CN112673244A - 压力测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力测量设备，其包括陶瓷压力传感器(1)和过程连接件(9、11)，借助于该过程连接件可以将压力测量设备安装在与其互补的连接件上和/或可以和与其互补的压差线的连接件相连接，压力传感器(1)包括测量膜(3)，并且被紧固使得其测量膜(3)可以经受待测压力(p)，其可以以成本有效的方式产生，并且借助于其可以以相对较高的测量精度确定较小的压力，诸如小于或等于一巴的压力。所述压力测量设备的特征在于，压力测量设备包括由钛制成的支架(13、15)，该支架(13、15)包括平行于与测量膜(3)正交的表面延伸的独立的管状支架区域(17、19)。支架(13、15)包括面对过程连接件(9、11)并连接到过程连接件(9、11)的端部区域，并且支架(13、15)包括背离过程连接件(9、11)的端部区域，压力传感器(1)借助于接头(23)紧固至该端部区域，该接头(23)将压力传感器(1)的前表面的外边缘连接到支架(13、15)的背离过程连接件(9、11)并承载压力传感器(1)的端部区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力测量设备，包括：
陶瓷压力传感器，以及
过程连接件，压力测量设备借助于该过程连接件可安装在与之互补的连接件上和/或可和与之互补的压差线的连接件相连接，
所述压力传感器包括测量膜，并且被附接为使得其测量膜可经受待测压力，
并且本发明涉及用于产生这种压力测量设备的方法。
背景技术
在开头提到的类型的压力测量设备在工业测量技术中用于测量压力。
在开头提到的类型的压力测量设备中，今天，陶瓷压力传感器通常借助于夹紧设备附接，在该夹紧设备中，压力传感器的外边缘在轴向方向上被夹紧，轴向方向即平行于与测量膜正交的表面延伸的方向。
这些夹紧设备通常包括传感器壳体，该传感器壳体包括大体上圆柱形的壳体壁，该壳体壁在所有侧面上在外部包围压力传感器，并且在该壳体壁上在端部一体地形成有径向地向内延伸的肩部。该肩部与插入到传感器壳体中的对位轴承一起形成夹紧设备，在该夹紧设备中，压力传感器的边缘被夹紧，使得其测量膜可通过由在所有侧面上的外部上的肩部环绕的开口被待测压力作用。另外，这些压力测量设备包括密封设备，例如由弹性体制成的O形圈，其被夹紧在测量膜的外边缘和肩部之间，并且其相对于用于加压的开口密封壳体内部。
但是，夹紧设备必须在压力传感器上施加力。这些力尤其用于确保压力传感器的附接和密封设备的密封效果。特别是由于通常由不锈钢制成的传感器壳体和陶瓷压力传感器的热膨胀系数不同，这些力可以根据温度变化，还可以可选地根据作用在测量膜上的压力变化。
已知的是，通过使用在轴向上具有弹性的并且用于补偿由于压力和/或温度变化引起的夹紧力变化的元件来用于夹紧，减小夹紧设备对可达到的测量精度的不利影响。此外，在DE 103 34 854 A1中描述的密封设备可以用于减少夹紧设备的不利影响。它包括陶瓷去耦环，该环被布置在肩部和测量膜的外边缘之间，并分别在其面对压力传感器的端面上和在其面对肩部的端面上，在每种情况下都布置有由聚四氟乙烯(PTFE)制成的垫圈。这减小了沿径向方向作用在测量膜上的力，否则该力将导致测量膜的压力相关的可变形性的变化。
这些措施确保了相应设计的压力测量设备在较大的压力测量范围内具有高的测量精度。
但是，可以用来密封壳体内部的密封材料——诸如弹性体或热塑性塑料——不是防扩散的，并且随时间而老化。后者在测量诸如低于一巴的大气压的压力的非常小的压力时尤其成问题，因为在此，即使很小的夹紧力变化也会对测量精度具有不利影响，并且由密封设备实现的密封的紧密性必须满足非常高的要求。
例如，可以通过EP 2 860 505 A1中描述的方式来解决归因于老化和密封材料缺乏防扩散性的问题。那里描述了一种压力测量设备，包括
陶瓷压力传感器，以及
过程连接件，借助于该过程连接件可以将压力测量设备安装在与其互补的连接件上和/或可以连接至与其互补的压差线的连接件上，
压力传感器包括测量膜，并附接使得其测量膜可以经受待测压力。
在该压力测量设备中，过程连接件由钛制成并且包括凹部，在该凹部中压力传感器借助于附接系统附接。过程连接件的前端基本上齐平地焊接到法兰中，借助于该法兰可以将压力测量设备安装在使用地点。附接系统包括陶瓷环，该陶瓷环借助于玻璃焊接或钎焊连接到测量膜的外膜边缘。该陶瓷环连接到由钛制成的金属环，该金属环又借助于沿着其外边缘以环形方式圆周地延伸的焊接接头连接到过程连接件。根据第一变形，金属环被设计为环，该环在所有侧面上在外部包围陶瓷环并且收缩到陶瓷环上。根据第二变形，金属环被设计为环形盘形状的盘，该盘借助于钎焊连接到陶瓷环的背离测量膜的端面。在这两种变形中，附接系统形成用于对测量膜加压的开口的外侧边界，并且通过膜边缘与陶瓷环之间的焊接以及金属环和陶瓷环之间的连接相对于凹部的内部以防扩散的方式密封。
优选地包含铜和钛的银基焊料用于产生钎焊。关于在陶瓷环和金属环之间的钎焊，在这方面提出，焊料中的钛含量影响与陶瓷的连接，并且当钛含量为3％至5％时，可以获得特别好的结果。因此，这些钎焊是借助于包括钛作为活性成分的活性钎焊焊料制造的活性钎焊。
活性钎焊焊料的特征在于它们的活性成分在活性钎焊期间与陶瓷反应。由于陶瓷的还原，在陶瓷和活性钎焊焊料之间产生了机械上高强度的化学键。活性钎焊焊料的优点在于，由于其中包含的活性成分，它们能够润湿陶瓷成分并使得能够直接焊接陶瓷成分，而无需事先对陶瓷进行金属化。然而，不利的是，活性钎焊焊料具有较高的熔融温度，因此必须在较高的接合温度下进行处理。另一个缺点是活性成分使钎焊过程更加难以控制。
从EP 2 860 505 A1的附图中可以看出，压力传感器通过过程连接件支承在后侧上——也就是说在背向测量膜的其后侧上——的凹部中，并且通过附接系统以机械上相对刚性的方式在过程连接件的与后侧相对的前侧位置处连接到该过程连接件。钛和陶瓷的热膨胀系数彼此非常相似。然而，在EP 2 860 505 A1中描述的传感器附接的情况下，不能排除的是，沿径向作用的热机械应力通过测量膜与过程连接件之间的刚性连接而被传递到测量膜。该连接基本上在径向方向上延伸，即垂直于与测量膜正交的表面，并且通过附接系统存在。这些应力会导致测量膜的压力相关变形能力随温度变化，其进而导致取决于温度的测量误差。
另外，由钛制成的过程连接件代表一种特殊的设计，其比工业测量技术中大量使用的标准过程连接件贵得多，工业测量技术中的标准过程连接件通常由不锈钢制成，与钛相比具有很高的成本效益。如果法兰也由钛制成，则这些成本将进一步增加。如果改用不锈钢制成的法兰，则由于钛和不锈钢的热膨胀系数明显不同，会出现取决于温度的热机械应力，其会通过附接系统被传递到测量膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种在开头所述类型的压力测量设备，该压力测量设备可以成本有效地产生，并且可以用其以相对高的测量精度来确定诸如小于或等于一巴的压力的较小压力。
为了实现该目的，本发明包括一种压力测量设备，该压力测量设备包括：
陶瓷压力传感器，以及
过程连接件，压力测量设备借助于过程连接件可被安装在与之互补的连接件上和/或可和与之互补的压差线的连接件相连接，
其压力传感器包括测量膜，并且被附接为使得其测量膜可经受待测压力，
其特征在于
压力测量设备包括由钛制成的支架，
支架包括独立的管状支架区域，其平行于与测量膜正交的表面延伸，
支架包括面对过程连接件并且连接到过程连接件的端部区域，并且
支架包括背离过程连接件的端部区域，压力传感器借助于接头附接至背离过程连接件的端部区域，接头将压力传感器的端面的外边缘连接到支架的背离过程连接件并承载压力传感器的端部区域。
根据本发明的压力测量设备提供的优点在于，压力传感器在不使用夹紧设备并且不使用弹性体或热塑性塑料的情况下附接到压力测量设备中。通过支架和压力传感器之间的接头提供了耐压防扩散的密封。
另一个优点是，由于独立的管状支架区域平行于与测量膜正交的表面延伸，因此在过程连接件和压力传感器之间提供了热机械去耦，这保护了压力传感器免受其上可传递并且可归因于过程连接件和支架的热膨胀系数不同的热机械应力的影响。与支架在过程连接件上的独立的安装相结合，这具有以下优点：可以将由不锈钢制成的标准过程连接件用作过程连接件，而不会因此而导致可实现的测量精度显著降低。因此，根据本发明的压力测量设备可以比其过程连接件被构造为由钛制成的特殊设计的压力测量设备更成本有效地加以产生。
另一个优点是钛的热膨胀系数非常适合于压力传感器的陶瓷的热膨胀系数。因此，作用在压力传感器上并且归因于支架和压力传感器的热膨胀系数的热机械应力非常低，这对可实现的测量精度具有积极的影响。
第一变形的特征在于，支架被设计为管，管以独立的方式布置在过程连接件上，并且包括管状支架区域，并且其与过程连接件相对定位的端部区域借助于接头连接到由测量膜形成的压力传感器的前端面的外边缘。
第二变形的特征在于
测量膜连接到压力传感器的主体、包围压力腔，
支架的背离过程连接件的端部区域具有径向地向内延伸的肩部，肩部在端部处邻接管状支架区域，并且
由主体形成的压力传感器的后端面的外边缘借助于接头连接到肩部的内侧的、面向过程连接件的内边缘区域，内边缘区域与管状支架区域间隔开。
第二变形的发展的特征在于
在平行于与测量膜正交的表面延伸的方向上，支架区域具有大于或等于压力传感器在平行于与测量膜正交的表面延伸的方向上所具有的结构高度的长度。
根据本发明的压力测量设备的第一改进方案的特征在于，过程连接件具有压力传递路径，压力传递路径延伸穿过过程连接件并通向压力接收腔，压力接收腔设置在测量膜的上游并且以防扩散的方式密封，并且由此可以将待测压力施加到测量膜。
优选实施例的特征在于
支架的管状支架区域在平行于测量膜的纵轴延伸的方向上具有大于其壁厚的长度，和/或
支架的管状支架区域具有1mm至2mm的壁厚。
第二改进方案的特征在于，压力传感器被设计为独立的压力传感器，其仅借助于接头来附接，接头将压力传感器的端面的边缘连接到支架。
第三改进方案的特征在于，压力测量设备包括壳体，其中，壳体被安装在过程连接件上，
包围支架、压力传感器和连接到压力传感器的测量电子设备，以及
与支架和压力传感器间隔开。
进一步的改进方案的特征在于
支架的面向过程连接件的端部区域的端面借助于接头直接连接到过程连接件，或者
支架的面向过程连接件的端部区域借助于至少一个插入的另外的部件以防扩散的方式连接至过程连接件，至少一个插入的另外的部件在平行于与测量膜(3)正交的表面延伸的方向上被布置在支架和过程连接件之间。
其他实施例的特征在于，过程连接件由不锈钢制成，和/或，测量膜和/或压力传感器的主体分别由氧化物陶瓷或氧化铝(Al2O3)制成。
进一步的发展的特征在于
将压力传感器连接到支架的接头被设计为借助于硬焊料产生的接头，
其中，硬焊料不含可用于活性钎焊的活性成分，以及
其中，接头被设计为借助于接合方法产生的接头，其中
a)产生其中支架和压力传感器的接合表面借助于所插入的硬焊料彼此抵靠的布置，并且
b)将布置加热到接合温度，在接合温度下硬焊料熔化，并且支架中所含的一部分钛通过与支架接触的熔化的硬焊料扩散至压力传感器的陶瓷并且在此与陶瓷进行反应使得形成包含钛的化合物。
后面的改进方案的一种改进方案的特征在于，在压力传感器和支架之间的接头是借助于包括银和铜的硬焊料、仅包括银和铜的硬焊料、包括银、铜和另一种非活性成分的硬焊料、银铜铟硬焊料或银铜锡硬焊料产生的接头。
进一步的改进方案的特征在于，支架借助于设计为焊接接头的接头或借助于通过硬焊料产生的接头连接到过程连接件或布置在支架和过程连接件之间的由不锈钢制成的部件，其中，用于产生该接头的硬焊料：
a)与用于产生将压力传感器连接到支架的接头的硬焊料相同，或至少具有与用于产生将压力传感器连接到支架的接头的硬焊料的熔融温度基本相同的熔融温度，或
b)具有比与用于产生将压力传感器连接到支架的接头的硬焊料的熔融温度低的熔融温度，和/或为铜银硬焊料，与用于产生在压力传感器和支架之间的接头的包括铜和银的硬焊料相比，铜银硬焊料具有更高的铜含量和更低的银含量。
本发明还包括一种用于产生压力测量设备的方法，其特征在于：
压力传感器、支架和过程连接件作为预制的单独零件而提供，
通过执行接合方法将压力传感器连接到支架，借助于接合方法产生将压力传感器连接到支架的接头，以及
支架被安装在过程连接件上。
该方法的改进方案的特征在于，通过执行接合方法借助于不含可被用于活性钎焊的活性成分的硬焊料来产生将压力传感器连接至支架的接头，在接合方法中
a)产生其中支架和压力传感器的接合表面借助于所插入的硬焊料彼此抵靠的布置，并且
b)将布置加热到接合温度，在接合温度下硬焊料熔化，并且支架中所含的一部分钛通过与支架接触的熔化的硬焊料扩散至压力传感器的陶瓷并且在此与陶瓷进行反应使得形成包含钛的化合物。
附图说明
现在将使用示出两个示例性实施例的附图中的图详细解释本发明及其优点。在图中，相同的元件由相同的附图标记表示。为了能够显示尺寸差异很大的部件，选择了并非总是按比例绘制的插图。
图1示出压力测量设备的示例；以及
图2示出压力测量设备的另一示例。
具体实施方式
图1和图2分别示出了根据本发明的压力测量设备的示例。它们分别包括陶瓷压力传感器1，该陶瓷压力传感器1包括测量膜3。在这里示例性示出的压力传感器1中，测量膜3连接到压力传感器1的主体7，包围压力腔5。压力传感器1附接在相应的压力测量设备中，使得可以将待测压力p施加到其测量膜3上。此外，压力测量设备分别包括过程连接件9、11，借助于其压力测量设备可以安装在与其互补的连接件上和/或可以连接到与其互补的压差线的连接件上。
根据本发明的压力测量设备的特征在于，包括由钛制成的支架13、15，该支架13、15包括独立的管状支架区域17、19，该管状支架区域平行于与测量膜3正交的表面延伸。支架13、15包括端部区域，其面向过程连接件9、11并且连接到过程连接件9、11。在此示例性示出的压力测量设备中，支架13、15的面向过程连接件9、11的端部区域的端面借助于接头21直接连接到过程连接件9、11。替选地，支架13、15的面向过程连接件9、11的端部区域也可以借助于诸如连接管的至少一个插入的另外的部件以防扩散的方式连接到过程连接件9、11，该至少一个插入的另外的部件在支架13、15和过程连接件9、11之间布置于与正交于测量膜3的表面平行的方向上。此外，支架13、15包括背离过程连接件9、11的端部区域，压力传感器1借助于接头23附接到该端部区域，该接头23将压力传感器1的端面的外边缘连接到背离过程连接件9、11并且承载压力传感器1的支架13、15的端部区域。
根据本发明的压力测量设备具有上述优点。根据本发明的压力测量设备的各个部件可以具有不同的设计，这些设计可以单独使用或彼此结合使用。下面基于附图描述这方面的示例。
图1示出了本发明的一种变形，其中，支架13被设计为管，该管以独立的方式布置在过程连接件9上，并且包括管状支架区域17，并且其与过程连接件9相对的端部区域借助于接头23连接到由测量膜3形成的压力传感器1的前端面的外边缘。该变形的优点在于，通过支架13，在测量膜3的外边缘上提供了基本上仅平行于与测量膜3正交的表面地作用的传感器附接，经由该传感器附接实际上没有沿径向作用在测量膜3上的力被传递到测量膜3。
图2示出了本发明的一种变形，其中，支架15的背离过程连接件11的端部区域具有肩部25，该肩部25在端部处邻接管状支架区域19并且径向地向内延伸。在该变形中，由主体7形成的压力传感器1的后端面的外边缘借助于接头23与肩部25的与管状支撑区域19间隔开的内边缘区域相连接。该变形的优点在于，测量膜3完全暴露，因此不经受通过传感器附接直接作用在其上的力。此外，通过布置在测量膜3和肩部25之间的主体7，在此保护了测量膜3不受热机械应力的影响，该热机械应力可能经由肩部25在径向上作用在压力传感器1上。
在根据本发明的压力测量设备中，支架13、15的管状支架区域17、19在平行于测量膜3的纵轴延伸的方向上优选地具有大于其壁厚的长度。相对较大的长度的优点在于，可以在整个长度上几乎完全消除由于支架13、15和过程连接件9、11的不同热膨胀系数引起的热机械应力。
在此过程中，图2所示的支架19的支架区域19在平行于与测量膜3正交的表面延伸的方向上优选地具有大于或等于压力传感器1在平行于与测量膜3正交的表面延伸的方向上具有的结构高度的长度。该实施例的优点在于，支架区域19可以在端部处借助于接头21直接安装在过程连接件11上，而无需插入的另外的部件，诸如金属连接管。
与支架13、15的其他形状无关，根据本发明的压力测量设备的管状支架区域17、19可以例如具有1mm至2mm的壁厚。
作为前述实施例的替代或补充，压力传感器1优选地被设计为独立的压力传感器1，其仅借助于将压力传感器1的相应的端面的边缘连接到支架13、15的接头23来附接。图1和图2中所示的实施例相对于在前后被支撑或者被夹持在夹紧设备中的压力传感器的压力测量设备提供了优点在于，没有夹持力施加在压力传感器1上，夹持力可能对可实现的测量精度具有不利影响，其幅度可能随温度变化。
在根据本发明的压力测量设备中，过程连接件9、11优选地由不锈钢制成。在该过程中，本发明提供的优点是，工业测量技术中使用的标准过程连接件可以轻松地用作过程连接件9、11。特别是在真空技术中使用的过程连接件特别适合于测量小的压力，诸如例如小于或等于一巴的压力，该过程连接件例如是包括小法兰的过程连接件，小法兰可以借助于插入密封件的拉力环而安装在互补的对接法兰上，该密封件例如是小法兰密封件和/或设计成金属密封件的密封件，和/或可以将小法兰连接到压差线的对应连接件。
不管过程连接件9、11的过程连接件类型如何，过程连接件9、11均具有压力传递路径27，该压力传递路径27穿过相应的过程连接件9、11并通向压力接收腔29，该压力接收腔29设置在压力测量膜3上游并且以防扩散的方式密封，由此可以将待测压力p施加到测量膜3。在此处所示的示例性实施例中，压力接收腔29的防扩散密封是由接头21、23实现的。
现有技术中已知的陶瓷压力传感器1可以用于根据本发明的压力测量设备中。特别合适的是其主体7和/或其测量膜3由诸如氧化铝(Al2O3)的氧化物陶瓷制成的压力传感器1，优选地，主体7和测量膜3由相同的材料制成。前述陶瓷的优点在于，它们的热膨胀系数与支架13、15的热膨胀系数非常相似。在该过程中，例如，主体7和测量膜3可以借助于接头31彼此连接，该接头31将测量膜3的外边缘连接到主体7的外边缘并且在所有侧面上在外部包围压力腔5，接头31例如是活性钎焊，诸如借助于锆镍钛活性钎焊焊料产生的活性钎焊。
可选地，压力传感器1可以被设计为例如绝对压力传感器，其测量作用在测量膜3的外侧上的压力p。在这种情况下，封闭在测量膜3下方的压力腔5被撤销。
所示的压力传感器1分别包括机电换能器，该机电换能器被设计成将取决于作用在测量膜3上的压力p的测量膜3的挠度转换为电变量，然后可以基于该电变量来借助于可连接或连接到换能器的测量电子设备33确定待测压力p。为此目的，在图1和图2中作为示例示出的电容式换能器包括具有测量电容的测量电容器，该测量电容取决于测量膜3的与压力有关的挠度，该测量电容器包括布置在主体7的面向膜的端面上的测量电极35和布置在面向主体7的测量膜3的内侧上的对电极37。
在这里所示的示例中，测量电极35经由穿过主体7的接触销39连接到连接件41，该连接件布置在主体7的背离膜的端面上，测量电极35经由该连接件可连接或连接到测量电子设备33。对电极37经由邻接的导电接头31和以导电方式连接到接头31并穿过主体7的接触销39连接到连接件41，连接件41布置在主体7的背对膜的端面上，并且经由该连接件41对电极37可以被连接或被连接至测量电子设备33。
替代地，代替这里示出的压力传感器1，当然也可以使用现有技术中已知的并且包括测量膜的其他陶瓷压力传感器。这些传感器可以例如具有不同的机械设计，可以以其他方式电连接和/或包括根据不同的换能器原理操作的机电换能器，诸如光学或压阻换能器。
根据本发明的压力测量设备优选地包括用于容纳测量电子设备33的壳体43。特别地，在图中仅以虚线示意性地示出并且安装在过程连接件9、11上的壳体43适用于此目的。该壳体43包围支架13、15、压力传感器1和连接至压力传感器1的测量电子设备33，并且优选地与支架13、15和压力传感器1两者间隔开。
在根据本发明的压力测量设备中，压力传感器1和支架13、15之间的接头23优选是借助于硬焊料产生的接头23，该硬焊料不含可用于活性钎焊的活性成分。该接头23被设计为下述接头23，该接头23是通过形成下述布置而产生的：在该布置中，支架13、15和压力传感器1的接合表面借助于插入的硬焊料彼此抵靠，并且将该布置加热至接合温度，在该温度下，硬焊料熔化，并且支架13、15中所含的一部分钛通过与支架13、15接触的熔融硬焊料扩散到压力传感器1的陶瓷中，并在那里与陶瓷反应，使得形成包含钛的化学化合物。
尽管已知活性钎焊焊料中包含的活性成分会促进陶瓷的润湿并导致形成机械强度高的化学化合物，但在该过程中故意不使用活性钎焊焊料。与使用活性钎焊焊料的情况相比，该过程提供的优点是可以更容易且更好地控制焊接过程。另外，与可替代使用的活性钎焊焊料相比，熔融的硬焊料具有明显更好的流动性。两者最终都导致具有高抗压强度和高密封性的高质量接头23。在该过程中，可以实现小于或等于5*10-10mbar l/s的接头23的氦气密封性，其通常以氦气泄漏率的形式表示。
在这方面，合适的硬焊料尤其是德国专利申请DE 102018108744.6中描述的包含银和铜的硬焊料，该专利申请仍未公开并于2018年12月12日提交。这些的示例是仅包含银和铜的硬焊料，以及包含其他非活性成分的银铜硬焊料，例如银铜铟硬焊料或银铜锡硬焊料。
另一个优点是，没有活性成分的硬焊料，诸如上述包含银和铜的硬焊料，具有比包括活性成分的活性钎焊焊料——诸如包含银、铜和钛的活性钎焊焊料——低的熔融温度。这样的优点是，可以在高于或等于硬焊料的熔融温度，并且低于包含存在于该硬焊料中的组分和作为活性成分的钛的活性钎焊焊料的熔融温度的接合温度下进行结合过程。虽然为了借助于包括银、铜和钛的活性钎焊焊料来产生活性钎焊，需要高于活性钎焊焊料的熔融温度的接合温度——在870℃至950℃的范围内，但是高于硬焊料的熔融温度的接合温度就已经足以与上述没有活性成分的硬焊料相结合而使支架13、15的钛扩散通过熔化的硬焊料。为此目的，小于或等于860℃或在830℃至860℃的范围内的接合温度已经足以与银铜硬焊料相结合。结合银铜铟硬焊料或银铜锡硬焊料，甚至可以使用更低的接合温度，这取决于这些硬焊料的成比例的组成。
低的接合温度具有的优点是，它低于在测量膜3和主体7之间产生作为活性钎焊形成的接头31的温度，从而使得可以产生在支架13、15和压力传感器1之间的接头23，而不会因此损害作为活性钎焊形成并且先前在产生压力传感器1期间在测量膜3和主体7之间产生的接头31的质量。
较低的接合温度还具有以下优点：与较高的接合温度相比，在压力传感器1和支架13、15之间形成了由接合过程引起的明显较低的热机械应力。这使得可以减少与产生有关的应力，与产生有关的应力否则可能导致与测量膜3的压力相关的可变形性的温度相关性增加，其进而导致温度相关的测量误差。
支架13、15和由不锈钢制成的过程连接件部9、11之间的接头21优选地同样是借助于硬焊料产生的钎焊，其中，在此也使用不含活性成分的硬焊料。为此目的，优选使用熔融温度低于用于产生将压力传感器1连接至支架13、15的接头23的硬焊料的熔融温度的硬焊料。特别适合于此目的的是铜银硬焊料，其比可用于在压力传感器1和支撑件13、15之间产生接头23的银铜硬焊料具有更高的铜含量且更低的银含量。
类似地，压力测量设备的支架13、15优选在其中借助于钎焊与不锈钢制成的另外的部件连接，在压力测量设备的支架13、15中，该另外的部件布置在支架13、15与过程连接件9、11之间。为此目的，也优选地使用具有低于用于产生将压力传感器1连接到支架13、15的接头23的硬焊料的熔融温度的熔融温度的硬焊料。特别地，具有比可用于产生在压力传感器1与支撑件13、15之间的接头23的银铜硬焊料相比更高的铜含量和更低的银含量的铜银硬焊料也适用于这个目的。
优选地，以如下方式产生根据本发明的压力测量设备，即，将压力传感器1、支架13、15和过程连接件9、11设置为预制的单个零件，将压力传感器1连接至支架13、15，并且支架13、15安装在过程连接件9、11上。在这种情况下，在压力传感器1与支架13、15之间的连接件是借助于诸如如上所述的结合方法的结合方法产生的，借助于如上所述的结合方法，产生将压力传感器1连接至支架13、15的接头23。
在该过程中，其中用于在压力传感器1和支架13、15之间产生接头23的硬焊料的熔融温度高于用于将支架13、15附接在过程连接件9、11或部件上的硬焊料的熔融温度的上述实施例的优点在于，可以使用分步钎焊方法，其中，在支架13、15和过程连接件9、11之间或在支架13、15与所述部件之间的接头21仅在产生在压力传感器1和支架13、15之间的接头21之后才执行。因此，在这种情况下，支架13、15与由支架13、15承载的压力传感器1一起安装在过程连接件9、11或另外的部件上。
替代地，为了在支架13、15与过程连接件9、11或另外的部件之间产生接头21，可以使用硬焊料，该硬焊料与用于产生将压力传感器1连接到支架17、19的接头23的硬焊料相同，或者至少具有与用于产生将压力传感器1连接到支架17、19的接头23的硬焊料的熔融温度基本相同的熔融温度。在这一点，特别是上面已经结合在压力传感器1和支架17、19之间的接头23提到的硬焊料适合作为硬焊料。在该实施例中，优选地在一个焊接过程中基本同时产生压力传感器1与支架17、19之间的接头23以及支架13、15与过程连接件9、11之间或支架13、15与另外的部件之间的接头21。
另一替代方案是在借助于焊接在压力传感器1与支架13、15之间产生接头23之后，在支架13、15与过程连接件9、11或者另外的部件之间产生接头21。
在包括布置在支架13、15与过程连接件9、11之间的另外的部件的压力测量设备的情况下，该部件可以以防扩散的方式例如借助于焊接接头附接在过程连接件9、11上。
参考标记列表
1 压力传感器 23 接头
3 测量膜 25 肩部
5 压力腔 27 压力传递路径
7 主体 29 压力接收腔
9 过程连接件 31 接头
11 过程连接件 33 测量电子设备
13 支架 35 测量电极
15 支架 37 对电极
17 支架区域 39 接触销
19 支架区域 41 连接件
21 接头 43 壳体
Claims (15)
1.一种压力测量设备，包括：
陶瓷压力传感器(1)，以及
过程连接件(9、11)，所述压力测量设备借助于所述过程连接件(9、11)能够被安装在与之互补的连接件上和/或能和与之互补的压差线的连接件相连接，
所述压力测量设备的所述压力传感器(1)包括测量膜(3)，并且被附接为使得所述压力传感器(1)的测量膜(3)能经受待测压力(p)，
其特征在于
所述压力测量设备包括由钛制成的支架(13、15)，
所述支架(13、15)包括独立的管状支架区域(17、19)，所述管状支架区域(17、19)平行于与所述测量膜(3)正交的表面延伸，
所述支架(13、15)包括面对所述过程连接件(9、11)并且连接到所述过程连接件(9、11)的端部区域，并且
所述支架(13、15)包括背离所述过程连接件(9、11)的端部区域，所述压力传感器(1)借助于接头(23)附接至背离所述过程连接件(9、11)的所述端部区域，所述接头(23)将所述压力传感器(1)的端面的外边缘连接到所述支架(13、15)的背离所述过程连接件(9、11)并承载所述压力传感器(1)的所述端部区域。
2.根据权利要求1所述的压力测量设备，其特征在于，
所述支架(13)被设计为管，所述管以独立的方式布置在所述过程连接件(9)上，并且包括所述管状支架区域(17)，并且所述管的与所述过程连接件(9)相对定位的端部区域借助于所述接头(23)连接到由所述测量膜(3)形成的所述压力传感器(1)的前端面的外边缘。
3.根据权利要求1所述的压力测量设备，其特征在于，
所述测量膜(3)连接到所述压力传感器(1)的主体(7)、包围压力腔(5)，
所述支架(15)的背离所述过程连接件(11)的端部区域具有径向地向内延伸的肩部(25)，所述肩部在端部处邻接所述管状支架区域(19)，并且
由所述主体(7)形成的压力传感器(1)的后端面的外边缘借助于所述接头(23)连接到所述肩部(25)的内侧的、面向所述过程连接件(11)的内边缘区域，所述内边缘区域与所述管状支架区域(19)间隔开。
4.根据权利要求3所述的压力测量设备，其特征在于，
在平行于与所述测量膜(3)正交的表面延伸的方向上，所述支架区域(19)具有大于或等于所述压力传感器(1)在平行于与所述测量膜(3)正交的表面延伸的方向上所具有的结构高度的长度。
5.根据权利要求1至4所述的压力测量设备，其特征在于，所述过程连接件(9、11)具有压力传递路径(27)，所述压力传递路径(27)延伸穿过所述过程连接件(9、11)并通向压力接收腔(29)，所述压力接收腔(29)设置在所述测量膜(3)的上游并且以防扩散的方式密封，并且由此能够将待测压力(p)施加到所述测量膜(3)。
6.根据权利要求1至5所述的压力测量设备，其特征在于，
所述支架(13、15)的管状支架区域(17、19)在平行于所述测量膜(3)的纵轴延伸的方向上具有大于其壁厚的长度，和/或
所述支架(13、15)的管状支架区域(17、19)具有1mm至2mm的壁厚。
7.根据权利要求1至6所述的压力测量设备，其特征在于，所述压力传感器(1)被设计为独立的压力传感器(1)，所述独立的压力传感器(1)仅借助于所述接头(23)来附接，所述接头(23)将所述压力传感器(1)的端面的边缘连接到所述支架(13、15)。
8.根据权利要求1至7所述的压力测量设备，其特征在于，所述压力测量设备包括壳体(43)，其中，所述壳体(43)：
被安装在所述过程连接件(9、11)上，
包围所述支架(13、15)、所述压力传感器(1)和连接到所述压力传感器(1)的测量电子设备(33)，以及
与所述支架(13、15)和所述压力传感器(1)间隔开。
9.根据权利要求1至8所述的压力测量设备，其特征在于，
所述支架(13、15)的面向所述过程连接件(9、11)的端部区域的端面借助于接头(21)直接连接到所述过程连接件(9、11)，或者
所述支架(13、15)的面向所述过程连接件(9、11)的端部区域借助于至少一个插入的另外的部件以防扩散的方式连接至所述过程连接件(9、11)，所述至少一个插入的另外的部件在平行于与所述测量膜(3)正交的表面延伸的方向上被布置在所述支架(13、15)和所述过程连接件(9、11)之间。
10.根据权利要求1至9所述的压力测量设备，其特征在于，
所述过程连接件(9、11)由不锈钢制成，和/或
所述测量膜(3)和/或所述压力传感器(1)的主体分别由氧化物陶瓷或氧化铝(Al2O3)制成。
11.根据权利要求1至10所述的压力测量设备，其特征在于，
将所述压力传感器(1)连接到所述支架(13、15)的所述接头(23)被设计为借助于硬焊料产生的接头(23)，
其中，所述硬焊料不含能够被用于活性钎焊的活性成分，以及
其中，所述接头(23)被设计为借助于接合方法产生的接头(23)，其中
a)产生其中所述支架(13、15)和所述压力传感器(1)的接合表面借助于所插入的硬焊料彼此抵靠的布置，并且
b)将所述布置加热到接合温度，在所述接合温度下所述硬焊料熔化，并且所述支架(13、15)中所含的一部分钛通过与所述支架(13、15)接触的熔化的硬焊料扩散至所述压力传感器(1)的陶瓷并且在此与所述陶瓷进行反应使得形成包含钛的化合物。
12.根据权利要求11所述的压力测量设备，其特征在于，
在所述压力传感器(1)和所述支架(13、15)之间的接头(23)是借助于包括银和铜的硬焊料、仅包括银和铜的硬焊料、包括银、铜和另一种非活性成分的硬焊料、银铜铟硬焊料或银铜锡硬焊料制造的接头(23)。
13.根据权利要求1至12所述的压力测量设备，其特征在于，所述支架(13、15)借助于设计为焊接接头的接头或借助于通过硬焊料产生的接头(21)连接到所述过程连接件(9、11)或布置在所述支架(13、15)和所述过程连接件(9、11)之间的由不锈钢制成的部件，其中，用于产生所述接头(21)的硬焊料
a)与用于产生将所述压力传感器(1)连接到所述支架(13、15)的接头(23)的硬焊料相同，或至少具有与用于产生将所述压力传感器(1)连接到所述支架(13、15)的所述接头(23)的硬焊料的熔融温度基本相同的熔融温度，或
b)具有比与用于产生将所述压力传感器(1)连接到所述支架(13、15)的所述接头(23)的硬焊料的熔融温度低的熔融温度，和/或为铜银硬焊料，其中与用于产生在所述压力传感器(1)和所述支架(13、15)之间的接头(23)的包括铜和银的硬焊料相比，所述铜银硬焊料具有更高的铜含量和更低的银含量。
14.一种用于产生根据权利要求1至13所述的压力测量设备的方法，其特征在于，
所述压力传感器(1)、所述支架(13、15)和所述过程连接件(9、11)作为预制的单独零件而提供，
通过执行接合方法将所述压力传感器(1)连接到所述支架(13、15)，借助于所述接合方法产生将所述压力传感器(1)连接到所述支架(13、15)的接头(23)，以及
所述支架(13、15)被安装在所述过程连接件(9、11)上。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过执行接合方法借助于不含能够被用于活性钎焊的活性成分的硬焊料来产生将所述压力传感器(1)连接至所述支架(13、15)的接头(23)，在所述接合方法中：
a)产生其中所述支架(13、15)和所述压力传感器(1)的接合表面借助于所插入的硬焊料彼此抵靠的布置，并且
b)将所述布置加热到接合温度，在所述接合温度下所述硬焊料熔化，并且所述支架(13、15)中所含的一部分钛通过与所述支架(13、15)接触的熔化的硬焊料扩散至所述压力传感器(1)的陶瓷并且在此与所述陶瓷进行反应使得形成包含钛的化合物。
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