CN106461490B - 压力测量装置和用于制造压力测量装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力测量装置(1)，压力测量装置具有布置在壳体(3)中的陶瓷压力测量单元(5)和沿轴向方向(A)布置并用于处理的陶瓷处理接口(7)，其中，压力测量单元(5)与处理接口(7)之间具有以材料结合的方式形成的连接部(6)。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力测量装置以及用于制造该压力测量装置的方法。
背景技术
现有技术公开了不同的压力测量装置，这些压力测量装置具有布置在壳体中的陶瓷压力测量单元和沿轴向方向布置以用于处理的陶瓷处理接口。在由现有技术公开的压力测量装置中，通常使用金属或者陶瓷的压力测量单元，以通过弹性体密封件来相对于处理接口进行密封。在陶瓷的压力测量单元的情况下，利用弹性体密封件进行的密封是迄今为止用于确保机械无应力安装的唯一方式。然而，在使用弹性体密封件时人们意识到如下缺陷：这些密封件不是防扩散的。例如，有机溶剂或者其它随着时间通过所使用的弹性体密封件扩散并且渗透到压力测量装置的内部空间(例如，在该空间中布置有转换电子器件或者针对相对的压力测量布置的压力补偿开口)中，并因此导致测量值变化或者例如传感器电子器件的腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于对已知的压力测量装置进行改进，以避免现有技术中已知的缺陷。
根据本发明的压力测量装置具有布置在壳体中的陶瓷压力测量单元和沿轴向方向布置并用于处理的陶瓷处理接口，其特征在于，压力测量单元与处理接口之间具有以材料结合的方式形成的连接部。
通过在压力测量单元和处理接口之间设置以材料结合的方式形成且尤其是防扩散的连接部，避免了待测量的介质，尤其是气态的或者易挥发的介质在压力测量单元与处理接口之间的连接位置的扩散，并进而实现了防扩散和压力密闭的连接。
在本申请的意义上，作为以材料结合的方式形成的连接尤其应被理解为锡焊连接、熔焊连接和粘接连接。处理接口优选被构造成管形并且从压力测量单元向外延伸。
根据本发明的装置的改进示例，为了可以使压力测量单元与处理接口之间的以材料结合的方式形成的连接变得稳定，设置有支承结构，支承结构被构造成其至少吸收沿轴向方向在压力测量单元与处理接口之间的连接部上作用的力。
以此方式，实现了整个压力测量装置的提高的稳固性并且尤其实现了压力测量装置在较高压力的情况下的应用。优选地，压力测量单元与处理接口之间的连接部通过玻璃焊料或者玻璃粉制成。前述的连接技术在现有技术中被良好地测试并且尤其是压力密封和防扩散的，使得这些连接技术优异地满足上述要求。此外，通过这种方式实现了支承结构不接触介质，并且因而能够由更有利的材料制成。
在这些连接技术中，特别优选地，设置有支承结构，支承结构吸收在压力测量单元与处理接口之间的连接部上作用的拉应力。优选地，支承结构被构造成也吸收连接部的区域中的剪切应力、倾斜力矩和转矩。
处理接口布置在压力测量单元的测量薄膜的前侧上，由此实现了特别简单和紧凑的实施例。通过这种类型的布置尤其可以使压力测量单元与处理接口之间的由介质压力导致的力沿轴向方向进行作用，但是该力能够沿该方向非常良好地被支承结构吸收。
在不使用支承结构的情况下，当前的布置能够在直至大约25bar的压力下使用，其中，通过使用支承结构，当前的压力测量装置的应用范围能够被扩展到直至至少100bar的压力。
在本发明的实施例中，处理接口在位于压力测量单元侧的端部上沿径向方向具有环形凸缘，在环形凸缘上啮合有支承结构以便吸收沿轴向方向作用的力。
支承结构例如被构造成具有固定环，固定环例如在凸缘的区域中搭接处理接口，并且与壳体强制配合(kraftschlüssig)连接，由沿轴向方向作用的力能够通过固定环被传递到壳体。固定环与壳体之间的强制配合连接例如可以通过螺纹连接、焊接、敛缝或者固定环在壳体上的热压配合来实现。
固定环被构造成与壳体螺纹连接的锁紧螺母，由此能够实现特别简单的实施例。锁紧螺母例如可以搭接具有凸缘的处理接口并且由此固定地与壳体连接。
优选地，锁紧螺母具有外螺纹，外螺纹啮合在壳体的相应构造地的内螺纹中。通过螺纹连接可以特别简单地使得由压力测量单元和处理接口构成的装置被壳体牢固地支撑，也就是说，形成了将处理接口和压力测量单元彼此压紧的力。有利地，由压力测量单元和处理接口构成的装置以预应力布置在壳体和支承结构中，由此以此方式能够有效地尤其沿轴向方向补偿在压力测量单元与处理接口之间的连接部上作用的力。此外，通过螺纹连接能够对变化的预应力进行调节。
此外，在固定环与处理接口之间还可以设置有补偿件。
通过使用该补偿件，例如可以对在制造压力测量装置时的纵向公差进行补偿，但是尤其可以对压力测量装置的陶瓷部件与金属部件之间的不同热膨胀系数进行补偿。如果例如壳体和支承结构由不锈钢制成并且压力测量单元和处理接口由陶瓷(例如氧化铝)制成，那么它们具有不同的热膨胀系数。
由于不同的膨胀系数的原因，所使用的组件尤其沿径向方向不同地变化，使得优选地设置的预应力发生变化并且在特别不利的情况下也能完全被补偿。在这种情况下，优选地，补偿件在尺寸方面被适当地设定，且其热膨胀系数与支承结构和/或壳体和压力测量单元的热膨胀系数匹配，从而至少补偿沿轴向方向的不同的热致膨胀。在前述的材料的情况下，这例如可以通过在固定环与处理接口之间设置由例如锌或铝制成的环作为补偿件。用于被构造成环形的环的补偿件的材料例如以如下方式选择：壳体和/或支承结构和压力测量单元的热致纵向延伸彼此匹配。
优选地，在压力测量装置的壳体中布置有优选金属的容纳环，容纳环在后侧的方向上支承压力测量单元并且例如可以承载转换电子器件。通过这种类型的容纳环可以获得与压力测量单元直接相关的电器件组件的电子器件壳体，容纳环例如能够在后侧通过封闭电路板封闭，封闭电路板提供压力测量单元的电子接口。以此方式，获得了可单独操作的单元，该可单独操作的单元由压力测量单元、例如能够确保模数转换的转换电子组件和标准化的电接口构成并且能够布置在壳体中。
在特别灵巧的实施例中，压力测量单元与处理接口之间的连接部沿径向方向具有第一延展，第一延展小于或者等于压力测量单元的基体与测量薄膜之间的第二连接部的第二延展。在陶瓷压力测量单元的情况下，尤其是电容性操作的陶瓷压力测量单元的情况下，测量薄膜通过环形的结合部借助于玻璃焊料或者玻璃粉固定在压力测量单元的基体上。当处理接口与压力测量单元之间的连接部同样环状地形成并且其延展小于或者等于测量薄膜与基体之间的连接部的延展，可以预期到不会对压力测量单元的测量行为的影响，或者仅很小的影响。
处理接口通过陶瓷喷射模塑法制成，由此可以实现当前的压力测量装置的特别简单的制造。通过这种类型的陶瓷喷射模塑法可以廉价地并以较高的精度制造出这种类型的处理接口的复杂几何轮廓，例如环形的凸缘、下切和/或螺纹，从而可以实现成本低廉的部件制造。
根据本发明的用于之前描述的压力测量装置的制造方法具有以下步骤：
-提供陶瓷压力测量单元，
-提供被构造成管形的陶瓷处理接口，
-材料结合地连接压力测量单元和处理接口，
-将压力测量单元布置在壳体中。
在该方法的优选改进实施例中，额外地设置支承结构，支承结构吸收在压力测量单元与处理接口之间沿轴向方向作用的力。
附图说明
在下文中将参照附图说明本发明，其中：
图1示出根据本发明的压力测量装置的截面图；以及
图2示出图1中的截面放大图。
具体实施方式
图1示出了压力测量装置1的截面图，压力测量装置1具有布置在基本上管形的壳体3中的陶瓷压力测量单元5。陶瓷压力测量单元5通过连接部6与处理接口7以材料结合的方式连接，处理接口7布置在压力测量单元5的沿轴向方向A的上游。处理接口7布置在压力测量单元5的前侧，并在周边上利用连接部6(例如，接合部)通过玻璃焊料或玻璃粉连接到压力测量单元5(在本实施例中，压力测量单元的测量薄膜10)。
压力测量单元5在后侧通过容纳环20支承在壳体3中，其中，容纳环20通过内侧的环形阶梯沿轴向方向A支承压力测量单元5。在压力测量单元5的后侧布置有转换电子单元22，转换电子单元22例如执行对从压力测量单元5发出的模拟信号的模数转换并且在输出侧提供转换结果。此外，在容纳环20的后侧设置有封闭电路板26，封闭电路板26例如可以具有用于装置的后侧接触的电插头接触部。此外，封闭电路板26在周边上例如可以通过焊锡固定在容纳环20上，并由此在后侧进行封闭。
布置在前侧的处理接口7在周边上通过连接部6与压力测量单元5一起玻璃化，并由此以压力密闭和防扩散的方式连接。
处理接口7在其位于压力测量单元侧的端部上具有环状凸缘11，环状凸缘11具有与压力测量单元5的外直径相对应的外直径，其中，处理接口7从凸缘11开始沿轴向方向A收缩为阶梯。在沿轴向方向A看时，在阶梯前方设置有具有与凸缘11相对应的外直径的补偿件18，补偿件18在本实施例中被构造成环形的环。在本装置中，补偿件18用于补偿所使用的材料的由温度效应引起的不同热致膨胀。
处理接口7通过固定环13螺纹连接至壳体3，其中，固定环13在本实施例中被构造成锁紧螺母，锁紧螺母13的外螺纹15与壳体3的相应地形成的内螺纹16啮合。通过沿径向方向R与处理接口7或补偿件18搭接的锁紧螺母13，在壳体3的朝向在壳体3中延伸的阶梯的方向上实现夹紧并进而在预应力下进行保持。
在本实施例中，壳体3、锁紧螺母13以及容纳环20均由不锈钢形成，且压力测量单元5和处理接口7由陶瓷(例如氧化铝)形成。为了对不锈钢和陶瓷的不同热膨胀系数进行匹配并同时以预应力将由压力测量单元5和处理接口7构成的构造保持在壳体3中，补偿件18例如由锌形成，并且尺寸被设定成使得在不锈钢部件和陶瓷部件受相同温度影响时通过补偿件18来补偿沿轴向方向A的不同纵向膨胀，并由此以预应力将由压力测量单元5和处理接口7构成的构造保持在壳体3中。
壳体3还具有径向孔24，径向孔24可用于泄漏检测。
作为锁紧螺母13的替代，由压力测量单元5和处理接口7构成的构造也可通过其它合适的连接技术连接在固定环13与壳体3之间，例如，焊接、合适的变形，例如，敛缝或热压配合处理。
在此，对于压力测量单元5与处理接口7之间的连接部6的稳定性来说重要的是，将由压力测量单元5和处理接口7构成的构造以预加应力保持在壳体3中，这是因为能够通过支承结构9良好地补偿由测量介质引起的沿轴向方向A作用的压力。
图2示出了图1中的截面放大图，其中，在图2中，压力测量单元5与处理接口7之间的形成为玻璃焊接接合部的连接部6被示出在边缘区域中，也就是尤其示出在凸缘11的区域中。在图2中，能够明显地识别出在测量薄膜10与处理接口7之间的连接部6的构造。连接部6具有第一延展a1，在本实施例中，第一延展a1对应于测量薄膜10与压力测量单元5的基体之间的第二连接部6a的第二延展a2。从示出的视图还可以看出，如图1所示的补偿件18在凸缘11的区域中在后侧接合处理接口7，而锁紧螺母13在后侧接合补偿件18自身，从而实现沿壳体3的方向的预应力。在此应指出的是，优选使用具有与陶瓷类似的热膨胀系数的金属材料。示例性材料为钛和VACON。然而，由于这些材料相对于不锈钢来说是非常昂贵的，因此可以通过在陶瓷组件与金属组件之间布置补偿件18来补偿沿轴向方向A的热膨胀系数或者热诱导膨胀，并进而实现成本低廉的变体方案。
此外，通过支承结构9，在压力测量单元5与处理接口7之间的连接部6损坏的情况下，仅少量的待测量的介质排放到环境中，这是因为防止了压力测量单元5从处理接口7分离。
为了进行泄漏检测，在径向孔24的区域中可以安装探测器或者相应的传感器，以用于检测超过特定极限值的泄漏。
参考标号列表
1 压力测量装置 3 壳体
5 压力测量单元 6 连接部
6a 第二连接部 7 处理接口
9 支承结构 11 凸缘
13 固定环/锁紧螺母 15 外螺纹
16 内螺纹 18 补偿件
20 容纳环 22 转换电子器件
24 径向孔 26 封闭电路板
A 轴向方向 R 径向方向
a1 第一延展 a2 第二延展
Claims (15)
1.一种压力测量装置(1)，其具有布置在壳体(3)中的陶瓷压力测量单元(5)和沿轴向方向(A)布置并用于处理的陶瓷处理接口(7)，
其特征在于，所述压力测量单元(5)与所述处理接口(7)之间具有以材料结合的方式形成的连接部(6)，并且
所述压力测量装置(1)具有支承结构(9)，所述支承结构(9)被构造成至少吸收沿所述轴向方向(A)作用在所述压力测量单元(5)与所述处理接口(7)之间的所述连接部(6)上的力，并且，所述支承结构(9)具有固定环(13)，所述固定环(13)搭接所述处理接口(7)，并与所述壳体(3)强制配合连接，并且，由所述压力测量单元(5)和所述处理接口(7)构成的构造被夹紧在所述壳体(3)中延伸的阶梯上并进而在预应力下进行保持。
2.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述连接部(6)由玻璃焊料制成。
3.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述连接部(6)通过玻璃粉制成。
4.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述处理接口(7)布置在所述压力测量单元(5)的测量薄膜的前侧上。
5.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述处理接口(7)在其位于所述压力测量单元一侧的端部上沿径向方向(R)具有环形凸缘(11)。
6.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述固定环(13)被构造成锁紧螺母，所述锁紧螺母与所述壳体(3)螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述锁紧螺母具有外螺纹(15)，所述外螺纹啮合在所述壳体(3)的相应地构造的内螺纹(16)中。
8.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，在所述固定环(13)与所述处理接口(7)之间布置有补偿件(18)。
9.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述处理接口(7)被所述壳体(3)撑紧。
10.根据权利要求8所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述补偿件(18)在尺寸上被适当地设定，且所述补偿件的热膨胀系数匹配于所述支承结构(9)和/或所述壳体(3)的热膨胀系数和所述压力测量单元(5)的热膨胀系数，从而至少补偿沿所述轴向方向(A)的不同的热致膨胀。
11.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，在所述壳体(3)中布置有金属的容纳环(20)，所述容纳环在后侧方向上支承所述压力测量单元(5)。
12.根据权利要求4所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述压力测量单元(5)与所述处理单元(7)之间的所述连接部(6)沿径向方向(R)具有第一延展(a1)，所述第一延展小于或等于所述压力测量单元(5)的基体与所述测量薄膜之间的第二连接部(6a)的第二延展(a2)。
13.根据权利要求1所述的压力测量装置(1)，其特征在于，所述处理接口(7)通过陶瓷喷射模塑法制成。
14.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的压力测量装置(1)的方法，其包括以下步骤：
-提供陶瓷压力测量单元(5)，
-提供被构造成管形的陶瓷处理接口(7)，
-以材料结合的方式连接所述压力测量单元(5)和所述处理接口(7)，
-将所述压力测量单元(5)布置在壳体(3)中。
15.根据权利要求14所述 的方法，其特征在于，安装支承结构(9)，使得通过所述支承结构(9)至少吸收在所述压力测量单元(5)与所述处理接口(7)之间沿轴向方向(A)作用的力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |