CH700454B1 - Anordnung für eine Membrandruckmesszelle. - Google Patents

Abstract

Eine Membrandruckmesszellenanordnung enthält einen Gehäusekörper (2) mindestens teilweise aus Saphir und eine Saphir-Membran (6) mit einem peripheren Randbereich, welcher mit einer Dichtung (8) mit dem Gehäusekörper (2) verbunden ist, um eine Referenzvakuumkammer (5) zu bilden. Eine äussere Oberfläche der Membran (6) ist gegenüber einem zu messenden Medium ausgesetzt. Ein keramischer Trägerkörper (1) ist an der Rückseite des Gehäusekörpers (2) mit Dichtungsglas (8´) angeordnet, und dieser weist eine überhängende Fläche auf, welche über den Umfang des Gehäusekörpers (2) hervorragt und eine erste Dichtfläche bildet zur Aufnahme eines Metalldichtungsringes (18). Ein rohrförmiges Messzellengehäuse (19) nimmt die Messzelle auf, montiert am keramischen Trägerkörper (1), wobei das rohrförmige Sensorgehäuse (19) innerhalb eine umschliessende zweite Dichtfläche (35) aufweist, die mit der ersten Dichtfläche korrespondiert. Zwischen den Dichtflächen ist der Metalldichtungsring (18) angeordnet, wobei Andruckmittel (20) vorgesehen sind zum Zusammenpressen der Dichtflächen.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Membrandruckmesszelle gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 2.

[0002] Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Metalldichtungssystem für Hochdrucksensoren für die Anwendung bei hohen Temperaturen, welche korrosionsfest ausgebildet sind und welche auf Keramik und/oder Saphir basieren und als optische Membransensoren speziell für derart raue Anwendungsbedingungen ausgebildet sind. Die Erfindung beschreibt Lösungen von Problemen, die im Zusammenhang mit derartigen Anforderungen auftreten, wie im speziellen die Dichtheit und Korrosionsfestigkeit von Dichtstellen der Sensormesszelle zum Gehäuse, die Dichtung der Referenzdruckkammer der Messzelle und Reduktion von Dichtungsspannungen zur Erreichung der Langzeitstabilität der Sensoranordnung. Dieselbe Technologie kann sowohl für Druckmessanwendungen wie auch für Vakuummessanwendungen verwendet werden, indem optische, elektrische oder andere Mittel zur Erfassung der Membranauslenkung verwendet werden, wo vor allem Korrosionsbeständigkeit notwendig ist, oder aber auch Kompatibilität mit verschiedenen verwendeten Materialien notwendig ist.

[0003] Das technische Gebiet umfasst: Hochtemperatur-, Hochdruckmesszellen für den Einsatz mit korrosiven Medien, wie Flüssigkeiten und Gasen, das Kapseln von Saphir/Keramik-Messzellen (Sensor) in ein Metallgehäuse, ein Metalldichtungssystem, eine faseroptische «low-coherence interferometry», kapazitives Messen der Membranauslenkung, Druck- und/oder Vakuummesstechnik vor allem bei hohen Temperaturen und im speziellen Öl-Bohrlochanwendungen oder Bohrungsanwendungen.

[0004] Wegen der bevorstehenden Verknappung der Erdölvorkommen steigt der Druck auf die Ausbeutung neuer Hochseevorkommen wie auch auf den Zugriff auf andere Reserven wie Ölsandvorkommen. Deshalb werden neue Technologien für die Erdölgewinnung benötigt, insbesondere für die Druck- und Temperaturmessung. Mit der Druckmessung kann der Ölgewinnungsprozess besser kontrolliert werden. Es wird erwartet, dass mit einer besseren Handhabung der Öllagerstätten der Anteil von abbauwürdigem Öl um etwa 10% bis 20% erhöht werden kann.

[0005] Die Druckmessung ist ein äusserst wichtiger Teil neuer Extraktionstechnologien wie insbesondere «Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD)», um Öl der grossen Ölsandvorkommen ausbeuten zu können. Wesentliche Vorkommen bestehen in Kanada, Venezuela, USA, Russland und im mittleren Osten.

[0006] Alle diese Faktoren tragen zur Erfordernis bei, für immer tiefer werdende Bohrlöcher neue Technologien für die Druckmessung zu realisieren, welche begleitet wird durch höher werdende Temperaturen und ein chemisch aggressiveres Umfeld, das Sensoren benötigt, die bei mehreren Kilometern Bohrlochtiefe im Bereich bis 1000 bar Druck und bei mehreren 100 °C zuverlässig arbeiten. Konventionelle Messzellen mit integrierter Elektronik sind nicht in der Lage, in einer derart anspruchsvollen Umgebung zu arbeiten. Diese können gemäss den Spezifikationen nur bis etwa 180 °C eingesetzt werden.

[0007] Ein faseroptisches System könnte an sich als mögliche Lösung grundsätzlich in Betracht gezogen werden, da eine völlig passive optische Messzelle realisiert und gekapselt werden kann, welche die speziellen Arbeitsbedingungen erfüllt, wobei das erzeugte optische Signal dann über weite Distanzen ohne Verlust an Signalqualität übermittelt werden kann. Ausserdem ist das System frei von EMI-Problemen und es ist eigensicher, da kein elektrisches Signal übertragen wird.

[0008] Optische Membranmesszellen wurden in der Literatur bereits beschrieben (e.g. Lopez-Higuera, 2002; Totsu et al., 2003). Diese Anordnung ist im Wesentlichen eine Membranmesszelle. Die Auslesung der Messzelle wird mit optischen Mitteln erzielt. Es gibt viele optische Möglichkeiten, um eine Distanz zwischen zwei Teilen zu messen. In praktischen Druckmessanordnungen hingegen, wo Distanzen im Bereich von zehntel Angström bis einem Millimeter gemessen werden müssen, werden hauptsächlich Anordnungen basierend auf Fabry-Perot-Verfahren eingesetzt. Hauptsächliche Anwendungen waren die Überwachung von chemischen Prozessen und biomedizinische Anwendungen. Derartige Sensoren arbeiten typischerweise bei Drücken über Atmosphäre. Optische Methoden zur Messung einer Membranauslenkung bei Temperaturen bis 550 °C wurden in einigen kommerziellen Produkten realisiert wie z.B. der «Luna Innovation Fiber Optic Pressure Sensor» unter Benutzung externer Fabry-Perot Interferometrie. Sensoren von Taitech, FISO Technologies oder Davidson Instruments benutzen die MEMS-Technologie. Virginia Tech hat einen Single-Crystal-Saphir-Sensor gebaut.

[0009] Eine typische Methode, einen Saphir/Keramik-Sensor mit einem Metallgehäuse zu kapseln bzw. zu haltern besteht darin, eine O-Ring-Dichtung zu benutzen oder die Teile zu verlöten. Elastomerdichtungssysteme können nicht für Hochtemperaturanwendungen über 150 °C eingesetzt werden und abhängig vom Elastomermaterial auch nicht zusammen mit korrosiven Medien. Lötungen führen zu einer permanenten Verbindung, und Sensoren können dann nicht leicht ausgewechselt werden. Ausserdem sind Lötverbindungen anfällig für korrosive Angriffe und thermische Spannungen durch die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien wie beispielsweise Vacon, welches üblicherweise als Zwischenmaterial benutzt wird und welches bei erhöhten Temperaturen und den korrosiven Medien, welche bei Ölbohrungsanwendungen zu erwarten sind, nicht korrosionsfest ist.

[0010] Im Europäischen Patent EP 0 461 459 B1 (korrespondierend zu US 5 177 157) ist eine Dichtung einer keramischen Druckmesszelle mit einem Dichtungsring aus einem Fluorelastomer beschrieben, welcher auf einer Glasschicht dichtet, die am äusseren Bereich der Membran angebracht ist. Solch ein Dichtungssystem kann bei einer Umgebung mit Raumtemperatur eingesetzt werden, hingegen kann es aber nicht bei Hochtemperaturanwendungen über 200 °C benutzt werden und nicht zusammen mit korrosiven Medien, da Fluorelastomere allgemein nicht geeignet oder nicht zugelassen sind für korrosive Anwendungen. Folglich wird für Hochtemperaturanwendungen mit korrosiven Medien ein Metalldichtungssystem bevorzugt. Metalldichtungen sind generell härter als Elastomere und folglich würde man nicht erwarten bzw. es ist nicht offensichtlich, dass eine Glasbeschichtung einer solch hohen Dichtkraft und Punktbelastung einer harten Metalldichtung widerstehen könnte. Eine direkte Auflage der harten Dichtung auf den Membranteil des Sensors führt zu Spannungen im Sensor, welche eine zusätzliche Durchbiegung der Membran erzeugt, wobei dessen Entspannung über die Zeit grundsätzlich als eine Sensordrift in Erscheinung treten wird. Um derartige Spannungen an der Membran zu vermeiden, befindet sich der Dichtungsbereich nicht direkt auf der Membran. In Fällen, wo die Glasschicht gegenüber einem korrosiven Medium nicht resistent ist, muss die Glasschicht mit einer Schutzschicht aus einem Keramik oder anderen geeigneten Material beschichtet werden.

[0011] Im Europäischen Patent EP 0 372 988 B1 (korrespondierend zu US 4 888 662) wird das Dichten einer keramischen Messzelle für Hochdruckanwendungen beschrieben, unter Verwendung von O-Ring-Dichtungen aus verschiedenen Materialien anliegend auf dem Membranbereich des Sensors. Die Dichtung ist aus einem Material, das weicher ist als Polytetrafluoroethylene (Teflon) und beinhaltet auch metallische Materialien. Weiche Metalle haben den Vorteil, durch die Dichtungskraft deformiert zu werden und dadurch sauber an der Keramik zu dichten. Der Nachteil derartiger weicher Materialien besteht im niederen Schmelzpunkt, wodurch diese für Anwendungen bei hohen Temperaturen nicht geeignet sind. Ausserdem sind sie nicht elastisch im Falle von Spaltvariationen durch thermische Unterschiede der Teile der Dichtungsanordnung oder durch angelegten Druck am Sensor. In vielen Fällen sind sie auch nicht geeignet für korrosive Anwendungen. Zusätzlich liegt die Dichtung unmittelbar an einem Teil der Membran an, was zu zusätzlicher Spannung und Durchbiegung im Sensor führt, welche sich über die Zeit entspannt und dadurch als unerwünschte Sensordrift in Erscheinung tritt.

[0012] Derzeit werden verschiedene Druck- oder Temperatursensoren mit verschiedenen Technologien bei Erdölbohrungsanwendungen eingesetzt, wobei darunter als hauptsächliche Technologie Dehnungsmessstreifen und Vibrationsdrahtsensoren verwendet werden. Die meisten sind durch die eingesetzte Elektronik im Einsatztemperaturbereich begrenzt, da diese meist unter 200 °C spezifiziert ist, oder meistens sogar unter 177 °C. Nach Aussagen der Firmen im Ölfördermarkt hingegen kann für permanente Bohrlochsensoren nur bis 120 °C eine genügende Funktion erreicht werden, was deutlich unter den spezifizierten Temperaturen dieser Anwendung liegt. Es ist allgemein bekannt, dass optische Sensoren in Bezug auf Elektronik das Temperaturproblem lösen können, da keine Elektronik der hohen Temperatur ausgesetzt werden muss.

[0013] Das hauptsächliche Problem bei der Herstellung eines derartigen optischen Sensors besteht darin, eine Lösung zu finden, um diesen gegenüber den extremen Bedingungen widerstandsfähig und stabil machen zu können und eine hohe Messempfindlichkeit zu erreichen sowie gegenüber korrosiven Flüssigkeiten und Gasen beständig zu sein, eine hohe Lebensdauer aufzuweisen und geeignet zu sein, diesen Sensor mit dem faseroptischen Kabel zu verbinden, welches das Signal überträgt.

[0014] Ein Versuch, einen vollständigen Single-Crystal-Saphir-Sensor zu realisieren, wurde in der U.S. Patentanmeldung US 2005/0 195 402 A1 beschrieben. Dieser Vorschlag ist auf kleine Membranabmessungen begrenzt. Dies führt zu geringer Messempfindlichkeit, zu geringer Referenzdruckqualität, zu Hystereseeffekten, zu Temperaturabhängigkeiten und zu einer Struktur, welche schwierig mit anderen Materialien zu kombinieren ist, um eine Leckdichte und robuste Bauweise zu erreichen.

[0015] Eines der hauptsächlichen Probleme bei der Herstellung eines optischen Sensors für die beschriebene Anwendung ist die Möglichkeit der Montage der optischen Sensorzelle in ein umgebendes Instrumentengehäuse, welches üblicherweise aus industriell hergestellten metallischen Standardlegierungen besteht. Verlangt wird eine Lösung, bei der die Anordnung robust, leckagedicht, korrosionsfest, langlebig und stabil ist und am wichtigsten derart, dass eine minimale Beeinflussung der Sensorfunktion auch im Umfeld mit hohen Temperaturen und Drücken entsteht.

[0016] Die bekannten Dichtungsmethoden für keramische Hochdrucksensoren verwenden polymer O-Ringe, welche direkt auf der Membran dichten. Die Benutzung von Dichtungsringen wie O-Ringe, die direkt an der Membran gepresst werden, kann wegen der unerwünschten Durchbiegung der Membran ohne weiteres einen grossen Einfluss auf das Messsignal haben und welches darüber hinaus noch temperaturabhängig sein kann. Das führt zu unerwünschtem Signalverhalten und Drift des Sensors, welches die geforderte Genauigkeit und Langzeitstabilität für Anwendungen bei Ölbohrungen oder anderen ähnlichen Anwendungen mit solch hohen Anforderungen nicht erfüllt. Das direkte Einspannen über die Membran mit einem derart hohen Grad an Druck, der erforderlich ist, um gegen mehrere hundert bar abdichten zu können, führt unweigerlich zu einer ungleichförmig verteilten Belastung der Membran.

[0017] Ein weiteres wichtiges Problem besteht in der Kombination von verschiedenen Materialien wie beispielsweise Keramik und Metall. Der unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizient führt zu Ausdehnungsunterschieden unter den Teilen und folglich zu Spannungen in der Struktur. Darüber hinaus führt ein hoher Grad von Spannungen auf die eine oder andere Art zu ausgleichender Relaxation. Bei Kriechdehnung beispielsweise, wie bei Bewegung von Versetzungen oder bei viskosem Fluss, wird dies als Langzeitdrift des Messsignales in Erscheinung treten.

[0018] Dichtungsmaterialien, die auf einem Polymer basieren, sind typischerweise nicht geeignet für Anwendungen bei Temperaturen über 200 °C und bei Drücken über 20 bar. Dichtungsmaterialien, die auf Metall basieren in Kombination mit auf Saphir basierenden Sensoren benötigen einen hohen Grad der polierten Oberflächen und erleiden Sensorbrüche bei ungleichmässiger Dichtungsdruckverteilung und bei starken punktförmigen Belastungen. Bei der Benutzung von Dichtflächen auf Keramik, wie z.B. Aluminiumoxid anstelle von Saphir, werden wegen der Restrauheit der polierten Oberfläche, welche durch Fehlstellen in der polykristallinen Oberflächenstruktur (Ausbruch einzelner Körner) verursacht wird, weiche Dichtungsmaterialien benötigt. Zudem erhöht das Polieren die Wahrscheinlichkeit von Rissbildung, welches eine zusätzliche Wärmebehandlung notwendig macht, wodurch wiederum die Kosten erhöht werden. Der Nachteil weicher Dichtungsmaterialien ist die Inkompatibilität mit hohen Temperaturen, hohem Druck und korrosiver Umgebung und die ungenügende Elastizität zur Kompensation von kleinen Abstandsänderungen, welche durch ungleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien verursacht wird.

[0019] Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Membrandruckmesszellenanordnung zu realisieren zur Messung von Drücken bei Flüssigkeiten und Gasen für den Einsatz in korrosiver Umgebung bei hohen Temperaturen und Drücken, insbesondere in Erdölbohranwendungen, welche trotzdem eine hohe Messauflösung und Langzeitstabilität der Messanordnung ermöglicht.

[0020] Die Aufgabe wird bei der gattungsgemässen Membrandruckmesszellenanordnung gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 2 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

[0021] Die Erfindung umfasst ein Metalldichtungssystem für einen optisch-interferometrischen, keramischen Drucksensor mit einer Struktur, die: a)<sep>eine leckdichte Montage der Messzelle auf ein besser geeignetes, vorzugsweise metallisches, Gehäuse oder auf andere geeignete Materialien wie Quarz ermöglicht; und b)<sep>die Verwendung von externer Optik ermöglicht, welche eine grössere Auswahl von Materialien und der Dimensionierung der Optik und der Faseroptik erlaubt, welche zur Übertragung des Lichtsignals benutzt wird.

[0022] Beide Merkmale a) und b) sind von grosser Wichtigkeit, insbesondere in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit.

[0023] Die Messzellenanordnung gemäss der Erfindung, welche zur Messung hoher Drücke bei hohen Temperaturen geeignet ist, basiert auf der optischen Membranmesszellenanordnung, wie sie im U.S. Patent 7 305 888 (Wälchli et al.) beschrieben ist. Diese Schrift bildet einen integralen Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.

[0024] Die erfindungsgemässe Membrandruckmesszellenanordnung umfasst: eine keramische Membrandruckmesszelle enthaltend eine Membran, einen Gehäusekörper, der aus einem Material einer der Gruppen aus AI2O3-Keramik oder Saphir besteht, wobei der Gehäusekörper eine Frontseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Membran aus einem Material einer der Gruppen aus Al2O3-Keramik oder Saphir besteht, und angeordnet ist gegenüber der Frontseite dieses Gehäusekörpers und dass diese Membran im Wesentlichen plan ist und an deren Umfang einen Randbereich aufweist, welcher mit einer ersten Dichtung mit dem Gehäusekörper verbunden ist und dadurch eine Referenzdruckkammer bildet zwischen dem Gehäusekörper und der Membran, wobei diese Membran eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Oberfläche aufweist und die erste Oberfläche der Frontfläche des Gehäusekörpers gegenüberliegend angeordnet ist, und dass die zweite Oberfläche der Membran die äussere Oberfläche bildet welche einer Messanschlussöffnung ausgesetzt ist, welche die keramische Membrandruckmesszelle mit dem zu messenden Medium verbindet, und dass mindestens in einem zentralen Bereich der Oberfläche des Gehäusekörpers Mittel zur Erfassung der Auslenkung der Membran vorhanden sind, zur Bildung eines Druckmesssignals; einen keramischen Trägerkörper, der an der Rückseite des Gehäusekörpers mit einer zweiten Dichtung, als Dichtungsglas ausgebildet, befestigt ist und dieser einen Oberflächenbereich aufweist, der am Gehäusekörper im Umfang hervorragt und eine erste Dichtfläche bildet zur Aufnahme eines Metalldichtungsringes, und dass dieser keramische Trägerkörper auf der Seite, die gegenüber dem Gehäusekörper abgewandt ist, eine Rückseite aufweist; ein rohrförmiges Sensorgehäuse, welches die keramische Membrandruckmesszelle aufnimmt und den keramischen Trägerkörper hält und fixiert, wobei dieses rohrförmige Sensorgehäuse innen eine zweite umgebende Dichtfläche aufweist zur Aufnahme des Metalldichtungsringes, welcher gegenüber der ersten Dichtfläche korrespondierend angeordnet ist; wobei der Metalldichtungsring zwischen diesen ersten und zweiten Dichtflächen angeordnet ist und wobei Andruckmittel an der Rückseite des keramischen Trägerkörpers angeordnet sind, welche die beiden Dichtflächen in zusammengepresster Position hält.

[0025] Die Erfindung wird nun anhand von Figuren schematisch und beispielsweise beschrieben.

[0026] Es zeigen: Fig. 1<sep>schematisch und im Querschnitt eine bevorzugte Ausbildung einer Messzelle gemäss der vorliegenden Erfindung, Fig. 2<sep>in einer Darstellung ähnlich der Fig. 1eine weitere Ausbildung der Erfindung mit einer Metallkapselung des Anschlusses der Referenzkammer, Fig. 3<sep>in einer Darstellung ähnlich der Fig. 1eine weitere Ausbildung der Erfindung mit einer Anordnung mit Gettermaterial, Fig. 4<sep>in einer Darstellung ähnlich der Fig. 1eine weitere Ausbildung der Erfindung ohne Anschluss zur Referenzkammer, Fig. 5<sep>in einer Darstellung ähnlich der Fig. 1eine weitere Ausbildung der Erfindung mit einem scheibenförmigen Trägerkörper der ein Durchgangsloch aufweist, Fig. 6<sep>in einer Darstellung ähnlich der Fig. 1eine weitere Ausbildung der Erfindung mit einem Dichtungsball zur Abdichtung des Anschlusses der Referenzkammer, Fig. 7<sep>im Querschnitt eine Anordnung gemäss der Erfindung für eine Kapselung und Halterung einer faseroptischen Messzelle in einem Metallgehäuse, Fig. 8<sep>im Querschnitt die Montage einer Keramik/Saphir-Messzelle mit optischer Signalauslesung für die Druckmessung für Gasflussanwendungen mit hoher Reinheit, entsprechend der Erfindung, Fig. 9<sep>in einer Darstellung ähnlich der Fig. 8eine weitere Ausbildung der Erfindung mit einer Keramik/Saphir-Messzelle für die Druckmessung, bei welcher die Technologie der Kapazitätsmessung eingesetzt wird.

[0027] In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausbildung einer erfindungsgemässen Membrandruckmesszellenanordnung dargestellt. Diese enthält einen Trägerkörper 1, welcher vorzugsweise scheibenförmig ist und vorzugsweise aus AI2O3 besteht. In einigen Ausführungen wird ein Einkristall-Saphir dafür verwendet, mindestens in Teilbereichen des Trägerkörpers 1. Die Messzelle enthält auch einen keramischen Gehäusekörper 2, welcher vorzugsweise als Einkristall-Saphir-Gehäuse ausgebildet ist und vorzugsweise eine Anschlussverbindung 3 mit einer Ausnehmung 4 aufweist zur Erstellung eines Zuganges zu einer Referenzkammer 5 der Messzelle. Vorgesehen ist auch eine Membran 6 aus einem Einkristall-Saphir, welche eine Spiegelbeschichtung 7 aufweist. Mit einer zweiten Dichtung 8 ́ (Dichtungsglas bzw. Glaslot) wird der Trägerkörper 1 mit dem Gehäusekörper 2 dichtend verbunden und mit einer ersten Dichtung 8 die Membran 6 mit dem Gehäusekörper 2, welche zusammen eine Referenzkammer bilden und einschliessen. Ein anderes Dichtungsglas 9 mit einem Dichtungsdeckel 10 schliesst die Anschlussleitung 3 ab. In einer alternativen Ausführung kann anstelle des Deckels 10 auch ein Dichtungsball 11 eingesetzt werden, wie dies in der Fig. 6 dargestellt ist.

[0028] In einer weiteren Ausführungsform, wie in der Fig. 2 dargestellt, kann auch eine Lot-Metalllegierung 12 zusammen mit Silberplättchen 13 oder Silbertropfen verwendet werden, um die Anschlussleitung 3 zu schliessen. In einer weiteren Ausführungsform, wie in der Fig. 3 dargestellt, wird für die Referenzkammer 5 über den Anschluss 3 ein Gettermaterial 15 angeordnet und eine Feder 14, welche das Gettermaterial 15 gegen den Dichtungsdeckel 10 in der Ausnehmung 4 drückt. In gewissen weiteren Ausbildungen wird die Anschlussleitung 3 zur Referenzkammer 5 vollständig weggelassen, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist. In der bevorzugten Ausbildung, gemäss der Fig. 1, liegt die Anschlussleitung 3 im Gehäusekörper 2 ausserhalb des Scheibendurchmessers. In gewissen Ausführungen, wie nach Fig. 5, weist die Keramikscheibe bzw. der Trägerkörper 1 eine Durchgangsöffnung 16 auf, welche den Zugang zur Schliessung der Anschlussleitung 3 ermöglicht.

[0029] Die Funktionsweise der beschriebenen optischen Membranmesszelle ist bekannt, beispielsweise aus U.S. Patent 7 305 388 (Wälchli et al.). Eine Druckdifferenz zwischen den beiden unterschiedlichen Seiten einer Membran 6 veranlasst die Membran zur Durchbiegung, wodurch sich die Länge der optischen Kavität entsprechend verändert. Licht wird durch den Saphirgehäusekörper 2 auf die teilreflektierende Oberfläche der Membran fokussiert. Dort treten mehrfache Reflexionen auf zwischen den zwei gegenüberliegenden Spiegeln 7, worauf Interferenzen auftreten, und das Licht wird dann erfasst und analysiert unter Verwendung der bekannten Methoden (z.B. Fizeau Interferometer [FISO]; Weisslicht Polarisations-Interferometer (OPSENS); Michelson Interferometer; Spektrometer etc.), und durch Ermitteln der Distanz der optischen Kavität wird die Druckdifferenz über der Membran bestimmt. Die Dicke der Membran 6 zusammen mit ihrem freien Durchmesser und der gewünschten maximalen Durchbiegung definieren den nutzbaren Druckbereich. Der Durchmesser der Membran kann beispielsweise 11 mm sein und deren Dicke etwa 300 µm. Für Vakuumanwendungen liegt der Membrandurchmesser bevorzugt im Bereich von etwa 5.0 mm bis 80 mm und deren Dicke im Bereich von 10 µm bis 760 µm.

[0030] Für Hochdruckanwendungen wie für Anwendungen bei Ölbohrungen können die bevorzugten Bereiche der Membrandurchmesser bzw. der Membranradien folgendermassen ermittelt werden:

wobei: ω (omega) = Auslenkung der Membran (diaphragm) p = an die Membran (diaphragm) angelegter Druck E = Elastizitätskoeffizient ν (nu) = Poisson Konstante r = Radius der Membran (diaphragm) t = Membrandicke.

[0031] Beispiele von bevorzugten Werten für die Membrandicke für bestimmte hohe Drücke und Membrandurchmesser werden nachfolgend angegeben für eine Auslenkung der Membran von 5.5 µm und liegen in folgendem Bereich: für Drücke von 1.0 bar bis zu 1000 bar: a)<sep>für einen Membrandurchmesser von 2 mm: Bereich der Membrandicke von 0.022 mm bis 0.22 mm; b)<sep>für einen Membrandurchmesser von 8 mm: Bereich der Membrandicke von 0.14 mm bis 1.4 mm; und c)<sep>für einen Membrandurchmesser von 30 mm: Bereich der Membrandicke von 0.8 mm bis 8.0 mm.

[0032] Bevorzugt liegen die Bereiche für den Membrandurchmesser im Bereich von 2.0 mm bis 30 mm und für die Membrandicke im Bereich von 20 µm bis 10 mm bei angelegten Drücken im Bereich von 1.0 bar bis 1000 bar.

[0033] Die Distanz zwischen den beiden Oberflächen wird normalerweise unmittelbar beim Zusammenbau eingestellt mit Hilfe des Dichtungsmaterials der ersten Dichtung 8, welches angeordnet ist zwischen dem Rand der Membran 6 und dem Gehäusekörper 2. Auf diese Art und Weise können aufwendige Strukturen an der Oberfläche des Gehäusekörpers vermieden werden. Es ist auch möglich Distanzelemente zu benutzen, um die Spaltbreite einzustellen, aber dies ist eine weniger bevorzugte Ausführung. Die Parallelität zwischen dem Gehäusekörper 2 und der Membran 6 sollte besser sein als 5 mrad, vorzugsweise besser als 1 mrad, um optimale Signalqualität zu erzielen, wobei die Oberflächenrauigkeit kleiner sein sollte als λ/5, vorzugsweise kleiner λ/10 der Lichtwellenlänge. Diese erste Dichtung 8 besteht beispielsweise und vorzugsweise aus einer Glaspaste, welche einfach zu handhaben ist und beispielsweise mit einem Siebdruckverfahren aufgebracht werden kann. Ausserdem kann das Dichten der Membran 6 im Randbereich gegen den Gehäusekörper 2 durch Schweissen erzielt werden, wie beispielsweise durch Laserschweissen, wie dies beispielsweise in der U.S. Patentanmeldung 2005/0 195 402 A1 beschrieben wurde. Eine andere Möglichkeit, die dichtende Verbindung herzustellen, ist, die beiden Gehäuseteile durch Diffusion zu verbinden, beispielsweise bereits im Grünkörperstadium, um andere Materialien als Al2O3 vollständig vermeiden zu können, oder aber auch mit Hilfe von Aluminium-oxidations-bonding, wie dies in der Schweizer Patentanmeldung CH 00 577/07 (Bertsch et al., korrespondierend mit WO 2008/122 134) beschrieben wurde.

[0034] Eine Prozessbeschreibung für das Aufdrucken von Glaspaste für die zweite Dichtung 8 ́ und allenfalls für die erste Dichtung 8 und für das Sintern etc. zur Erzeugung eines Dichtungsglases wird beschrieben im U.S. Pat. 6 528 008.

[0035] Ein typisches Beispiel für eine Messzelle mit einem äusseren Durchmesser von 11 mm und einem freien inneren Membrandurchmesser von 8 mm weist eine Spaltbreite auf von etwa 2 bis 50 µm, vorzugsweise von 10 bis 30 µm auf. Bei diesem bevorzugten Beispiel hat die Trägerscheibe bzw. der Trägerkörper 1 eine Dicke von 2 bis 10 mm, und der Gehäusekörper 2 liegt im gleichen Dickenbereich. Der Gehäusekörper 2 und der Trägerkörper 1 müssen aus einem Material mit ähnlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen, wie dies für das Membranmaterial benutzt wird. Sehr geeignete Kombinationen sind hoch reine Aluminiumoxid-Keramiken (Reinheit > 96%, vorzugsweise >99.5%), Sapphal-Keramik (Aluminiumoxid mit einer Reinheit über 99.9%) und Saphir (hochreines Einkristall-Aluminiumoxid, künstlicher Korund). Die Materialien können auch in Kombination verwendet werden. Beispielsweise kann der Gehäusekörper 2 aus keramischem Material wie Aluminiumoxid hergestellt sein, und ein Fenster aus Saphir eingesetzt sein, welches den Durchtritt des Lichtes in die Messzellenanordnung 17 ermöglicht, gemäss der Anordnung in der Fig. 7.

[0036] Die Oberfläche der teilweise reflektierenden Membran 6 kann als solche benutzt werden, oder sie kann zusätzlich optisch beschichtet werden, vorzugsweise mit einer Einzelschicht aus dielektrischem Material wie Ta2O5 bei einer geeigneten Dicke im Bereich von 70 bis 80 µm, um eine nahezu optimale Reflektivität von 30% zu erzielen, oder mit anderen Mitteln, wie diese beschrieben wurden im U.S. Patent 7 305 888 (Wälchli et al.). Die interferometrische Oberfläche des Gehäusekörpers welche ebenfalls als Spiegel wirkt, sollte auf ähnliche Weise behandelt werden.

[0037] Die Abdichtung der Referenzkammer 5 kann auf verschiedene Art erstellt werden. Eine bekannte Anordnung, zur Erzielung eines hoch qualitativen Referenzvakuums wurde beschrieben im U.S. Patent 6 591 687, und diese Methode kann in der hier beschriebenen Konstruktion ebenfalls verwendet werden. Die absolute Qualität des Referenzvakuums ist jedoch weniger relevant, wenn eine Messzelle gebaut wird für den Einsatz bei sehr hohem Druck bis zu 1000 bar. In solchen Fällen ist die Verwendung von Gettermaterial 15 zur Aufrechterhaltung des Referenzvakuums nicht zwingend notwendig. Die Effekte, die Restgase aus dem Referenzvakuum bewirken können, haben hier nur noch einen unwesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften bzw. auf die Performance. Wenn die Referenzkammer 5, beispielsweise, einen Druck aufweist, der etwa 0.01% des maximal Druckes des Messbereichs (FS-Full Scale) der Messzelle aufweist (was hier 10 mbar ausmachen würde bei 100 bar), würde der resultierende Fehler durch das Expandieren des Referenzgases nur etwa 0.02% des FS ausmachen. Bei der Verwendung von einer Keramik wie AI2O3 wird die Ausgasung in der Referenzkammer minimiert und dadurch wird ein Referenzdruck erreicht, der wesentlich geringer ist als 1 mbar, ohne eine Getterlösung zu benutzen. In einem solchen Fall wird zuerst die Messzelle hergestellt, welche eine Membran 6, ein Gehäusekörper 2 und einen Trägerkörper 1 aufweist. Der Gehäusekörper 2 enthält eine Anschlussleitung 3, welche die Referenzkammer 5 zugänglich macht. Je nach Abmessung der Messzelle ist an dem Gehäusekörper eine Ausnehmung 4 angebracht zur Abdichtung der Anschlussleitung 3. Die Messzelle wird innerhalb einer Vakuumkammer platziert, in welcher die ganze Struktur evakuiert wird und dann die Anschlussleitung 3 abgedichtet wird durch Anbringung eines Stopfens, beispielsweise eines Dichtungsdeckels 10 aus Saphir oder Glas oder einer Kugel, unter Verwendung eines Glaslotes 9 zur Abdichtung der Anschlussleitung 3, wodurch eine leckdichte Struktur erzielt wird. Es kann auch Metalllot zur Abdichtung der Anschlussleitung 3 verwendet werden, welches einen zusätzlichen Herstellungsschritt benötigt, indem ein Lötauge aus Silber auf dem Saphirgehäuse um die Anschlussleitung 3 geformt wird, vorzugsweise mit Siebdruck, um es der Lötlegierung zu ermöglichen, eine leckdichte Abdichtung zu erzielen. Dieses Verfahren ist auch beschrieben in U.S. Patent 6 528 008. Bei allen diesen Abdichtungsmethoden wird die maximale Prozesstemperatur tief genug gehalten, um bereits zuvor hergestellte Dichtstellen nicht wieder aufzuschmelzen.

[0038] Wegen Effekten, wie beispielsweise Absorption, Adsorption, Desorption an der Messzelle kann eine mangelhafte Vakuumqualität in der Referenzdruckkammer 5 Zeitverzögerungen, Hystereseverhalten und verstärkte Reaktion in Bezug auf Temperaturwechsel verursachen. Diese Einflüsse treten stärker auf in den unteren Messwertbereichen und bei erhöhten Anforderungen bezüglich Prozessstabilität und Auflösung. In gewissen Fällen kann eine reduzierte Atmosphäre als Druck in der Referenzkammer 5 (beispielsweise 300 mbar) genügen, speziell dann, wenn nur geringe Temperaturschwankungen in der Umgebung auftreten und ein hoher Arbeitsenddruck (FS) benutzt wird. Eine derart reduzierte Atmosphäre wird automatisch erreicht, wenn die Dichtungstemperatur der Messzelle höher ist als die umgebende Temperatur, und dies resultiert in einem Druck: P2= T2/T1 * p1 wobei: T1 die Dichtungstemperatur (K) ist, T2 die Umgebungstemperatur (K) und P1der Umgebungsdruck.

[0039] Wenn beispielsweise die Messzelle bei 700 °C bei atmosphärischem Druck gedichtet wird, dann resultiert beim Herunterkühlen auf Raumtemperatur etwa 300 mbar Referenzdruck.

[0040] Die Membran 6 ist vorzugsweise aus Saphir hergestellt. Saphir ist definiert als Einkristall-Aluminiumoxid (AI2O3: künstliches Korundum) mit einer definierten Kristallorientierung. Deshalb sind viele physikalische Parameter von der Orientierungsrichtung abhängig. Diese Materialwahl besitzt vielfältige Vorteile bei der Anwendung im beschriebenen Gebiet: es ist korrosionsresistent gegenüber vielen Säuren und Gasen wie Fluoriden (NF3, CH2F2, SF6 CF4, CHF3) und Chloriden (z.B.: Cl2, HCl), Bromiden (z.B.: HBr) Gasen oder Wasserdampf. da es monokristallin ist, liegt eine feine, ebene Oberfläche vor, wodurch spiegelglatte Oberflächen erzielt werden. es besitzt eine grosse Biegefestigkeit.

[0041] Die Membran 6 und der Gehäusekörper sind aus Einkristall-Saphir geschnitten, derart dass die optische Achse der Struktur parallel ist mit der C-Achse des Saphirs. Dadurch werden Doppelbrechungseffekte von kristallinen Strukturen vermindert, wenn der Lichtstrahl hindurch tritt, und es wird auch eine symmetrische thermische Ausdehnung ermöglicht.

[0042] Bei Hochdruckanwendungen ist es unbedingt notwendig, die Struktur in ein rohrförmiges Messzellengehäuse 19 zu montieren, bzw. die Messzelle zu kapseln, das aus geeignetem Material hergestellt ist und mit genügend Kraft gedichtet werden kann, wie dies in der Fig. 7dargestellt ist. Aus praktischen Gründen der Herstellung und aus ökonomischen Gründen wird das Messinstrument insgesamt nicht vollständig aus Keramik hergestellt, wie das zuvor für die Messzelle beschrieben wurde. Für das Messzellengehäuse 19 eignen sich speziell gut Metalle wie vorzugsweise rostfreier Stahl (Inox), Nickel-Chrom-Legierungen oder andere hoch qualitative Metallmaterialien. Auch andere Materialien als Metall können eingesetzt werden, wenn diese prozesskompatibel sind, wie vorzugsweise eine Keramik oder Quarz. Das Kombinieren der keramischen Messzelle 17 mit dem Metallgehäuse 19 wird mit Vorteil durch dichtendes Zusammenklemmen erzielt. Hierzu wird die Anordnung beispielsweise mit einem Metalldichtungsring 18 verpresst, um eine leckdichte Anordnung zu erhalten. Erfindungsgemäss erfolgt das Anpressen der Messzelle 17 gegen die Keramikträgerscheibe bzw. den Trägerkörper 1 in einer gestapelten Anordnung, zwischen Andruckmitteln wie einem Druckteil 20 auf der einen Seite und dem scheibenförmigen Trägerkörperl mit der Messzelle und mit einem Metallring 18 auf der anderen Seite. Der optische Pfad beinhaltet eine optische Faser 33, welche von einer Beschichtung 32 oder Hülse 32 umfasst ist, wobei diese ausserhalb des keramischen Gehäusekörpers 2 angeordnet ist, um Licht durch diesen Gehäusekörper hinzuzuführen, welches auf die Oberfläche der Membran 6 gerichtet ist.

[0043] Mindestens im zentralen Bereich des Gehäusekörpers 2 ist ein optisches Fenster ausgebildet, und gegenüber diesem Fenster ist mindestens ein Teil der Oberfläche der Membran 6 optisch reflektierend ausgebildet. Die optische Faser 33 ist ausserhalb der Referenzvakuumkammer 5 gegenüber dem Fenster und beabstandet angeordnet, um Licht ein- und auszuführen auf und von der Oberfläche der Membran 6. Zwischen der optischen Faser 33 und dem Fenster des Gehäusekörpers 2 befindet sich eine Linse 30 zur optischen Kopplung an die Oberfläche der Membran 6, derart, dass die Anordnung einen Messabschnitt zur Messung des Grades der Auslenkung der Membran 6 durch Detektion mit einem Fabry-Perot-Interferometer bildet. Zwischen der Linse 30 und der optischen Faser 33 kann ein Befestigungselement 31 angeordnet werden.

[0044] Der Gehäusekörper 2 besteht mindestens teilweise aus einer Aluminiumoxid-Keramik vom Typ Saphir, und dieser Teil ist im zentralen Bereich angeordnet und bildet ein Fenster. Es kann aber auch der ganze Gehäusekörper 2 aus dem optisch transparenten Saphir bestehen. Um bei der Anwendung Kosten zu sparen in Bezug auf das teure Material Saphir, kann dieses Fenster als einzelnes einsetzbares Teil aus Saphir ausgebildet sein und am Gehäusekörper 2 mit einer vakuumdichten Dichtung montiert werden.

[0045] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die optische Faser 33 direkt integriert im Gehäusekörper 2 der Messzelle 17 angeordnet ohne eine Linse 30. Mindestens ein Bereich der Oberfläche der Membran 6 ist optisch reflektierend ausgebildet, und gegenüber diesem Bereich ist eine optische Faser 33 dichtend in den Gehäusekörper 2 eingebettet, wobei das Ende der Faser 33 die Referenzvakuumkammer 5 erreicht, um Licht ein- und auszuführen auf und von der Oberfläche der Membran 6, derart, dass die Anordnung einen Messabschnitt zur Messung des Grades der Auslenkung der Membran 6 durch Detektion mit einem Fabry-Perot-Interferometer bildet.

[0046] Die Lösung gemäss der Erfindung mit einer keramischen Membrandruckmesszelle 17 umfasst: eine Membran 6, einen Gehäusekörper 2 aus einem Material einer der Gruppen aus Al2O3-Keramik oder Saphir, wobei der Gehäusekörper 2 eine Frontseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Membran 6 aus einem Material einer der Gruppen aus AI2O3-Keramik oder Saphir besteht und angeordnet ist gegenüber der Frontseite dieses Gehäusekörpers 2, und dass diese Membran 6 im Wesentlichen plan ist und an deren Umfang einen Randbereich aufweist, welcher mit einer ersten Dichtung 8 mit dem Gehäusekörper 2 verbunden ist und dadurch eine Referenzdruckkammer 5 bildet zwischen dem Gehäusekörper 2 und der Membran 6, wobei diese Membran 6 eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Oberfläche aufweist und die erste Oberfläche der Frontfläche des Gehäusekörpers 2 gegenüberliegend angeordnet ist, und dass die zweite Oberfläche der Membran 6 die äussere Oberfläche bildet, welche einer Messanschlussöffnung 40 ausgesetzt ist, welche die keramische Membrandruckmesszelle 17 mit dem zu messenden Medium verbindet, und dass mindestens in einem zentralen Bereich der Oberfläche des Gehäusekörpers 2 Mittel zur Erfassung der Auslenkung der Membran 6 vorhanden sind, zur Bildung eines Druckmesssignales; einen keramischen Trägerkörper 1, der an der Rückseite des Gehäusekörpers 2 mit einer zweiten Dichtung 8 ́, ausgebildet als Dichtungsglas, befestigt ist und dieser einen Oberflächenbereich aufweist, der am Gehäusekörper 2 im Umfang hervorragt und eine erste Dichtfläche bildet zur Aufnahme eines Metalldichtungsringes 18, und dass dieser keramische Trägerkörper 1 auf der Seite, die gegenüber dem Gehäusekörper 2 abgewandt ist, eine Rückseite aufweist; ein rohrförmiges Sensorgehäuse 19, welches die keramische Membrandruckmesszelle 17 aufnimmt und den keramischen Trägerkörper 1 hält und fixiert, wobei dieses rohrförmige Sensorgehäuse 19 innen eine zweite umgebende Dichtfläche aufweist zur Aufnahme des Metalldichtungsringes 18, welche gegenüber der ersten Dichtfläche korrespondierend angeordnet ist; wobei der Metalldichtungsring 18 zwischen diesen ersten und zweiten Dichtflächen angeordnet ist und wobei Andruckmittel 20 an der Rückseite des keramischen Trägerkörpers 1 angeordnet sind, welcher die beiden Dichtflächen in zusammengepresster Position hält.

[0047] Um einen Einfluss der Dichtkräfte auf die Membran 6 und somit auf das Messverhalten zu vermeiden, ist der Trägerkörper an der Messzelle 17 derart angebracht, dass der optische Pfad nicht unterbrochen wird. Der Trägerkörper 1 besteht aus Saphir oder einem Keramik, vorzugsweise aus Aluminiumoxid-Keramik. Die Metalldichtung 18 wird gegen den Trägerkörper 1 gepresst, welche Klemmspannungen und Verbiegungen der Membran 6 wesentlich reduziert, wodurch Spannungsabbau über die Zeit bzw. Sensordrift vermieden wird. Der Trägerkörper 1, vorzugsweise scheibenförmig, wird an der Saphir-Messzelle angebracht mit den bekannten auf Glas oder Metall basierenden Verbindungsprozessen, wodurch eine leckdichte und mechanisch robuste Verbindung entsteht. Diese Lösung ermöglicht es, die Einzelteile der Sensoranordnung so einfach wie möglich zu gestalten und die Beanspruchbarkeit der Anordnung zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren.

[0048] Das Bearbeiten von Einkristall-Saphir ist ein risikoreicher und teurer Vorgang. Mögliche zurückbleibende unebene Oberflächen können später wesentlich dazu beitragen, dass die Messzellenstruktur beim Zusammenpressen mit grossen Kräften gegen eine Dichtung brechen kann, insbesondere bei komplizierten Ausnehmungen oder Bohrungen und ähnlichen Funktionen. Polykristallines AI2O3 besitzt eine isotropere Struktur und es ist deshalb einfacher, die Qualität nach der Bearbeitung zu halten, und es ist auch billiger als Einkristall-Saphir.

[0049] Mit Einkristall-Saphir und insbesondere mit polykristallinem Keramikmaterial wie Aluminiumoxid ist mit Metalldichtung Leckdichtheit zu erreichen. Das Letztere wegen der körnigen polykristallinen Oberflächenstruktur und das erstere wegen den Schwierigkeiten und Kosten des Polierens der Dichtflächen bis zum benötigten Rauigkeitsgrad (Ra) von unter 0.006 µm, vorzugsweise im Bereich von 0.003 bis 0.001 µm. Derartige Werte können durch elektrochemisches Polieren erreicht werden. Ausserdem sind diese Materialien schwierig in der Handhabung.

[0050] Um die Poren zu füllen und die Oberfläche des polykristallinen Materials zu glätten, werden mindestens Teile des Dichtungsbereiches des keramischen Trägerkörpers 1 glasiert, beispielsweise mit einer Glasschicht aus dem Material der ersten Dichtung 8 (Dichtungsglas bzw. Glaslot). Diese Glasschicht ermöglicht es, Metalldichtungsmaterial mit hohem Schmelzpunkt und Korrosionsfestigkeit zu verwenden. Ansonsten würden grössere Dichtkräfte benötigt, welche folglich zu einem Bruch des Trägerkörpers 1 führen würde. Die dünne Glasschicht mit einer Dicke im Bereich von 5 bis 100 µm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 µm auf dem Saphir- oder Keramik-Trägerkörper 1 ist widerstandsfähig gegenüber hohen Belastungen, welche erzeugt werden durch die Geometrie der Dichtung und die notwendigen Dichtkräfte im Bereich von 150 bis 300 N/mm am Umfang. Die bevorzugte und ökonomische Lösung für das Glasieren 8 ist identisch mit dem Verfahren, welches beim Befestigen der Messzelle 17 an den Trägerkörper 1 verwendet wird. Für gewisse korrosive Anwendungen ist die Korrosionsfestigkeit des Glases genügend. Für eine erhöhte Korrosionsfestigkeit kann die Oberfläche der zweiten Dichtung 8 ́, bestehend aus Dichtungsglas, mit einer korrosionsfesten Beschichtung 22 versehen werden, vorzugsweise Aluminumoxid abgeschieden mit den bekannten Verfahren wie mit PVD, CVD, ALD, etc.

[0051] Bevorzugte Werte für geeignete Glaspasten sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben: Glaspaste-Einbrenntemperatur Beschreibung<sep>Einbrenntemperatur (= sealing) °C niedrig<sep>500 mittel<sep>550–625 hoch<sep>700–730 sehr hoch<sep>1350

[0052] In einer weiteren Ausbildung ist die Dichtfläche Teil eines einzelnen Stückes 2 aus Saphir oder Keramik, bei welchem die Funktion der Aufnahme der Membran 6 und der Dichtfläche kombiniert ist, wie dies in der Fig. 8dargestellt ist. Die Dichtfläche kann entweder poliert sein bis zum benötigten Grad oder beschichtet mit Glas, wie dies beim Keramikmaterial beschrieben wurde.

[0053] Die Metalldichtung 18 ist vorzugsweise aus dem vollen Material herausgearbeitet. Die üblichen gebogenen und geschweissten Metalldichtungen benötigen eine Überarbeitung der Schweissnaht und sind dafür weniger geeignet. Es sind verschiedene Formen und Profile für die Metalldichtung 18 möglich, beginnend bei einfachen O-Ring Formen, wie dies in der Fig. 7 gezeigt ist, bis zu komplexeren Formen, welche unter dem Arbeitsdruck zusätzliche Dichtkräfte erzeugen. Die Metalldichtung muss kompatibel sein zu den hohen Temperaturen, zum hohen Druck und zur korrosiven Umgebung, und sie benötigt eine gewisse Elastizität im Bereich von 1% bis 5% des Durchmessers, vorzugsweise über 3%, um Spaltvariationen kompensieren zu können, welche durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten und hohe Druckbelastung entstehen. Bevorzugte Materialien, in der Kombination mit der Saphir- oder Keramik-Messzelle, sind Nickel-Chrom-Legierungen oder rostfreier Stahl (Inox) mit kleinem Temperaturkoeffizienten. Geeignete weiche oder dehnbare Beschichtungen 21 aufgebracht auf den Metalldichtungsring 18 ermöglichen das Dichten gegen irgendwelche Restungleichmässigkeiten der anliegenden Dichtflächen. Bevorzugt als Beschichtungsmaterial 21 wird eine dünne Metallschicht 21, insbesondere Silber, Nickel oder Kupfer, vorzugsweise Gold. Geeignete Schichtdicken für die Beschichtung 21 liegen im Bereich von 1 bis 50 µm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 µm.

[0054] Bezüglich der dargestellten Beispiele in den Fig. 7, 8und 9kann der Metalldichtungsring 18 auch mit einer Oxidschicht 21, vorzugsweise mit Al2O3-Keramik, beschichtet sein. Eine solche Beschichtung kann auch zusätzlich zur vorerwähnten Metallbeschichtung erfolgen und eine Mehrfachschichtanordnung bilden oder aber auch nur als einzelne Schicht aufgebracht werden. Eine derartige Oxidschicht ist sehr dünn und frei von Poren (pinhole) und sie ist dehnbar genug, dass sie nicht zerstört wird oder keine Risse entstehen, wenn sie zusammengepresst wird, und sie kann Ungleichmässigkeiten auf der Dichtfläche folgen. Solche Schichten werden mit Vorteil mit einem ALD (Atomic Layer Deposition) Verfahren abgeschieden. Die Dicke dieser Oxidschicht liegt im Bereich von 3 bis 20 Atomlagen. Der Einsatz einer derartigen Oxid-Beschichtung ermöglicht eine metallfreie Anwendung, derart, dass sie eine Schutzschicht bildet und dadurch kein Metall gegen den Prozess exponiert ist. Einige Prozesse verwenden aggressive Gase oder Chemikalien, welche Metalle korrodieren und auflösen und dadurch den Prozess unerwünscht kontaminieren. Dies kann mit einer derartigen Oxidbeschichtung vermieden werden.

[0055] Die Korrosionsbeständigkeit der Messzelle kann weiter erhöht werden, indem das Dichtungsglas 8 ́ ausserhalb der Befestigungszone des Gehäusekörpers 2 mit dem Trägerkörper 1 mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung 22 beschichtet wird, vorzugsweise mit Aluminiumoxid.

[0056] Das aus Metall bestehende Messzellengehäuse 19 enthält einen Messanschluss 40, wie eine Zugangsöffnung zum Druckmedium, um Druck auf die Membran 6 der Messzelle auszuüben, und schützt den übrigen Teil der Messzelle gegenüber einer Exponierung mit dem Medium und der Umgebung mit Hilfe der leckdichten Metalldichtung 18 zwischen der Messzelle 17 und dem Metallgehäuse 19. Die Dichtfläche 35 des Metallgehäuses 19 ist bearbeitet auf den notwendigen Grad für eine Dichtfläche, vorzugsweise mit N5c (Ra-Wert 0.4 µm, konzentrisch). Zwischen der Messanschlussöffnung 40 und der Messzelle 17 kann ein poröser Filter 23 zum Schutz der Messzelle 17 angeordnet werden.

[0057] Das Druckteil 20 kann entweder als Scheibe, welche flach am keramischen Trägerkörper 1 anliegt, ausgebildet sein, vorzugsweise als Trägerscheibe, oder als einen Ring mit derselben Abmessung wie die Metalldichtung auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerscheibe. Ein weicheres Material wie beispielsweise in der Form eines metallischen Ringes 34 kann stapelförmig zwischen dem Druckteil 20 und dem scheibenförmigen Trägerkörper 1 angeordnet sein, um kleine Unparallelitäten zwischen dem Druckteil 20 und dem keramischen Trägerkörper 1 aufzunehmen. Zusätzlich kann die Dicke dieses Materiales derart gewählt werden, dass Spaltbreitenvariationen ausgeglichen werden, welche entstehen durch Temperaturänderungen und nicht aufeinander abgestimmte thermische Ausdehnungskoeffizienten. Der Metallring 34 ist in derselben Achse angeordnet wie der Metalldichtungsring 18 und enthält mindestens denselben Radius, und er ist zwischen der Rückseite des keramischen Trägerkörpers 1 und dem Druckteil 20 angeordnet. Das Material des Metallringes 34 ist genügend weich, um durch die keramische Oberflächenstruktur verformt zu werden und genügend hart, um dem angelegten Druck zu widerstehen und formbeständig zu sein. Die Messzelle mit dem Dichtungssystem ausgebildet wie es hier beschrieben wurde kann sehr kompakt aufgebaut und wirtschaftlich hergestellt werden.

[0058] Zusammenfassend enthält die Messzellenanordnung gemäss der Erfindung: eine neue Methode und Anordnung zur Dichtung der Referenzkammer von Saphir- oder Keramik-Messzellen für Hochtemperatur- und Hochdruck-Anwendungen, welche speziell geeignet ist für Druckmessungen bei Tiefbohrungen, insbesondere bei Ölquellenbohrlochanwendungen; ein Metall (oder prozesskompatible andere Materialien als Metalle, vorzugsweise Quarz, können auch eingesetzt werden) auf Saphir- oder Keramik-Dichtungssystem, welches lösbar, gasdicht, korrosionsbeständig und geeignet für Anwendungen bei hohen Temperaturen und Drücken ist. Dies beinhaltet auch das Glasieren des Trägerkörpers zur Glättung der Oberfläche, die Schutzbeschichtung gegen Korrosion von Glas- und Metalldichtung und deren Metallbeschichtung, welche als elastische Dichtung wirkt; und eine Messzelle montiert auf eine Saphir- oder Keramik-Trägerstruktur zur Verminderung von Klemmbelastungen an der Membran, welche Drift der Messzelle verursachen würde.

[0059] Die Messzellenanordnung ist eine Hochdruckmessanordnung speziell geeignet für Drücke, die im Bereich von mindestens 1.0 bar bis 200 bar liegen, vorzugsweise von mindestens 1.0 bar bis 500 bar oder höher und vorzugsweise einsetzbar als Hochtemperatur-Druckmessanordnung in Umgebungen mit Temperaturen, die im Bereich von mindestens 150 °C bis 400 °C, vorzugsweise mindestens 150 °C bis 650 °C liegen.

[0060] Abhängig von der Wahl der verwendeten Materialien können mit dem vorliegenden Konzept sehr hohe Anwendungstemperaturen bis über 1000 °C ermöglicht werden. Neben der Anwendung im Bereich der Erdölförderung kann die Erfindung auch in anderen Bereichen eingesetzt werden, wo hohe Temperaturen und Korrosionsbeständigkeit gefordert wird, wie beispielsweise bei Verbrennungsprozessen.

[0061] Die Erfindung kann auch in Verbindung mit Saphir- oder Keramikmesszellen angewendet werden, bei welchen kapazitive oder andere Verfahren eingesetzt werden zur Messung der Membranauslenkung anstelle der zuvor beschriebenen optischen Methode.

[0062] Die Erfindung kann auch eingesetzt werden, wo nur eines oder mehrere der Merkmale benötigt werden, wie Korrosionsfestigkeit, leichte Abnehmbarkeit der Messzelle wie bei Halbleiterproduktionssystemen.

[0063] Die hier beschriebene Dichtungstechnologie ist nicht beschränkt auf Hochtemperatur- und Ölbohrlochanwendungen. Sie kann auch bei tieferen Temperaturen und anderen Industrieanwendungen verwendet werden.

[0064] Dieselbe Dichtungstechnologie kann beispielsweise auch in der Halbleiterindustrie und in dazu verwandten Industrien eingesetzt werden. In dieser Anwendung können Keramik/Saphir-Sensoren mit derselben Metall-O-Ring-Technologie am Gehäuse befestigt werden. Die Keramik beinhaltet auch Keramiken der Art SiC und/oder AIN.

[0065] In der Fig. 8 ist eine Keramik/Saphir-Messzelle dargestellt mit optischer Auslesung für die Druckmessung für die Anwendung mit hoch reinen Gasflüssen, und in der Fig. 9ist eine Anordnung mit einer Keramik/Saphir-Messzelle dargestellt, bei welcher die kapazitive Messtechnologie zur Druckmessung in einer Vakuumanwendung verwendet wird. In diesem Fall wird innerhalb der Referenzkammer 5 die Oberfläche der Membran 6 und des Gehäusekörpers im gegenüberliegenden Bereich mindestens teilweise mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 37 beschichtet, wodurch ein druckabhängiger Kondensator gebildet wird, welcher über die elektrischen Anschlussleitungen 36 mit der ausserhalb angeordneten Auswerteelektronik verbunden ist. In beiden Fig. 8und 9ist gezeigt, dass der Trägerkörper 1 mit dem Gehäusekörper 2 der Messzelle kombiniert ist und ein einzelnes Teil bildet. In diesem Fall kann ein Bonding-Schritt vermieden werden. Der Gehäusekörper 2 ist in den Fig. 8und 9im Querschnitt beispielsweise T-förmig ausgebildet. Dieser Gehäusekörper 2 kann auch verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise Wölbungen enthalten oder an der oberen Seite asymmetrisch oder symmetrisch angeordnet sein, oder als eine Art zylindrischer Körper, beispielsweise mit auskragendem Flansch für die dichtende Montage am Metallgehäuse ausgebildet werden, je nach Notwendigkeit der Montageerfordernisse.

[0066] Zurückgehend zur Fig. 7, wenn die Oberflächenrauheit Ra der Dichtfläche 35 des Metallgehäuses 19 unter 0.4 µm ist, oder die Temperatur unter 200 °C ist, muss der Metall-O-Ring 18 nicht mit einer Metallschicht 21 beschichtet sein. In bestimmten Fällen der Anwendung kann die Beschichtung 21 des Metall-O-Ringes 18 anders ausgebildet sein als zuvor beschrieben. Die Art der Beschichtung sollte derart gewählt werden, dass diese korrosionsbeständig ist gegenüber den Gasen, Flüssigkeiten oder den Medien, welche in dieser Industrie benutzt werden. Für die Halbleiterindustrie und den dazu verwandten Industrien können Beschichtungsmaterialien verwendet werden wie Aluminium, Silber, Kupfer, Nickel, Indium, oder Platin oder auch ein Oxid wie Aluminiumoxid. Bei der Ölbohrlochanwendung ist das bevorzugte Beschichtungsmaterial Gold. Die dünne Schicht sollte auch genügend weich sein, um sich der Oberflächenstruktur des Kontaktmaterials anpassen und dieser folgen zu können.

[0067] Der Einsatz der vorgestellten Dichtungstechnologie ist nicht beschränkt auf Temperaturen über 200 °C, wenn organisches Dichtungsmaterial in diesen Fällen nicht ausreicht. Organisches Dichtungsmaterial wie Viton, hexafluorpropylen-vinylidene Fluoride co-polymer oder andere Materialien werden unter 200 °C zur Dichtung oft eingesetzt. Metalldichtungen können jedoch bei diesen Temperaturen ebenso gut eingesetzt werden.

[0068] Die in den Fig. 7, 8 und 9 angegebenen Referenzziffern korrespondieren mit denjenigen der Fig. 1bis 6und den Teilen, wie sie dort beschrieben wurden.

Claims (25)

1. Membrandruckmesszellenanordnung enthaltend: – eine keramische Membrandruckmesszelle (17) enthaltend eine Membran (6), einen Gehäusekörper (2), der aus einem Material einer der Gruppen aus AI2O3-Keramik oder Saphir besteht, wobei der Gehäusekörper (2) eine Frontseite und eine Rückseite aufweist, wobei – die Membran (6) aus einem Material einer der Gruppen aus Al2O3-Keramik oder Saphir besteht und angeordnet ist gegenüber der Frontseite dieses Gehäusekörpers (2) und dass diese Membran (6) im Wesentlichen plan ist und an deren Umfang einen Randbereich aufweist, welcher mit einer ersten Dichtung (8) mit dem Gehäusekörper (2) verbunden ist und dadurch eine Referenzdruckkammer (5) bildet zwischen dem Gehäusekörper (2) und der Membran (6), wobei diese Membran (6) eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Oberfläche aufweist und die erste Oberfläche, der Frontfläche des Gehäusekörpers (2) gegenüberliegend, angeordnet ist und dass die zweite Oberfläche der Membran (6) die äussere Oberfläche bildet, welche einer Messanschlussöffnung (40) ausgesetzt ist, welche die keramische Membrandruckmesszelle (17) mit dem zu messenden Medium verbindet und dass mindestens in einem zentralen Bereich der Oberfläche des Gehäusekörpers (2) Mittel zur Erfassung der Auslenkung der Membran (6) vorhanden sind, zur Bildung eines Druckmesssignales; – einen keramischen Trägerkörper (1), der an der Rückseite des Gehäusekörpers (2) mit einer zweiten Dichtung (8 ́), als Dichtungsglas ausgebildet, befestigt ist, und dieser einen Oberflächenbereich aufweist, der am Gehäusekörper (2) im Umfang hervorragt und eine erste Dichtfläche bildet zur Aufnahme eines Metalldichtungsringes (18), und dass dieser keramische Trägerkörper (1) auf der Seite, die gegenüber dem Gehäusekörper (2) abgewandt ist, eine Rückseite aufweist; – ein rohrförmiges Sensorgehäuse (19), welches die keramische Membrandruckmesszelle (17) aufnimmt und den keramischen Trägerkörper (1) hält und fixiert, wobei dieses rohrförmige Sensorgehäuse (19) innen eine zweite umgebende Dichtfläche aufweist zur Aufnahme des Metalldichtungsringes (18), welche gegenüber der ersten Dichtfläche korrespondierend angeordnet ist; – wobei der Metalldichtungsring (18) zwischen diesen ersten und zweiten Dichtflächen angeordnet ist und wobei Andruckmittel (20) an der Rückseite des keramischen Trägerkörpers (1) angeordnet sind, welcher die beiden Dichtflächen in zusammengepresster Position hält.

2. Membrandruckmesszellenanordnung enthaltend: – eine keramische Membrandruckmesszelle (17) enthaltend eine Membran (6) und einen Gehäusekörper (2) der aus einem Material einer der Gruppen aus Al2O3 Keramik oder Saphir besteht, wobei der Gehäusekörper (2) eine Frontseite und eine Rückseite aufweist, wobei – die Membran (6) aus einem Material einer der Gruppen aus AI2O3-Keramik oder Saphir besteht und angeordnet ist gegenüber der Frontseite dieses Gehäusekörpers (2) und dass diese Membran (6) im Wesentlichen plan ist und an dessen Umfang einen Randbereich aufweist, welcher mit einer ersten Dichtung (8) mit dem Gehäusekörper (2) verbunden ist und dadurch eine Referenzdruckkammer (5) bildet zwischen dem Gehäusekörper (2) und der Membran (6), wobei diese Membran (6) eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Oberfläche aufweist und die erste Oberfläche, der Frontfläche des Gehäusekörpers (2) gegenüber liegend angeordnet ist und dass die zweite Oberfläche der Membran (6) die äussere Oberfläche bildet, welche einer Messanschlussöffnung (40) ausgesetzt ist, welche die keramische Membrandruckmesszelle (17) mit dem zu messenden Medium verbindet und dass mindestens in einem zentralen Bereich der Oberfläche des Gehäusekörpers (2) Mittel zur Erfassung der Auslenkung der Membran (6) vorhanden sind, zur Bildung eines Druckmesssignales; – wobei ein Teil des keramischen Gehäusekörpers (2) einen Oberflächenbereich aufweist, der gegenüber dem restlichen Gehäusekörper (2) im Umfang hervorragt und eine erste Dichtfläche bildet zur Aufnahme eines Metalldichtungsringes (18); – ein rohrförmiges Sensorgehäuse (19), welches die keramische Membrandruckmesszelle (17) aufnimmt und den keramischen Gehäusekörper (2) hält und fixiert, wobei dieses rohrförmige Sensorgehäuse (19) innen eine zweite umgebende Dichtfläche aufweist zur Aufnahme des Metalldichtungsringes (18), welcher gegenüber der ersten Dichtfläche korrespondierend angeordnet ist; – wobei der Metalldichtungsring (18) zwischen diesen ersten und zweiten Dichtflächen angeordnet ist und wobei Andruckmittel (20) an der Rückseite des keramischen Gehäusekörpers (2) angeordnet sind, welche die beiden Dichtflächen in zusammengepresster Position hält.

3. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldichtungsring (18) an dessen Oberfläche mit einem weichen oder dehnbaren Material (21) beschichtet ist.

4. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldichtungsring (18) an dessen Oberfläche mit einem weichen oder dehnbaren Metall (21), vorzugsweise Gold, beschichtet ist.

5. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldichtungsring (18) an dessen Oberfläche mit einem keramischen Material (21) beschichtet ist.

6. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Trägerkörper (1) an der Rückseite des Gehäusekörpers (2) mindestens in Teilbereichen des Trägerkörpers (1) an der Rückseite des Gehäusekörpers (2) mit dem Dichtungsglas der zweiten Dichtung (8 ́) befestigt ist.

7. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldichtungsring (18) an dessen Oberfläche mit einem weichen oder dehnbaren Material (21) beschichtet ist und dass eine Befestigung des Trägerkörpers (1) an die Rückseite des Gehäusekörper (2) vorgesehen ist mit dem Dichtungsglas der zweiten Dichtung (8 ́) zwischen mindestens Teilen des keramischen Trägerkörpers (1) und des Gehäusekörpers (2), wobei das Dichtungsglas der zweiten Dichtung (8 ́) sich auf die erste Dichtfläche erstreckt derart, dass diese mit dem Metalldichtungsring (18 ) in Kontakt ist.

8. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldichtungsring (18) an dessen Oberfläche mit einem weichen oder dehnbaren Material (21) beschichtet ist, wobei Dichtungsglas (8 ́) auf die erste Dichtfläche aufgebracht ist derart, dass diese mit dem Metalldichtungsring (18) in Kontakt ist.

9. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befestigung des keramischen Trägerkörpers (1) an die Rückseite des Gehäusekörpers (2) vorgesehen ist mit dem Dichtungsglas der zweiten Dichtung (8 ́) zwischen mindestens Teilen des keramischen Trägerkörpers (1) und des Gehäusekörpers (2), wobei das Dichtungsglas (8 ́) ausserhalb des Bereiches, wo der Gehäusekörper (2) mit dem Trägerkörper (1) verbunden ist, eine korrosionsbeständige Beschichtung (22) aufweist.

10. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsglas (8 ́) auf der ersten Dichtfläche eine korrosionsbeständige Beschichtung (22) aufweist.

11. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsbeständige Beschichtung (22) aus einem Aluminiumoxid besteht.

12. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Trägerkörper (1) scheibenförmig ist.

13. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) aus Aluminiumoxid der Form Saphir besteht.

14. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (2) mindestens teilweise aus einem Aluminiumoxid-Keramik besteht von der Form Saphir, wobei Saphir im zentralen Bereich des Gehäusekörpers (2) angeordnet ist zur Ausbildung eines optischen Fensters.

15. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Fenster als einzelnes Teil aus Saphir gebildet, ist welches in den Gehäusekörper (2) vakuumdicht eingesetzt ist.

16. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens im zentralen Bereich des Gehäusekörpers (2) ein optisches Fenster ausgebildet ist und gegenüberliegend zu diesem Fenster mindestens ein Teil der Oberfläche der Membran (6) als optisch reflektierend ausgebildet ist, und dass ausserhalb der Referenzdruckkammer (5) und gegenüberliegend zum Fenster und von diesem beabstandet eine optische Faser (33) angeordnet ist zur Einführung und Ausführung von Licht auf die Oberfläche der Membran (6) und dass eine Linse (30) vorgesehen ist zwischen der optischen Faser (33) und dem Fenster zur optischen Kopplung von Licht auf die Oberfläche der Membran (6), derart, dass eine Messanordnung ausgebildet ist zur Erfassung des Auslenkungsgrades der Membran (6) mit einem Fabry-Perot Interferometer.

17. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich der Oberfläche der Membran (6) optisch reflektierend ausgebildet ist und dass gegenüberliegend zu diesem optisch reflektierenden Bereich eine optische Faser (33) im Gehäusekörper (2) dichtend eingebettet ist und diese bis zur Referenzdruckkammer (5) reicht, zur Einführung und Ausführung von Licht auf die reflektierende Oberfläche der Membran (6), derart, dass eine Messanordnung ausgebildet ist zur Erfassung des Auslenkungsgrades der Membran (6) mit einem Fabry-Perot Interferometer.

18. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Oberfläche der Membran (6) wie auch die gegenüberliegende Oberfläche des Gehäusekörpers (2) mindestens teilweise beschichtet ist mit einem elektrisch leitfähigen Material und dadurch einen Kondensator bildet, dessen Kapazität abhängig ist vom Grad der Auslenkung der Membran (6) und dadurch ein Mass ist für den Auslenkungsgrad.

19. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandruckmesszelle als Hochdruckmesszelle für einen Druck, der mindestens im Bereich von 1.0 bis 500 bar liegt, ausgebildet ist.

20. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzellenanordnung als Vakuummesszelle ausgebildet ist, bei welcher die Membran (6) einen Durchmesser im Bereich von 5.0 mm bis 80 mm und eine Dicke im Bereich von 10 µm bis 760 µm aufweist.

21. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzellenanordnung als Hochdruckmesszelle für ein Ölbohrloch ausgebildet ist, bei welcher die Membran (6) einen Durchmesser im Bereich von 2.0 mm bis 30 mm und eine Dicke im Bereich von 20 µm bis 10 mm aufweist, bei angelegten Drücken im Bereich von 1.0 bar bis 1000 bar.

22. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallring (34) vorgesehen ist und dieser in derselben Achse angeordnet ist wie der Metalldichtungsring (18) und mindestens denselben Radius enthält und dass dieser Metallring (34) zwischen der Rückseite des keramischen Trägerkörpers (1) und einem Druckteil (20) angeordnet ist und dass das Material des Metallringes (34) genügend weich ist und bei der Fertigung verformt ist durch die keramische Oberflächenstruktur und bei Betrieb genügend hart ist und dem angelegten zu messenden Druck widersteht und formbeständig ist.

23. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallring (34) vorgesehen ist und dieser in derselben Achse angeordnet ist wie der Metalldichtungsring (18) und mindestens denselben Radius enthält und dass dieser Metallring (34) zwischen der Rückseite des keramischen Gehäusekörpers (2) und einem Druckteil (20) angeordnet ist und dass das Material des Metallringes (34) genügend weich ist und bei der Fertigung verformt ist durch die keramische Oberflächenstruktur und bei Betrieb genügend hart ist und dem angelegten zu messenden Druck widersteht und formbeständig ist.

24. Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (8) geschweisst ausgebildet ist, oder vorzugsweise als Dichtungsglas ausgebildet ist.

25. Verwendung einer Membrandruckmesszellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, als Hochtemperaturmesszelle für eine Temperatur, die mindestens im Bereich von 150 °C bis 650 °C liegt.