DE102007016792B4

DE102007016792B4 - sensor

Info

Publication number: DE102007016792B4
Application number: DE200710016792
Authority: DE
Inventors: Benno Kathan; Lorenz Halbinger; Thomas May; Alfred Wagner
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: DE102007016792A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Meßzelle (1), insbesondere für Drucksensoren, zur meßtechnischen Erfassung mindestens einer physikalischen Größe eines an die Meßzelle (1) angrenzenden Mediums, mit einer elastischen Membran (2), wobei eine Seite (3) der Membran (2) zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht und die andere Seite (4) der Membran (2) von dem Medium abgewandt ist. Bei der erfindungsgemäßen Meßzelle (1) ist eine Diagnose des Zustands der Meßzelle (1) dadurch möglich, daß die Membran (2) über ein aktivierbares Auslenkmittel mechanisch auslenkbar ist, und daß von der Membran (2) bei Aktivierung des Auslenkmittels wenigstens ein mechanischer Impuls auf das Medium übertragbar ist.Shown and described is a measuring cell (1), in particular for pressure sensors, for metrological detection of at least one physical quantity of a measuring cell (1) adjacent medium, with an elastic membrane (2), wherein one side (3) of the membrane (2) at least partially in contact with the medium and the other side (4) of the membrane (2) facing away from the medium. In the measuring cell (1) according to the invention, a diagnosis of the state of the measuring cell (1) is possible in that the membrane (2) is mechanically deflectable via an activatable deflection means, and that of the membrane (2) upon activation of the deflection means at least one mechanical pulse is transferable to the medium.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen Drucksensor, mit einem Gehäuse, mit einer aktiven Meßzelle und mit einer Auswerteeinheit, zur meßtechnischen Erfassung mindestens einer physikalischen Größe eines an die Meßzelle angrenzenden Mediums, wobei die Meßzelle eine elastische Membran aufweist, eine Seite der Membran zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht, die andere Seite der Membran von dem Medium abgewandt ist, die Membran über ein aktivierbares Auslenkmittel mechanisch auslenkbar ist und von der Membran bei Aktivierung des Auslenkmittels wenigstens ein mechanischer Impuls auf das Medium übertragbar ist.The invention relates to a sensor, in particular a pressure sensor, with a housing, with an active measuring cell and with an evaluation unit for metrological detection of at least one physical size of an adjacent to the measuring cell medium, wherein the measuring cell has an elastic membrane, one side of the membrane at least partially in contact with the medium, the other side of the membrane is remote from the medium, the membrane is mechanically deflectable via an activatable deflection means and from the membrane upon activation of the deflection means at least one mechanical impulse is transferable to the medium.

Sensoren der in Rede stehenden Art sind seit längerem bekannt und werden beispielsweise in vielen Bereichen der Prozeßtechnik zur meßtechnischen Prozeßbeobachtung eingesetzt. Die Meßzelle ist Bestandteil eines Sensors, wobei der Meßzelle die elementare Aufgabe zukommt, die zu bestimmende physikalische Größe unmittelbar oder mittelbar zu erfassen und in ein korrespondierendes Meßsignal umzuwandeln.Sensors of the type in question have long been known and are used for example in many areas of process technology for metrological process monitoring. The measuring cell is part of a sensor, wherein the measuring cell has the elementary task of directly or indirectly detecting the physical variable to be determined and converting it into a corresponding measuring signal.

Im Falle der Temperaturmessung erfaßt die Meßzelle beispielsweise die Temperatur mittelbar anhand des Widerstandswertes eines temperaturabhängigen Widerstandes und wandelt diesen Wert durch eine entsprechende Beschaltung in einen korrespondierenden Strom- oder Spannungswert um. Im Falle der Druckmessung soll häufig der Druck innerhalb eines an die Meßzelle angrenzenden Mediums erfaßt werden, wobei die Meßzelle eine elastische Membran aufweist, deren eine Seite zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht und deren andere Seite von dem Medium abgewandt ist. Der Druck innerhalb des üblicherweise gasförmigen, flüssigen, pastösen oder zumindest schüttfähigen Mediums wird dadurch ermittelt, daß das Medium die elastische Membran in Abhängigkeit von dem innerhalb des Mediums herrschenden Drucks verschieden stark auslenkt, wobei die Auslenkung bzw. reversible Deformation der Membran in ein korrespondierendes Meßsignal gewandelt wird, beispielsweise von einem kapazitiven Sensorelement in einen korrespondierenden Kapazitätswert oder von einem Dehnungsmeßstreifen, der mit der ausgelenkten Membran verformt wird, in einen entsprechenden gelenkten Membran verformt wird, in einen entsprechenden Widerstandswert bzw. Spannungs- oder Stromwert.In the case of temperature measurement, the measuring cell detects, for example, the temperature indirectly based on the resistance value of a temperature-dependent resistor and converts this value by a corresponding wiring in a corresponding current or voltage value. In the case of pressure measurement, the pressure within a medium adjoining the measuring cell is frequently to be detected, wherein the measuring cell has an elastic membrane whose one side is at least partially in contact with the medium and whose other side is remote from the medium. The pressure within the usually gaseous, liquid, pasty or at least free-flowing medium is determined by the fact that the medium deflects the elastic membrane differently depending on the pressure prevailing within the medium, the deflection or reversible deformation of the membrane into a corresponding measurement signal is converted, for example, by a capacitive sensor element in a corresponding capacitance value or by a strain gauge, which is deformed with the deflected membrane, is deformed into a corresponding steered membrane, in a corresponding resistance value or voltage or current value.

Die hier in Rede stehenden Sensoren und Meßzellen in den Sensoren können erheblichen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sein, so daß die Sensoren und Meßzellen – in Abhängigkeit von ihrer Belastung – sehr unterschiedliche Lebenserwartungen aufweisen. Die Lebenserwartung einer Meßzelle oder eines Sensors ist aufgrund der möglicherweise sehr stark variierenden Belastung nicht oder nur sehr ungenau vorher bestimmbar. Beispielsweise kann ein einziger, kurzzeitiger Druckimpuls auf die Membran einer Druckmeßzelle die sofortige Zerstörung des Sensors bzw. der Druckmeßzelle bewirken, wenn die Membran Schaden nimmt, beispielsweise irreversibel verformt wird oder einreißt.The sensors and measuring cells in question in the sensors can be exposed to considerable mechanical, thermal and / or chemical stresses, so that the sensors and measuring cells - depending on their load - have very different life expectancies. The life expectancy of a measuring cell or a sensor is due to the possibly very widely varying load can not or only very inaccurate previously determined. For example, a single, momentary pressure pulse on the membrane of a pressure measuring cell can cause the immediate destruction of the sensor or the pressure measuring cell when the membrane is damaged, for example irreversibly deformed or torn.

Ein unerkannter Fehler in der Meßwertaufnahme ist in vielerlei Hinsicht problematisch, insbesondere aber deshalb, weil sich ein einziger Meßfehler ganz erheblich auf die Qualität bzw. den Qualitätsverlust des Prozeßergebnisses auswirken kann und darüber hinaus auch Anlagenteile des Prozesses geschädigt werden können, weil der gesamte Prozeß fehlerhaft außerhalb des beabsichtigten Bereiches betrieben wird, so daß nicht nur das Ergebnis des Prozesses, sondern auch die den Prozeß ausmachenden Gerätschaften dauerhaft Schaden zu nehmen drohen oder sogar durch Zerstörung gefährdet sind.An unrecognized error in the measured value recording is problematic in many respects, but in particular because a single measurement error can have a significant effect on the quality or quality loss of the process result and also plant parts of the process can be damaged because the entire process is faulty is operated outside of the intended area, so that not only the result of the process, but also the equipment constituting the process threatens to be permanently damaged or even endangered by destruction.

In der DE 196 01 078 A1 ist ein Druckkraftsensor beschrieben, der nicht nur eine durch eine äußere Kraft auslenkbare Membran enthält, sondern eine Membran, die mit einer in den Sensor integrierten Vorrichtung aktiv auslenkbar ist. Indem die Reaktion der Membran auf eine bekannte Auslenkung ermittelt und ausgewertet wird, ist es möglich, die Membran einem Funktionstest zu unterziehen und Schäden der Membran zu erkennen.In the DE 196 01 078 A1 a pressure force sensor is described, which contains not only a deflectable by an external force membrane, but a membrane which is actively deflected with a device integrated in the sensor. By determining and evaluating the response of the membrane to a known deflection, it is possible to subject the membrane to a functional test and to detect damage to the membrane.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor anzugeben, bei dem ein Zusatznutzen aus der auslenkbaren Membran gezogen wird.The present invention has for its object to provide a sensor in which an additional benefit is drawn from the deflectable membrane.

Die vorstehende Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Sensor gelöst, indem durch Aktivierung des Auslenkmittels über die Membran im Detektionsbetrieb wenigstens ein Testimpuls in das Medium emittiert wird, der reflektierte Testimpuls – also die Testimpuls-Antwort – von dem Sensor erfaßt wird und die Auswerteeinheit durch Vergleich von Testimpuls und Testimpuls-Antwort, insbesondere durch Ermittlung der Dämpfung des Testimpulses, erkennt, ob ein Medium und ggf. welches Medium direkt an der Membran anliegt (Grenzstanderkennung).The above object is achieved in the sensor described above by at least one test pulse is emitted into the medium by activation of the deflection means in the detection mode in the detection means, the reflected test pulse - ie the test pulse response - is detected by the sensor and the evaluation unit by comparison of test pulse and test pulse response, in particular by determining the attenuation of the test pulse, detects whether a medium and possibly which medium is applied directly to the membrane (level detection).

Bei dem erfindungsgemäßen Sensors wird in einem Detektionsbetrieb wenigstens ein Testimpuls in das Medium emittiert und der reflektierte Testimpuls – also die Testimpuls-Antwort – wird von dem Sensor erfaßt und die Auswerteeinheit erkennt durch Vergleich von Testimpuls und Testimpuls-Antwort, ob ein Medium und welches Medium direkt an der Membran anliegt, so daß sich der erfindungsgemäße Sensor auch zur Grenzstanderkennung eignet. Hierbei wird also nicht nur die Wirkung des auf die Membran aufgegebenen Testimpulses direkt auf den Sensor ausgewertet, sondern auch die Wirkung des über die Membran an das Medium übermittelten Testimpulses, der von dem Medium selbst wiederum beeinflußt wird.In the sensor according to the invention at least one test pulse is emitted into the medium in a detection mode and the reflected test pulse - so the test pulse response - is detected by the sensor and the evaluation unit detects by comparing test pulse and test pulse response, whether a medium and which medium rests directly on the membrane, so that the sensor according to the invention is also suitable for level detection. in this connection Thus, not only the effect of the test pulse applied to the membrane is evaluated directly on the sensor, but also the effect of the transmitted over the membrane to the medium test pulse, which in turn is influenced by the medium itself.

Die Testimpuls-Antwort kann dabei in vielerlei Hinsicht durch die Auswerteeinheit untersucht werden (Dispersionseffekte, Frequenzanalyse), wobei in besonders einfacher Weise die Dämpfung des Testimpulses ermittelt und zur Grenzstandserkennung herangezogen wird.The test pulse response can be examined in many ways by the evaluation unit (dispersion effects, frequency analysis), wherein the attenuation of the test pulse is determined in a particularly simple manner and used for point level detection.

Die vorstehende Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Sensor ferner auch gelöst, indem durch Aktivierung des Auslenkmittels über die Membran im Detektionsbetrieb wenigstens ein Testimpuls in das Medium emittiert wird, der reflektierte Testimpuls – also die Testimpuls-Antwort – von dem Sensor erfaßt wird und die Auswerteeinheit durch Vergleich von Testimpuls und Testimpuls-Antwort, insbesondere durch Ermittlung der Laufzeit des Testimpulses, den Abstand der Membran von einer Mediumgrenz- bzw. -reflexionsfläche bestimmt (Füllstanderkennung).The above object is also solved in the sensor described above, by at least one test pulse is emitted into the medium by activating the deflection means in the detection mode over the membrane, the reflected test pulse - ie the test pulse response - is detected by the sensor and the evaluation unit by comparing test pulse and test pulse response, in particular by determining the duration of the test pulse, the distance of the membrane from a medium boundary or -reflexionsfläche determined (level detection).

Der erfindungsgemäße Sensor lässt sich also zur Füllstandserkennung verwenden, indem durch Aktivierung des Auslenkmittels über die Membran im Detektionsbetrieb wenigstens ein Testimpuls in das Medium – bevorzugt senkrecht zur Oberfläche – emittiert wird, der reflektierte Testimpuls – also die Tastimpuls-Antwort – von dem Sensor erfaßt wird, und die Auswerteeinheit durch Vergleich von Testimpuls und Testimpuls-Antwort den Abstand der Membran von einer Mediumgrenz- bzw. Reflexionsfläche bestimmt; dabei wird insbesondere die Ermittlung der Laufzeit des Testimpulses zur Auswertung herangezogen, wobei ausgenutzt wird, daß Druckwellen an Mediumgrenzflächen (z. B. gasförmig/flüssig oder Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte) teilweise reflektiert und nur teilweise transmittiert werden.The sensor according to the invention can therefore be used for level detection by at least one test pulse in the medium - preferably perpendicular to the surface - is emitted by activation of the deflection over the membrane in the detection mode, the reflected test pulse - so the Tastimpuls response - is detected by the sensor and the evaluation unit determines the distance of the membrane from a medium boundary or reflection surface by comparison of test pulse and test pulse response; In this case, in particular the determination of the transit time of the test pulse is used for the evaluation, taking advantage of the fact that pressure waves at medium boundary surfaces (eg gaseous / liquid or liquids of different density) are partially reflected and only partially transmitted.

Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoren zeichnet sich dadurch aus, daß das Auslenkmittel den Sensor bzw. die Meßzelle in einem Diagnosebetrieb mit mindestens einem Testimpuls beaufschlagt, der Sensor bzw. die Auswerteeinheit des Sensors die Testimpuls-Antwort meßtechnisch erfaßt und durch Vergleich mit mindestens einer vorgegebenen Testimpuls-Antwort den Betriebszustand des Sensors bzw. der Meßzelle ermittelt.A first advantageous embodiment of the sensors according to the invention is characterized in that the deflection means applied to the sensor or the measuring cell in a diagnostic operation with at least one test pulse, the sensor or the evaluation of the sensor detects the test pulse response by measurement and by comparison with at least one predetermined test pulse response determines the operating state of the sensor or the measuring cell.

Bei der vorgegebenen Testimpuls-Antwort handelt es sich bevorzugt um eine Testimpuls-Antwort, die den fehlerfreien Betriebszustand des Sensors bzw. der Meßzelle beschreibt. Dieser fehlerfreie Fall kann entweder fest vorgegeben sein und/oder durch Einlernen festlegbar sein, wobei der Einlernvorgang vorteilhaft nach Einbau des Sensors in seine Umgebung auszuführen ist.The predetermined test pulse response is preferably a test pulse response which describes the error-free operating state of the sensor or of the measuring cell. This error-free case can either be fixed and / or fixed by teaching, wherein the learning process is advantageous to perform after installation of the sensor in his environment.

Bei der Testimpuls-Antwort für den fehlerfreien Fall kann es sich um einen einzelnen Kennwert, eine Kennkurve oder ein Kennfeld handeln, wobei die Testimpuls-Antwort auch durch ein entsprechendes Toleranzband erweiterbar ist, so daß die Erkennung des Fehlerfalls im Diagnosebetrieb mehr oder weniger ”hart” einstellbar ist. Insbesondere Verletzungen der Membran des Sensors bzw. der Meßzelle sind in dem zuvor beschriebenen Diagnosebetrieb bei Vergleich einer tatsächlichen Testimpuls-Antwort mit einer erwarteten Testimpuls-Antwort gut erkennbar.The test pulse response for the error-free case may be a single characteristic, a characteristic or a map, wherein the test pulse response can also be extended by a corresponding tolerance band, so that the detection of the error case in diagnostic mode more or less "hard "Is adjustable. In particular, injuries of the membrane of the sensor or of the measuring cell are clearly recognizable in the diagnostic operation described above when comparing an actual test pulse response with an expected test pulse response.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die Auslenkung der Membran des Sensors bzw. der Meßzelle mit dem Auslenkmittel sich nicht nur zu Diagnosezwecken nutzen läßt, sondern auch anderweitige vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten bietet. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Sensors beaufschlagt das Auslenkmittel die Membran in einem Reinigungsbetrieb mit mindestens einem Reinigungsimpuls, der die Ablösung von an der Membran anhaftendem Medium bewirkt bzw. die Anhaftung des Mediums an der Membran verhindert. Derartige Anhaftungen sind bei vielerlei Sensoranwendungen sehr problematisch, da die meßtechnische Erfassung der interessierenden physikalischen Größen innerhalb des Mediums verfälscht wird oder aber der Sensor eine gänzlich andere Zeitcharakteristik aufweist als die des unverschmutzten Sensors.It has surprisingly been found that the deflection of the membrane of the sensor or the measuring cell with the deflection means can be used not only for diagnostic purposes, but also offers other advantageous applications. In a further variant of the sensor according to the invention, the deflection means acts on the membrane in a cleaning operation with at least one cleaning pulse, which causes the detachment of adhering to the membrane medium or prevents the adhesion of the medium to the membrane. Such adhesions are very problematic in many sensor applications, as the metrological detection of the physical quantities of interest within the medium is falsified or the sensor has a completely different time characteristic than that of the unpolluted sensor.

Es hat sich herausgestellt, daß sogar Mikroorganismen auf oder im Bereich der Membran zerstört bzw. soweit beeinträchtigt werden können, daß die Mikroorganismen im wesentlichen ihre Regenerations- und/oder Vermehrungsfähigkeit verlieren, wenn das Auslenkmittel gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in einem mikroorganisch wirksamen Reinigungsbetrieb die Membran mit mindestens einem geeigneten Reinigungsimpuls beaufschlagt. Wie sich herausgestellt hat, sind dazu insbesondere hochfrequente Reinigungsimpulse geeignet. Insbesondere im Bereich der Lebensmitteltechnologie bietet der erfindungsgemäß ausgestaltete Sensor gegenüber konventionellen Sensoren erhebliche Vorteile, da beispielsweise die Reinigungsintervalle erheblich verlängert werden können.It has been found that even microorganisms on or in the region of the membrane can be destroyed or impaired to such an extent that the microorganisms essentially lose their regeneration and / or multiplication capability, if the deflection means according to a further embodiment of the invention in a microorganically effective cleaning operation the membrane is subjected to at least one suitable cleaning pulse. As has been found, in particular high-frequency cleaning pulses are suitable. Especially in the field of food technology, the inventively designed sensor offers considerable advantages over conventional sensors, since, for example, the cleaning intervals can be considerably extended.

Für die beschriebenen Ausgestaltungen des Sensors hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn es sich bei dem wenigstens einen Testimpuls um eine Testimpulsfolge, insbesondere eine Rechteckimpulsfolge oder eine harmonische Schwingung handelt, wobei diese periodischen Signale insbesondere im Frequenzbereich des Ultraschalls erzeugt werden. Für bestimmt Anwendungsfälle werden die Testimpulsfolgen auch mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt, insbesondere wird die Frequenz zeitlich veränderlich variiert, beispielsweise durch einen Wobbelgenerator.For the described embodiments of the sensor, it has proven to be advantageous if the at least one test pulse is a test pulse sequence, in particular a rectangular pulse train or a harmonic oscillation, these periodic signals being generated in particular in the frequency range of the ultrasound. For certain applications, the test pulse sequences are also different Frequencies generated, in particular, the frequency is varied over time, for example by a sweep generator.

Sie erfindungsgemäßen Sensoren weisen Meßzellen mit Membranen auf, die sich dadurch auszeichnen, daß die Membran über ein aktivierbares Auslenkmittel mechanisch auslenkbar ist und daß von der Membran bei Aktivierung des Auslenkmittels wenigstens ein mechanischer Impuls auf das Medium übertragbar ist. derart ausgestaltete Meßzelle bzw. die Membran dieser Meßzelle ist nicht nur ”passiv” erregbar – nämlich durch das an die Meßzelle angrenzende Medium –, sondern die Meßzelle bzw. die Membran der Meßzelle kann ”aktiv” durch ein Auslenkmittel mechanisch erregt werden. Wenn eine solche Erregung der Meßzelle durch Aktivierung des Auslenkmittels in einer wohldefinierten Weise erfolgt, wird die Meßzelle in einer bestimmten, wohldefinierten Weise auf diese Erregung reagieren, wobei die Reaktion auf die Erregung durch das aktivierbare Auslenkmittel bevorzugt über Erfassung jener physikalischen Größe erfolgt, zu deren Erfassung die Meßzelle ohnehin vorgesehen ist.Sensors according to the invention have measuring cells with membranes, which are characterized in that the membrane is mechanically deflectable via an activatable deflection means and that at least one mechanical pulse can be transmitted to the medium from the membrane upon activation of the deflection means. thus designed measuring cell or the membrane of this measuring cell is not only "passively" excitable - namely by the adjacent to the measuring cell medium - but the measuring cell or the membrane of the measuring cell can be "actively" mechanically excited by a deflection. If such excitation of the measuring cell by activation of the deflection means in a well-defined manner, the measuring cell will respond in a certain well-defined manner to this excitation, the reaction to the excitation by the activatable deflection means preferably via detection of that physical quantity takes place, to whose Detecting the measuring cell is provided anyway.

Die Reaktion der Meßzelle auf die durch das aktivierbare Auslenkmittel hervorgerufene Erregung hängt unter anderem davon ab, ob die Meßzelle beschädigt ist oder nicht, so daß der Betriebszustand der Meßzelle bzw. des Sensors aktiv diagnostizierbar ist. Insbesondere Veränderungen an der elastischen Membran, die beispielsweise durch dauerhafte Deformationen, Risse oder Korrosion hervorgerufen werden können, wirken sich erheblich auf die Reaktion der Meßzelle aus, so daß beispielsweise durch Vergleich der tatsächlichen Systemantwort mit der erwarteten Systemantwort einer intakten Meßzelle ein Fehlerfall ohne weiteres erkennbar ist, so daß die erfindungsgemäße Meßzelle eine Möglichkeit zur Selbstdiagnose bietet.The reaction of the measuring cell to the excitation caused by the activatable deflection means depends inter alia on whether the measuring cell is damaged or not, so that the operating state of the measuring cell or of the sensor can be actively diagnosed. In particular, changes to the elastic membrane, which can be caused for example by permanent deformation, cracks or corrosion, have a significant effect on the reaction of the measuring cell, so that, for example, by comparing the actual system response with the expected system response of an intact cell an error case readily recognizable is, so that the measuring cell according to the invention offers a possibility for self-diagnosis.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Auslenkmittel über eine elektrische Spannung, über ein magnetisches Feld oder über ein elektromagnetisches Feld aktivierbar. Das bedeutet, daß das Auslenkmittel in diesen Fällen beispielsweise zu den elektrostriktiven oder zu den magnetostriktiven Aktoren gehört und aus ebensolchen Materialien gefertigt ist. Der Begriff der Elektrostriktion soll hier in einem allgemeinen Sinne verstanden werden, nämlich den piezoelektrischen Effekt umfassend. Unter elektromagnetischen Aktoren sind hier solche Aktoren zu verstehen, die entweder auf Grundlage der zwischen zwei Grenzflächen unterschiedlicher magnetischer Permeabilität in einem Magnetfeld wirkenden Reluktanzkraft arbeiten, oder die auf Grundlage der auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem veränderlichen Magnetfeld wirkenden Lorentzkraft arbeiten – wobei es egal ist, ob die Veränderung des Magnetfeldes durch Bewegung des Leiters in einem statischen Magnetfeld oder durch einen verharrenden Leiter in einem zeitveränderlichen Magnetfeld hervorgerufen wird. In a preferred embodiment of the invention, the deflection means can be activated via an electrical voltage, via a magnetic field or via an electromagnetic field. This means that the deflection means in these cases, for example, belongs to the electrostrictive or to the magnetostrictive actuators and is made of just such materials. The term electrostriction is to be understood here in a general sense, namely comprising the piezoelectric effect. Electromagnetic actuators are to be understood here as those actuators which operate either on the basis of the reluctance force acting in a magnetic field between two interfaces of different magnetic permeability, or which operate on the basis of the Lorentz force acting on a current-carrying conductor in a variable magnetic field - it does not matter whether the change in the magnetic field is caused by movement of the conductor in a static magnetic field or by a persisting conductor in a time-varying magnetic field.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Auslenkmittel um ein über eine elektrische Spannung aktivierbares Piezoelement. Piezoelemente sind elektromechanische Bauelemente, die den piezoelektrischen Effekt ausnutzen, der bei Festkörpern in der Abhängigkeit einer an der Oberfläche des Festkörpers abgreifbaren elektrischen Spannung von der Verformung des Festkörpers unter mechanischer Druck- oder Zugbelastung besteht. Dieser Effekt läßt sich sensorisch dahingehend ausnutzen, daß der auf ein Piezoelement ausgeübte mechanische Druck anhand einer entsprechenden, an dem Piezoelement auftretenden Spannung erfaßt wird. Damit korrespondierend besteht die aktorische Nutzung des piezoelektrischen Effekts darin, daß durch Anlegen einer Spannung an ein Piezoelement dessen Geometrie beeinflußbar ist, das Piezoelement – auch gegen einen mechanischen Widerstand – also eine Dicken- oder Längenänderung erfährt.In a particularly preferred embodiment, the deflection means is a piezoelectric element which can be activated via an electrical voltage. Piezoelectric elements are electromechanical components which exploit the piezoelectric effect which, in the case of solids, consists of the deformation of the solid under mechanical pressure or tensile load as a function of the electrical voltage which can be tapped on the surface of the solid. This effect can be exploited to the effect that the mechanical pressure exerted on a piezoelectric element is detected by means of a corresponding voltage occurring at the piezoelectric element. Correspondingly, the aktorische use of the piezoelectric effect is that by applying a voltage to a piezoelectric element whose geometry is influenced, the piezoelectric element - even against a mechanical resistance - so undergoes a change in thickness or length.

Als Piezoelement kommen grundsätzlich alle piezoelektrischen Materialien in Betracht, also sowohl piezoelektrische Kristalle in Reinform als auch piezoelektrische Keramiken. Als Aktoren eingesetzte Piezoelemente sind unter anderem deshalb besonders vorteilhaft, weil sie präzise ansteuerbar sind, hohe Wiederholgenauigkeiten aufweisen, langzeitstabil sind und in einem weiten Frequenzbereich einsetzbar sind.In principle, all piezoelectric materials come into consideration as the piezoelectric element, ie both pure piezoelectric crystals and piezoelectric ceramics. Piezo elements used as actuators are particularly advantageous, among other reasons, because they can be precisely controlled, have high repeat accuracy, are long-term stable and can be used in a wide frequency range.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Membran selbst als Piezoelement ausgebildet, so daß die Membran und das Auslenkmittel räumlich zusammenfallen, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau der Meßzelle ergibt. Bei dieser Ausgestaltung ist es in der Regel notwendig, die als Piezoelement ausgebildete Membran sowohl von der dem Medium zugewandten als auch von der dem Medium abgewandten Seite elektrisch zu kontaktieren. Insbesondere in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die dem Medium zugewandte und elektrisch kontaktierte Seite der Membran beschichtet ist, wobei die Beschichtung insbesondere elektrisch isolierend ist, um die Meßzelle elektrisch neutral gegenüber dem Medium erscheinen zu lassen; je nach Einsatzzweck der Meßzelle ist die Beschichtung alternativ oder zusätzlich auch korrosionshemmend, wobei die Beschichtung dann geeignet für das zu überwachende Medium auszuwählen ist.In a preferred embodiment, the membrane itself is designed as a piezoelectric element, so that the membrane and the deflection means coincide spatially, resulting in a particularly simple construction of the measuring cell. In this embodiment, it is usually necessary to electrically contact the diaphragm formed as a piezoelectric element, both from the side facing the medium and from the side facing away from the medium. In particular, in this case, it is advantageous if the side facing the medium and electrically contacted side of the membrane is coated, wherein the coating is in particular electrically insulating, to make the measuring cell appear electrically neutral to the medium; Depending on the intended use of the measuring cell, the coating is alternatively or additionally also corrosion-inhibiting, the coating then being suitable for the medium to be monitored.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das als Piezoelement ausgebildete Auslenkmittel scheibenförmig ausgestaltet, und es kontaktiert – mittelbar oder unmittelbar – die dem Medium abgewandte Seite der Membran. In diesem Fall fallen die Membran und das Auslenkmittel also räumlich nicht zusammen, sondern sie sind benachbart derart zueinander angeordnet, daß das als Piezoelement ausgebildete Auslenkmittel die Membran mechanisch auslenken kann. Wenn davon die Rede ist, daß das Piezoelement in mittelbarem oder unmittelbarem Kontakt zu der Membran steht, dann ist damit gemeint, daß das Piezoelement möglicherweise über mechanisch vermittelnde Zwischenschichten auf die Membran einwirkt und nicht unbedingt in direktem mechanischen Kontakt zu der Membran stehen muß. Es ist beispielsweise möglich, daß zwischen der Membran und dem als Piezoelement ausgebildeten Auslenkmittel eine als Sensor wirkende Zwischenschicht angeordnet ist, was den Vorteil mit sich bringt, daß die von dieser sensorischen Zwischenschicht zu erfassende physikalische Größe des angrenzenden Mediums aufgrund der relativen Nähe zu dem Medium schneller erfaßt werden kann als wenn diese sensorische Zwischenschicht zusätzlich noch durch das Auslenkmittel von dem Medium beabstandet wäre.In a further advantageous embodiment, the deflecting means designed as a piezoelectric element is configured disk-shaped, and it contacts - indirectly or directly - the side of the membrane facing away from the medium. In this case, the fall Membrane and the deflection so spatially not together, but they are adjacent to each other arranged such that the deflection element formed as a piezoelectric element can mechanically deflect the membrane. If it is mentioned that the piezoelectric element is in direct or indirect contact with the membrane, then it is meant that the piezoelectric element possibly acts on the membrane via mechanically mediating intermediate layers and does not necessarily have to be in direct mechanical contact with the membrane. It is for example possible that an intermediate layer acting as a sensor is arranged between the membrane and the deflection element formed as a piezoelectric element, which has the advantage that the physical size of the adjacent medium to be detected by this sensory interlayer is due to the relative proximity to the medium can be detected faster than if this sensory intermediate layer was additionally spaced by the deflection of the medium.

Besonders vorteilhaft ist es jedenfalls, wenn das Piezoelement die dem Medium abgewandte Seite der Membran großflächig kontaktiert oder zumindest in den Randbereichen kontaktiert, die sich bei Aktivierung des Piezoelements relativ zueinander bewegen. Ein großflächiger Kontakt ist unabhängig von der Art der Auslenkung des als Piezoelements ausgestalteten Auslenkmittels vorteilhaft, da so eine gleichmäßige Kraftübertragung auf die Membran und eine gleichmäßige Belastung der Membran gewährleistet ist.In any case, it is particularly advantageous if the piezoelectric element contacts the side of the membrane facing away from the medium over a large area or at least contacts it in the edge regions which move relative to one another when the piezoelectric element is activated. A large-area contact is advantageous regardless of the type of deflection of the designed as a piezoelectric deflection means, as a uniform force transmission is ensured on the membrane and a uniform load on the membrane.

Grundsätzlich existieren verschiedene Möglichkeiten, die elastische Membran mit Hilfe des Auslenkmittels bei Aktivierung auszulenken. Die direkteste Methode besteht darin, das insbesondere als Piezoelement ausgestaltete Auslenkmittel eine Dickenauslenkung ausführen zu lassen, worunter eine im wesentlichen senkrechte Auslenkung zur flächenmäßigen Erstreckung der Membran verstanden werden soll bzw. eine Auslenkung des Piezoelements in Richtung des angelegten elektrischen Feldes, wenn davon ausgegangen wird, daß das Piezoelement – wie zuvor beschrieben worden ist – von seinen beiden Flachseiten her elektrisch kontaktiert wird. Nachteilig hieran ist jedoch, daß die relative Auslenkung von piezoelektrischen Materialien vergleichsweise gering ist und im Promillebereich der Ursprungsausdehnung des elektrisch unbeeinflußten Piezoelements liegt. Mit einem scheibenförmig ausgebildeten, flächig an der elastischen Membran anliegenden Piezoelement sind folglich senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Membran und damit senkrecht zur flächigen Erstreckungsebene des Piezoelements nur sehr geringe Auslenkungen – Dickenauslenkungen – erzielbar.In principle, there are various possibilities for deflecting the elastic membrane with the aid of the deflection means when activated. The most direct method is to have the deflection means configured in particular as a piezoelectric element carry out a thickness deflection, which is to be understood as a substantially vertical deflection for the areal extent of the membrane or a deflection of the piezoelectric element in the direction of the applied electric field, if it is assumed that that the piezoelectric element - as has been described above - is contacted electrically from its two flat sides. The disadvantage of this, however, is that the relative deflection of piezoelectric materials is relatively low and is in the per mill range of the original extent of the electrically unaffected piezoelectric element. Consequently, with a disc-shaped piezoelectric element lying flat against the elastic membrane, only very small deflections-thickness deflections-can be achieved perpendicular to the direction of extent of the membrane and thus perpendicular to the planar plane of extent of the piezoelectric element.

Deutlich größere Auslenkungen als bei der zuvor beschriebenen Dickenauslenkung sind bei der Planar- oder auch bei der Längsauslenkung möglich, insbesondere dann, wenn wie zuvor von flächig oder scheibenförmig ausgebildeten Piezoelementen ausgegangen wird. Bei der Planarauslenkung erfährt das flächig oder scheibenförmig ausgebildete Auslenkmittel eine geometrische Stauchung oder Dehnung in der Erstreckungsebene, wobei die Stauchung oder Streckung des Auslenkmittels gleichermaßen in alle Richtungen der Erstreckungsebene des Auslenkmittels erfolgt. Mit anderen Worten geht eine Planarauslenkung des flächig oder scheibenförmig ausgebildeten Auslenkmittels mit einer den gesamten Umfang des Auslenkmittels betreffenden radialen Dehnung oder Stauchung des Auslenkmittels einher. Da ein flächig oder scheibenförmig ausgebildetes Auslenkmittel in seiner Erstreckungsebene deutlich größer ausgedehnt ist als senkrecht dazu (Dicke), ist in der Erstreckungsebene eine deutlich größere Auslenkung – Planarauslenkung – des Auslenkmittels möglich als in senkrechter Richtung dazu, also in Richtung auf die Membran – Dickenauslenkung –.Significantly greater deflections than in the thickness deflection described above are possible in the planar or in the longitudinal deflection, in particular when it is assumed as previously of flat or disc-shaped piezoelectric elements. In the planar deflection, the planar or disc-shaped deflection means undergoes a geometric compression or expansion in the plane of extent, wherein the compression or extension of the deflection takes place equally in all directions of the extension plane of the deflection. In other words, a planar deflection of the planar or disc-shaped deflection means is associated with a radial expansion or compression of the deflection means which relates to the entire circumference of the deflection means. Since a flat or disk-shaped deflection means in its plane of extent is significantly larger than perpendicular to it (thickness), in the plane of extension a much larger deflection - Planarauslenkung - the deflection possible than in the vertical direction, ie in the direction of the membrane - Dickenauslenkung - ,

Die zuvor beschriebene, zunächst nicht direkt auf die Membran wirkende Planarauslenkung des Auslenkmittels läßt sich jedoch in eine Wirkrichtung senkrecht zu der Planarauslenkung ”umleiten”, indem das Auslenkmittel mit der elastischen Membran kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. In diesen Fällen führt die Planarauslenkung des – insbesondere als Piezoelement ausgestalten – Auslenkmittels zu einer Aufwölbung der Membran aufgrund der unterschiedlichen planaren Kontraktion der flächig miteinander verbundenen Membran und des Auslenkelements, so wie es beispielsweise auch von Bimetall-Elementen her bekannt ist, deren unterschiedliche Kontraktion jedoch auf verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten verbundener Metallstreifen zurückzuführen ist. Auf dem gleichen Prinzip beruht auch eine Längsauslenkung des Auslenkmittels, wobei sich die Längsauslenkung von der Planarauslenkung nur darin unterscheidet, daß die Längsauslenkung nur zu einer Kontraktion des Auslenkmittels in einer einzigen Richtung innerhalb der Erstreckungsebene des flächig oder scheibenförmig ausgestalteten Auslenkmittels führt. Die auf Grundlage unterschiedlicher Kontraktion basierenden zwei- oder mehrschichtigen Aktoren bzw. Piezoelemente werden auch als bimorphe Piezoelemente bezeichnet. Neben der Kombination eines Piezoelements, das kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit der Membran verbunden ist, ist auch ein Auslenkmittel verwendbar, das aus zwei Piezoelementen besteht, die ihrerseits kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind und gegensinnig angesteuert werden, wodurch sich ebenfalls der zuvor beschriebene bimorphe Effekt erzielen läßt.However, the above-described, not initially acting directly on the membrane planar deflection of the deflection means can, however, in a direction of action perpendicular to the Planarauslenkung "redirect" by the deflection is positively and / or positively and / or cohesively connected to the elastic membrane. In these cases, the Planarauslenkung - especially configured as a piezoelectric element - deflecting leads to a bulge of the membrane due to the different planar contraction of the flat interconnected membrane and the deflecting element, as it is known, for example, bimetallic elements, their different contraction is due to different thermal expansion coefficients of connected metal strips. A longitudinal deflection of the deflection means is also based on the same principle, wherein the longitudinal deflection differs from the planar deflection only in that the longitudinal deflection only leads to a contraction of the deflection means in a single direction within the plane of extent of the flat or disk-shaped deflection means. The based on different contraction two- or multi-layer actuators or piezo elements are also referred to as bimorph piezo elements. In addition to the combination of a piezoelectric element, which is positively and / or positively and / or materially connected to the membrane, a deflection means is used, which consists of two piezoelectric elements, which in turn force and / or positive and / or cohesive with each other are connected and driven in opposite directions, which can also achieve the previously described bimorph effect.

Das als Piezoelement ausgestaltete Auslenkmittel ist zur elektrischen Kontaktierung mit wenigstens zwei leitenden Kontakten versehen, wobei sich besonders gute Auslenkungseffekte dann erzielen lassen, wenn die Kontakte insbesondere großflächig ausgestaltet sind, da die zur piezoelektrischen Längenbeeinflussung notwendige Polarisation des Piezoelements dann über große Bereiche des Piezoelements gewährleistet werden kann. The configured as a piezo element deflection means is provided for electrical contacting with at least two conductive contacts, with particularly good deflection effects can be achieved when the contacts are designed in particular over a large area, since the necessary piezoelectric length influencing polarization of the piezoelectric element are then ensured over large areas of the piezoelectric element can.

Eine solche Meßzelle ist besonders vorteilhaft in einer Ausgestaltung als Druckmeßzelle mit einem drucksensitiven Element zur Erfassung des in dem Medium vorherrschenden Drucks, wobei die mit dem Medium in Kontakt stehende elastische Membran durch den Druck innerhalb des Mediums auslenkbar ist und der mit dem drucksensitiven Element mittelbar oder unmittelbar erfaßbare Druck innerhalb des Mediums in ein korrespondierendes Meßsignal wandelbar ist. Die Ausgestaltung der Meßzelle als Druckmeßzelle ist unter anderem deshalb vorteilhaft, weil über das drucksensitive Element der Druckmeßzelle grundsätzlich nicht nur der über die elastische Membran vermittelte Druck des Mediums erfaßbar ist, sondern auch die mechanische Auslenkung der elastischen Membran aber das aktivierbare Auslenkmittel, so daß die Reaktion der Druckmeßzelle auf die mechanische Erregung der Membran durch das Auslenkmittel unmittelbar beobachtbar ist, ohne daß sensorische Zwischenschritte zur Erfassung der Systemantwort auf die Erregung notwendig sind.Such a measuring cell is particularly advantageous in one embodiment as a pressure measuring cell with a pressure-sensitive element for detecting the pressure prevailing in the medium, wherein the elastic membrane in contact with the medium is deflectable by the pressure within the medium and the indirectly or with the pressure-sensitive element directly detectable pressure within the medium can be converted into a corresponding measurement signal. The design of the measuring cell as a pressure measuring cell is advantageous, inter alia, because in principle not only the mediated via the elastic membrane pressure of the medium can be detected via the pressure-sensitive element, but also the mechanical deflection of the elastic membrane but the activatable deflection means, so that the Reaction of the pressure measuring cell on the mechanical excitation of the membrane by the deflection means is directly observable, without sensory intermediate steps for detecting the system response to the excitation are necessary.

In einem Ausführungsbeispiel ist das aktivierbare Auslenkelement gleichzeitig das drucksensitive Element. Bei der Ausgestaltung des Auslenkelements als Piezoelement kann über den piezoelektrischen Effekt gleichermaßen der Mediumdruck erfaßt und in ein elektrisches Meßsignal gewandelt werden. Bei diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel fallen also das aktivierbare Auslenkelement und das drucksensitive Element in einer einzigen funktionalen Einheit räumlich zusammen.In one embodiment, the activatable deflection element is simultaneously the pressure-sensitive element. In the embodiment of the deflection element as a piezoelectric element, the medium pressure can equally be detected via the piezoelectric effect and converted into an electrical measurement signal. In this particularly preferred embodiment, therefore, the activatable deflection element and the pressure-sensitive element fall together in a single functional unit spatially.

In einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Druckmeßzelle ist das drucksensitive Element benachbart zu dem Auslenkelement angeordnet, bevorzugt benachbart zu der geschützten, von der Membran abgewandten Seite des Auslenkelements, die dem Medium nicht ausgesetzt ist.In a further variant of the pressure measuring cell according to the invention, the pressure-sensitive element is arranged adjacent to the deflection element, preferably adjacent to the protected, remote from the membrane side of the deflection element, which is not exposed to the medium.

In einem weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das drucksensitive Element als Kondensator ausgeführt und arbeitet daher kapazitiv, wandelt also eine Druckänderung in eine Kapazitätsänderung des drucksensitiven Elements, die dann ausgewertet werden muß. Wenn das Auslenkelement als Piezoelement ausgebildet ist, wird bevorzugt ein Kontakt des Piezoelements als eine Elektrode des Kondensators verwendet, so daß dieser Kontakt des Piezoelements mit einer Elektrode des Kondensators zusammenfällt und der Aufbau der Druckmeßzelle einfach und robust gehalten werden kann.In a further, particularly preferred embodiment, the pressure-sensitive element is designed as a capacitor and therefore operates capacitively, ie converts a pressure change into a change in capacitance of the pressure-sensitive element, which then has to be evaluated. If the deflection element is designed as a piezoelectric element, a contact of the piezoelectric element is preferably used as an electrode of the capacitor, so that this contact of the piezoelectric element coincides with an electrode of the capacitor and the structure of the pressure measuring cell can be kept simple and robust.

Neben einer piezoelektrischen und kapazitiven Ausgestaltung des drucksensitiven Elements arbeitet das drucksensitive Element in einer weiteren alternativen Ausgestaltung auf Basis von wenigstens einem Dehnungsmeßstreifen, wobei der Dehnungsmeßstreifen entweder auf einer separaten Trägerschicht vorgesehen ist – z. B. auf einer Glasschicht – oder direkt auf einer Seite des Auslenkelements vorgesehen ist oder direkt auf der dem Medium abgewandten Seite der Membran vorgesehen ist und dort jeweils kontaktiert ist. Allen Varianten ist gemeinsam, daß der so angeordnete Dehnungsmeßstreifen der Auslenkung der Membran ausgesetzt ist, so daß die Auslenkung in einen korrespondierenden Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens umgesetzt werden kann. Üblicherweise werden mehrere Dehnungsmeßstreifen verwendet, die über die Dehnfläche verteilt angeordnet und letztlich zu einem Widerstand zusammengeschaltet werden, der im Rahmen einer üblichen Brückenmeßschaltung verwendet wird, wie zum Beispiel einer Wheatstone-Brücke. Der Dehnungsmeßstreifen wird dabei auf die separate Trägerschicht, das Auslenkelement oder die Membran in Dickfilmtechnik als Dickfilmwiderstand oder alternativ in Dünnschichttechnik als Dünnschichtwiderstand realisiert, wobei zur Realisierung in Dünnschichttechnik insbesondere die physikalische (PVD) oder chemische (CVD) Gasphasenabscheidung in Frage kommen, während sich bei der Realisierung in Dickschichttechnik insbesondere drucktechnische Verfahren, wie zum Beispiel der Siebdruck anbieten.In addition to a piezoelectric and capacitive design of the pressure-sensitive element, the pressure-sensitive element operates in a further alternative embodiment based on at least one strain gauge, wherein the strain gauge is provided either on a separate carrier layer -. B. on a glass layer - or directly on one side of the deflection element is provided or is provided directly on the side facing away from the medium of the membrane and is contacted there in each case. All variants have in common that the so arranged strain gauge is exposed to the deflection of the membrane, so that the deflection can be converted into a corresponding resistance value of the strain gauge. Usually, multiple strain gauges are used, which are distributed over the expansion surface and ultimately interconnected to a resistor used in a conventional bridge measurement circuit, such as a Wheatstone bridge. The strain gauge is realized on the separate carrier layer, the deflection element or the membrane in thick film technology as a thick film resistor or alternatively in thin film as a thin film resistor, in particular physical (PVD) or chemical (CVD) vapor deposition come into question for implementation in thin film technology, while at the realization in thick-film technology in particular offer printing technology methods, such as screen printing.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Sensor auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 2 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigenIn particular, there are a variety of ways to design and further develop the sensor of the invention. Reference is made on the one hand to the patent claims 1 and 2 subordinate claims, on the other hand to the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show

1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Meßzelle mit einem keramisch-kapazitiven Druckaufnehmer, 1 a schematic perspective view of a measuring cell with a ceramic-capacitive pressure transducer,

2 eine schematische perspektivische Darstellung einer Meßzelle mit einem Druckaufnehmer in Dünnschichttechnik, 2 a schematic perspective view of a measuring cell with a pressure transducer in thin-film technology,

3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Meßzelle mit einem Druckaufehmer in Dickschichttechnik, 3 a schematic perspective view of a measuring cell with a pressure transducer in thick film technology,

4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors mit einer keramisch-kapazitiven Meßzelle, 4 a perspective view of a sensor according to the invention with a ceramic-capacitive measuring cell,

5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors mit einer Druckmeßzelle in Dünnschichttechnik und 5 a perspective view of a sensor according to the invention with a pressure measuring cell in thin-film technology and

6 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors mit einer Druckmeßzelle in Dickschichttechnik. 6 a perspective view of a sensor according to the invention with a pressure measuring cell in thick film technology.

Die 1 bis 6 zeigen Meßzellen 1 bzw. Sensoren mit Meßzellen 1, die alle gleichermaßen als Druckmeßzelle ausgebildet sind, jedoch sind erfindungsgemäße Sensoren nicht auf die konkrete Ausgestaltung als Druckmeßzelle bzw. Druckmeßsensor beschränkt, wenngleich eine solche Ausgestaltung aus verschiedenen Gründen besonders vorteilhaft ist.The 1 to 6 show measuring cells 1 or sensors with measuring cells 1 All are equally designed as a pressure measuring cell, but sensors according to the invention are not limited to the specific design as a pressure measuring or pressure measuring, although such a configuration is particularly advantageous for various reasons.

1 zeigt eine Meßzelle 1, die als Druckmeßzelle ausgestaltet ist, zur meßtechnischen Erfassung mindestens einer physikalischen Größe eines an die Meßzelle 1 angrenzenden Mediums, im vorliegenden Fall zur Erfassung des Drucks innerhalb des Mediums, das hier nicht dargestellt ist. Die Meßzelle 1 weist eine elastische Membran 2 auf wobei eine Seite 3 der Membran 2 zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht und die andere Seite 4 der Membran 2 von dem Medium abgewandt ist. Die Meßzelle 1 zeichnet sich dadurch aus, daß die Membran 2 über ein aktvierbares Auslenkmittel mechanisch auslenkbar ist und daß von der Membran 2 daher bei Aktivierung des Auslenkmittels wenigstens ein mechanischer Impuls auf das Medium übertragbar ist. 1 shows a measuring cell 1 , which is designed as a pressure measuring cell for metrological detection of at least one physical quantity of a to the measuring cell 1 adjacent medium, in the present case for detecting the pressure within the medium, which is not shown here. The measuring cell 1 has an elastic membrane 2 on being a page 3 the membrane 2 at least partially in contact with the medium and the other side 4 the membrane 2 remote from the medium. The measuring cell 1 is characterized in that the membrane 2 is mechanically deflectable via a aktvierbares deflection and that of the membrane 2 Therefore, upon activation of the deflection means, at least one mechanical pulse can be transmitted to the medium.

Bei allen in den 1 bis 6 dargestellten Meßzellen 1 handelt es sich bei dem Auslenkmittel um ein über eine elektrische Spannung aktivierbares Piezoelement 5, das in Abhängigkeit von einer angelegten elektrischen Spannung eine Längen- oder Dickenkontraktion durchführt und an dessen Oberfläche in Abhängigkeit von einer Stauchung oder Streckung aufgrund von Polarisationseffekten eine Spannung abgreifbar ist. In allen dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Piezoelement 5 zumindest als Aktor verwendet, d. h. durch Anlegen einer elektrischen Spannung mechanisch aktiviert, so daß es die Membran 2 auslenken kann.At all in the 1 to 6 shown measuring cells 1 If the deflection means is a piezoelectric element which can be activated via an electrical voltage 5 which performs a length or thickness contraction as a function of an applied electrical voltage and on the surface of which a voltage can be tapped off as a function of a compression or extension due to polarization effects. In all illustrated embodiments, the piezoelectric element 5 used at least as an actuator, ie mechanically activated by applying an electrical voltage so that it is the membrane 2 can deflect.

Die in den 1 bis 6 dargestellten Meßzellen 1 weisen einen Grundkörper 6a auf, an dem sich die Membran 2 im ausgelenkten Zustand abstützen kann, wobei die Membran 2 – wie in den 1, 3, 4 und 6 dargestellt – durch einen Distanzring 6b von dem Grundkörper 6a beabstandet ist und wobei der Distanzring 6b in den dargestellten Fällen aus Glaslot besteht. Die Membran 2 und der Distanzring 6b sind so ausgelegt, daß bei der maximal möglichen Auslenkung der Membran 2 in Richtung auf den Grundkörper 6a die Membran 2 einerseits keinen dauerhaften Schaden erleidet, also reißt oder irreversibel verformt wird, und andererseits die Membran 2 so weit ausgelenkt wird, daß ein großer Meßbereich mit einer guten Meßauflösung abgedeckt ist.The in the 1 to 6 shown measuring cells 1 have a basic body 6a on, on which the membrane 2 can support in the deflected state, wherein the membrane 2 - as in the 1 . 3 . 4 and 6 represented - by a spacer ring 6b from the main body 6a is spaced apart and wherein the spacer ring 6b in the cases shown consists of glass solder. The membrane 2 and the spacer ring 6b are designed so that at the maximum possible deflection of the membrane 2 towards the body 6a the membrane 2 on the one hand does not suffer permanent damage, so tears or irreversibly deformed, and on the other hand, the membrane 2 is deflected so far that a large measuring range is covered with a good Meßauflösung.

Die in 1 dargestellte Membran 2 ist von der dem Medium zugewandten Seite 3 darüber hinaus elektrisch isolierend und korrosionshemmend beschichtet, so daß die Meßzelle 1 auch in chemisch aggressiven und elektrisch gefährdeten Umgebungen eingesetzt werden kann.In the 1 represented membrane 2 is from the side facing the medium 3 In addition, electrically insulating and corrosion-inhibiting coated, so that the measuring cell 1 can also be used in chemically aggressive and electrically hazardous environments.

Alle Ausführungsbeispiele in den 1 bis 6 haben gemeinsam, daß das als Piezoelement 5 ausgebildete Auslenkmittel scheibenförmig ausgebildet ist und die dem Medium abgewandte Seite 4 der Membran kontaktiert, wobei es sich in den dargestellten Fällen jeweils um einen großflächigen Kontakt handelt. Der mechanische Kontakt zwischen dem Piezoelement 5 und der dem Medium abgewandten Seite 4 der Membran 2 kommt dabei mittelbar zustande und zwar jeweils über einen der beiden leitenden Kontakte 7, 8, mit denen das als Piezoelement 5 ausgestaltete Auslenkmittel versehen sind, in den dargestellten Fällen nämlich über den Kontakt 8. Die leitenden Kontakte 7, 8 sind in bezug auf das Piezoelement 5 großflächig ausgestaltet, decken nämlich das Piezoelement 5 weitestgehend ab, damit die für den piezoelektrischen Effekt notwendige Polarisation des Piezoelements 5 möglichst über die gesamte Ausdehnung des flächig bzw. scheibenförmig ausgedehnten Piezoelements 5 gewährleistet ist, denn nur so lassen sich bestmögliche Kontraktionsergebnisse aufgrund des piezoelektrischen Effekts sicherstellen.All embodiments in the 1 to 6 have in common that as a piezoelectric element 5 formed deflection means is disc-shaped and the side facing away from the medium 4 contacted the membrane, which is in each case a large-area contact in the cases shown. The mechanical contact between the piezo element 5 and the side facing away from the medium 4 the membrane 2 This occurs indirectly and in each case via one of the two conductive contacts 7 . 8th , with which as a piezoelectric element 5 configured deflection means are provided, namely in the cases shown on the contact 8th , The senior contacts 7 . 8th are with respect to the piezo element 5 designed over a large area, namely cover the piezoelectric element 5 As far as possible, so that necessary for the piezoelectric effect polarization of the piezoelectric element 5 possibly over the entire extent of the planar or disc-shaped extended piezoelectric element 5 is guaranteed, because only then can the best possible contraction results due to the piezoelectric effect ensure.

In den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sind die leitenden Kontakte 7, 8 stoffschlüssig mit dem Piezoelement 5 verbunden, auch wenn die Kontakte 7, 8 und das Piezoelement 5 separat nebeneinander dargestellt sind. Im vorliegenden Fall sind die Kontakte 7, 8 mittels eines physikalischen Verfahrens zur Gasphasenabscheidung auf dem Piezoelement 5 aufgebracht worden.In the embodiments illustrated in the figures, the conductive contacts 7 . 8th cohesively with the piezoelectric element 5 connected, even if the contacts 7 . 8th and the piezo element 5 are shown separately side by side. In the present case, the contacts 7 . 8th by means of a physical process for vapor deposition on the piezoelectric element 5 been applied.

Besonders vorteilhaft ist bei den in den 1 bis 6 dargestellten Piezoelementen 5, daß diese eine Planarauslenkung ausführen, wenn an die Kontakte 7, 8 eine Potentialdifferenz angelegt wird. Das bedeutet, daß die dargestellten Piezoelemente 5 bei elektrischer Aktivierung eine radiale Kontraktion senkrecht zur Ausrichtung des elektrischen Feldes und damit in der flächigen Erstreckungsebene des Piezoelements 5 durchführen. Diese Planarauslenkung ist absolut gesehen erheblich größer als eine bei Verwendung eines anderen Piezoelementes 5 erzielbare Dickenauslenkung in Richtung des elektrischen Feldes, da die auf die Ausdehnung des Piezoelements 5 in die jeweilige Raumesrichtung bezogene relative Auslenkung in beiden Fällen gleich ist, die Dicke des Piezoelements 5 jedoch wesentlich geringer ist als seine planare Erstreckung. Da die Membran 2 und das Piezoelement 5 – mittelbar über den Kontakt 8 – in den dargestellten Ausführungsbeispielen stoffschlüssig miteinander verbunden sind, läßt sich die beschriebene Planarauslenkung des Piezoelements 5 in eine mechanische Bewegung senkrecht zur Planarauslenkung überführen, da sich die Membran 2 aufgrund der einseitigen Kontraktionswirkung des Piezoelements 5 nach außen, d. h. in Richtung auf das angrenzende Medium, auswölben wird, ganz ähnlich wie dies von einem Bimetallelement bekannt ist, dessen Schichten sich in Folge unterschiedlicher Wärmekoeffizienten unterschiedlich stark in planarer Richtung ausdehnen bzw. zusammenziehen. Durch die stoffschlüssige Verbindung der Membran 2 und des Piezoelements 5 entsteht ein bimorphes Piezoelement, das gleichermaßen auch herstellbar ist über eine kraft und/oder formschlüssige Verbindung zwischen einer Membran und einem Piezoelement, was die hier dargestellten Ausführungsbeispiele jedoch nicht betrifft.Particularly advantageous is in the in the 1 to 6 shown piezo elements 5 in that they perform a planar deflection when connected to the contacts 7 . 8th a potential difference is applied. This means that the illustrated piezo elements 5 upon electrical activation, a radial contraction perpendicular to the orientation of the electric field and thus in the planar plane of extent of the piezoelectric element 5 carry out. In absolute terms, this planar deflection is considerably larger than when using a different piezo element 5 achievable thickness deflection in the direction of the electric field, since the on the extension of the piezoelectric element 5 relative to the respective spatial direction relative deflection is the same in both cases, the thickness of the piezoelectric element 5 however is much smaller than its planar extent. Because the membrane 2 and the piezo element 5 - indirectly via the contact 8th - In the illustrated embodiments, are integrally connected to each other, can be described Planarauslenkung of the piezoelectric element 5 in a mechanical movement perpendicular to Planarauslenkung, as the membrane 2 due to the unilateral contraction effect of the piezoelectric element 5 outwardly, ie in the direction of the adjacent medium, will bulge, much as it is known from a bimetallic element whose layers expand or contract differently in the planar direction as a result of different thermal coefficients. Due to the cohesive connection of the membrane 2 and the piezoelectric element 5 a bimorph piezoelectric element is produced, which can equally be produced by way of a positive and / or positive connection between a diaphragm and a piezoelectric element, which does not affect the exemplary embodiments illustrated here.

Wie bereits dargelegt worden ist, sind alle in den Figuren dargestellten Meßzellen 1 als Druckmeßzellen ausgestaltet, wobei alle Meßzellen 1 ein drucksensitives Element 9 aufweisen, über das die Auslenkung der mit dem Medium in Kontakt stehenden elastischen Membran 2 erfaßbar ist und in ein korrespondierenden Meßsignal wandelbar ist. In allen Ausführungsbeispielen ist das drucksensitive Element 9 benachbart zu dem Auslenkelement – also zu dem Piezoelement 5 – angeordnet, und war in den 1 und 3 sowie 4 und 6 benachbart zu der von der Membran 2 abgewandten Seite des Auslenkelements bzw. des Piezoelements 5. In den 2 und 5 hingegen ist das drucksensitive Element 9 zwischen der elastischen Membran 2 und dem Piezoelement 5 angeordnet. In der ersten Variante kamen das Auslenkmittel – also das Piezoelement 5 – unmittelbarer auf die Membran 2 einwirken, wohingegen im letztgenannten Fall das drucksensitive Element 9 näher an der elastischen Membran 2 angeordnet ist, so daß der zu erfassende Druck des Mediums direkter auf das drucksensitive Element 9 einwirken kann.As already stated, all the measuring cells shown in the figures are 1 designed as pressure measuring cells, with all measuring cells 1 a pressure-sensitive element 9 via which the deflection of the elastic membrane in contact with the medium 2 can be detected and is convertible into a corresponding measurement signal. In all embodiments, the pressure-sensitive element 9 adjacent to the deflecting element - ie to the piezoelectric element 5 - arranged, and was in the 1 and 3 such as 4 and 6 adjacent to that of the membrane 2 opposite side of the deflecting element or the piezoelectric element 5 , In the 2 and 5 however, it is the pressure-sensitive element 9 between the elastic membrane 2 and the piezo element 5 arranged. In the first variant came the deflection - so the piezoelectric element 5 - Immediately on the membrane 2 act, whereas in the latter case, the pressure-sensitive element 9 closer to the elastic membrane 2 is arranged so that the pressure to be detected of the medium directly to the pressure-sensitive element 9 can act.

Die Meßzelle 1 nach 1 dient der Druckmessung, wobei das drucksensitive Element 9 kapazitiv arbeitet und als Kondensator 10, 11 ausgeführt ist. In der dargestellten Variante ist ein Kontakt 7 des Piezoelements 5 mit einer Elektrode 10 des Kondensators 10, 11 identisch, was den Aufbau der Meßzelle 1 konstruktiv vereinfacht. Der in dem Medium vorherrschende und zu erfassende Druck lenkt die Membran 2 ans und damit mittelbar auch die Elektrode 10 des Kondensators 10, 11, wodurch sich die Kapazität des Kondensators 10, 11 ändert. Diese Kapazitätsänderung kann als Maß für eine korrespondierende Druckschwankung innerhalb des Mediums herangezogen werden.The measuring cell 1 to 1 is used for pressure measurement, the pressure-sensitive element 9 Capacitive works and as a capacitor 10 . 11 is executed. In the illustrated variant is a contact 7 of the piezoelectric element 5 with an electrode 10 of the capacitor 10 . 11 identical, what the structure of the measuring cell 1 structurally simplified. The pressure prevailing in the medium and to be detected directs the membrane 2 ans and thus indirectly also the electrode 10 of the capacitor 10 . 11 , which increases the capacity of the capacitor 10 . 11 changes. This change in capacity can be used as a measure of a corresponding pressure fluctuation within the medium.

Die Meßzelle 1 zur Druckerfassung nach 2 weist ein drucksensitives Element 9 auf, das auf Basis von Dehnungsmeßstreifen 12 arbeitet, wobei die Dehnungsmeßstreifen 12 direkt auf der dem Medium abgewandten Seite der Membran 2 vorgesehen und dort kontaktiert sind. Die Dehnungsmeßstreifen 12 sind in den 2 und 5 jeweils in Dünnschichttechnik auf die Membran 2 aufgebracht worden, wobei der sich ändernde Widerstand der Dehnungsmeßstreifen 12 bei Auslenkung der Membrane 2 ausgewertet wird und die Höhe des auf die Membran 2 einwirkenden Drucks indiziert. Die Dehnungsmeßstreifen 12 sind insbesondere so verschaltet, daß sie als ein Widerstand im Rahmen einer Meßbrücke auswertbar sind, was hier im einzelnen nicht dargestellt ist.The measuring cell 1 for pressure detection 2 has a pressure-sensitive element 9 based on strain gauges 12 works, with the strain gauges 12 directly on the side of the membrane facing away from the medium 2 provided and contacted there. The strain gauges 12 are in the 2 and 5 each in thin-film technique on the membrane 2 been applied, with the changing resistance of the strain gauges 12 at deflection of the membrane 2 is evaluated and the height of the membrane 2 indicated by acting pressure. The strain gauges 12 are in particular connected so that they can be evaluated as a resistor in the context of a measuring bridge, which is not shown here in detail.

Bei den in den 3 und 6 dargestellten Meßzellen 1 ist das drucksensitive Element 9 ebenfalls in Form von Dehnungsmeßstreifen 12 realisiert, wobei die Dehnungsmeßstreifen 12 in Dickschichttechnik als Dickfilm-Widerstände ausgeführt sind und die Dehnungsmeßstreifen 12 auf einer separaten Trägerschicht zwischen dem leitenden Kontakt 7 und dem Grundkörper 6a vorgesehen ist.In the in the 3 and 6 shown measuring cells 1 is the pressure-sensitive element 9 also in the form of strain gauges 12 realized, with the strain gauges 12 are performed in thick-film technology as thick-film resistors and the strain gauges 12 on a separate carrier layer between the conductive contact 7 and the body 6a is provided.

Die 4 bis 6 zeigen jeweils einen vollständigen Drucksensor 13 mit einem Gehäuse 14, mit den Bestandteilen einer zuvor dargestellten aktiven Meßzelle 1 und mit einer Auswerteeinheit 15, wobei die Auswerteeinheit 15 zur Aufbereitung und Auswertung der von den Meßzellen 1 gelieferten Meßsignalen dient. Die Sensoren 13 dienen zur meßtechnischen Erfassung des Drucks innerhalb des an die Meßzelle 1 angrenzenden Mediums und zur Weiterverarbeitung des dem Druck entsprechenden Meßsignals, wobei die Meßzelle 1 eine elastische Membran 2 aufweist, eine Seite 3 der Membran 2 zumindest teilweise mit dem Medium in Kontakt steht, die andere Seite 4 der Membran 2 von dem Medium abgewandt ist, die Membran 2 über ein aktivierbares Auslenkmittel – hier das Piezoelement 5 – mechanisch auslenkbar ist und von der Membran 2 bei Aktivierung des Auslenkmittels wenigstens ein mechanischer Impuls auf das nicht dargestellte Medium übertragbar ist.The 4 to 6 each show a complete pressure sensor 13 with a housing 14 , with the components of an active measuring cell previously shown 1 and with an evaluation unit 15 , wherein the evaluation unit 15 for processing and evaluation of the measuring cells 1 supplied Meßsignalen serves. The sensors 13 used for metrological detection of the pressure within the to the measuring cell 1 adjacent medium and for further processing of the pressure corresponding measurement signal, wherein the measuring cell 1 an elastic membrane 2 has one side 3 the membrane 2 at least partially in contact with the medium, the other side 4 the membrane 2 remote from the medium, the membrane 2 via an activatable deflection means - here the piezo element 5 - is mechanically deflectable and from the membrane 2 upon activation of the deflection means, at least one mechanical pulse can be transmitted to the medium, not shown.

Die Gehäuseteile 14 des Sensors 13 sind im einsatzbereiten Zustand üblicherweise miteinander verschraubt, so daß das Gehäuse 14 die Meßzelle 1 umschließt, abgesehen von einer Öffnung, über die das nicht dargestellte Medium an die Membran 2 gelangen kann. Die in den 4 bis 6 dargestellten Sensoren 13 stehen also mit ihrem unteren Ende in Verbindung mit dem zu überwachenden Prozeß und ragen mit ihrem oberen Ende, aber das ein Bedienteil und Schnittstellen zugänglich sind, aus dem üblicherweise geschlossenen Prozeß heraus, so daß dieser Teil des Sensors 13 üblicherweise leicht zugänglich ist. Die Auswerteeinheit 15 ist programmierbar und prozessorgesteuert und mit ihrer Hilfe lassen sich die dargestellten Sensoren in verschiedenen Modi betreiben, die die Sensoren 13 durch zusätzlich gewonnene Betriebssicherheit und Wartungsarmut gegenüber konventionellen Sensoren 13 erheblich aufwerten.The housing parts 14 of the sensor 13 are usually bolted together in the ready state, so that the housing 14 the measuring cell 1 encloses, apart from an opening through which the medium, not shown, to the membrane 2 can get. The in the 4 to 6 illustrated sensors 13 So are with their lower end in connection with the process to be monitored and protrude with its upper end, but a keypad and interfaces are accessible, out of the usually closed process, so that this part of the sensor 13 usually easily accessible. The evaluation unit 15 is programmable and processor controlled and with its help, the illustrated sensors can be operated in different modes, which are the sensors 13 additionally gained operational safety and low maintenance compared to conventional sensors 13 significantly upgrade.

Bei den dargestellten Sensoren 13 ist ein Diagnosebetrieb dadurch realisiert, daß das Auslenkmittel den Sensor 13 bzw. die Meßzelle 1 mit mindestens einem Testimpuls beaufschlagt, der Sensor 13 bzw. die Auswerteeinheit 15 des Sensors 13 die Testimpuls-Antwort meßtechnisch erfaßt und durch Vergleich mit einer vorgegebenen Testimpuls-Antwort den Betriebszustand des Sensors 13 bzw. die Meßzelle 1 erkennt, wobei bei den dargestellten Sensoren 13 bzw. den Maßzellen 1 insbesondere eine Veränderung des Zustands der Membran 2 sehr leicht detektiert werden kann. Die Sensoren 13 in den 4 bis 6 ermöglichen es dabei auf eine werksmäßig einprogrammierte, vorgegebene Testimpuls-Antwort zurückzugreifen, die Sensoren 13 ermöglichen es jedoch auch, eine Testimpuls-Antwort im Einbauzustand der Sensoren 13 einzulernen, wodurch die Sensoren 13 optimal an die tatsächlichen Einsatzbedingungen anpaßbar sind.In the illustrated sensors 13 a diagnostic operation is realized in that the deflection means the sensor 13 or the measuring cell 1 subjected to at least one test pulse, the sensor 13 or the evaluation unit 15 of the sensor 13 the test pulse response detected by measurement and by comparison with a predetermined test pulse response the operating state of the sensor 13 or the measuring cell 1 detects, with the illustrated sensors 13 or the dimensional cells 1 in particular a change in the state of the membrane 2 can be detected very easily. The sensors 13 in the 4 to 6 allow it to fall back on a factory programmed, predetermined test pulse response, the sensors 13 however, also allow a test pulse response in the installed state of the sensors 13 teach, causing the sensors 13 are optimally adaptable to the actual conditions of use.

Die Sensoren 13 gestatten ferner die Durchführung eines Reinigungsbetriebs, bei der das Auslenkmittel bzw. das Piezoelement 5 die Membran 2 mit einem Reinigungsimpuls beaufschlagt, der die Ablösung von an der Membran 2 anhaftendem Medium bewirkt bzw. die Anhaftung des Mediums an der Membran 2 verhindert. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil an der Membran 2 anhaftendes Medium Meßergebnisse verfälscht bzw. vollkommen unbrauchbar machen kann.The sensors 13 further allow the implementation of a cleaning operation, in which the deflection means or the piezoelectric element 5 the membrane 2 subjected to a cleaning pulse, which is the detachment from the membrane 2 adhering medium causes or the adhesion of the medium to the membrane 2 prevented. This is particularly advantageous because of the membrane 2 Adhesive medium can falsify measurement results or make them completely useless.

Die Sensoren 13 gemäß den 4 bis 6 gestatten über den zuvor beschriebenen Reinigungsbetrieb hinaus ferner einen mikroorganisch wirksamen Reinigungsbetrieb, in dem das Auslenkmittel – hier also das Piezoelement 5 – die Membran 2 mit einem Reinigungsimpuls beaufschlagt, der Mikroorganismen auf oder im Bereich der Membran 2 zerstört oder wenigstens soweit beeinträchtigt, daß die Mikroorganismen im wesentlichen ihre Regenerations- und/oder Vermehrungsfähigkeit verlieren. Auch wenn Mikroorganismen durch die beschriebene Maßnahme nicht vollständig, sondern nur teilweise abgetötet werden können, lassen sich durch diese Maßnahme eine mikrobielle Belastung im Sensorbereich deutlich vermindern.The sensors 13 according to the 4 to 6 in addition to the above-described cleaning operation, moreover, a micro-organically effective cleaning operation is permitted, in which the deflection means - in this case the piezo element 5 - the membrane 2 subjected to a cleaning pulse, the microorganisms on or in the membrane 2 destroyed or at least impaired so far that the microorganisms lose substantially their ability to regenerate and / or reproduce. Even if microorganisms can not be completely killed by the described measure, but only partially, a microbial load in the sensor area can be significantly reduced by this measure.

Die mit dem Piezoelement 5 ausgestatteten Sensoren 13 lassen sich darüber hinaus auch für Aufgaben verwenden, zu denen sie zuvor nicht geeignet und vorgesehen gewesen sind, wie zum Beispiel zur Grenzstand- bzw. Füllstanderkennung. Die dargestellten Sensoren 13 zeichnen sich dadurch aus, daß durch Aktivierung des Piezoelements 5 über die Membran 2 im Detektionsbetrieb ein Testimpuls in das Medium emittiert wird, der reflektierte Testimpuls – also die Testimpuls-Antwort – von dem Sensor 13 erfaßt wird und die Auswerteeinheit 15 durch Vergleich des emittierten Testimpulses mit der empfangenen Testimpuls-Antwort erkennt, ob ein Medium und ggf. welches Medium direkt an der Membran 2 anliegt, wobei die dargestellten Sensoren 13 eine solche Erkennung durch Ermittlung der Dämpfung des Testimpulses durchführen.The with the piezo element 5 equipped sensors 13 In addition, they can also be used for tasks to which they have not previously been suitable and intended, such as for level detection or level detection. The illustrated sensors 13 are characterized by the fact that by activation of the piezoelectric element 5 over the membrane 2 In the detection mode, a test pulse is emitted into the medium, the reflected test pulse - ie the test pulse response - from the sensor 13 is detected and the evaluation 15 by comparing the emitted test pulse with the received test pulse response detects whether a medium and optionally which medium directly to the membrane 2 is applied, wherein the illustrated sensors 13 to perform such detection by determining the attenuation of the test pulse.

Die dargestellten Sensoren 13 sind ferner dazu eingerichtet, daß durch Aktivierung des Piezoelements 5 über die Membran 2 im Detektionsbetrieb ein Testimpuls in das Medium emittierbar ist, der reflektierte Testimpuls – also die Testimpuls-Antwort – von dem Sensor erfaßbar ist und die Auswerteeinheit 15 durch Vergleich von Testimpuls und Testimpuls-Antwort den Abstand der Membran 2 von einer Mediumgrenz- bzw. Reflexionsfläche bestimmen kann, wobei die in den 4 bis 6 dargestellten Sensoren 13 diese Bestimmung durch Ermittlung der Laufzeit des Testimpulses vornehmen.The illustrated sensors 13 are also adapted to that by activation of the piezoelectric element 5 over the membrane 2 in the detection mode, a test pulse is emitted into the medium, the reflected test pulse - ie the test pulse response - can be detected by the sensor and the evaluation unit 15 by comparing test pulse and test pulse response the distance of the membrane 2 can determine from a medium border or reflection surface, wherein in the 4 to 6 illustrated sensors 13 make this determination by determining the duration of the test pulse.

Claims

Sensor, in particular pressure sensor, with a housing ( 14 ), with an active measuring cell ( 1 ) and with an evaluation unit ( 15 ), for metrological detection of at least one physical quantity of a to the measuring cell ( 1 ) adjacent medium, wherein the measuring cell ( 1 ) an elastic membrane ( 2 ), one side ( 3 ) of the membrane ( 2 ) is at least partially in contact with the medium, the other Page ( 4 ) of the membrane ( 2 ) is remote from the medium, the membrane ( 2 ) is mechanically deflectable via an activatable deflection means and from the membrane ( 2 ) on activation of the deflection means, at least one mechanical pulse can be transmitted to the medium, characterized in that by activating the deflection means across the membrane ( 2 ) in the detection mode at least one test pulse is emitted into the medium, the reflected test pulse - ie the test pulse response - from the sensor ( 13 ) is detected and the evaluation unit by comparison of test pulse and test pulse response, in particular by determining the attenuation of the test pulse, detects whether a medium and optionally which medium directly to the membrane ( 2 ) is applied (Grenzstanderkenumg).

Sensor, in particular pressure sensor, with a housing ( 14 ), with an active measuring cell ( 1 ) and with an evaluation unit ( 15 ), for metrological detection of at least one physical quantity of a to the measuring cell ( 1 ) adjacent medium, wherein the measuring cell ( 1 ) an elastic membrane ( 2 ), one side ( 3 ) of the membrane ( 2 ) is at least partially in contact with the medium, the other side ( 4 ) of the membrane ( 2 ) is remote from the medium, the membrane ( 2 ) is mechanically deflectable via an activatable deflection means and from the membrane ( 2 ) on activation of the deflection means, at least one mechanical pulse can be transmitted to the medium, characterized in that by activating the deflection means across the membrane ( 2 ) in the detection mode at least one test pulse is emitted into the medium, the reflected test pulse - ie the test pulse response - is detected by the sensor and the evaluation unit ( 15 ) by comparison of test pulse and test pulse response, in particular by determining the duration of the test pulse, the distance of the membrane ( 2 ) determined by a medium boundary or reflection surface (fill level detection).

Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the deflection means the sensor ( 13 ) or the measuring cell ( 1 ) in the diagnostic mode with at least one test pulse, the sensor ( 13 ) or the evaluation unit ( 15 ) of the sensor ( 13 ) detects the test pulse response by measurement and by comparison with at least one predetermined test pulse response the operating state of the sensor ( 13 ) or the measuring cell ( 1 ), in particular the condition of the membrane ( 2 ) recognizes.

Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the deflection means in the cleaning operation, the membrane ( 2 ) is acted upon with at least one cleaning pulse, the detachment of at the membrane ( 2 ) adhering medium or the adhesion of the medium to the membrane ( 2 ) prevented.

Sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the deflection means in a microorganically effective cleaning operation, the membrane ( 2 ) is subjected to at least one cleaning pulse which comprises at least microorganisms on or in the region of the membrane ( 2 ) or impaired so far that the microorganisms essentially lose their ability to regenerate and / or reproduce.

Sensor according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the at least one test pulse is a test pulse sequence, in particular a rectangular pulse train or a harmonic oscillation, in particular in the frequency range of the ultrasound.