CS212360B1

CS212360B1 - Scanner of pressure or pressure differences with the semiconductor tensometric sensor and method of fastening and packing thereof

Info

Publication number: CS212360B1
Application number: CS851279A
Authority: CS
Inventors: Jan Sevcik; Jan Silhavy
Original assignee: Jan Sevcik; Jan Silhavy
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1982-03-26

Abstract

Vynález se týká oboru měřeni a řeší upevněni snímače tlaku a jeho utěsnění. Po obvodu otvoru pouzdra ee vytvoří nákružek, jehož tlouělka se rovná tloušíce stěny pouzdra. Na čele pouzdra je upevněn tenzometrický měrný systém. Ve vnitřku pouzdra, kterým procházejí vývody měrného systému, je natavena skelná výplň. Na mleto styku mezi vnějším povrchem pouzdra a vnitřním povrchem tělesa působí tepelnou energií o vysoké hustotě výkonu, například mlkroplasmatem, elektronovým paprskem nebo laserem, čímž ee oba kovy nataví a vytvoří svár, který vakuově utěsní čidlo v tělese. Vynálezu ee může využít v průmyslu, v energetice a v lékařství. Vynález je definován ve dvou bodech, z nichž první nejlépe vystihuje podstatu.The invention relates to the field of measurement and solving pressure sensor mounting and sealing. A collar forms ee around the circumference of the holster, whose thickness is equal to the thickness of the wall holsters. It is fastened to the case head tensometric measuring system. Inside bushings through which the specific outlets pass of the system, glass filler is melted. On ground contact between the outer surface of the housing and the inner surface of the body acts thermal high power density, for example mucroplasm, electron beam or laser, thereby melting and forming both metals a weld that vacuum seal the sensor in the body. The invention of ee can be used in industry in energy and medicine. The invention is defined at two points, the first of which is best it captures the essence.

Description

Vynález se týká snímače tlaku nebo tlaková diference s polovodičovým tenzometrickým čidlem a způsobu jeho upevnění a utěsnění.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a pressure sensor or a pressure difference with a semiconductor strain gauge sensor and to a method of mounting and sealing the same.

Známé snímače tlaku a tlakových diferencí s polovodičovými tenzometrickými čidly a známé způsoby jejich upevňování a utěsňování v tělese snímače využívají různé mechanické prvky jako: opěrný kroužek, upevňovací závitové ěroubení apod. Mechanické upevnění čidla tlaku odolává silám vzniklým působením měřeného tlaku na měrný systém á povrch pouzdra. Současně zajišluje těsnost spojení mezi pouzdrem a tělesem snímače pryžovým 0 kroužkem nebo lepeným spojem, aby nemohlo dojít k úniku měřeného média. Tento způsob upevnění a utěsnění čidel tlaku je nevýhodný pro svoji náročnost při výró.bě mechanických dílů, rozměrnost a značné výrobní náklady. Při použití 0 kroužku je nutné dodržet vysoce kvalitní opracování povrchu obou součástí zejména při aplikacích pro vyšší tlaky. Rovněž je omezena použitelnost při vyšších teplotách nízkou tepelnou odolností těsnicího 0 kroužku.Known pressure and pressure difference sensors with semiconductor strain gauge sensors and known methods of mounting and sealing them in the sensor body utilize various mechanical elements such as: support ring, threaded fastening, etc. . At the same time, it secures the tightness of the connection between the housing and the sensor body with a rubber O-ring or glued joint to prevent leakage of the measured medium. This method of fastening and sealing the pressure sensors is disadvantageous because of the difficulty in manufacturing mechanical parts, the size and the considerable manufacturing costs. When using the O-ring, it is necessary to maintain the high-quality surface finish of both components, especially in high pressure applications. Also, the applicability at higher temperatures is limited by the low heat resistance of the O-ring.

S ohledem na komplikovanou konstrukci čidla tlaku, různorodostí použitých materiálů a relativně nízkou tepelnou odolnost polovodičového měrného systému nelze pro upevněni a utěsnění do tělesa použít některou z běžných svářecích metod.Due to the complicated design of the pressure sensor, the variety of materials used and the relatively low thermal resistance of the semiconductor measurement system, one of the conventional welding methods cannot be used for fastening and sealing into a body.

Proto se hledají řečení, která by umožnila vytvoření takového snímače tlaku a takové upevnění a utěsnění čidel tlaku s integrovaným měrným systémem v tělese snímače bez materiálově a výrobně náročných mechanických elementů a tepelně málo odolného 0 kroužku, při zachování vlastností skleněné výplně pouzdra bez poškození.Therefore, there is a need for such a pressure sensor and for mounting and sealing pressure sensors with an integrated measurement system in the sensor body without material and manufacturing intensive mechanical elements and a low temperature resistant O-ring, while maintaining the glass fill properties of the housing without damage.

Tyto nedostatky odstraňuje snímač tlaku nebo tlakové diference s polovodičovým tenzometrickým čidlem podle vynálezu.These drawbacks are overcome by a pressure or differential pressure sensor with a semiconductor strain gauge according to the invention.

Měrný systém je upevněn na čele pouzdra vloženého v otvoru tělesa, kde ve vnitřní části pouzdra je nastavena skelná výplň, kterou prochází vývody měrného systému. Podstata vynálezu spočívá v tom, že válcová část pouzdra je na protilehlé straně měrného systému prodloužena proti skelné výplni o délku rovnou minimálně tlouělce stěny pouzdra. Na tělese je vytvořen nákružek, jehož tloušlka odpovídá tloušlee stěny pouzdra. Mezi nákružkem a vněj ším válcovým povrchem pouzdra je proveden svár.The measuring system is mounted on the face of the housing inserted in the opening of the body, where in the inner part of the housing is set glass filling, which passes through the terminals of the measuring system. The cylindrical part of the housing is extended on the opposite side of the measuring system by a length equal to at least the wall thickness of the housing against the glass panel. A collar is formed on the body, the thickness of which corresponds to the wall thickness of the housing. A weld is made between the collar and the outer cylindrical surface of the sleeve.

Účinek vynálezu se zvýší způsobem upevnění a utěsnění snímače tlaku, když se na místo styku mezi tělesem snímače tlaku a pouzdra čidla působí tepelnou energií o vysoké hustotě výkonu například mikroplasmatem, elektronovým paprskem nebo laserem, čímž se oba materiály místně nataví a vytvoří vakuově těsný spoj, který upevňuje a utěsňuje čidlo v. tělese snímače.The effect of the invention is enhanced by the method of fastening and sealing the pressure sensor when the contact point between the pressure sensor body and the sensor housing is subjected to high power density thermal energy, for example by microplasma, electron beam or laser, thereby melting both materials locally and forming a vacuum seal. which secures and seals the sensor in the sensor body.

Výhodou snímače tlaku podle vynálezu je, že umožňuje použití pro větší rozsah provozních teplot, protože se odstraní dosud používaný pryžový těsnicí kroužek, který vyšší teploty nesnáší. Odstranění šroubového spoje přes gumový těsnicí kroužek a vytvořením sváru se zvýši tuhost celé soustavy a snímač se může používat pro vyšší rozsah měřených tlakových kmitočtů. Zvýšení tuhosti výrazně omezuje přenos chybových deformací z vnějšího pláště snímače na měřicí polovodičové čidlo. Snížení počtu součástí a zjednodušení technologie v důsledku odstranění šroubového spoje má za následek úsporu pracnosti a materiálu. Uspořádáni umožňuje miniaturizaci celého snímače a podstatně zvyšuje spolehlivost. Umožňuje využití snímačů v oblastech, kde se dosud s ohledem na vysoké teploty a vibrace nemohly používat.An advantage of the pressure sensor according to the invention is that it permits use over a wider range of operating temperatures by removing the rubber sealing ring used so far, which does not tolerate higher temperatures. Removing the screw connection through the rubber sealing ring and forming a weld increases the rigidity of the entire system and the sensor can be used for a higher range of measured pressure frequencies. Increasing the stiffness significantly limits the transmission of error deformations from the outer housing of the sensor to the semiconductor sensor. Reducing the number of parts and simplifying the technology due to the removal of the screw connection results in savings in labor and material. The arrangement allows miniaturization of the entire sensor and significantly increases reliability. It allows the use of sensors in areas where they could not be used due to high temperatures and vibrations.

Je to v energetice, v potravinářství, chemickém průmyslu. Uspořádání snímače, umožňuje provedení nového způsobu upevnění a utěsnění čidla v tělese snímače, Působení tepelné energie o vysoké hustotě výkonu, v místě styku mezi tělesem snímače a pouzdrem čidla vytvoří tavnou lázeň v malém prostoru. To má za následek, že tepelná energie sváru působí v omezeném prostoru, to je v části pouzdra nad skelnou výplní a v nákružku tělesa. Proto se tepelně nenaruší ani skelný zátav ani měřicí systém. Je snadná kontrola vakuové těsnosti sváru i snadná opravitelnost případné netěsnosti. Umožňuje automatické provádění sváru s vyloučením nespolehlivého lidského činitele.It is in the energy, food, chemical industries. The arrangement of the sensor allows for a new method of mounting and sealing the sensor in the sensor body. The application of heat energy with a high power density at the point of contact between the sensor body and the sensor housing creates a melting bath in a small space. This results in the heat energy of the weld acting in a limited space, i.e. in the part of the housing above the glass pane and in the collar of the body. Therefore, neither glass melt nor the measuring system is thermally disrupted. It is easy to check the vacuum tightness of the weld and to repair any leaks. It enables automatic welding of welds, eliminating unreliable human factors.

Příklad provedení snímače tlaku nebo tlaková diference podle vynálezu je znázorněn v néryaném řezu na výkresu·An exemplary embodiment of a pressure sensor or differential pressure according to the invention is shown in a non-cut section of the drawing.

Snímač tlaku nebo tlaková diference s polovodičovým tenzometrickým čidlem je vytvořen z tělesa £ snímače, z pouzdra £, z měrného systému £, jeho vývodů £ a ze skelné výplně Těleso £ snímače je kovové. Uvnitř tělesa 1 snímače- je osazený otvor pro pouzdro £ s měrným systémem £. Prostor, ve kterém je měrný systém £, je spojen kanálkem £ s prostorem, ve kterém je měřené médium. V otvoru tělesa 1 snímače je vloženo hrníčkovité pouzdro £ z kovového materiálu. Na vnějším čele hrnlčkovltého pouzdra £ je upevněn měrný systém £ vytvořený z polovodičových tenzometrů. Elektrické propojení tenzometrického měrného systému £ z měřeného prostoru zajištují vývody £. Vývody £ jsou dráty z elektricky vodivého materiálu. Vývody £ procházej! skelnou výplní £, kterou je zataven vnitřní prostor hrnlčkovltého pouzdra £. Válcové čést pouzdra £ převyšuje skelnou výplň £ o délku, které je minimálně rovné tlouětce stěny pouzdra £.The pressure transducer or differential pressure with a semiconductor strain gauge sensor is formed from the sensor body 8, the housing 8, the measurement system 6, its outlets 6 and the glass filler The sensor body 6 is metal. Inside the sensor body 1 there is a bore for a housing 8 with a measuring system 6. The space in which the measurement system 6 is is connected by the channel 8 to the space in which the medium to be measured is. In the opening of the sensor body 1 is inserted a cup-shaped casing 6 of metal material. A measuring system 6 formed from semiconductor strain gauges is mounted on the outer face of the cup-shaped housing. The electrical connections of the strain gauge measuring system 6 from the measured space are provided by outlets 6. The outlets 6 are wires of electrically conductive material. Leads £ go through! a glazing panel 4, by means of which the interior of the cup-shaped casing 4 is sealed. The cylindrical part of the sleeve 4 exceeds the glass panel 6 by a length which is at least equal to the thickness of the wall of the sleeve 6.

Na tělese £ snímače je po. obvodu otvoru, ve kterém je pouzdro £ vloženo, vytvořen nékružek g. Šířka nákružku 8je rovna šířce stěny pouzdra £. Selo nákružku 8 leží v jedné rovině s čelem válcové části pouzdra £. Mezi nákružkem 8 a vnější válcovou části pouzdra £ je vytvořen svár 6. Svár 6 se vytvoří působením tepelné energie o vysoké hustotě výkonu například mikroplasmatem, elektronovým paprskem nebo laserem. Svár 6 zajistí vakuové utěsnění a tuhé upevnění pouzdra £ v tělese £ snímače. Řízením tepelné energie o vysoké hustotě výkonu se natavuje materiál nákružku 8 i pouzdra £ v omezené oblasti. Tepelná energie nenarušuje skelnou výplň £ ani citlivý měrný systém £.On the sensor body 6 there are po. The width of the collar 8 is equal to the width of the wall of the sleeve 8. The shoulder of the collar 8 lies flush with the face of the cylindrical portion of the sleeve 8. A weld 6 is formed between the collar 8 and the outer cylindrical portion of the sleeve 6. The weld 6 is formed by the application of high-power thermal energy, for example by a microplasma, an electron beam or a laser. The weld 6 provides a vacuum seal and a rigid fastening of the housing 6 in the sensor body 6. By controlling the thermal power of high power density, the collar material 8 and the sleeve 6 are melted in a limited area. Thermal energy does not interfere with the glass panel 6 or the sensitive measurement system 6.

Vynálezu se využije u snímačů tlaku a tlakových diferencí s polovodičovým tenzometrickým čidlem v energetice, v potravinářském, chemickém a strojírenském průmyslu a v lékařství.The invention is applicable to pressure and differential pressure transducers with a semiconductor strain gauge sensor in the power, food, chemical and engineering industries, and in medicine.

Claims

A pressure or differential pressure sensor β by a semiconductor strain gauge sensor, the measuring system of which is mounted on the face of the housing inserted in the body opening, wherein the inner part of the housing is provided with a glass filling passing through the terminals of the measuring system; ) is extended on the opposite side of the measuring system (3) against the glass panel (5) by a length equal at least to the thickness of the casing wall (4), and on the body (1) is formed a collar (8). wherein a weld (6) is provided between the collar (8) and the outer cylindrical surface of the sleeve (4).

2. A method for attaching and sealing a pressure sensor according to claim 1, characterized in that the contact point between the pressure sensor body and the sensor housing is subjected to high power density heat energy, for example by a microplasma, electron beam or laser, thereby melting both materials locally. and forms a vacuum tight seal that secures and seals the sensor in the sensor body.