CN104568240B - 带陶瓷测量元件的测量装置 - Google Patents

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Abstract

测量装置(1)带有陶瓷测量元件(3)和用于将测量元件(3)连接至测量环境的金属工艺连接件(5)，其中测量元件(3)以耐扩散的方式被固定在工艺连接件(5)中但不用垫圈，测量元件(3)被紧固在陶瓷环(7)上，陶瓷环(7)被设置在用于紧固至工艺连接件(5)中的金属环(9)上。

Description

带陶瓷测量元件的测量装置
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的带陶瓷测量元件的测量装置。
带陶瓷测量元件的测量装置在现有技术中是已知的，如用于测量填充水平的带压力传感器的压力测量装置。其中用到了陶瓷电容式压力测量元件，其通过弹性体垫圈被设置在工艺连接件中，工艺连接件用于将压力测量元件设置在工艺环境中。陶瓷测量元件常常用于陶瓷的硬度和鲁棒性具有优势的那些应用中。此外，陶瓷压力测量元件可以表现为平坦的陶瓷膜片，其一方面耐磨损，另一方面容易清洁，因此被认为是有利的。
在现有技术中已知的带陶瓷测量元件的测量装置中，使用的弹性体垫圈的耐磨损性有限且易于老化，所以被认为是不利的。
另外，使用的弹性体垫圈的弹性在低温条件下降低，例如当温度低至-40℃以下时，由于弹性降低，结果会导致填充水平测量装置的波动不再被补偿且压力测量元件和工艺连接件之间会产生间隙。带弹性体垫圈的测量装置的另一个缺陷是，在超纯应用中，如在药品和食品领域，其仅能在有限范围内利用，因为其要么不被许可使用，要么至少其要求增加使用者的维护义务。
本发明的目的是提供过一种更先进的带陶瓷测量元件的测量装置。其有利地避免了现有技术的缺陷。
该目的在具有权利要求1中的特征的测量装置中得以实现。
根据本发明的测量装置，带有陶瓷测量元件和用于将测量元件连接至测量环境的金属工艺连接件，其中测量元件以耐扩散的方式被固定在工艺连接件中而不用垫圈，其特征在于测量元件被紧固在陶瓷环上，陶瓷环被设置在用于紧固到工艺连接件中的金属环上。本申请中，垫圈的含义被特别理解为可拆分的密封元件。其通常由弹性体制成且以压缩的方式被保持在两个结构元件之间。
本申请中，“不用垫圈”的含义应被特别理解为省略使用与工艺媒介相接触的聚合物层。
因此，将测量元件设置在工艺连接件中表示其直接与工艺媒介接触，且不像如已知的现有技术那样被压力媒介屏蔽。
因此，本测量装置的关键是，测量元件本身被紧固在陶瓷环(其优选地具有与测量元件相协调的热膨胀系数)上，且该陶瓷环被相应地紧固在金属环上。金属环用于将装置紧固在工艺连接件中且优选地其热膨胀系数也被调整至与陶瓷环相协调，且优选地与测量元件相协调。
本装置提供一种测量元件的紧固，其易于清洁且尤其是不存在死角，因此其可以被很好的用在尤其是食品和药品行业的处理机中。
测量装置的测量元件的一个实施例可以为带陶瓷膜片的压力测量元件，其尤为有利于压力测量装置(在该装置中耐磨损性是决定性的)。
陶瓷环优选地通过焊锡连接被紧固至测量元件。本发明语境下的焊锡连接应表示使用可熔性焊锡的任何粘结连接。优选地，焊锡连接通过硬焊锡或玻璃焊锡生成，其中硬焊锡优选地表示为银合金AgCuTi3,AgCuTi-1,8中的一种。其他可能的焊锡为合金银、AgCu26Ti3或AgCu46Ti6。
特别地，用玻璃焊锡将陶瓷环安装于压力测量元件上被认为是有利的，因为当两个零部件接触后，玻璃焊锡显示出与陶瓷压力测量元件和陶瓷环大约相同的热膨胀系数。此外，玻璃焊锡连接具有气密性和耐扩散性，因此其极好地适合用于压力测量元件。玻璃焊锡连接的另一个优点是形成连接时作业温度较低，例如与硬焊锡连接相比。
在一实施例中，金属环被相对于陶瓷环径向设置。
装置按照此方式拓展，从轴向上看结构深度较低，且因此，在测量元件可以被设置成例如与正面齐平为决定性的情况下，可以优选地被最大程度地使用。
在一种变体中，金属环被收缩包在陶瓷环上，这原则上使得金属环和陶瓷环之间不再需要任何其他的机械连接。
在另一实施例中，金属环被相对于陶瓷环轴向设置，使生成的装置从轴向上看显示为更大的结构深度；然而在其面向工艺的前侧可以放弃锚定和金属之间的接缝。这点尤为有利，因为金属-金属连接可以变得很平滑。
金属环和陶瓷环可以通过例如硬焊锡连接被互相连接。该硬焊锡连接在金属环被相对于陶瓷环轴向以及径向设置时均有益处，且甚至可以额外地支持将金属环伸缩包裹在陶瓷环上所产生的机械连接。
当金属环被相对于陶瓷环轴向设置时，金属环优选地显示为内径与陶瓷环的内径相等，而金属环的外径被选择为大于陶瓷环的外径。金属环和陶瓷环的各自的内径在此齐平贴靠，从径向上看，陶瓷环上的金属环突起。以此方式，周向边缘以特别简单的方式形成，其可用于将金属环连接至工艺连接件，例如通过焊接的方式。
金属环和陶瓷环之间的硬焊锡连接优选地使用如银基焊锡等硬焊锡产生。具有较低铜含量的银基焊锡应用于含酸或氯化物的介质中时尤其显示出更好的稳定性。焊锡中钛的比例影响与陶瓷的连接，当比例介于3％-5％之间时产生尤其好的效果。
在一优选实施例中，陶瓷环被设置成使其前侧面在测量元件上。这点在前面显示为膜片的压力测量元件中尤为有利，因为在周向设置陶瓷环可以潜在地将作用于径向的应力导入测量元件中，在温度波动时由于横向导入的应力导致的膜片扭曲，可以通过电容运作的压力测量元件测量可以得到测量结果。陶瓷环优选地被周向连接至测量元件，且优选地显示为其外径在径向上突出超过测量元件。
为了获得可能的最佳热调整，陶瓷环和测量元件优选地由同种材料(优选地使用氧化铝)制成。当由例如钛或钛合金制成时，金属环获得良好的热调整。另外这些材料还显示出良好的耐磨损性，因此该装置也能获得高机械稳定性。
通过省略弹性体垫圈并使用陶瓷测量元件，本发明的装置可耐高温。此外，此处不使用氧化材料，所以在有氧环境下应用可能不存在任何问题。
根据本发明的一种制造该测量装置的方法，其特征在于：第一步金属环被连接至陶瓷环；且第二步陶瓷环被紧固在测量元件上。
优选地金属环和陶瓷环被相互钎焊，和/或陶瓷环和压力测量元件被安装。
第三步，金属环可以附加地被紧固在工艺连接件中，优选地被焊接在其中。
根据本发明，上述步骤按照上述所列的顺序处理，是因为按照此方式尤其是硬钎焊处理过程中增加的热量输入(金属环通过该处理被优选地连接至陶瓷环)可以独立于测量元件进行，且因此不产生负面热效应。
下面参照附图对本发明进行详述。附图：
图1为根据本发明的测量装置的示意图，
图2为图1的细节放大图，
图3为图2的替换实施例的视图，和
图4为根据本发明的方法的过程。
图1显示的是根据本发明的测量装置1的示意图，其中测量装置1通过工艺连接件5设置在法兰19中。工艺连接件5(其由例如钛或钛合金制成)被周向焊接至法兰19，且因此在测量装置1和法兰19之间生成气密和耐扩散的连接。在工艺连接件5中，陶瓷测量元件3通过固定装置6固定，朝向工艺环境的方向。
壳体4被设置在测量元件3和工艺连接件5的后部，例如测量电子器件以及输入和输出设备等可以被安置在内用于测量装置。
图2显示的是图1的放大细节。在该放大细节中，测量元件3在工艺连接件5中的设置和工艺连接件5在法兰19中的固定尤其清晰可见。
测量元件3通过紧固装置6被保持在工艺连接件5中，紧固装置6在本示范实施例中由陶瓷环和相对于所述陶瓷环径向设置的金属环形成。
在轴向上，即在前面，陶瓷环7被周向设置在测量元件3的边缘部位，在本示范实施例中(其中测量元件3体现为压力测量元件)，其被周向放置在压力测量元件的膜片33上。
图2中的陶瓷环7显示出外径为ka，其从径向上突出超过测量元件3。
在本示范实施例中，陶瓷环7通过由玻璃焊锡制成的焊锡连接11被安装至测量元件3。金属环9被相对于陶瓷环周向设置，即沿径向设置。金属环9和陶瓷环7通过由银基焊锡制成的硬焊锡连接13被相互焊接。
金属环9相应地也被周向焊接至工艺连接件5，形成焊接连接15。以此方式，陶瓷测量元件3通过陶瓷环7和金属环9被保持在工艺连接件5中且因此在工艺连接件5中处于耐扩散状态且不用垫圈。工艺连接件5相应地也被周向焊接至法兰19，使得此处也生成了不用垫圈的耐扩散装置。
在图2所示的示范实施例中，陶瓷环7和金属环9的尺寸被优选地设置使得通过测量元件3在工艺连接件5中的设置获得正面平坦的装置。这在超纯药品或食品应用中尤为必要，因为在这些领域应尽可能地避免形成任何间隙或凹陷。
图3显示的是紧固装置6的替代性装置，图3中显示的金属环9的示范实施例被轴向朝向陶瓷环7(且因此朝向工艺环境)设置。在此示范实施例中陶瓷环7也被置于轴向方向，即其正面在测量元件3的膜片33上，在压力测量元件优选地其膜片33处于正面的情况下。
在本示范实施例中，陶瓷环7显示出外径为ka，其与测量元件3的外径相同，即从径向上看，陶瓷环7和测量元件3的外侧端部齐平。与图2中的示范实施例类似，陶瓷环7通过由玻璃焊锡生成的焊锡连接被连接至测量元件3。
根据图3中的示范实施例的金属环9显示出与陶瓷环7的内径ki相等的内径mi。陶瓷环7和金属环9的端部因此在径向10的内侧齐平，使得在任何情况下这一部位可以避免产生任何边缘或间隙。
另外金属环9还显示出外径为ma，其大于锚定环7的外径ha。因此，金属环9在径向上突出超过锚定环7，由此形成周向边缘，其可用于如用工艺连接件5密封金属环9。
金属环9相对于陶瓷环7周向设置提供了一次机会，即以此方式可以避免朝向工艺环境的额外焊接缝隙，且易于获得金属环9以及工艺连接件5正面的平坦表面。尤其是，金属环9和工艺连接件5之间的焊接连接15以及工艺连接件5和法兰19之间的焊接缝隙17可以变得平滑，使得在此处生成平坦表面。
图4显示的是根据本发明方法的过程，其中在第一步a中金属环9和陶瓷环7通过硬焊锡连接13被连接。在第二步b中陶瓷环7通过焊锡连接(优选地为玻璃焊锡连接11)被连接至测量元件3。以此方式，尤其是对于生成硬焊料连接13所需的温度导入，是发生在对测量元件3预期不产生负面影响的时间点。
包括测量元件3、陶瓷环7和金属环9的整体装置随后在第三步c中被设置在工艺连接件5中，且通过焊料连接15连接。优选地，测量元件3和陶瓷环7均由同种材料如氧化铝制成。金属环9和工艺连接件5同样优选地由同种材料如钛制成。
附图标记列表：
1 测量装置
3 测量元件
4 壳体
5 工艺连接件
6 紧固装置
7 陶瓷环
9 金属环
11 焊锡连接
13 硬焊锡连接
15 第一焊接连接
17 第二焊接连接
19 法兰
31 测量元件主体
33 膜片
ki 陶瓷环的内径
ka 陶瓷环的外径
mi 金属环的内径
ma 金属环的外径
a 第一步
b 第二步
c 第三步

Claims (15)

1.测量装置(1)，包括陶瓷测量元件(3)和用于将测量元件(3)连接至测量环境的金属工艺连接件(5)，其中所述测量元件(3)以耐扩散的方式被固定在所述工艺连接件(5)中但不用垫圈，
其特征在于：
所述测量元件(3)被紧固在陶瓷环(7)上，所述陶瓷环(7)被设置在用于紧固到所述工艺连接件(5)中的金属环(9)上，其中，所述金属环(9)相对于所述陶瓷环(7)被轴向设置，且其中所述金属环(9)具有与所述陶瓷环(7)的内径相同的内径，且具有比所述陶瓷环(7)的外径大的外径，其中所述金属环(9)利用焊接连接(15)周向地焊接到所述工艺连接件(5)，使得在这一区域内能够获得所述金属环(5)以及所述工艺连接件(5)正面的平坦表面。
2.根据权利要求1中所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述测量元件(3)实施为带陶瓷膜片的压力测量元件。
3.根据权利要求1所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述陶瓷环(7)被用焊锡连接(11)紧固在所述测量元件(3)上。
4.根据权利要求3所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述焊锡连接(11)由硬焊锡或玻璃焊锡生成。
5.根据权利要求4所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述硬焊锡为银基焊锡。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述金属环(9)通过硬焊锡连接被连接至所述陶瓷环(7)。
7.根据权利要求6所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述硬焊锡连接(13)由银基焊锡产生。
8.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述陶瓷环(7)被设置成使其前侧在所述测量元件(3)上。
9.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述陶瓷环(7)和所述测量元件(3)由同一种材料制成。
10.根据权利要求9所述的测量装置(1)，其特征在于：所述陶瓷环(7)和所述测量元件(3)由氧化铝制成。
11.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的测量装置(1)，
其特征在于：
所述金属环(9)由钛或钛合金制成。
12.一种制备根据上述任一权利要求所述的测量装置(1)的方法，其特征在于：
在第一步(a)中，所述金属环(9)被连接至所述陶瓷环(7)，且在第二步(b)中所述陶瓷环(7)被紧固在所述测量元件(3)上。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于：
所述金属环(9)被钎焊至所述陶瓷环(7)和/或所述陶瓷环(7)被安装至所述测量元件(3)。
14.根据权利要求12或13所述的方法，
其特征在于：
所述金属环(9)在第三步(c)中被紧固在所述工艺连接件(5)中。
15.根据权利要求14所述的方法，
其特征在于：所述金属环(9)在第三步(c)中被焊接在所述工艺连接件(5)中。
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