CN107430040B

CN107430040B - 压力传感器

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Publication number: CN107430040B
Application number: CN201680017674.XA
Authority: CN
Inventors: 武尔费特·德鲁斯; 安德烈亚斯·罗斯贝格
Original assignee: Ndele J And Hauser European Two Cos
Current assignee: Ndele J And Hauser European Two Cos
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: US20180058964A1; US10422711B2; EP3274681A1; CN107430040A; DE102015104365A1; WO2016150619A1; EP3274681B1

Abstract

本发明描述了一种广泛地可使用的压力传感器，所述压力传感器具有陶瓷压力测量单元(5)，所述陶瓷压力测量单元(5)夹持在压力传感器内，二者之间定位了对外密封压力传感器的内部的密封件(1)，且所述陶瓷压力测量单元(5)可通过压力传感器的开口(3)被加载以待测量的压力(p)，和所述陶瓷压力测量单元(5)的密封件(1)包括特别是聚四氟乙烯(PTFE)的热塑性材料的膜(21)，所述膜(21)在垂直于密封表面(25、27)的平面延伸的轴向方向上夹持在压力测量单元(5)的形状保持的平面密封表面(25)和在外部围绕开口(3)的相对体(19、19’)的形状保持的密封表面(27、27’)之间，其特征在于，膜(21)包括第一膜部分(23)，所述第一膜部分(23)夹持在压力测量单元(5)的密封表面(25)和相对体(19、19’)的密封表面(27、27’)之间，和膜(21)包括第二膜部分(29)，所述第二膜部分(29)在相对体(19、19’)的与密封表面(27、27’)不同的横向表面(31)上延伸，且所述第二膜部分(29)与相对体(19、19’)在横向表面(31)上通过布置在横向表面(31)上的连接层(33)连接，所述连接层(33)的材料用作膜(21)的材料的结合剂，特别是全氟烷氧基聚合物(PFA)。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及压力传感器，所述压力传感器具有陶瓷压力测量单元，所述陶瓷压力测量单元夹持在压力传感器内，且其间定位了对外密封压力传感器的内部的密封件，且所述陶瓷压力测量单元可通过压力传感器的开口被加载以待测量的压力，且所述陶瓷压力测量单元的密封件包括特别是聚四氟乙烯(PTFE)的热塑性材料的膜，所述膜在垂直于密封表面的平面延伸的轴向方向上夹持在压力测量单元的形状保持的平面密封表面和在外部围绕开口的相对体的形状保持的密封表面之间。

背景技术

压力传感器应用在压力测量技术中以用于记录压力计量。在此情况中，由于陶瓷的化学和机械耐久性，陶瓷压力测量单元具有的优点是，所述陶瓷压力测量单元可通过压力传感器内的开口直接暴露于处于被记录计量的压力下的介质中。为此目的，压力测量单元通常夹持在压力传感器内，其间定位了对外密封压力传感器的内部的密封件，且所述压力测量单元通过压力传感器的开口被提供以待记录的压力。

通常将弹性体用作密封件。然而存在其中不能应用弹性体的情况，例如因为弹性体不能抵抗升高的化学和热条件。金属密封件因为所要求的夹持力而经常不工作。

在此情况中特别地使用化学和/或更耐热的热塑性塑料的平密封件，例如聚四氟乙烯(PTFE)。

然而，一方面难于充分紧地夹持密封件，且另一方面不能使得待密封的压力传感器的测量精度降级。

在DE 196 28 551 A1中描述了压力传感器，所述压力传感器带有布置在壳体内的压力测量单元，在此情况中将PTFE密封件加紧在弹性形成的压力传感器的壳体的密封弹簧脊部和压力测量单元之间，其中密封弹簧脊部具有用于容纳PTFE密封件的沟槽。比较结实的密封件具有0.8mm的厚度且被形成有腔室，这是为防止热塑性密封材料由于密封表面之间的压缩而被过强地挤压。然而，在此情况中要求比较大的夹持力，以实现可靠的密封。然而，大的夹持力可能使压力传感器的测量精度至少在低压力下降级，例如在低于1巴的压力的情况中。此外，在所述的密封设计的情况中会出现迟滞效应，因为弹性的壳体侧密封表面必然导致热塑性密封材料内的剪切。

在DE 103 34 854 A1以及在DE 10 2004 057 967 A1中描述了压力传感器，

–所述压力传感器具有夹持在压力传感器内，其间定位了对外密封压力传感器的内部的密封件的陶瓷压力测量单元，且所述陶瓷压力测量单元可通过压力传感器的开口被加载以待测量的压力，和

–所述陶瓷压力测量单元的密封件包括特别是聚四氟乙烯(PTFE)的热塑性材料的膜，所述膜(在垂直于密封表面的平面延伸的轴向方向上)夹持在压力测量单元的形状保持的平面密封表面和在外部围绕开口的相对体的形状保持的密封表面之间。

由于在此情况中作为平直密封件的膜被夹持在形状保持的密封表面之间，所以可使用明显更小的夹持力实现可靠的密封。

在两个压力传感器的情况中，相对体被实施为夹持在压力测量单元和围绕开口的壳体的肩部之间的解耦环。解耦环在外部围绕开口且保护压力测量单元特别地不受在径向方向上作用的、因此与在密封表面的法向上的表面垂直的应力的影响。为此目的，解耦环优选地由压力测量单元的陶瓷制成。

在DE 103 34 854 A1中描述的压力传感器的情况中，相对体被实施为陶瓷环，所述陶瓷环具有在轴向方向上突出的、通过多个环形的同心脊部形成的结构，所述结构一方面压住平直密封件且另一方面在其中间空间内导致密封材料的腔室的形式。

在DE 10 2004 057 967 A1中所述的压力传感器的情况中，解耦环具有在轴向方向上的突出部，所述突出部的平面端部形成了相对体的密封表面。以此方式，夹持在形状保持的平面密封表面之间的平面密封件的主闭口被横向地暴露。被暴露的夹持意味着平直密封件平行于平面密封表面的移动或变形不受另外的设计元素约束，例如不因形成腔室而受约束。此实施例的形式提供的优点是，可实现密封件的限定的压缩。

然而，在两个压力传感器的情况中，可复现的平直密封件的夹持被证明是困难的。

为克服前述缺点，2013年10月29日提交的本申请的未公开的德国专利申请DE 102013 111 910.7描述了作为相对体的平面密封表面上的覆层而施加的密封件。覆层包括用作结合剂的直接施加在相对体的密封表面上的第一层，例如全氟烷氧基聚合物(PFA)的第一层，在所述第一层上施加例如为聚四氟乙烯(PTFE)的热塑性材料的第二层。两个层在压力传感器的开口上交界，使得所述两个层在测量操作中暴露于通过开口提供的介质以进行计量记录所述介质的压力。

然而存在如下应用，其中可用作结合剂的材料特别地由于其化学属性不允许直接被介质接触。

此外，高价值的覆层的生产——特别是尽可能均匀的且无孔的覆层的生产，与使用预先制造的平直密封件相比是复杂的。

发明内容

因此，本发明的任务是提供广泛地可应用的压力传感器，所述压力传感器克服了现有技术的缺点。

为此，本发明涉及压力传感器，

–所述压力传感器具有陶瓷压力测量单元，所述陶瓷压力测量单元夹持在压力传感器内，其间定位了对外密封压力传感器的内部的密封件，且所述陶瓷压力测量单元可通过压力传感器的开口被加载以待测量的压力，以及

–所述陶瓷压力测量单元的密封件包括特别是聚四氟乙烯(PTFE)的热塑性材料的膜，所述膜在垂直于密封表面的平面延伸的轴向方向上夹持在压力测量单元的形状保持的平面密封表面和在外部围绕开口的相对体的形状保持的密封表面之间，

其特征在于，

–膜包括第一膜部分，所述第一膜部分夹持在压力测量单元的密封表面和相对体的密封表面之间，和

–膜包括第二膜部分，

––所述第二膜部分在相对体的与密封表面不同的横向表面上延伸，和

––所述第二膜部分与相对体在横向表面上通过布置在横向表面上的连接层连接，所述连接层的材料用作膜的材料的结合剂，特别是全氟烷氧基聚合物(PFA)。

第一另外扩展的特征在于，相对体的横向表面被布置为以偏置量从相对体的密封表面在背离压力测量单元的密封表面的方向上偏置，所述偏置量大于或等于未加载状态中的膜的膜厚度和夹持状态中的第一膜部分的材料厚度之间差异与连接层的覆层厚度的总和。

第一另外扩展的优选实施例的特征在于，

–相对体具有邻接开口的且在压力测量单元的方向上延伸的突出部，

––所述突出部的面向压力测量单元的端部形成相对体的密封表面，和

––所述突出部在轴向方向上具有对应于偏置量的高度。

第二另外扩展的特征在于

–连接层在径向方向上从相对体的密封表面间隔开，和

–第一膜部分和第二膜部分通过膜的将两个膜部分相互连接的区域连接。

第三另外扩展的特征在于相对体的横向表面以及布置在其上的连接层位于压力传感器的相对于开口密封的内部的区域内。

第四另外扩展的特征在于按如下方式定制膜的膜厚度尺寸，使得被夹持的第一膜部分在夹持状态中的材料厚度大于或等于0.03mm、特别地大于或等于0.06mm、且特别地大于或等于0.08mm，且小于或等于0.2mm、特别地小于或等于0.15mm、特别地小于或等于0.12mm。

第五另外扩展的特征在于连接层的覆层厚度在数微米的数量级。

第六另外扩展的特征在于，

–相对体夹持在面向压力测量单元的止动部和面向止动部的压力测量单元端部的外边沿之间，止动部特别是具有在外部围绕开口的壳体肩部的形式的止动部，

–另一个密封件提供在相对体和用于在外部密封壳体的内部的肩部之间，和

–另一个密封件包括特别是聚四氟乙烯(PTFE)的热塑性材料的膜，

––所述膜包括第一膜部分，所述第一膜部分在垂直于密封表面的平面延伸的轴向方向上夹持在特别是肩部的止动部的形状保持的平面密封表面和在外部围绕开口的相对体的形状保持的密封表面之间，和

––所述膜包括第二膜部分，所述第二膜部分在相对体的与相对体的密封表面不同的横向表面上延伸，且与相对体通过布置在横向表面上的连接层连接，所述第二膜部分由适合于作为用于膜材料的结合剂的材料制成，特别是由氟烷氧基聚合物(PFA)制成。

第一和第六另外扩展的优选实施例的特征在于，

–相对体在其面向止动部的端部上具有邻接开口且向止动部延伸的环形突出部，和

–突出部具有形成相对体的密封表面的平面端部。

第六另外扩展的实施例的特征在于，

–相对体在其面向止动部的端部上具有邻接开口、向止动部延伸，且具有向止动部突出的——特别是同心脊部——的结构的环形突出部，

–相对体在其面向压力测量单元的端部上具有邻接开口、在压力测量单元的方向上延伸，且具有在压力测量单元的方向上突出的——特别是同心脊部——的结构的环形突出部，和

–结构的端部形成相对体的密封表面。

优选实施例的特征在于压力测量单元和相对体以弹性预应力在轴向方向上相互夹持。

第六另外扩展的优选实施例的特征在于密封件、相对体的横向表面和密封表面被相同地实施在相对体的两个端部上且相互对置地布置。

另外，本发明涉及制造本发明的压力传感器的方法，其特征在于，第二膜部分层叠在其所属的相对体的横向表面上，其连接层定位在中间。

另外，本发明涉及制造本发明的压力传感器的方法，其特征在于，密封件的第一膜部分在夹持状态中在升高的温度下退火，特别地在不低于80℃、特别地不低于100℃、特别地不低于150℃的温度下退火。

附图说明

现在将基于附图中的图更详细地解释本发明及其优点，其中示出了实施例的两个示例。在图中相同的元件被提供以相同的附图标号。附图中的各图为：

图1示出了本发明的压力传感器；

图2示出了圈起来的图1中的压力传感器的部分；和

图3示出了具有在轴向方向上突出的结构的相对体。

具体实施方式

图1示出了本发明的压力传感器的实施例的示例。图2示出了图1中圈起来的细节的放大表示。压力传感器包括夹持在压力传感器内的陶瓷压力测量单元5，其间定位了在外部密封压力传感器的内部的密封件1，且所述陶瓷压力测量单元可通过压力传感器的开口3被加载以待测量的压力p。

压力测量单元5在实施例的所图示的示例中包括陶瓷平台7和施加在陶瓷平台7上的且封闭了压力室9的陶瓷测量膜11。压力测量单元5例如可被实施为绝对压力测量单元，在此情况中以测量膜11封闭的压力室9被排空。替代地，压力测量单元5可被实施为相对压力测量单元，在此情况中通过延伸通过平台7的压力供给管线13(在此以虚线示出的部分)向压力室供给参考压力p_ref，例如环境压力。

通过开口3提供的且作用在测量膜11上的压力p影响测量膜11的取决于压力的偏转，所述偏转通过机电变换器被记录且被转化为取决于被计量记录的压力p的初级电信号。适合于作为变换器的——例如为电容式变换器，包括二维地施加在平台7的面向测量膜11的表面上的电极15和二维地施加在面向平台7的测量膜11的内侧上的对置电极17。电极15和对置电极17一起形成了电容器，所述电容器的电容取决于测量膜11的取决于压力的偏转，且通过测量电路(未示出)被计量记录且转换为取决于压力的信号。替代地，可应用其他变换器原理以记录测量膜11的取决于压力的偏转。

为夹持压力测量单元5提供了夹持设备，通过所述夹持设备以弹性预应力将测量单元5和在外侧围绕压力传感器的开口3的相对体19夹持在一起。

提供在压力测量单元5和相对体19之间的密封件1包括热塑料材料的膜21，特别是聚四氟乙烯(PTFE)的膜21。此膜21包括第一膜部分23，所述第一膜部分23夹持在压力测量单元5的形状保持的平面密封表面25和在外部围绕开口3的相对体19的形状保持的平面密封表面27之间，其中夹持在垂直于密封表面25、27的平面延伸的轴向方向上进行。

在此情况中，将膜21的膜厚度d_F0的尺寸优选地定制为使得被夹持的第一膜部分23在夹持状态中的材料厚度d_EN大于或等于0.03mm，优选地大于或等于0.06mm，且特别地优选地大于或等于0.08mm，且小于或等于0.2mm，优选地小于或等于0.15mm，且特别地优选地小于或等于0.12mm。

根据本发明，膜21包括第二膜部分29，所述第二膜部分29在相对体19的与其密封表面27不同的横向的优选为平面的表面31上延伸，且在其处与相对体19通过连接层33连接，所述连接层33布置在横向表面31上且由适合于作为膜21的材料的结合剂的材料制成。在此情况中，充分的是，连接层33的覆层厚度足以满足其作为用于附着膜21的结合剂的功能。为此，在数微米的量级上的层厚度通常是充分的。因为第二膜部分29与相对体19牢固地连接，所以与之连接的第一膜部分23也在其空间布置上相对于相对体19固定。这提供的优点是，膜21和相对体19可作为复合体在单独的加工步骤中被提供在压力传感器内。在此情况中，实现内部的密封的第一膜部分23自动地位于相对体19的密封表面27上的正确的位置中，且与现有技术中安装的平直密封件相比，不再必需精确地在此位置处定向且主动地保持到位以用于完成夹持过程。

横向表面31优选地布置为以偏置量h从相对体19的密封表面27在背离压力测量单元5的方向上偏置。偏置量h优选地大于或等于连接层33的覆层厚度d_c和在未加载状态中的膜厚度d_F0与在夹持状态中膜部分23的材料厚度d_EN之间的差异的总和；即，优选地h≥d_c+(d_F0-d_ES)。

偏置量h优选地通过为相对体19提供以环形突出部35来产生，所述环形突出部35在轴向方向上向着压力测量单元5在其邻接开口3的内部边沿上延伸。突出部35在轴向方向上的高度对应于偏置量h。在此情况中，面向压力测量单元5的突出部35的平面端部形成相对体19的平面密封表面27。

优选地，连接层33布置为不仅在轴向方向上从密封表面27偏置，而且以距离x在径向方向上从相对体19的密封表面分开。在此情况中，第一膜部分21和第二膜部分29之间的由于有偏置量h而导致的高度差异被膜21的在径向方向上延伸越过距离x的区域跨过，以将两个膜部分21、29相互连接。然而，与膜部分23、29相比，膜21的跨过区域在两侧上被暴露。以此方式产生了软的基本上无转折和边沿的过渡，以此防止了对膜材料的不必要的负载。

第一膜部分23被夹持，使得此主要闭口被横向暴露，其中密封件1的密封特征通过第一膜部分23的热塑性材料的特性唯一地确定，且既不由第二密封部分29与相对体19的连接而改变，也不由连接层33的特性改变。

优选地通过将第二膜部分29层叠在横向表面31上的连接层33上产生膜21和相对体19的复合体。在此情况中，首先将连接层33施加在相对体19的横向表面31上。这优选地例如通过将作为连接层33材料的环形垫圈放置在横向表面31上来进行。然后，优选地将作为膜21的材料的也为环形垫圈形的成形膜放置在相对体19上的连接层33的布置上，且将产生的总布置在成形工具中夹持从而复现偏置量h。以此方式，最初环形垫圈形的成形膜被赋予对应于膜21的形式的形状。优选地，环形垫圈形的膜21的热塑性材料的膜的内径小于相对体19的密封表面27的内径。以此方式，保证夹持在成形工具内的膜在相对体19的整个密封表面27上延伸。

然后将布置加热，至少在支承了夹持压力的连接层33的区域内加热，直至层叠温度，在此情况中连接层33与第二膜部分29和横向表面31结合。然后，在给定的情况中，突出超过密封表面27的内边沿的膜材料通过切割或冲压被移除，使得产生的第一膜部分23与密封表面27齐平地终止。

相对体19的横向表面31以及布置在其上的连接层33位于压力传感器内，优选地在压力传感器的被第一密封部分23从开口3密封的区域内。连接层33因此被膜部分23保护，从而实现密封以防止与通过开口3提供到压力测量单元5的介质的直接接触。连接层33因此也可以是不允许与介质接触的材料，例如因为所述材料可能污染介质和/或不耐受介质。如果膜21由聚四氟乙烯(PTFE)制成，则连接层33优选地由特别地适合于作为用于聚四氟乙烯(PTFE)的结合剂的材料制成，例如全氟烷氧基聚合物(PFA)。

压力测量单元5优选地布置在壳体37内。壳体37例如由金属制成，特别是由不锈钢制成，且包括径向内部延伸的肩部39，所述肩部39在外部围绕开口3。

在此情况中，相对体19优选地被实施为解耦环，所述解耦环从壳体37分开且保护压力测量单元5以防止涉及压力测量单元5和壳体37的不同的热膨胀系数的机械热应力，特别是防止在径向方向——即与在测量膜11的法线方向上的表面垂直的方向上作用的应力。为此，相对体19被实施为分开的部件，且优选地由其热膨胀系数优选地等于或至少尽可能接近压力测量单元5的陶瓷的热膨胀系数的材料制成。

相对体19在壳体37内在轴向方向上夹在止动部和面向止动部的压力测量单元5的面的外边沿之间，止动部在此处由面向压力测量单元5的肩部39的内侧形成。相对体19在外部围绕开口3。

在相对体19和止动部之间提供了对外密封了壳体37的内部的另一个密封件41。此密封件41也优选地包括特别是聚四氟乙烯(PTFE)的热塑性材料的膜43，所述膜43具有第一膜部分45和第二膜部分47。第一膜部分45在垂直于密封表面49、51延伸的轴向方向上夹持在止动部的形状保持的平面密封表面49和在外部围绕开口3的相对体19的形状保持的平面密封表面51之间。第二膜部分47在相对体19的与其密封表面49不同的横向表面53上延伸，且在此通过布置在横向表面53上的连接层55与相对体19连接，且由适合于作为膜43的材料的结合剂的材料制成。此横向表面53也优选地是平面的。横向表面53在此也优选地以前述偏置量h从相对体19的密封表面51在背离肩部39的密封表面49的方向上偏置，且提供在其上的连接层55优选地布置为在径向方向上以上述距相对体19的密封表面51的距离x被跨过。如果膜41由聚四氟乙烯(PTFE)制成，则连接层55优选地由特别好地适合于作为聚四氟乙烯(PTFE)的结合剂的材料制成，例如全氟烷氧基聚合物(PFA)。在此也优选地通过为相对体19在其邻接开口3的内边沿上赋予在轴向方向上延伸的环形突出部57而产生偏置量h。相对体19的突出部57的面向压力测量单元5的平面端部形成了密封表面51。

在相对体19的两个端部上的密封件1、41，横向表面31、53和密封表面27、51优选地被相同地实施为且布置为相互对置。

在此情况中，实施为解耦环的相对体19实现了使得由于壳体37和压力测量单元5的不同的热膨胀系数而发生的、且特别地在径向方向上作用的机械应力和迟滞现象被夹持在止动部和相对体19的面向止动部的密封表面51之间的密封件41的第一密封部分45吸收，且因此在压力测量单元5上几乎不具有影响。

在此情况中，优选地通过相对体19的位于两个突出部35、57之间的、且在此形成为柱形管部分的区域的相应的壁厚实现解耦所要求的相对体19的径向刚度。为此目的，柱形管部分的壁厚优选地不小于0.5mm，特别地不小于1mm，且不超过10mm。

柱形管部分的轴向尺寸以及因此的其高度H更不关键。在给定的情况中，甚至可有利的是，充分地降低高度H，使得解耦环在一定的程度上可扭曲，以均衡在给定的情况中发生的取决于压力测量单元5的测量膜11的不规则性的角度，或取决于在此通过壳体37的肩部39形成的止动部的不规则性的角度。在此情况中，柱形管部分在轴向方向上的高度H优选地不小于其宽度B的0.25倍，且优选地不小于其宽度B的一半，且特别地不超过其宽度B的1.5倍，且特别地不超过其宽度B的0.8倍。在当前的优选的实施例中，柱形管部分的高度在10mm至0.1mm之间。

柱形管部分的两个端部上的突出部35、37在轴向方向上的高度优选地对应于1毫米或十分之几毫米的偏置量h，例如0.2mm，且在径向方向上的宽度优选地对应于1毫米或十分之几毫米，例如0.3mm。突出部35、57的宽度对应于密封表面27、51的径向宽度。

柱形管部分和邻接其上的突出部35、37优选地具有相同的内径。优选地，提供在相对体19的两个端部上的密封件1、41的内径也基本上等于其邻接的突出部35、57的内径。

压力测量单元5、相对体19和两个密封件1、41优选地在壳体37内以弹性预应力被夹持。弹性夹持用于最小化由于压力测量单元5和壳体37的不同的热膨胀系数导致的在轴向方向上的夹持力的波动。为产生弹性预应力，例如可应用压缩弹簧59，所述压缩弹簧59布置在压力测量单元5的背离肩部39的后侧上，且通过安装在例如旋入在壳体37内的压力环61夹持。在此情况中，在压缩弹簧59和压力测量单元5之间优选地提供了刚性环63，所述刚性环保护压力测量单元5不受作用在径向方向上的且由于压缩弹簧59导致的应力的影响。环63优选地由其热膨胀系数尽可能接近压力测量单元5的陶瓷的热膨胀系数的材料制成。为此目的，环63优选地由压力测量单元5的陶瓷制成。

通过压力环61的旋入深度设定了压缩弹簧59的压缩程度，且因此设定了在从环63通过压力测量单元5、密封件1、相对体19和密封件41到肩部39延伸的总的夹持链内的轴向夹持力。

因为轴向夹持力使得热塑性第一膜部分23、45变形，所以本发明的压力传感器的制造优选地以使得相对体的两个端部上的密封件1、41通过连接层33、55与相对体19连接的方式进行，装配有密封件1、41的相对体19弹性地夹持在肩部39和压力测量单元5之间，且第一膜部分23、45在夹持状态中在升高的温度下在较长的时间段内被退火，优选地在数小时内被退火。退火优选地在不低于80℃、优选地不低于100℃、且特别地优选地不低于150℃的温度下进行。这实现了夹持的第一膜部分23、45被轴向压缩且流动，使得所述第一膜部分23、45在结束状态中具有在夹持状态中的材料厚度d_EN。在此状态中，聚四氟乙烯(PTFE)是透明的，特别地是透光的，且具有良好的密封特征。通过使得被夹持的第一密封部分23、45可流动，可以以第一密封部分23、45的热塑性材料填充可能地存在于压力测量单元5的平面密封表面25、肩部39的平面密封表面49和相对体19的平面密封表面27、51内的缺陷。

对于两个密封件1、41的第一密封部分23、45的所期望的压缩压力，参考前述公开文献DE 10 2004 057 967 A1。在此对于平直密封件阐述的压缩压力在此相应地适用于第一密封部分23、45。

在测量膜的压力可加载的直径为20mm且过载强度为0.4MPa的情况中，夹持力例如可为0.2kN。在期望6MPa的过载强度时，例如2.5kN的轴向夹持力是合适的。

本发明类似地也可与DE 103 34 854 A1中描述的密封几何形状一起应用，在此情况中压力测量单元通过弹性预应力抵靠着相对体被夹持，所述相对体在其面向压力测量单元的密封表面上具有在压力测量单元的方向上突出的结构。为此，图3示出了在图2中图示的图1的压力传感器的细节的相应的变化，这也可应用于图1中图示的另外地等同构造的压力传感器中，以作为图2中图示的细节的替代。图3中所示的变化与图1和图2中图示的实施例的示例不同在于，突出部35’、57’在径向方向上的宽度明显地大于图1和图2中图示的突出部35、57的宽度。另外，面向压力测量单元5的突出部35’具有在压力测量单元5的方向上突出的结构65，且面向形成止动部的肩部39的突出部57’具有在肩部39的方向上突出的结构65。结构65例如是在轴向方向上突出的同心脊部。在此形式的实施例的情况中，结构65的形状保持的优选地平面的端部形成相对体19’的密封表面27’、51’。除了相对体19’的尺寸和在轴向方向上突出的结构65，两个实施例的示例相同，使得以别的方式参考图1和图2的描述。在此情况中，以上阐述的在相对体19’的密封表面27’、51’和侧表面31、53之间的偏置量h的尺寸规格以及突出部35’、57’和连接层33、55之间的距离x的尺寸规格相应地适用。

附图标号列表

1 密封件

3 开口

5 压力测量单元

7 平台

9 压力室

11 测量膜

13 压力供给管线

15 电极

17 对置电极

19、19’ 相对体

21 膜

23 膜部分

25 压力测量单元的密封表面

27、27’ 相对体的密封表面

29 膜部分

31 横向表面

33 连接层

35、35’ 突出部

37 壳体

39 肩部

41 密封件

43 膜

45 膜部分

47 膜部分

49 密封表面

51、51’ 密封表面

53 横向表面

55 连接层

57、57’ 突出部

59 压缩弹簧

61 压力环

63 环

65 突出结构

Claims

1.一种压力传感器，

–所述压力传感器具有陶瓷压力测量单元(5)，所述陶瓷压力测量单元(5)夹持在压力传感器内，并且在所述压力传感器和所述陶瓷压力测量单元(5)之间定位了对外密封所述压力传感器的内部的密封件(1)，且所述陶瓷压力测量单元(5)能够通过所述压力传感器的开口(3)被加载以待测量的压力(p)，和

–所述陶瓷压力测量单元(5)的密封件(1)包括热塑性材料的膜(21)，所述膜(21)在轴向方向上夹持在所述压力测量单元(5)的形状保持的平面密封表面(25)和相对体(19、19’)的形状保持的密封表面(27、27’)之间，所述轴向方向垂直于所述密封表面(25、27)的平面延伸，所述相对体(19、19’)在外部围绕所述开口(3)，

其特征在于，

–所述膜(21)包括第一膜部分(23)，所述第一膜部分(23)夹持在所述压力测量单元(5)的所述密封表面(25)和所述相对体(19、19’)的所述密封表面(27、27’)之间，和

–膜(21)包括第二膜部分(29)，

––所述第二膜部分(29)在所述相对体(19、19’)的与所述密封表面(27、27’)不同的横向表面(31)上延伸，和

––所述第二膜部分(29)与所述相对体(19、19’)在所述横向表面(31)上通过布置在所述横向表面(31)上的连接层(33)连接，所述连接层(33)的材料用作膜(21)的材料的结合剂。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述密封件(1)包括聚四氟乙烯(PTFE)的膜(21)。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述结合剂是全氟烷氧基聚合物(PFA)。

4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述相对体(19)的所述横向表面(31)被布置为以偏置量(h)从所述相对体(19、19’)的所述密封表面(27、27’)在背离所述压力测量单元(5)的所述密封表面(25)的方向上偏置，所述偏置量(h)大于或等于未加载状态中的所述膜(21)的膜厚度(d_F0)和夹持状态中的所述第一膜部分(23)的材料厚度(d_ES)之间差异与所述连接层(33)的覆层厚度(d_c)的总和。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，

–所述相对体(19、19’)具有邻接所述开口(3)的且在所述压力测量单元(5)的方向上延伸的突出部(35、35’)，

––所述突出部(35、35’)的面向所述压力测量单元(5)的端部形成所述相对体(19、19’)的所述密封表面(27、27’)，和

––所述突出部(35、35’)在轴向方向上的高度对应于所述偏置量(h)。

6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

–所述连接层(33)在径向方向上从所述相对体(19、19’)的所述密封表面(27、27’)间隔开，和

–所述第一膜部分(23)和所述第二膜部分(29)通过所述膜(21)的将两个膜部分(23、29)相互连接的区域连接。

7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述相对体(19、19’)的所述横向表面(31)以及布置在其上的所述连接层(33)位于所述压力传感器的被相对于所述开口(3)而密封的内部的区域内。

8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述膜(21)的膜厚度的尺寸被定制为使得被夹持的第一膜部分(23)在夹持状态中的材料厚度大于或等于0.03mm，并且小于或等于0.2mm。

9.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述膜(21)的膜厚度的尺寸被定制为使得被夹持的第一膜部分(23)在夹持状态中的材料厚度大于或等于0.06mm。

10.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述膜(21)的膜厚度的尺寸被定制为使得被夹持的第一膜部分(23)在夹持状态中的材料厚度大于或等于0.08mm。

11.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述膜(21)的膜厚度的尺寸被定制为使得被夹持的第一膜部分(23)在夹持状态中的材料厚度小于或等于0.15mm。

12.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述膜(21)的膜厚度的尺寸被定制为使得被夹持的第一膜部分(23)在夹持状态中的材料厚度小于或等于0.12mm。

13.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述连接层(33)的覆层厚度为数微米的数量级。

14.根据权利要求1至13中的一项所述的压力传感器，其特征在于，

–所述相对体(19、19’)夹持在面向所述压力测量单元(5)的止动部和面向所述止动部的压力测量单元(5)端部的外边沿之间，所述止动部是以在外部围绕所述开口(3)的壳体(37)肩部(39)的形式，

–另一个密封件(41)提供在所述相对体(19、19’)和用于在外部密封所述壳体(37)的内部的所述肩部(39)之间，和

–所述另一个密封件(41)包括热塑性材料的膜(43)，

––所述膜(43)包括第一膜部分(45)，所述第一膜部分(45)在所述轴向方向上夹持在所述肩部(39)的形状保持的平面密封表面(49)和所述相对体(19、19’)的形状保持的密封表面(51、51’)之间，所述轴向方向垂直于所述密封表面(49、51、51’)的平面延伸，所述相对体(19、19’)在外部围绕所述开口(3)，和

––所述膜(43)包括第二膜部分(47)，所述第二膜部分(47)在所述相对体(19、19’)的与其密封表面(51、51’)不同的横向表面(53)上延伸且与所述相对体(19、19’)通过连接层(55)连接，所述连接层(55)被布置在所述横向表面(53)上且由适合于作为用于所述膜(43)的结合剂的材料制成。

15.根据权利要求14所述的压力传感器，其特征在于，所述另一个密封件(41)包括聚四氟乙烯(PTFE)的膜(43)。

16.根据权利要求14所述的压力传感器，其特征在于，所述连接层(55)由全氟烷氧基聚合物(PFA)制成。

17.根据权利要求14所述的压力传感器，其特征在于，

–所述相对体(19)在其面向所述止动部的端部上具有邻接所述开口(3)且向所述止动部延伸的环形突出部(57)，和

–所述突出部(35、57)具有形成所述相对体(19)的所述密封表面(27、51)的平面端部。

18.根据权利要求14所述的压力传感器，其特征在于，

–所述相对体(19’)在其面向所述止动部的端部上具有邻接所述开口(3)、向所述止动部延伸、且具有向所述止动部突出的结构(65)的环形突出部(57’)，

–所述相对体(19’)在其面向所述压力测量单元(5)的端部上具有邻接所述开口(3)、在所述压力测量单元(5)的方向上延伸、且具有在所述压力测量单元(5)的方向上突出的结构(65)的环形突出部(35’)，和

–所述结构(65)的端部形成所述相对体(19’)的所述密封表面(27’、51’)。

19.根据权利要求18所述的压力传感器，其特征在于，所述结构(65)是同心脊部。

20.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力测量单元(5)和所述相对体(19、19’)以弹性预应力在所述轴向方向上相互夹持。

21.根据权利要求14所述的压力传感器，其特征在于，所述密封件(1、41)、所述相对体(19、19’)的所述横向表面(31、53)和所述密封表面(27、27’、51、51’)被相同地实施在所述相对体(19、19’)的两个端部上且相互对置地布置。

22.一种用于制造根据权利要求1至21中的一项所述的压力传感器的方法，其特征在于，所述第二膜部分(29、47)层叠在所述相对体(19、19’)的所述横向表面(31)上，且连接层(33、55)定位在所述第二膜部分(29、47)和所述横向表面(31)之间。

23.一种用于制造根据权利要求1至21中的一项所述的压力传感器的方法，其特征在于，所述密封件(1、41)的所述第一膜部分(23、45)在夹持状态中在升高的温度下退火。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述密封件(1、41)的所述第一膜部分(23、45)在不低于80℃的温度下退火。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述密封件(1、41)的所述第一膜部分(23、45)在不低于100℃的温度下退火。

26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述密封件(1、41)的所述第一膜部分(23、45)在不低于150℃的温度下退火。