CN108369149A

CN108369149A - 压力测量装置

Info

Publication number: CN108369149A
Application number: CN201680060752.4A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·希克斯藤森; 弗雷德·哈克尔; 丹尼斯·穆勒; 安德烈亚斯·古思; 雷内·齐尔曼
Original assignee: Ndele J And Hauser European Two Cos
Current assignee: Ndele J And Hauser European Two Cos; Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-08-03
Anticipated expiration: 2036-09-12
Also published as: US20180313711A1; US10837855B2; CN108369149B; WO2017067707A1; DE102015117736A1; EP3365648B1; EP3365648A1

Abstract

本发明公开了一种能够以简单方式制造的压力测量装置，其具有载体(1、3、5)，尤其是金属载体(1、3、5)，尤其是不锈钢载体(1、3、5)，与载体(1、3、5)连接的底座(7、9、11)以及在底座(7、9、11)的自由端上安装的压力传感器(13)，该压力传感器(13)防止热机械应力并且有以下事实来区别：底座(7、9、11)包括在载体(1、3、5)上布置的基部(25、27、29)，基座(7、9、11)包括从基部(25、27、29)在压力传感器(13)的方向上延伸并包括基座(7、9、11)的自由端的突起(31)，基部(25、27、29)具有比突起(31)的占用空间大的占用空间，并且突起(31)具有比在其上安装的压力传感器(13)的面积小的面积。

Description

压力测量装置

技术领域

本发明涉及一种压力测量系统，该压力测量系统具有支撑件(尤其是金属的支撑件、尤其是不锈钢的支撑件)、与该支撑件连接的基座、以及在基座的自由端上安装的压力传感器。

背景技术

压力测量系统用于对压力、尤其是绝对压力、相对压力和压力差进行计量记录，并用于工业测量技术中。

所谓的半导体压力传感器常被应用在压力测量技术中。在现有技术中，半导体传感器通常使用硅，例如通过应用绝缘体上硅(SOI)技术来制造。它们例如被实施为压力传感器芯片，其通常具有膜平台和在膜平台上布置的测量膜。

这种压力传感器是非常灵敏的，并且因此通常被插入到金属壳体中，并经由填充有压力传送液体的插入式压力传递装置供应有要测量的压力。壳体和压力传感器往往由具有非常不同的热膨胀系数的材料制成。由于对组装需要的壳体和压力传感器之间的机械连接，热机械应力能够发生，这影响了测量膜的传递特性，并且因此降低可测量的实现的精度及其可重复性。尤其值得关注的是测量结果的温度相关性滞后。

为了降低在压力传感器上作用的温度相关性应力，DE 10 2007 052364A1描述了将压力传感器芯片布置在陶瓷中间层上，该陶瓷中间层具有与压力传感器的半导体材料的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。中间层经由用弹性粘合剂执行的粘合剂粘合直接粘附到壳体的金属支撑件。支撑件的材料给定为Kovar。Kovar具有6ppm/K的热膨胀系数，并且由此比诸如例如具有16ppm/K的热膨胀系数的不锈钢更常见且明显更具成本效益的外壳材料明显更接近应用于压力传感器的硅的2.6ppm/K的热膨胀系数。

在所描述的压力测量系统的情况下，陶瓷中间层具有比布置在其上的压力传感器的占用空间大的占用空间。这具有的结果是，尽管中间层的热膨胀系数匹配相当好，但热机械应力作用在压力传感器的整个基部区域上的压力传感器上。

作为该方案的可替选方案，补偿方法从现有技术中已知，在所述补偿方法的情况下，在压力传感器上作用的温度相关性应力的降低通过将压力传感器布置在基座的自由端上来实现，基座的占用空间明显比在其上安装的压力传感器的占用空间更小。为此，两种不同形式的实施例是已知的，其例如在DE 34 36 440 A1中进行描述。在一种形式的实施例的情况下，基座是壳体的金属支撑件的整体部件并且由壳体的材料构成。在第二形式的实施例的情况下，基座被实施为单独的棒状或管状部件，其利用玻璃粘合保持在支撑件中的孔中。玻璃粘合提供的优点是，其实现了压力传感器与壳体的电绝缘。但是，密封玻璃粘合能够在其之间产生的基座材料和支撑件材料的材料组合是有限的。

此外，在2014年12月22日提交的申请人的申请号为10 2014 119396.2德国专利申请中描述了一种压力测量系统，其包括在基座的自由端上安装的压力传感器。同样在该压力测量系统的情况下，该基座被实施为单独的杆状或管状部件，其占用空间比在其上安装的压力传感器的占用空间更小。与上述现有技术相比，这里基座的背离压力传感器的端部利用粘合剂粘合粘附在支撑件的凹槽中。粘合剂粘合明显比诸如例如玻璃粘合的刚性连接件更有弹性，因此能够更好地减小由于支撑件和基座的不同热膨胀系数而发生的应力。而且，粘合剂粘合提供的优点是，它们允许将大量的基座材料和支撑件材料的材料组合连接。这样，一种选择是，对于支撑件，使用诸如例如不锈钢的耐压的、更具成本效益的材料，并且根据压力测量系统的特殊要求从大量不同材料中选择基座的材料。

然而，杆状或管状基座的占用空间越小，将粘合剂以足够更精确的计量引入相对应小的凹槽中越困难。此外，杆状或管状基座的精确定向在插入到凹槽的情况下以及在粘合剂粘合的执行期间要求更多的关注，基座的占用空间相对于其长度越小。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有压力传感器的压力测量系统，该压力传感器防止热机械应力并且克服上述缺点。

为此，本发明属于一种压力测量系统，其包括：

-支撑件，尤其是金属的支撑件，尤其是不锈钢的支撑件，

-基座，该基座与支撑件连接，以及

-压力传感器，该压力传感器被安装在基座的自由端上，

其特征在于，

-基座具有在支撑件上布置的基部，

-基座具有突起，该突起从基部朝向压力传感器延伸并且包括基座的自由端，

-基部具有比突起的占用空间更大的占用空间，并且

-突起的占用空间比在其上安装的压力传感器的占用空间更小。

第一实施例提出：

-基座的面向支撑件的面、尤其是基部的面向支撑件件的面、或基座的面向支撑件并邻接基部的第二突起的面利用接合部与支撑件的面向基座的支撑件的面、尤其是支撑件中的凹槽的底面连接，并且

-突起的面向压力传感器的面利用接合部与压力传感器的面向基座的面连接。

第一实施例的优选的改进方案提出：接合部中的至少一个是粘合剂粘合，尤其是全部接合部都是粘合剂粘合，尤其是环氧树脂基粘合剂、热塑性粘合剂、或硅酮粘合剂，尤其是硅橡胶基粘合剂的粘合剂粘合。

第二实施例提出：基部

-是大致圆盘状或垫圈状，

-具有0.5mm至10mm数量级的高度，和/或

-具有大致圆形的占用空间，该基部的外部直径外部直径大于突起的外部直径且尤其是小于10mm，或者具有大致正方形或矩形的占用空间，该基部的边长大于突起的外部直径且尤其是小于10mm。

第三实施例提出：

-突起是管状或杆状，其中该突起尤其具有圆形或环形占用空间，尤其具有在从0.5mm至5mm的范围内的外部直径的占用空间，并且

-突起具有自由直立长度，其大于或等于十分之几毫米的最小长度且尤其是处于0.5mm的数量级。

第四实施例提出：提供一种压力传递管线，

-该压力传递管线延伸穿过支撑件并穿过基座，

-压力传感器能够经由该压力传递管线与压力或参考压力相接触，并且

-该压力传递管线尤其具有在0.25mm至1mm的范围内的内部直径。

第一进一步改进方案提出：基部被插入在支撑件中的凹槽中。

第二进一步改进方案提出：

-基部具有面向支撑件的面，该面利用接合部与支撑件的面向底座的面，尤其是在支撑件的凹槽中设置的底面连接，并且

-腔室被设置在基座的基部中，位于基部的面向支撑件的面中、在基座的中心中并且朝向支撑件开口，尤其是腔室，其尺寸设计成使得通过该腔室，基部的面向支撑件并且用作接合区域的面被减小到用于获得足够密封和强度所需的尺寸。

第二进一步改进方案的进一步改进方案提出：腔室在与突起的纵向轴线平行延伸的轴向方向上具有高度，该高度大于或等于0.2mm，尤其是在0.2mm至0.5mm的范围内。

第二进一步改进方案的另一进一步改进方案提出：

-压力测量系统被实施为绝对压力测量系统，其中腔室或者为大致圆盘状并且具有小于或等于基部的外部直径或边长的一半的外部直径，或者具有大致正方形或长方形的基部，其边长小于或等于基部的外部直径或边长的一半，或者

-提供穿过支撑件并穿过基座的压力传递管线，并且腔室或者为大致圆盘状并且具有小于或等于压力传递管线的内部直径与基部的外部直径或边长的总和的一半的外部直径，或者具有大致正方形或矩形占用空间，其边长小于或等于压力传递管线的内部直径与基部的外部直径或边长的总和的一半。

本发明的另一进一步改进方案提出：

-提供中空空间，该中空空间在所有侧面上从外部包围基座和支撑件之间的接合部，

-其中中空空间尤其地被形成，使得基部的外侧表面具有朝向支撑件减小基部的横截面积的结构，该结构尤其是圆锥形渐缩结构。

第三进一步改进方案提出：

-基座包括在其背离压力传感器的侧面上的邻接基部的第二突起，

-用于容纳第二突起的凹槽被设置在支撑件中，

-基部位于支撑件的邻接用于容纳第二突起的凹槽的肩部上，并且

-基座和支撑件经由接合部连接在一起，该接合部被设置在第二突起的背离压力传感器并朝向支撑件(5)的面与凹槽的容纳第二突起并面向压力传感器的底面之间。

第五实施例提出：基座由尤其是不锈钢、Invar或Kovar的金属构成、由碳化硅(SiC)构成，或者由尤其是陶瓷的绝缘体构成，陶瓷尤其是氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)或氮化铝(AlN)，或者由尤其是硼硅酸盐玻璃的玻璃构成。

第六实施例提出：基座由具有与压力传感器的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数的材料构成。

第四进一步改进方案提出：

-压力测量系统是压力差测量系统或用于测量较高压力，尤其是大于或等于40巴的压力的绝对压力或相对压力测量系统，并且

-基座由尤其是不锈钢、Invar、Kovar或尤其是氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)、碳化硅(SiC)或氮化铝(AlN)的陶瓷的材料构成，该材料大于或等于200000MPa弹性模量。

本发明的压力测量系统提供了对在2014年12月22日提交的申请人的申请号为102014 119396.2的上述德国专利申请中描述的压力测量系统的优点的补充，该优点是，本发明的基座由于基部明显更大的占地空间而在其组装的情况下自动定向，并且在基座和支撑件之间的接合部的制造期间也自动保持在该定向上。因此，本发明的基座能够以非常简单的方式高精度地组装。

附图说明

现将根据附图的这些图更详细地解释本发明以及其优点，在附图中示出了实施例的三个示例。在附图中，相同元件被设置有相同的附图标记。附图的这些图如下示出：

图1示出本发明的压力测量系统；

图2示出图1的具有在基部中设置的腔室的压力测量系统的进一步改进方案；以及

图3示出图1的具有基部的背离压力传感器的侧面上形成的第二突起的压力测量系统的进一步改进方案。

具体实施方式

图1至3示出了本发明的压力测量系统。所有图示的压力测量系统包括支撑件1、3、5，与支撑件1、3、5连接的基座7、9、11以及在基座7、9、11的自由端上安装的压力传感器13。压力传感器13是例如使用由硅制成的压力传感器芯片的所谓半导体压力传感器，并且包括例如膜平台15和在其上布置的测量膜17，在测量膜17下面压力室19被封闭。

压力测量系统能够被实施为压力差测量系统、相对压力测量系统、或绝对压力测量系统。

为了记录压力差，测量膜17的第一面被供应有第一压力p₁并且第二面经由-图1中虚线所示-压力传递管线21被供应有第二压力p₂，该压力传递管线21延伸穿过支撑件1、3、5，基座7、9、11和膜平台15到压力室19中。在这种形式的实施例的情况下，在测量膜17上作用的、第一压力p₁和第二压力p₂之间的压力差根据要测量的压力差Δp实现测量膜17的偏转。

为了记录相对压力，测量膜17的第一面被供应有要测量的压力p，并且测量膜17的第二面被供给参考压力p_ref，例如环境压力，而不是第二压力p₂，在第一侧上作用的压力p将参考环境压力进行测量。在这种形式的实施方式的情况下，压力p和在测量膜17上作用的参考压力p_ref之间的压力差根据要测量的相对压力实现测量膜17的偏转。

在形成为压力差测量系统的压力测量系统的情况下以及在形成为相对压力测量系统的情况下二者，压力传递管线21优选具有0.25mm至1mm的数量级的内部直径。

为了记录绝对压力，在测量膜17下方封闭的压力室19被抽空并且由测量膜17和膜平台15朝外完全地密封。在这种情况下，不存在延伸穿过支撑件1、3、5，基座7、9、11，和膜平台15到压力室19中的压力传递管线21，并且在测量膜17的第一侧上作用的压力p根据要测量的绝对压力实现测量膜17的偏转。

在所有三种情况下，测量膜17的所产生的偏转利用机电换能器记录并转换成电输出信号，该电输出信号然后可用于进一步处理和/或评估。用作换能器能够是例如压阻式换能器，其包括在测量膜17上或中布置的传感器元件23，例如，连接在一起以形成电阻测量桥的压阻元件。

本发明的压力测量系统由特征来区别，该特征包括：其基座7、9、11包括在支撑件1、3、5上布置的基部25、27、29和从基部25、27、29朝向压力传感器13延伸的突起31。在这种情况下，突起31包括基座7、9、11的在其上安装压力传感器13的自由端。

为了记录绝对压力，突起31优选为杆状，并且基部25、27、29具有大致圆盘状的几何形状。为了记录相对压力或压力差，突起31优选为管状，并且基部25、27、29具有大致垫圈状的几何形状。

基座7、9、11的突起31包括面向压力传感器13的面，该面利用接合部33与压力传感器13的面向基座7、9、11的面连接。

突起31的面向压力传感器13的端部具有比压力传感器13的占用空间(footprint)小的占用空间。半导体压力传感器通常具有方形占用空间，根据测量范围和测量灵敏度，该方形占用空间处于1mm²到100mm²的数量级。相比之下，突起31优选地具有圆形或环形占用空间。根据压力传感器13的占用空间的大小，突起31的外部直径优选位于0.5mm至5mm的范围内。在杆状突起31的情况下，突起31的外部直径与大约0.2mm²至20mm²数量级的占用空间相对应。

在这种情况下，杆状或管状突起31优选具有自由直立长度，该自由直立长度大于或等于十分之几毫米的最小长度。因此，突起31能够具有例如0.5mm的数量级的长度。

经由这种几何形状，尤其是接合部33相对于压力传感器13的占用空间的小占用空间，实现了测量膜17和支撑件1、3、5的脱开，这保护了压力传感器13免受热机械应力。

在本发明的压力测量系统的情况下，基部25、27、29具有比突起31的占用空间更大，优选地显著更大的占用空间。如果基部25、27、29为大致圆盘状或圆形垫圈状，则其具有大于突起31的外部直径并且优选地小于10mm的外部直径。如果基部25、27、29具有大致矩形或正方形的占用空间，则其边长相应地大于突起31的外部直径且优选地小于10mm。在这种情况下，基部25、27、29在这里示出的大致圆盘状或环形垫圈状的几何形状的情况下具有高度H，该高度H由其圆盘厚度产生并且优选地大于或等于0.5mm且小于或等于10mm。

所示压力测量系统的基座7、9、11在各种情况下具有面向支撑件1、3、5的面，该面利用接合部35、37、39与支撑件1、3、5的面向基座7、9、11的面连接。

基本上，诸如例如钎焊方法、焊接方法或玻璃焊接方法的从微系统技术已知的接合方法既能够应用制造基座7、9、11与压力传感器13之间的接合部33，还能够应用制造基座7、9、11与支撑件1、3、5之间的接合部35、37、39。

优选地，两个接合部33、35、37、39中的至少一个是粘合剂粘合。在尤其优选形式的实施例中，两个接合部33、35、37、39均是粘合剂粘合。适用于制造粘合剂粘合尤其是基于环氧树脂的粘合剂、热塑性粘合剂或诸如例如基于硅橡胶的粘合剂的硅酮粘合剂。

在本发明的压力测量系统的情况下，与突起31的占用空间相比基部25、27、29的占用空间非常大以及基座7、9、11的重心通过基部25、27、29朝向支撑件1、3、5偏移实现了，在基座7、9、11设置在支撑件1、3、5上的情况下，基座7、9、11自动呈现定向，在该定向的情况下，基部25、27、29的面向支撑件1、3、5的面基本上与支撑件1、3、5的其上叠置基部25、27、29的面平行延伸。在用于执行制造基座7、9、11与支撑件1、3、5之间的接合部35、37、39的接合部形成方法的期间，该定向还保持稳定。因此，在让基座7、9、11引入和处于静止期间以及在接合方法期间，都不需要用于定向基座7、9、11的特殊措施。

基座7、9、11能够手动或通过机器被布置在支撑件1、3、5上。在通过机器布置的情况下，基部25、27、29的相对较大的占用空间提供的优点是：基座7、9、11能够通过由自动填充器施加的真空来更容易地保持并且在真空保持的状态下安全地输送，以及然后放下到支撑件1、3、5上的所需位置中。

基本上，基座7、9、11的基部25、27、29能够直接地被布置在支撑件1的平面外表面上。然而，优选地，支撑件1、3、5具有在其面向压力传感器13的面上的凹槽41，底座7、9、11的基部25、27、29被插入到凹槽41中。

将基部25、27、29插入到凹槽41中提供的优点是，整体的、更低的、以及更紧凑的结构形式。基部25、27、29沉入地布置在支撑件1、3、5中的事实意旨在支撑件1、3、5上安装的压力传感器13被引入到其中的壳体(未示出)的内部能够明显小于其原本的大小，如果该壳体(未示出)的内部还应该必须容纳基部25、27、29的话。这样，压力传送液体的体积也减小了，壳体的内部空间中的测量膜17的外部经由该压力传送液体被供应有要测量的压力p或第一压力p₁。

在图1中图示的实施例的示例的情况下，凹槽41的面向基座7的底面形成支撑件1的内表面，经由该内表面，支撑件1经由接合部35与基部25的面向支撑件1的面连接。在这种情况下，接合部35在基座7的基部25的面向底面的面的区域上在基座7与支撑件1之间延伸。

由于与突起31的占用空间相比底基部25的占用空间非常大，因此在图1中图示的实施例的示例的情况下，存在基座侧上的可用于基座3与支撑件1之间的接合部35的接合区域，该接合区域明显地显然大于用于根据接合方法的选择而获得足够的密封和强度所需的最小接合区域。

图2和图3示出了本发明的两种替代的压力测量系统，在这种情况下，基座9、11与支撑件3、5之间的接合部37、39在较小的接合区域上方延伸。

图2示出的实施例的示例与图1中图示的实施例的示例的不同之处在于，腔室43被设置在其面向在基座9的中心中布置的支撑件3的面上的基座9的基部27中并且朝向支撑件3开口。

腔室43优选地具有在轴向方向上测量的-因此与突起31的纵向轴线平行延伸的高度h。根据基部27的高度H，高度h处于0.2mm至0.5mm的数量级。

腔室43优选地为大致圆盘状。在形成为绝对压力测量系统而没有压力传递管线21的压力测量系统的情况下，其优选地具有小于或等于基部27的外部直径或边长的一半的外部直径。相比之下，对于具有压力传递管线21的压力测量系统，其优选地具有小于或等于压力传递管线21的内部直径与基部27的外部直径或边长的总和的一半的外部直径。

可替选地，腔室43能够具有大致正方形或矩形的占用空间。在这种情况下，对于形成为绝对压力测量系统而没有压力传递管线21的压力测量系统，其占用空间优选地具有小于或等于基部27的外部直径或边长的一半的边长。相比之下，对于具有压力传递管线21的压力测量系统，其优选地具有小于或等于压力传递管线21的内部直径与基部27的外部直径或边长的总和的一半的边长。

腔室43减小了基部27的用作接合区域的区域。在这种情况下，腔室43的占用空间的尺寸优选地设置成，使得接合区域通过腔室43来减小到用于获得足够的密封和强度需要的大小。这提供的优点是，减小了其上由基座9和支撑件3的不同热膨胀系数引起的热机械应力能够经由接合部37传送到基座9的接合区域。该接合区域越小，经由该接合区域传送到基座9的热机械应力越小。传到基座9的热机械应力越小，它们对压力传感器13的测量特性的影响也越小。

在图1和图2中图示的实施例的示例中，基座7、9与支撑件1、3之间的接合部35、37在各种情况下在基部25、27的面向腔室43的底面的区域上方延伸。然而，图2中图示的基座9的用作接合区域的区域由于腔室43而明显小于图1中图示的基座7的用作接合区域的区域。

在图1中图示实施例的示例的情况下，基座7与支座1之间的优选实施为粘合剂粘合的接合部35补充地在位于凹槽41中的基部25的外侧表面上方延伸。这种情况能够例如由加工期间的粘性的液体，尤其由于毛细作用力而渗入到基部25与从外部包围基部25的支撑件1之间的间隙中的事实来引起。

在图2中图示的实施例的示例的情况下，腔室43形成邻接接合部37的内侧的中空空间。该中空空间提供的优点是，其能够容纳多余的粘合剂。例如当将比所需更多的粘合剂错误地施加在要结合的区域时，或者当在结合过程之前或期间在结合区域上施加的粘合剂从支撑件3与基部27的接合区域之间的中间空间逸出时，可能发生多余粘合剂。因为在这种情况下确保没有粘合剂渗透到压力传递管线21中，所以对于相对压力或压力差测量的压力测量系统容纳多余粘合剂尤其是有利的。

优选地，尤其对于在支撑件1、3中的凹槽41中安装的基座7、9，设置了另外的中空空间45，其在所有侧面上从外部包围基座7、9与支撑件件1、3之间的接合部35、37。该变型示出在图2中。在此，中空空间45通过使基部27的外侧表面至少在其面向支撑件3的一侧上渐缩、尤其是圆锥形渐缩，使得基部27的横截面区域朝向支撑件3减小而产生。对于图1中图示的实施例的示例，该变型自然也是可适用的。

在图1和图2中图示实施例的示例的情况下，与基部25、27的占用空间的大小相匹配的凹槽41的大小提供的优点是，即使当承载压力传感器13的突起31仅具有相对较小的占用空间，则仍然存在非常多的用于引入粘合剂的空间。这不仅有助于将粘合剂引入到凹槽41中，而且还有助于其计量。

图3中图示的本发明的压力测量系统与图1和图2中图示的实施例的示例的不同之处在于，底座11具有在其背离压力传感器13的侧面上的邻接基部29的第二突起47。另外，在支撑件5中设置了邻接用于容纳基部29的凹槽41的凹槽49。凹槽49用于容纳第二突起47。与第一突起31完全一样，第二突起47是杆状或管状的并且具有小于基部29的占用空间的占用空间。相对应地，为了容纳第二突起47，凹槽49具有小于支撑件5中的容纳基部29的凹槽41的占用空间的占用空间。这样，在支撑件5中存在肩部，基部29的面向支撑件5的面位于该肩部上。在这种形式的实施例的情况下，基座11与支撑件5之间的接合部39被设置在第二突起47的背离压力传感器13并朝向支撑件5的面与凹槽49的面向压力传感器13并容纳第二突起47的底面之间。

可替选地，在这种情况下，基部29自然也能够被布置在支撑件的面向压力传感器13的面上，原因在于用于容纳基部29的凹槽41被省略以及仅用于容纳第二突起的凹槽被设置在支撑件5中。在这种情况下，支撑件的与用于容纳第二突起47的凹槽毗接的面形成靠紧其基部29的面向支撑件的面的肩部。

与图2中示出的实施例的形式完全一样，这种形式的实施例提供的优点是，与图1中图示的实施例的示例相比，接合部39的在支撑件5与基座11之间的接合区域较小。此外，在相对压力和压力差测量系统的情况下，其提供的优点是，要经由压力传递管线21传送到压力传感器13的参考压力p_ref，或者要经由压力传递管线21传送到压力传感器13的第二压力p₂将基座11和支撑件件5之间的接合部39机械地加载到明显降低在图2中图示的实施例的情况下的程度，其中腔室43向压力传递管线21开口。这样，减小了通过接合部39的机械加载的测量误差。

在所有示出的实施例的示例中，粘合剂结合的接合部33和/或35、37、39提供的优点是，它们比诸如例如玻璃粘合、母材结合连接、钎焊、焊料或焊缝的刚性连接件显著更有弹性，并且因此能够减小由于支撑件1、3、5和基座7、9、11的不同热膨胀系数以及基座7、9、11和压力传感器13的不同热膨胀系数而发生的应力。因此粘合剂粘合引起关于热机械应力减小，否则热机械应力将影响或传送到压力传感器13，尤其是其测量膜17。在这种情况下，减小由粘合剂粘合实现的热机械应力是更越的，粘合剂粘合是更有弹性的。

通过粘合剂粘合实现的接合部33、35、37、39的强度和密封一方面根据粘合剂的选择，并且另一方面根据可用于特定接合部33、35、37、39的粘附区域。相对应地，应用于制造粘合剂粘合的粘合剂优选地根据可用区域和对根据压力测量系统的压力测量范围的强度的需要来选择。在这种情况下，优选地的一个是，施加粘合剂弹性越大，所提供的粘附区域越大并且对强度的需要越低。

通常，粘合剂粘合的强度是根据温度和操作期间粘合剂粘合加载的方向的。就此而言，粘合剂粘合的从支撑件1、3、5朝向压力传感器13引导的加载需要比粘合剂粘合的沿从压力传感器13朝向支撑件1、3、5的相反方向上的加载更高的粘合剂强度，因为后者不仅由粘合剂负担，而且也由支撑件1、3、5负担。

在这种情况下，所用粘合剂在特定加载方向上的弹性模量形成对强度的量度。因此，例如根据与本发明的压力差测量系统或本发明的绝对压力测量系统或相对压力测量系统有关的部件的尺寸、材料的选择和粘附区域的大小，对于测量较高的压力、尤其是大于或等于40巴的压力来说，使用具有大于或等于2000MPa的弹性模量、尤其是在2000MPa至10000MPa范围内的弹性模量的粘合剂可能是有利的。相比之下，例如，根据与用于测量较低压力、尤其是小于或等于40巴的压力的本发明的绝对或相对压力测量系统有关的部件的尺寸、材料的选择和粘附区域的大小，根据粘附区域的大小，使用具有小于或等于2000MPa的弹性模量，尤其是10MPa至1000MPa范围内的弹性模量的粘合剂可能是有利的，其中与用于测量较低压力、尤其是小于或等于40巴的压力的绝对压力测量系统或相对压力测量系统有关，根据粘附区域的大小，具有小于或等于10MPa的弹性模量的粘合剂甚至可能是有利的。

如果压力传感器13与基座7、9、11之间的接合部33以及基座7、9、11和支撑件1、3、5之间的接合部35、37、39都被实施为粘合剂粘合，则它提供的优点是，当两个接合部33和35、37、39通过具有相对较高弹性模量的粘合剂执行时，通过两个粘合剂粘合的协配，热机械应力的显著降低也得到实现。

粘合剂粘合提供的优点是，通过它们，不仅减小了热机械应力，而且能够将各种不同材料的基座7、9、11和支撑件1、3、5以及基座7、9、11和压力传感器13连接在一起。

在这种情况下，关于其耐压性，优选地适用于支撑件1、3、5的材料是具有高弹性模量的材料，并且关于其相对较大的体积，优选地适用于支撑件1、3、5的材料是诸如例如不锈钢的具有成本效益的材料。

关于压力测量系统的特殊要求，则基座7、9、11的材料能够从大量不同的材料中选择。材料被包括尤其是不锈钢、Kovar或Invar的金属，尤其是氧化铝(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)或氮化铝(AlN)的陶瓷，以及尤其是硼硅酸盐玻璃的玻璃。

在这种情况下，为了测量压力差或诸如例如大于或等于40巴的压力的高绝对压力或相对压力，优选应用具有高弹性模量、尤其是大于或等于200000MPa的弹性模量的材料的基座7、9、11。通过相对较高的弹性模量，大大地防止了根据在基座7、9、11上作用的压力对测量的可获得的精度的影响。适用于此的尤其是不锈钢、Kovar、Invar或例如氧化铝(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)或氮化铝(AlN)的陶瓷的基座7、9、11。为了测量较低的绝对或相对压力，诸如例如在高达40巴的范围内的压力，也能够应用具有较小弹性模量的材料，诸如例如玻璃。

此外，经由选择的绝缘体作为用于基座7、9、11的材料，能够实现压力传感器13与支撑件1、3、5的电绝缘。例如，电绝缘能够通过例如硼硅酸盐玻璃的玻璃的或例如氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)或氮化铝(AlN)的陶瓷的基座7、9、11来实现，其中，因为陶瓷具有比玻璃明显更高的弹性模量，所以为了测量压力差或诸如例如大于或等于40巴的压力的高绝对压力或相对压力，优选地应用陶瓷。

在压力测量系统的情况下，其压力传感器13在任何情况下都具有要与基座7、9、11连接的例如玻璃或陶瓷的绝缘体的膜平台15，不需要这种绝缘。

为了进一步降低影响压力传感器13、尤其是其测量膜17的温度相关性应力，基座7、9、11优选地由具有与压力传感器13的热膨胀系数匹配的热膨胀系数的材料构成。参照2.6ppm/K的硅的热膨胀系数，适合于此的尤其是硼硅酸盐玻璃，其具有3.2ppm/K数量级的热膨胀系数。然而，在用于测量压力差或较高的绝对压力或相对压力的压力测量系统中，优选地选择具有较高弹性模量的材料，诸如例如选择具有5ppm/K数量级的热膨胀系数的Kovar、具有0.55ppm/K数量级的热膨胀系数的Invar，或例如具有8.5ppm/K数量级的热膨胀系数的氧化铝(Al₂O₃)、具有3.5ppm/K至4.5ppm/K数量级的热膨胀系数的碳化硅(SiC)、具有4ppm/K至5ppm/K数量级的热膨胀系数的氮化铝(AlN)或具有2.8ppm/K至2.9ppm/K数量级的热膨胀系数的氮化硅(Si₃N₄)的陶瓷。

1 支撑件

3 支撑件

5 支撑件

7 基座

9 基座

11 基座

13 压力传感器

15 膜平台

17 测量膜

19 压力室

21 压力传递管线

23 传感器元件

25 基部

27 基部

29 基部

31 突起

33 接合部

35 接合部

37 接合部

39 接合部

41 凹槽

43 腔室

45 中空空间

47 第二突起

49 凹槽

Claims

1.一种压力测量系统，包括：

-支撑件(1、3、5)，尤其是金属的支撑件(1、3、5)，尤其是不锈钢的支撑件(1、3、5)，

-基座(7、9、11)，所述基座(7、9、11)与所述支撑件(1、3、5)连接，以及

-压力传感器(13)，所述压力传感器(13)被安装在所述基座(7、9、11)的自由端上，

其特征在于，

-所述基座(7、9、11)具有在所述支撑件(1、3、5)上布置的基部(25、27、29)，

所述基座(7、9、11)具有突起(31)，所述突起(31)从所述基部(25、27、29)朝向所述压力传感器(13)延伸并包括所述基座(7、9、11)的所述自由端，

-所述基部(25、27、29)具有比所述突起(31)的占用空间更大的占用空间，并且

-所述突起(31)的所述占用空间比在其上安装的所述压力传感器(13)的占用空间更小。

2.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

-所述基座(7、9、11)的面向所述支撑件(1、3、5)的面、尤其是所述基部(25、27)的面向所述支撑件(1、3)的面、或所述基座(11)的面向所述支撑件(7)并邻接所述基部(29)的第二突起(47)的面利用接合部(35、37、39)与所述支撑件(1、3、5)的面向所述基座(7、9、11)的面、尤其是所述支撑件(1、3、5)中的凹槽(41、49)的底面连接，并且

-所述突起(31)的面向所述压力传感器(13)的面利用接合部(33)与所述压力传感器(13)的面向所述基座(7、9、11)的面连接。

3.如权利要求2所述的压力测量系统，其特征在于：

所述接合部(33、35、37、39)中的至少一个是粘合剂粘合，尤其是全部接合部(33、35、37、39)是粘合剂粘合，尤其是环氧树脂基粘合剂、热塑性粘合剂、或硅酮粘合剂、尤其是硅橡胶基粘合剂的粘合剂粘合。

4.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

所述基部(25、27、29)

-是大致圆盘状或垫圈状，

-具有0.5mm至10mm数量级的高度(H)，和/或

-具有大致圆形的占用空间，所述基部(25、27、29)的外部直径大于所述突起(31)的外部直径且尤其是小于10mm，或者具有大致正方形或矩形的占用空间，所述基部(25、27、29)的边长大于所述突起(31)的外部直径且尤其是小于10mm。

5.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

-所述突起(31)是管状或杆状，其中所述突起(31)尤其具有圆形或环形的占用空间，尤其具有在从0.5mm至5mm范围内的外部直径的占用空间，并且

-所述突起(31)具有自由直立长度，所述自由直立长度大于或等于十分之几毫米的最小长度，并且尤其是处于0.5mm的数量级。

6.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

提供了压力传递管线(21)，

-所述压力传递管线(21)延伸穿过所述支撑件(1、3、5)并穿过所述基座(7、9、11)，

-所述压力传感器(13)能够经由所述压力传递管线(21)与压力(P₂)或参考压力(p_ref)相接触，并且

-所述压力传递管线(21)尤其具有在0.25mm至1mm范围内的内部直径。

7.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

所述基部(25、27、29)被插入在所述支撑件(1、3、5)中的凹槽(41)中。

8.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

-所述基部(27)具有面向所述支撑件(3)的面，其利用接合部(37)与所述支撑件(3)的面向所述底座(9)的面，尤其是在所述支撑件(3)的凹槽(41)中设置的底面连接，并且

-腔室(43)被设置在所述基座(9)的所述基部(27)中，位于所述基部(27)的面向所述支撑件(3)的面中、在所述基座(9)的中心中并且朝向所述支撑件(3)开口，尤其是腔室(43)，其尺寸设计成使得通过所述腔室(43)，所述基部(27)的面向所述支撑件(3)并且用作接合区域的所述面被减小到用于获得足够密封和强度所需的尺寸。

9.如权利要求8所述的压力测量系统，其特征在于：

所述腔室(43)在与所述突起(31)的纵向轴线平行延伸的轴向方向上具有高度(h)，所述高度(h)大于或等于0.2mm，尤其是在0.2mm至0.5mm的范围内。

10.如权利要求8所述的压力测量系统，其特征在于：

-所述压力测量系统被实施为绝对压力测量系统，其中，所述腔室(43)或者为大致圆盘状并且具有小于或等于所述基部(27)的外部直径或边长的一半的外部直径，或者具有大致正方形或长方形的占用空间，其边长小于或等于基部(27)的外部直径或边长的一半，或者

-提供穿过所述支撑件(3)并穿过所述基座(9)的压力传递管线(21)，并且所述腔室(43)或者为大致圆盘状并且具有小于或等于所述压力传递管线(21)的所述内部直径与所述基部(27)的所述外部直径或边长的总和的一半的外部直径，或者具有大致正方形或矩形的占用空间，其边长小于或等于所述压力传递管线(21)的所述内部直径与所述基部(27)的所述外部直径或所述边长的总和的一半。

11.如权利要求1或7所述的压力测量系统，其特征在于：

-提供中空空间(45)，所述中空空间(45)在所有侧面上从外部包围所述基座(9)和所述支撑件(3)之间的接合部(37)，

-其中所述中空空间(45)尤其地被形成，使得所述基部(27)的外侧表面具有朝向所述支撑件(3)减小所述基部(27)的横截面积的结构，尤其是圆锥形渐缩结构。

12.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

-所述基座(11)包括在其背离所述压力传感器(13)的面上的邻接所述基部(29)的第二突起(47)，

-用于容纳所述第二突起(47)的凹槽(49)被设置在所述支撑件(5)中，

-所述基部(29)位于所述支撑件(5)的邻接用于容纳第二突起(47)的凹槽(49)的肩部上，并且

-基座(11)和支撑件(5)经由接合部(39)连接在一起，所述接合部(39)被设置在所述第二突起(47)的背离所述压力传感器(13)并朝向所述支撑件(5)的面与所述凹槽的容纳所述第二突起(47)并面向所述压力传感器(13)的底面之间。

13.如权利要求1或3所述的压力测量系统，其特征在于：所述基座(7、9、11)由尤其是不锈钢、Invar或Kovar的金属构成、由碳化硅(SiC)构成，或者由尤其是陶瓷的绝缘体构成，所述陶瓷尤其是氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)或氮化铝(AlN)，或者由尤其是硼硅酸盐玻璃的玻璃构成。

14.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

所述基座(7、9、11)由具有与所述压力传感器(13)的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数的材料构成。

15.如权利要求1所述的压力测量系统，其特征在于：

-所述基座(7、9、11)由尤其是不锈钢、Invar、Kovar或尤其是氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)、碳化硅(SiC)或氮化铝(AlN)的陶瓷的材料构成，所述材料大于或等于200000MPa的弹性模量。