patentanmeldung EP 1 106 982 A1 offenbart einen Druckaufnehmer mit einer keramischen Druckmesszelle, die in einem metallischen Gehäuse axial eingespannt ist, wobei die Messzelle rückseitig einer metallischen Befestigungsvorrichtung abgestützt ist. Die Messzelle weist eine leitfähige Ummantelung auf, um einen Faraday-Kafig um eine Messelektrode der Messzelle zu bilden. Die Ummantelung kann u. a. durch ein leitfähiges Laminat gebildet werden.The European patent application EP 1 106 982 A1 discloses a pressure transducer with a ceramic pressure measuring cell, which is clamped axially in a metallic housing, wherein the measuring cell is supported on the rear side of a metallic fastening device. The measuring cell has a conductive sheath to form a Faraday cage around a measuring electrode of the measuring cell. The jacket can be formed, inter alia, by a conductive laminate.

Untersuchungen haben gezeigt, dass dabei zwei Phänomene auftreten, die eine unterschiedliche Behandlung erfordern.Research has shown that two phenomena occur that require different treatment.

Zum einen treten membranseitig durch die Dichtung axiale und radiale Einspannkräfte auf. Diese Bewirken Durchbiegungen von Membran und Grundkörper, die zu Verspannungen der Membran und damit zu Messfehlern führen. Diese Durchbiegungen weisen bei keramischen Drucksensoren eine Größenordnung von einigen Nanometern auf.On the one hand, axial and radial clamping forces occur on the membrane side through the seal. These cause deflections of membrane and body, which lead to tension of the membrane and thus to measurement errors. These deflections have an order of magnitude of a few nanometers in the case of ceramic pressure sensors.

Zum anderen treten durch die Einspannung auf der membran-abgewandten Seite des Grundkörpers bei Temperaturänderungen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Gehäuse und Drucksensor auch Kräfte senkrecht zur Längsachse des Druckmessgeräts auf. Diese Kräfte führen ebenfalls zu Verspannungen des Drucksensors und damit zu Messfehlern.On the other hand occur due to the clamping on the side facing away from the membrane of the body in temperature changes due to the different thermal expansion coefficients of housing and pressure sensor also forces perpendicular to the longitudinal axis of the pressure gauge on. These forces also lead to tension in the pressure sensor and thus to measurement errors.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Druckmessgerät mit einem in einem Gehäuse eingefassten Drucksensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem möglichst geringe mechanische Verspannungen des Drucksensor insb. auf dessen membran-abgewandter Seite auftreten.It is an object of the invention to provide a pressure gauge with a pressure sensor enclosed in a housing and a method for its production in which the lowest possible mechanical tension of the pressure sensor, in particular, occurs on its side facing away from the membrane.

Hierzu besteht die Erfindung in einem Druckmessgerät welches umfasst:

  • – einen Drucksensor mit
  • – einer auf einem Grundkörper angeordneten druckempfindlichen Membran
  • – einem auf einer membran-abgewandten Seite des Grundkörpers angeordneten Stützkörper, und
  • – einem zwischen dem Grundkörper und dem Stützkörper angeordneten Ausgleichselement, das dazu dient, eine flächige spaltfreie Auflage des Stützkörpers auf dem Grundkörper und ein Gleiten des Stützkörpers auf dem Grundkörper zu ermöglichen, und
  • – ein Gehäuse,
  • – in das der Drucksensor eingefasst ist, indem
  • – der Drucksensor mit einem äußeren druckunempfindlichen Rand der Membran unter Zwischenfügung einer Dichtung auf einer Auflagefläche des Gehäuses aufliegt, und
  • – durch eine auf einer grundkörper-abgewandten Seite des Stützkörper aufliegenden Einspannung befestigt ist,
wobei das Ausgleichselement zwei Folien mit geringem Reibungskoeffizienten, umfasst, von denen eine auf dem Grundkörper und eine auf dem Stützkörper aufliegt,
wobei ein Zwischenraum zwischen den Folien mit einem Kleber ausgefüllt ist.For this purpose, the invention consists in a pressure gauge which comprises:
  • - a pressure sensor with
  • - A arranged on a body pressure-sensitive membrane
  • - A arranged on a membrane-remote side of the body, supporting body, and
  • - An arranged between the base body and the support body compensating element which serves to enable a flat gap-free support of the support body on the base body and a sliding of the support body on the base body, and
  • A housing,
  • - in which the pressure sensor is enclosed by
  • - The pressure sensor rests with an outer pressure insensitive edge of the membrane with the interposition of a seal on a support surface of the housing, and
  • Is attached by a resting on a base body-side facing away from the support body clamping,
wherein the compensating element comprises two foils with a low coefficient of friction, one of which rests on the base body and one on the supporting body,
wherein a gap between the foils is filled with an adhesive.

Gemäß einer Ausgestaltung sind die Folien an deren Rändern miteinander verbunden, insb. verschweißt oder verklebt.According to one embodiment, the films are joined together at their edges, in particular welded or glued.

Gemäß einer Ausgestaltung ist der Kleber ein Kleber auf Epoxidharzbasis.In one embodiment, the adhesive is an epoxy resin based adhesive.

Gemäß einer Ausgestaltung bestehen die Folien aus Polytetrafluorethylen (PTFE).According to one embodiment, the films are made of polytetrafluoroethylene (PTFE).

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht der Stützkörper aus einer Keramik, insb. aus Siliziumkarbid (SiSiC), Aluminiumoxid (Al2O3) oder aus Siliziumnitrid (Si3N4).According to a further embodiment, the support body consists of a ceramic, esp. Of silicon carbide (SiSiC), alumina (Al 2 O 3 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ).

Weiter besteht die Erfindung ein einem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Druckmessgeräts, bei dem

  • – die Folien an deren Rand miteinander verbunden werden,
  • – ein zwischen den Folien bestehender Innenraum mit Kleber gefüllt wird,
  • – das Ausgleichselement zwischen dem Grundkörper und dem Stützkörper angeordnet wird,
  • – der Drucksensor, das Ausgleichselement und der Stützkörper in das Gehäuse eingefasst werden, und
  • – nachfolgend der Kleber ausgehärtet wird.
Furthermore, the invention is a method for producing a pressure gauge according to the invention, in which
  • The foils are joined together at the edge,
  • An inner space between the foils is filled with adhesive,
  • The compensating element is arranged between the main body and the supporting body,
  • - The pressure sensor, the compensation element and the support body are enclosed in the housing, and
  • - Subsequently, the adhesive is cured.

Das Ausgleichselement vermittelt eine flächige, spaltfreie Auflage für den Grundkörper des Drucksensors. Das Ausgleichselement ist in seiner Form an Unebenheiten des Grundkörpers und des Stützkörpers angepasst. Durch das Ausgleichselement ist eine punktuelle Auflage auf Unebenheiten ausgeschlossen. Die flächige, spaltfreie Auflage bietet den Vorteil, dass vermittelt durch die Dichtungskräfte praktisch keine Durchbiegung des Grundkörpers mehr auftreten kann, da der Grundkörper optimal abgestützt ist.The compensation element provides a flat, gap-free support for the main body of the pressure sensor. The compensating element is adapted in shape to unevenness of the base body and the support body. Due to the compensation element a punctual support for bumps is excluded. The flat, gap-free support has the advantage that mediated by the sealing forces virtually no deflection of the body can occur more, since the body is optimally supported.

Gleichzeitig bietet das Ausgleichselement den Vorteil, dass es ein Gleiten des Stützringes relativ zum Grundkörper senkrecht zur Längsachse des Druckmessgeräts erlaubt. Der Stützring ist auf diese Weise um einige Mikrometer verschiebbar. Unterschiedliche thermische Ausdehnungen können durch dieses Gleiten des Stützkörpers ausgeglichen werden. Entsprechend werden die damit verbundenen Verspannungen vermieden.At the same time, the compensating element offers the advantage that it allows the supporting ring to slide relative to the main body perpendicular to the longitudinal axis of the pressure measuring device. The support ring is displaceable in this way by a few microns. Different thermal expansions can be compensated by this sliding of the support body. Accordingly, the associated tension is avoided.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figur der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The invention and its advantages will now be explained in more detail with reference to the figure of the drawing, in which an embodiment is shown. Identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.

1 zeigt einen Schnitt durch ein Druckmessgerät. 1 shows a section through a pressure gauge.

In 1 ist ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Druckmessgeräts dargestellt.In 1 is a section through an embodiment of a pressure gauge shown.

Das Druckmessgerät umfasst einen Drucksensor 1 mit einer auf einem Grundkörper 3 angeordneten druckempfindlichen Membran 5. Der Grundkörper 3 besteht z. B. aus Keramik, z. B. aus Aluminiumoxid (Al2O3). Die Membran 5 kann ebenfalls aus Keramik bestehen oder z. B. aus Glas oder aus Saphir sein. Die Membran 5 und der Grundkörper 3 sind an deren Rand unter Bildung einer Messkammer 7 mittels einer Fügestelle 9 druckdicht und gasdicht miteinander verbunden. Die Membran 5 ist druckempfindlich, d. h. ein auf sie einwirkender Druck p bewirkt eine Auslenkung der Membran 5 aus deren Ruhelage.The pressure gauge includes a pressure sensor 1 with one on a base body 3 arranged pressure-sensitive membrane 5 , The main body 3 exists z. B. ceramic, z. B. of alumina (Al 2 O 3 ). The membrane 5 may also be made of ceramic or z. Example of glass or sapphire. The membrane 5 and the main body 3 are at the edge forming a measuring chamber 7 by means of a joint 9 pressure-tight and gastight connected. The membrane 5 is pressure-sensitive, ie a pressure acting on it causes a deflection of the membrane 5 from their rest position.

Der Drucksensor 1 weist einen Wandler zur Umwandlung der druckabhängigen Auslenkung der Membran 5 in eine elektrische Messgröße auf. The pressure sensor 1 has a transducer for converting the pressure-dependent deflection of the membrane 5 in an electrical measurement on.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Drucksensors 1 umfasst der Wandler eine auf einer Innenseite der Membran 5 angeordnete Elektrode 11 und mindestens eine auf einer gegenüberliegenden membranzugewandten Außenseite des Grundkörpers 3 angeordneten Gegenelektrode 13.In the illustrated embodiment of a capacitive pressure sensor 1 The transducer comprises one on an inside of the membrane 5 arranged electrode 11 and at least one on an opposite membrane-facing outside of the body 3 arranged counter electrode 13 ,

Eine Kapazität des durch die Elektrode 11 und die Gegenelektrode 13 gebildeten Kondensators wird durch die Auslenkung der Membran 5 bestimmt und ist somit ein Maß für den auf die Membran 5 einwirkenden Druck.A capacity of the through the electrode 11 and the counter electrode 13 formed capacitor is due to the deflection of the membrane 5 determined and is thus a measure of the on the membrane 5 acting pressure.

Die Elektrode 11 liegt vorzugsweise über die Fügestelle 9 an Masse und die Gegenelektrode 13 wird durch den Grundkörper 3 hindurch kontaktiert und an eine in 1 nicht dargestellte Messschaltung angeschlossen, die die Kapazität in ein druckabhängiges Ausgangssignal umwandelt und einer weiteren Auswertung und/oder Verarbeitung zur Verfügung stellt.The electrode 11 is preferably over the joint 9 to ground and the counter electrode 13 gets through the body 3 contacted through and to an in 1 not shown measuring circuit connected, which converts the capacity into a pressure-dependent output signal and provides further evaluation and / or processing available.

Anstatt des beschriebenen kapazitiven Wandlers können auch andere Wandlertypen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind auf der Membran angeordnete, z. B. zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschlossene Dehnungsmessstreifen oder piezoresistive Elemente.Instead of the capacitive transducer described, other types of transducers can also be used. Examples of these are arranged on the membrane, z. B. to a Wheatstone bridge combined strain gauges or piezoresistive elements.

Auf einer membran-abgewandten Seite des Grundkörpers 3 ist ein Stützkörper 15 angeordnet. Der Stützkörper 15 ist ringscheibenförmig und besteht vorzugsweise ebenfalls aus Keramik, vorzugsweise aus Siliziumkarbid (SiSiC), aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder aus Siliziumnitrid (Si3N4). Zwischen dem Grundkörper 3 und dem Stützkörper 15 ist ein Ausgleichselement 17 angeordnet, das dazu dient, eine flächige spaltfreie Auflage des Stützkörpers (15) auf dem Grundkörper (3) und ein Gleiten des Stützkörpers (15) auf dem Grundkörper (3) zu ermöglichen.On a side of the main body facing away from the membrane 3 is a supporting body 15 arranged. The supporting body 15 is annular disk-shaped and is preferably also made of ceramic, preferably of silicon carbide (SiSiC), of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). Between the main body 3 and the support body 15 is a compensation element 17 arranged, which serves a flat gap-free support of the support body ( 15 ) on the base body ( 3 ) and a sliding of the supporting body ( 15 ) on the base body ( 3 ).

Der Drucksensor 1 ist in ein Gehäuse 19 eingefasst. Es besteht aus Metall, z. B. aus einem Edelstahl. Das Gehäuse 19 ist nahezu zylindrisch und weist eine sich radial ins Innere des Gehäuses 19 erstreckende Auflagefläche 21 auf, auf der der Drucksensor 1 mit einem äußeren druckunempfindlichen Rand der Membran 5 aufliegt.The pressure sensor 1 is in a housing 19 edged. It is made of metal, z. B. of a stainless steel. The housing 19 is nearly cylindrical and has a radially into the interior of the housing 19 extending support surface 21 on, on which the pressure sensor 1 with an outer pressure-insensitive edge of the membrane 5 rests.

Zwischen dem Rand und der Auflagefläche 21 ist eine Dichtung 23, z. B. ein O-Ring aus einem Elastomer, angeordnet.Between the edge and the support surface 21 is a seal 23 , z. As an O-ring made of an elastomer arranged.

Das Gehäuse 19 umfasst einen Prozessanschluss, der dazu dient, das Druckmessgerät an einem Einsatzort zu befestigen. Der Prozessanschluss ist durch einen vor der Membran 5 befindlichen Abschnitt des Gehäuses 19 mit einem geringeren Außendurchmesser gebildet, an dessen membranabgewandten Ende ein Außengewinde 25 angeformt ist, mittels dessen das Druckmessgerät dann an einem in 1 nicht dargestellten Messort zu befestigen ist. Andere Arten der Befestigung, z. B. mittels einer Flanschverbindung, sind ebenfalls einsetzbar.The housing 19 includes a process connection that serves to secure the pressure gauge to a jobsite. The process connection is through one in front of the membrane 5 located portion of the housing 19 formed with a smaller outer diameter, at its end facing away from the membrane, an external thread 25 is formed by means of which the pressure gauge then at an in 1 is not shown to fix location. Other types of attachment, eg. B. by means of a flange, are also used.

Der Prozessanschluss weist eine zentrale axiale durchgehende Bohrung 27 auf, die sich vor der Membran 5 zu einer Kammer aufweitet. Die Kammer ist durch die Membran 5, den Prozessanschluss und die Dichtung 23 begrenzt.The process connection has a central axial through bore 27 on, which is in front of the membrane 5 widens to a chamber. The chamber is through the membrane 5 , the process connection and the seal 23 limited.

Ein am Messort herrschender Druck p wirkt über die Bohrung und die Kammer auf die Membran 5 ein.A pressure p prevailing at the measuring location acts on the membrane via the bore and the chamber 5 one.

Der Drucksensor 1 ist durch eine auf einer grundkörper-abgewandten Seite des Stützkörper 15 aufliegende Einspannung 29 befestigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einspannung 29 ein Gewindering, der in das Gehäuse 19 eingeschraubt ist.The pressure sensor 1 is by a on a base-side facing away from the support body 15 resting clamping 29 attached. In the illustrated embodiment, the clamping is 29 a threaded ring in the housing 19 is screwed.

Durch das Einschrauben der Einspannung 29 wird der Drucksensor 1 gegen die Auflagefläche 21 gepresst und die Dichtung 23 wird eingespannt.By screwing in the clamping 29 becomes the pressure sensor 1 against the support surface 21 pressed and the seal 23 is clamped.

Durch das zwischen dem Grundkörper 3 und dem Stützkörper 15 befindliche Ausgleichselement 17 ist eine gleichmäßige und ganzflächige Abstützung des Drucksensor 1 gegeben. Dies bietet den Vorteil, dass eine Änderung einer durch die Dichtung 23 auf den Drucksensor 1 ausgeübte Kraft nur einen sehr geringen Messfehler bewirkt. Derartige Kraftänderungen entstehen durch z. B. eine Änderung der Umgebungstemperatur die zu unterschiedlichen Längenausdehnungen der einzelnen Bauteile führt, durch Alterung, durch Einflüsse eines Mediums, dessen Druck zu messen ist oder durch ein Auswechseln der Dichtung 23. Durch die gleichmäßige ganzflächige Abstützung wird eine Verbiegung des Grundkörpers 3 weitgehend vermieden und die Empfindlichkeit der Membran 5 bleibt nahezu unverändert.By that between the main body 3 and the support body 15 located compensation element 17 is a uniform and full-surface support of the pressure sensor 1 given. This offers the advantage of changing one through the seal 23 on the pressure sensor 1 applied force causes only a very small measurement error. Such changes in force caused by z. B. a change in the ambient temperature leads to different length expansions of the individual components, by aging, by influences of a medium whose pressure is to be measured or by replacing the seal 23 , Due to the uniform full-surface support is a bending of the body 3 largely avoided and the sensitivity of the membrane 5 remains almost unchanged.

Neben parallel zur Längsachse L auf den Drucksensor 1 einwirkenden Kräften können auch senkrecht zur Längsachse L wirkende Kräfte auftreten. Diese werden, z. B. ebenfalls aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten, hauptsächlich vom Gehäuse 1 durch die Einspannung 29 übertragen.In addition to the longitudinal axis L on the pressure sensor 1 acting forces can occur perpendicular to the longitudinal axis L acting forces. These are, for. B. also due to different thermal expansion coefficients, mainly from the housing 1 through the clamping 29 transfer.

Damit diese Kräfte bzw. deren Änderungen senkrecht zur Längsachse L möglichst ohne nachteilige Folgen bleiben ist erfindungsgemäß eine Entkopplung zwischen dem Gehäuse 19 bzw. der darin befestigten Einspannung 29 und dem Drucksensor 1 vorgesehen.So that these forces or their changes perpendicular to the longitudinal axis L remain possible without adverse consequences according to the invention, a decoupling between the housing 19 or the clamping fixed in it 29 and the pressure sensor 1 intended.

Diese Entkopplung ist ebenfalls durch das Ausgleichselement 17 gegeben, indem dieses das Gleiten des Stützkörpers 15 auf dem Grundkörper 3 ermöglicht.This decoupling is also due to the compensation element 17 given by this the sliding of the support body 15 on the body 3 allows.

Das Ausgleichselement 17 umfasst vorzugsweise zwei Folien mit geringem Reibungskoeffizienten 31, 33. Eine der Folien 31, 33 liegt auf dem Stützkörper 15 und die andere auf dem Grundkörper 3 auf. Da der Stützkörper 15 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig ist, ist auch das Ausgleichselement 17 ringförmig ausgebildet und die Folien 31, 33 sind Ringscheiben.The compensation element 17 preferably comprises two films with a low coefficient of friction 31 . 33 , One of the slides 31 . 33 lies on the support body 15 and the other on the main body 3 on. As the support body 15 in the illustrated embodiment is annular, is also the compensation element 17 ring-shaped and the films 31 . 33 are ring disks.

Sie bestehen aus einem Kunststoff mit einer reibungsarmen Oberfläche, z. B. aus Polytetraflourethylen (PTFE). Sie weisen eine Dicke von beispielsweise 50 μm bis 100 μm auf.They consist of a plastic with a low-friction surface, z. B. of polytetrafluoroethylene (PTFE). They have a thickness of for example 50 .mu.m to 100 .mu.m.

Die Folien 31, 33 sind an deren Rändern miteinander verbunden, insb. verschweißt oder verklebt, und ein zwischen den beiden Folien 31, 33 bestehender Zwischenraum ist mit einem Kleber 35 ausgefüllt. Als Kleber 35 eignet sich z. B. ein hochfester und formstabiler Kleber auf Epoxidharzbasis.The slides 31 . 33 are connected to each other at the edges, in particular welded or glued, and one between the two films 31 . 33 existing gap is with a glue 35 filled. As glue 35 is suitable for. B. a high-strength and dimensionally stable epoxy resin-based adhesive.

Hergestellt wird ein erfindungsgemäßes Druckmessgerät indem zunächst das Ausgleichselement 17 angefertigt wird.A pressure measuring device according to the invention is produced by firstly the compensating element 17 is made.

Hierzu werden die Folien 31, 33 an deren äußerem Rand miteinander verbunden und der zwischen den Folien 31, 33 bestehende Innenraum wird mit Kleber 35 gefüllt.For this purpose, the slides 31 . 33 connected to each other at the outer edge and between the foils 31 . 33 existing interior is covered with glue 35 filled.

Anschließend wird das Ausgleichselement 17 mit dem noch ungehärteten Kleber 35 zwischen dem Grundkörper 3 des vorgefertigen Drucksensors 1 und dem Stützkörper 15 angeordnet. Das Ausgleichselement 17 kann sich aufgrund des noch ungehärteten Klebers 35 und der glatten und gleitfähigen Folien 31, 33 gleichmäßig ganzflächig praktisch spaltfrei an den Grundkörper 3 und den Stützkörper 15 anschmiegen. Unebenheiten der Oberflächen des Stützkörpers 15 und des Grundkörpers 3 liegen bei keramischen Bauteilen in der Größenordnung von 5 μm und sind in 1 zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt.Subsequently, the compensation element 17 with the still uncured glue 35 between the main body 3 of the prefabricated pressure sensor 1 and the support body 15 arranged. The compensation element 17 may be due to the still uncured adhesive 35 and the smooth and lubricious films 31 . 33 evenly over the entire surface virtually gap-free to the base body 3 and the support body 15 nestle. Unevenness of the surfaces of the support body 15 and the basic body 3 are in the order of 5 microns in ceramic components and are in 1 shown exaggeratedly large for clarity.

Der Drucksensor 1, das Ausgleichselement 17 und der Stützkörper 15 werden in das Gehäuse 19 eingefasst, und in einem letzten Arbeitsgang wird der Kleber 35, z. B. durch Durchlaufen eines kleberspezifischen Temperaturzyklus, ausgehärtet.The pressure sensor 1 , the compensation element 17 and the support body 15 be in the case 19 edged, and in a final pass, the glue 35 , z. B. cured by passing through an adhesive-specific temperature cycle.

Claims (5)

Druckmessgerät welches umfasst: – einen Drucksensor (1) mit – einer auf einem Grundkörper (3) angeordneten druckempfindlichen Membran (5), – einem auf einer membran-abgewandten Seite des Grundkörpers (3) angeordneten Stützkörper (15), und – einem zwischen dem Grundkörper (3) und dem Stützkörper (15) angeordneten Ausgleichselement (17), das dazu dient, eine flächige spaltfreie Auflage des Stützkörpers (15) auf dem Grundkörper (3) und ein Gleiten des Stützkörpers (15) auf dem Grundkörper (3) zu ermöglichen, und – ein Gehäuse (19), – in das der Drucksensor (1) eingefasst ist, indem – der Drucksensor (1) mit einem äußeren druckunempfindlichen Rand der Membran (5) unter Zwischenfügung einer Dichtung (23) auf einer Auflagefläche (21) des Gehäuses (19) aufliegt, und – durch eine auf einer grundkörper-abgewandten Seite des Stützkörper (15) aufliegenden Einspannung (29) befestigt ist, wobei das Ausgleichselement (17) zwei Folien (31, 33) mit geringen Reibungskoeffizienten umfasst, von denen eine auf dem Grundkörper (3) und eine auf dem Stützkörper (15) aufliegt, wobei ein Zwischenraum zwischen den Folien (31, 33) mit einem Kleber (35) ausgefüllt ist, wobei die Folien (31, 33) an deren Rändern miteinander verbunden, insb. verschweißt oder verklebt, sind.Pressure measuring device comprising: - a pressure sensor ( 1 ) with - one on a base body ( 3 ) arranged pressure-sensitive membrane ( 5 ), - one on a membrane-remote side of the body ( 3 ) arranged supporting body ( 15 ), and - one between the main body ( 3 ) and the support body ( 15 ) arranged compensating element ( 17 ), which serves a flat gap-free support of the support body ( 15 ) on the base body ( 3 ) and a sliding of the supporting body ( 15 ) on the base body ( 3 ), and - a housing ( 19 ), - into which the pressure sensor ( 1 ) is enclosed by - the pressure sensor ( 1 ) with an outer pressure insensitive edge of the membrane ( 5 ) with the interposition of a seal ( 23 ) on a support surface ( 21 ) of the housing ( 19 ) rests, and - by a on a base body-facing side of the support body ( 15 ) clamping ( 29 ), wherein the compensating element ( 17 ) two slides ( 31 . 33 ) having low coefficients of friction, one of which is on the body ( 3 ) and one on the support body ( 15 ), wherein a gap between the films ( 31 . 33 ) with an adhesive ( 35 ), the films ( 31 . 33 ) are connected to each other at the edges, in particular welded or glued, are. Druckmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der Kleber (35) ein Kleber auf Epoxidharzbasis ist.Pressure gauge according to claim 1, wherein the adhesive ( 35 ) is an epoxy resin based adhesive. Druckmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Folien (31, 33) aus Polytetraflourethylen (PTFE) bestehen.Pressure gauge according to claim 1, in which the foils ( 31 . 33 ) consist of polytetrafluoroethylene (PTFE). Druckmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der Stützkörper (15) aus einer Keramik, insb. aus Siliziumkarbid (SiSiC), Aluminiumoxid (Al2O3) oder aus Siliziumnitrid (Si3N4) besteht.Pressure measuring device according to claim 1, in which the supporting body ( 15 ) consists of a ceramic, esp. Of silicon carbide (SiSiC), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or of silicon nitride (Si 3 N 4 ). Verfahren zur Herstellung eines Druckmessgeräts nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die Folien (31, 33) an deren Rand miteinander verbunden werden, – ein zwischen den Folien (31, 33) bestehender Innenraum mit Kleber (35) gefüllt wird, – das Ausgleichselement (17) zwischen dem Grundkörper (3) und dem Stützkörper (15) angeordnet wird, – der Drucksensor (1), das Ausgleichselement (17) und der Stützkörper (15) in das Gehäuse (19) eingefasst werden, und – nachfolgend der Kleber (35) ausgehärtet wird.Method for producing a pressure gauge according to one of the preceding claims, in which - the slides ( 31 . 33 ) are joined together at the edge, - one between the slides ( 31 . 33 ) existing interior with adhesive ( 35 ) is filled, - the compensation element ( 17 ) between the main body ( 3 ) and the support body ( 15 ) is arranged - the pressure sensor ( 1 ), the compensation element ( 17 ) and the support body ( 15 ) in the housing ( 19 ), and - below the adhesive ( 35 ) is cured.
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