DE102009046844A1 - Capacitive ceramic pressure cell - Google Patents

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Ulfert Drewes
Elke Schmidt
Peter Selders
Andrea Berlinger
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Abstract

Eine Druckmesszelle (1) umfasst einen keramischen Grundkörper (3); und eine keramische Messmembran (2), wobei die Messmembran (2) mit dem Grundkörper (3) entlang einer ringförmig umlaufenden Fügestelle (7) druckdicht verbunden ist, wobei die Fügestelle (7) einen Randbereich der Messmembran (2) unterstützt, wobei der Grundkörper (2) fluchtend mit dem Randbereich mindestens eine Vertiefung (8) gegenüber einer Basisfläche für die Fügestelle (7) aufweist, wobei die Vertiefung zumindest teilweise mit Aktivhartlot gefüllt ist.A pressure measuring cell (1) comprises a ceramic base body (3); and a ceramic measuring membrane (2), the measuring membrane (2) being connected to the base body (3) in a pressure-tight manner along an annular peripheral joint (7), the joint (7) supporting an edge region of the measuring membrane (2), the base body (2) in alignment with the edge region has at least one depression (8) opposite a base surface for the joint (7), the depression being at least partially filled with active braze.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive keramische Druckmesszelle, insbesondere eine kapazitive keramische Druckmesszelle mit einem keramischen Grundkörper und einer keramischen Messmembran, wobei die Messmembran mittels eines Fügematerials entlang eines umlaufenden Randes mit dem Grundkörper druckdicht verbunden ist, wobei das Fügematerial ein Aktivhartlot umfasst.The present invention relates to a capacitive ceramic pressure measuring cell, in particular a capacitive ceramic pressure measuring cell with a ceramic base body and a ceramic measuring membrane, wherein the measuring membrane is pressure-tightly connected by means of a joining material along a peripheral edge with the main body, wherein the joining material comprises an active brazing.

Eine derartige Druckmesszelle ist beispielsweise in dem europäischen Patent EP 0445382 B1 und dem europäischen Patent EP 03517051 B1 offenbart.Such a pressure measuring cell is for example in the European patent EP 0445382 B1 and the European patent EP 03517051 B1 disclosed.

Das Fügematerial wird zur Fertigung der Druckmesszelle insbesondere als Formteil, welches ein Aktivhartlot aufweist, zwischen dem Grundkörper und der Messmembran angeordnet, wobei die Herstellung der druckdichten Verbindung gewöhnlich in einem Hochvakuum-Lötprozess erfolgt. Insbesondere Zirkonium-Nickel-Titan-Aktivhartlote haben sich als vorteilhaft zum Fügen von Grundkörpern und Messmembranen aus Korund erwiesen. Die Herstellung von solchen Aktivhartlot Formteilen ist beispielsweise in dem europäischen Patent EP 0558874 B1 beschrieben.The joining material is arranged between the main body and the measuring diaphragm for the production of the pressure measuring cell, in particular as a molded part, which has an active brazing material, wherein the production of the pressure-tight connection usually takes place in a high-vacuum soldering process. In particular, zirconium-nickel-titanium active hard solders have proved to be advantageous for joining bodies and measuring membranes made of corundum. The preparation of such active brazing shaped parts is for example in the European patent EP 0558874 B1 described.

Aktuell werden kapazitive Druckmesszellen mit Abständen von beispielsweise etwa 20 Mikrometern oder etwa 35 Mikrometern zwischen dem Grundkörper und der Messmembran hergestellt, wobei die zylindrischen Grundkörper beispielsweise einen Durchmesser von etwa 174 mm bzw. etwa 32,25 mm aufweisen. Gattungsgemäße Druckmesszellen werden gewöhnlich in einem Gehäuse axial eingespannt, wobei an der Messmembran ein Dichtring anliegt, welcher eine Gehäuseöffnung umgibt, und zwischen der Messmembran und einer die Gehäuseöffnung umgebende Dichtfläche axial eingespannt ist. Um Rückwirkungen der Einspannkräfte auf die Messmembran zu minimieren, ist es erforderlich, dass der Dichtring in einem von dem Fügematerial unterstützten radialen Bereich der Messmembran aufliegt.Currently, capacitive pressure cells are made at intervals of, for example, about 20 microns or about 35 microns between the base body and the measuring membrane, the cylindrical base body having, for example, a diameter of about 174 mm or about 32.25 mm. Generic pressure measuring cells are usually axially clamped in a housing, wherein on the measuring membrane a sealing ring rests, which surrounds a housing opening, and is axially clamped between the measuring diaphragm and a sealing surface surrounding the housing opening. In order to minimize repercussions of the clamping forces on the measuring diaphragm, it is necessary for the sealing ring to rest in a radial region of the measuring diaphragm supported by the joining material.

Insbesondere bei kleinen Grundkörperdurchmessern ist die dafür erforderliche Breite der Fügestelle zwischen dem Grundkörper und der Messmembran so groß, dass die verbleibende Fläche für die Elektroden der kapazitiven Druckmesszelle sehr klein ist. Um dennoch eine hinreichend große Kapazität zu erzielen, ist es angestrebt, den Abstand zwischen den Elektroden zu verringern, was bei gleich bleibenden Herstellungsprozessen für die Elektroden, die entweder im Dünnschicht- oder Dickschichtverfahren auf den Grundkörper bzw. die Messmembran aufgebracht werden, eine Verringerung der Stärke der Fügestelle zwischen dem Grundkörper und der Messmembran bedeutet.Especially for small basic body diameters, the required width of the joint between the main body and the measuring membrane is so large that the remaining area for the electrodes of the capacitive pressure measuring cell is very small. Nevertheless, in order to achieve a sufficiently large capacity, it is desirable to reduce the distance between the electrodes, resulting in a reduction in the production of the electrodes, which are applied to the base body or the measuring membrane either in the thin-film or thick-film process Strength of the joint between the main body and the measuring membrane means.

Dem nahe liegenden Ansatz, ein dünneres Lotformteil zu verwenden, sind jedoch enge Grenzen gesetzt, da dünnere Teile mit akzeptablen Toleranzen schwierig zu fertigen sind, und da die Benetzungseigenschaften zwischen Aktivhartlot und dem Keramikmaterial stark von der chemischen Zusammensetzung des Aktivhartlots abhängt, wobei die Zusammensetzung und der Einfluss von Kontaminanten eine Funktion des Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des Aktivlotformteils ist.However, the obvious approach of using a thinner solder preform is narrow because thinner parts are difficult to fabricate with acceptable tolerances, and because the wetting properties between active braze and ceramic strongly depend on the chemical composition of the active braze the influence of contaminants is a function of the surface area to volume ratio of the active solder molding.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kapazitive, keramische Druckmesszelle bereitzustellen, welche trotz der genannten Schwierigkeiten eine hinreichende Robustheit gegenüber den axialen Einspannkräften durch den O-Ring aufweist, und die über ausreichende Kapazitäten verfügt.It is therefore the object of the present invention to provide a capacitive, ceramic pressure measuring cell which despite the difficulties mentioned has sufficient robustness against the axial clamping forces through the O-ring, and which has sufficient capacity.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Druckmesszelle gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.The object is achieved by the pressure measuring cell according to the independent claim. 1

Die erfindungsgemäße Druckmesszelle umfasst einen keramischen Grundkörper, und eine keramische Messmembran, wobei die Messmembran mit dem Grundkörper entlang einer ringförmig umlaufenden Fügestelle druckdicht verbunden ist, wobei die Fügestelle einen Randbereich der Messmembran unterstützt, wobei der Grundkörper fluchtend mit dem Randbereich mindestens einer Vertiefung gegenüber einer Basisfläche für die Fügestelle aufweist, wobei die Vertiefung zumindest teilweise mit Aktivhartlot gefüllt ist.The pressure measuring cell according to the invention comprises a ceramic base body, and a ceramic measuring diaphragm, wherein the measuring diaphragm is pressure-tightly connected to the base body along an annular circumferential joint, wherein the joint supports an edge region of the measuring diaphragm, the base body being in alignment with the edge region of at least one depression relative to a base surface for the joint, wherein the recess is at least partially filled with active hard solder.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vertiefung mindestens eine ringförmig umlaufende Nut umfasst, wobei die Nut beispielsweise einen rechteckigen, einen trapezförmigen, einen V-förmigen oder einen U-förmigen Querschnitt aufweisen kann.In a further development of the invention, the recess comprises at least one annular circumferential groove, wherein the groove may have, for example, a rectangular, a trapezoidal, a V-shaped or a U-shaped cross-section.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vertiefung im Querschnitt eine Breite von nicht mehr als etwa 500 Mikrometern, insbesondere nicht mehr als 300 Mikrometern auf.In a development of the invention, the depression has a width in cross-section of not more than about 500 micrometers, in particular not more than 300 micrometers.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Grundkörper mehrere Vertiefungen im Randbereich auf, beispielsweise konzentrische umlaufende Nuten und/oder eine oder mehrere unterbrochene Nuten, und/oder Sacklöcher.In one development of the invention, the base body has a plurality of recesses in the edge region, for example concentric circumferential grooves and / or one or more interrupted grooves, and / or blind holes.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die mindestens eine Vertiefung eine Fase am Rand der Oberfäche des Grundkörpers.In one development of the invention, the at least one depression comprises a chamfer at the edge of the surface of the main body.

Bei einer gegebenen Masse bzw. einem gegebenen Volumen des Aktivhartlots und bei einer gegebenen radialen Stärke ra–ri der Fügestelle wird die resultierende Höhe der Fügestelle und damit der Abstand zwischen Messmembran und Grundkörper über die Menge des Lots definiert, welches in die Vertiefung bzw. die Vertiefungen gelangt. Der Abstand zwischen Messmembran und Grundkörper ist aber kritisch für eine gleichmäßige Kalibrierbarkeit der Sensoren in einem angestrebten Toleranzband. Die Erfindung umfasst nun zwei Ausgestaltungen zur Kontrolle des Abstands.For a given mass or volume of the active braze and for a given radial strength, r a -r i becomes the joint Defines the resulting height of the joint and thus the distance between diaphragm and body on the amount of solder, which enters the recess or the wells. However, the distance between the measuring diaphragm and the base body is critical for uniform calibration of the sensors in a desired tolerance band. The invention now includes two embodiments for controlling the distance.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Vertiefung vollständig mit Aktivhartlot gefüllt. Hierbei wird die Menge des Aktivhartlots in den Vertiefung durch das Volumen der Vertiefung selbst bestimmt. Die Vertiefung wird beispielsweise durch Fräsen, Drehen eines insbesondere ringförmigen Grabens in eine Stirnfläche des Grundkörpers und anschließender Oberflächenbehandlung durch Schleifen und/oder Läppen der Stirnfläche präpariert, wobei durch das Fräsen oder Drehen zunächst ein Ausgangsvolumen des Grabens vorgegeben ist, welches durch die anschließende Oberflächenbehandlung verkleinert wird. Die Toleranzen dieser beiden Fertigungsschritte definieren insoweit die Toleranzen der in der Vertiefung aufnehmbaren Menge des Aktivhartlots. Zwar wären ergänzende, nachträgliche Korrekturbohrungen in den Boden des Grabens zur Feinabstimmung des Volumens denkbar, aber dieser Ansatz erscheint für eine Serienproduktion nur bedingt geeignet. Die Vertiefung kann gleichermaßen durch Trockenpressen vor dem Brennen des Grundkörpers präpariert werden, wobei die erörterten Schritte zur Oberflächenbehandlung nach dem Brennen ebenfalls zu folgen haben.In a first embodiment of the invention, the at least one depression is completely filled with active brazing material. Here, the amount of Aktivhartlots is determined in the depression by the volume of the recess itself. The recess is prepared for example by milling, turning a particular annular trench in an end face of the body and subsequent surface treatment by grinding and / or lapping the end face, wherein by milling or turning initially an initial volume of the trench is predetermined, which decreases by the subsequent surface treatment becomes. The tolerances of these two manufacturing steps define the extent of the tolerances of the recordable in the recess amount of active brazing. Although supplementary, subsequent corrective drilling into the bottom of the trench would be conceivable for the fine tuning of the volume, this approach seems to be of limited suitability for mass production. The recess can equally be prepared by dry pressing before firing the base, with the discussed surface treatment steps following firing also to follow.

In der zweiten Ausgestaltung der Erfindung zur Kontrolle des Abstands zwischen der Messmembran und dem Grundkörper ist die mindestens eine Vertiefung nur teilweise mit Aktivhartlot gefüllt. Bei dieser Ausgestaltung kann wie beim ersten Ausführungsbeispiel ein Graben präpariert werden, der jedoch auch nach der Oberflächenbehandlung des Grundkörpers ein Volumen aufweist, welches größer ist als das Volumen des aufzunehmenden Aktivhartlots. Die Menge des Aktivhartlots, die dann tatsächlich in die Vertiefung fließt, ist über den Lötprozess kinetisch kontrolliert, d. h. über die Löttemperatur und die Zeit des Lötprozesses. Dies ist deshalb möglich, weil die Geschwindigkeit der Lotfront von der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen der aktiven Komponente des Aktivhartlots und dem keramischen Material abhängt.In the second embodiment of the invention for controlling the distance between the measuring membrane and the base body, the at least one depression is only partially filled with active brazing material. In this embodiment, as in the first embodiment, a trench can be prepared, but even after the surface treatment of the base body has a volume which is greater than the volume of the male Aktivhartlots to be absorbed. The amount of active braze that actually flows into the recess is kinetically controlled by the brazing process, i. H. about the soldering temperature and the time of the soldering process. This is possible because the speed of the solder front depends on the reaction rate between the active component of the active braze and the ceramic material.

Die Entscheidung für die erste oder die zweite Ausgestaltung wird von den unter vorgefundenen Fertigungsbedingungen erzielbaren Toleranzen im Vergleich mit den angestrebten Toleranzen einerseits und dem damit verbunden Aufwand andererseits zu fällen sein.The decision for the first or the second embodiment will be made by the achievable under existing manufacturing conditions tolerances in comparison with the desired tolerances on the one hand and the associated effort on the other hand.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% des Volumens des Aktivhartlots der Fügestelle in der Vertiefung bzw. den Vertiefungen angeordnet.In a development of the invention, at least 10%, preferably at least 20%, of the volume of the active brazing joint of the joint is arranged in the depression or depressions.

In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt der Abstand zwischen dem Grundkörper und der Messmembran im Randbereich nicht mehr als 40 Mikrometer vorzugsweise nicht mehr als 20 Mikrometer und besonders bevorzugt nicht mehr als 12,5 Mikrometer.In a further development of the invention, the distance between the base body and the measuring membrane in the edge region is not more than 40 micrometers, preferably not more than 20 micrometers, and more preferably not more than 12.5 micrometers.

In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die Fläche des Randbereichs mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 40%, weiter bevorzugt mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 55% der Fläche der Messmembran.In one development of the invention, the area of the edge region is at least 20%, preferably at least 40%, more preferably at least 50% and particularly preferably at least 55% of the surface of the measuring membrane.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention will now be explained with reference to the embodiments illustrated in the drawings.

Es zeigt:It shows:

1: einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle; und 1 a longitudinal section through a first embodiment of a pressure measuring cell according to the invention; and

2: einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle. 2 a longitudinal section through a second embodiment of a pressure measuring cell according to the invention.

Die in 1 gezeigte Druckmesszelle 1 weist eine kreisscheibenförmige Messmembran 2 und einen stärkeren kreisplattenförmigen Grundkörper 3 auf, wobei die Messmembran und der Grundkörper insbesondere aus Korund gefertigt sind. Die Messmembran weist vorzugsweise hochreines Korund auf, um einerseits die Korrosionsbeständigkeit und andererseits die Bruchfestigkeit der Messmembran zu erhöhen. Die Reinheitsanforderungen an den. Grundkörper sind geringer. Die dem Grundkörper 3 zugewandte Oberfläche der Messmembran 2 weist eine Elektrode 4 auf, welche die gesamte freie Oberfläche der Messmembran 2 bedeckt. Die der Messmembran zugewandte Oberfläche des Grundkörpers 3 weist eine zentrale Messelektrode 5 und eine diese umgebende ringförmige Referenzelektrode 6 auf. Die Elektroden 4, 5, 6 können beispielsweise durch metallische Beschichtung insbesondere mit Tantal hergestellt sein, oder sie können eine Glasschicht mit eingebetteten Metallpartikeln umfassen, wie in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 026 243 beschrieben ist.In the 1 shown pressure cell 1 has a circular disk-shaped measuring diaphragm 2 and a stronger circular plate-shaped base body 3 on, wherein the measuring diaphragm and the base body are made in particular of corundum. The measuring membrane preferably has high-purity corundum, on the one hand to increase the corrosion resistance and, on the other hand, the breaking strength of the measuring membrane. The purity requirements of the. Basic bodies are smaller. The body 3 facing surface of the measuring diaphragm 2 has an electrode 4 on which the entire free surface of the measuring membrane 2 covered. The measuring membrane facing surface of the body 3 has a central measuring electrode 5 and a surrounding annular reference electrode 6 on. The electrodes 4 . 5 . 6 For example, they can be made by metallic coating, in particular with tantalum, or they can comprise a glass layer with embedded metal particles, as in the German patent application DE 10 2007 026 243 is described.

Die Messmembran 2 ist dem Grundkörper 3 durch eine Aktivhartlot Fügestelle 7 verbunden, welche in einem Hochvakuumlötprozess gebildet wird. Hierzu wird ein Aktivhartlot Formteil zwischen der Stirnfläche des Grundkörpers 3 und der Messmembran angeordnet, wobei das Aktivhartlot Teil eine Mindeststärke aufweist, die durch deren Herstellungsprozess bedingt ist. Mit einem solchen Formteil ließen sich jedenfalls die gewünschten geringen Abstände zwischen dem Grundkörper 3 und der Messmembran 2 nicht sicher einstellen, wenn das gesamte Material des Aktivhartlots zwischen der Messmembran und der Ebene der Stirnfläche des Grundkörpers verbleiben müsste. Deshalb ist in der Stirnfläche des Grundkörpers ein ringförmiger Graben 8 präpariert, der während des Hochvakuumlötprozesses vollständig mit Aktivhartlot gefüllt wird. Auf diese Weise ist die Materialmenge des Aktivhartlots, welche die Stärke der Fügestelle 7 um ein definiertes Volumen reduziert, wodurch der Abstand zwischen der Messmembran 2 und dem Grundkörper 3 kontrolliert verringert wird.The measuring membrane 2 is the main body 3 through an active braze joint 7 connected, which is formed in a high vacuum soldering process. For this purpose, a Aktivhartlot molding between the end face of the body 3 and the Arranged diaphragm, wherein the active brazing part has a minimum thickness, which is due to their manufacturing process. In any case, the desired small distances between the body could be with such a molding 3 and the measuring membrane 2 do not set securely if the entire material of the active brazing must remain between the measuring diaphragm and the plane of the end face of the body. Therefore, in the end face of the main body is an annular trench 8th which is completely filled with active hard solder during the high vacuum soldering process. In this way, the amount of material of the active brazing, which reduces the thickness of the joint 7 by a defined volume, whereby the distance between the diaphragm 2 and the body 3 is reduced in a controlled manner.

Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt eine Druckmesszelle 11 mit einer Messmembran 12 und einen Grundkörper 13, wobei die Messmembran 12 eine Elektrode 14 und der Grundkörper an seiner der Messmembran zugewandten Stirnfläche eine Messelektrode 15 und einer Referenzelektrode 16 aufweist. Hinsichtlich der Materialien des Grundkörpers, der Messmembran und der Elektroden gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel sinngemäß.This in 2 embodiment shown shows a pressure measuring cell 11 with a measuring membrane 12 and a body 13 , wherein the measuring diaphragm 12 an electrode fourteen and the base body on its end face facing the measuring membrane a measuring electrode 15 and a reference electrode 16 having. With regard to the materials of the main body, the measuring membrane and the electrodes, the statements on the first embodiment apply mutatis mutandis.

Die Messmembran 12 und der Grundkörper 13 sind mittels eines Aktivhartlotrings 17 in einem Hochvakuumlötprozess gefügt, wobei zur Kontrolle des Abstands zwischen der Messmembran 12 und dem Grundkörper 13 ein Teil des Aktivhartlots 19a, 19b in einem ringförmig umlaufenden Graben 18a, 18b aufgenommen ist.The measuring membrane 12 and the main body 13 are by means of a Aktivhartlotrings 17 in a high vacuum soldering process, wherein to control the distance between the measuring membrane 12 and the body 13 a part of the active braid 19a . 19b in a ring-shaped trench 18a . 18b is included.

Das Ausgangsbeispiel aus 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus 1 dadurch, dass der ringförmig umlaufende Graben 18a, 18b nicht vollständig mit Aktivharlot gefüllt ist. Eine vollständige Befüllung des umlaufenden Grabens 18a, 18b würde zu unbrauchbaren Ergebnissen führen, denn der Graben 18a, 18b weist entlang seines Umfangs unterschiedliche Tiefen auf, was seine Ursache beispielsweise darin haben kann, dass nach der Präparation eines gleichmäßig tiefen Grabens im Grundkörper 13 der Grundkörper beim anschließenden Schleifen, Läppen und Polieren der Oberfläche gegenüber der Schleifebene verkippt, was zu einer geneigten Oberfläche führt, wie in der Zeichnung übertrieben dargestellt ist. Der Effekt von Verkippungen ist aber durchaus ein reales Problem, denn geht man beispielsweise von einem Grundkörperdurchmesser von etwa 1 ¾ Zentimetern aus, und nimmt zum Zwecke der Abschätzung einen Verkippungswinkel von einer Bogenminute an, führt dies etwa zu einem Tiefenunterschied von 5 Mikrometern zwischen der maximalen Tiefe und der minimalen Tiefe des umlaufenden Grabens. Berücksichtigt man, dass die Gesamtstärke der Fügestelle 17 beispielsweise 10–20 Mikrometer betragen soll, so wäre es nicht vertretbar, in dieser Situation die Menge des im Graben aufgenommenen Lots über die Grabentiefe zu definieren.The original example 2 differs from the embodiment 1 in that the annular circumferential trench 18a . 18b not completely filled with active harlot. A complete filling of the surrounding trench 18a . 18b would lead to useless results, because the ditch 18a . 18b has different depths along its circumference, which may be due, for example, to the fact that after the preparation of a uniformly deep trench in the main body 13 the base body is tilted in the subsequent grinding, lapping and polishing of the surface with respect to the grinding plane, resulting in an inclined surface, as exaggerated in the drawing. The effect of tilting is quite a real problem, for example, assuming a base diameter of about 1 ¾ centimeters, and assumes a tilt angle of one minute of arc for the purpose of estimation, this leads to a depth difference of 5 micrometers between the maximum Depth and minimum depth of the trench. Considering that the overall strength of the joint 17 For example, should be 10-20 microns, so it would not be acceptable to define in this situation, the amount of solder received in the trench on the trench depth.

Im vergleichsweise harmloseren Fall, wenn das Lot während des Prozesses entlang des Umfangs fließen und Höhenunterschiede ausgleichen kann, ist aufgrund der ungenau kontrollierten Grabentiefe der resultierende Abtand zwischen Messmembran und Grundkörper undefiniert.In the comparatively more harmless case, when the solder can flow along the circumference during the process and compensate for differences in height, the resulting distance between the measuring diaphragm and the base body is undefined due to the inaccurately controlled trench depth.

Wenn aber aufgrund der Zähigkeit des Lots ein Höhenausgleich entlang des Umfangs nicht möglich ist, kommt es aufgrund der unterschiedlichen Grabentiefe zu einer Variation des Abstands zwischen Grundkörper und Messmembran und damit zu einem Verkippen der Elektrodenebenen zueinander.However, if due to the toughness of the solder a height compensation along the circumference is not possible, it comes to a variation of the distance between the base body and measuring diaphragm and thus to a tilting of the electrode planes to each other due to the different trench depth.

Dieses Verkippen würde aber die Kapazität cr zwischen der Referenzelektrode 16 und der Membranelektrode 14 gegenüber der Kapazität cp zwischen der Messelektrode 15 und der Membranelektrode 14 relativ erhöhen. Im Ergebnis würde dies bei einer gängigen Auswertung der Kapazitäten, die in erster Nahrung durch eine Funktion p = p((cp – cr)/cr) beschrieben ist, zu einer Nullpunktverschiebung und zu einer geringeren Empfindlichkeit führen.However, this tilting would increase the capacitance c r between the reference electrode 16 and the membrane electrode fourteen opposite the capacitance c p between the measuring electrode 15 and the membrane electrode fourteen increase relatively. As a result, this would lead to a zero offset and a lower sensitivity in a common evaluation of the capacity, which is described in the first food by a function p = p ((c p - c r ) / c r ).

Um die beschriebene Fehlerquelle zu vermeiden, wird die Menge des Lots 19a, 19b, welche in dem Graben 18a, 18b hineinläuft, kinetisch kontrolliert, und zwar in der Weise, dass die Temperatur so gewählt ist, dass die aktive Komponente des Aktivhartlots das Keramikmaterial des Grundkörpers in dem Graben 18a, 18b nur langsam benetzt, und dass die Lotfront des eindringenden Lots 19a, 19b in einer verfügbaren Zeit, über welche die Temperatur auf dem für die Benetzung erforderlichen Wert gehalten wird, nur bis zu einer definierten Tiefe in die Gräben 18a, 18b eindringen kann. Damit ist die Menge des Lots in dem umlaufenden Graben völlig unabhängig von der tatsächlichen Tiefe des Grabens, solange dieser nur tief genug ist.To avoid the described source of error, the amount of solder becomes 19a . 19b which are in the ditch 18a . 18b is running, kinetically controlled, in such a way that the temperature is selected so that the active component of the active braze the ceramic material of the body in the trench 18a . 18b just moistened slowly, and that the solder front of the penetrating solder 19a . 19b in an available time, over which the temperature is maintained at the value required for wetting, only up to a defined depth in the trenches 18a . 18b can penetrate. Thus, the amount of solder in the circumferential trench is completely independent of the actual depth of the trench, as long as it is deep enough.

Im Ergebnis weist daher die Messmembran 12 über den gesamten Umfang einen gleichmäßigen, definierten Abstand von der Stirnfläche des Grundkörpers 13 auf, obwohl der umlaufende Graben unterschiedliche Tiefen aufweist.As a result, therefore, the measuring membrane 12 over the entire circumference a uniform, defined distance from the end face of the body 13 although the orbiting trench has different depths.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0445382 B1 [0002] EP 0445382 B1 [0002]
  • EP 03517051 B1 [0002] EP 03517051 B1 [0002]
  • EP 0558874 B1 [0003] EP 0558874 B1 [0003]
  • DE 102007026243 [0025] DE 102007026243 [0025]

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Druckmesszelle (1), umfassend: einen keramischen Grundkörper (3); und eine keramische Messmembran (2), wobei die Messmembran (2) mit dem Grundkörper (3) entlang einer ringförmig umlaufenden Fügestelle (7) druckdicht verbunden ist, wobei die Fügestelle (7) einen Randbereich der Messmembran (2) unterstützt, wobei der Grundkörper (2) fluchtend mit dem Randbereich mindestens eine Vertiefung (8) gegenüber einer Basisfläche für die Fügestelle (7) aufweist, wobei die Vertiefung zumindest teilweise mit Aktivhartlot gefüllt ist.Pressure measuring cell ( 1 ), comprising: a ceramic base body ( 3 ); and a ceramic measuring membrane ( 2 ), whereby the measuring membrane ( 2 ) with the basic body ( 3 ) along an annular peripheral joint ( 7 ) is pressure-tightly connected, wherein the joint ( 7 ) an edge region of the measuring diaphragm ( 2 ), the basic body ( 2 ) is aligned with the edge region at least one depression ( 8th ) against a base surface for the joint ( 7 ), wherein the recess is at least partially filled with active hard solder. Druckmesszelle nach Anspruch 1, wobei die Vertiefung mindestens eine ringförmig umlaufende Nut umfasst.Pressure measuring cell according to claim 1, wherein the recess comprises at least one annular circumferential groove. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Nut einen rechteckigen, einen trapezförmigen, einen V-förmigen oder einen U-förmigen Querschnitt aufweist.Apparatus according to claim 2, wherein the groove has a rectangular, a trapezoidal, a V-shaped or a U-shaped cross-section. Druckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung im Querschnitt eine Breite von nicht mehr als etwa 500 Mikrometern insbesondere nicht mehr als 300 Mikrometern aufweist.Pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the recess in cross-section has a width of not more than about 500 micrometers, in particular not more than 300 micrometers. Druckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckmesszelle mehrere Vertiefungen im Randbereich umfasst.Pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the pressure measuring cell comprises a plurality of depressions in the edge region. Druckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% des Volumens des Aktivhartlots der Fügestelle in der Vertiefung bzw. den Vertiefungen angeordnet ist.Pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein at least 10%, preferably at least 20% of the volume of the active braze of the joint in the recess or the recesses is arranged. Druckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Vertiefung vollständig mit Aktivhartlot gefüllt ist.Pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the at least one depression is completely filled with active brazing material. Druckmesszelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine Vertiefung nur teilweise mit Aktivhartlot gefüllt ist.Pressure measuring cell according to one of claims 1 to 6, wherein the at least one recess is only partially filled with active brazing. Druckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen dem Grundkörper und der Messmembran im Randbereich nicht mehr als 40 Mikrometer vorzugsweise nicht mehr als 20 Mikrometer und besonders bevorzugt nicht mehr als 12,5 Mikrometer beträgt.Pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the distance between the base body and the measuring membrane in the edge region is not more than 40 micrometers, preferably not more than 20 micrometers and more preferably not more than 12.5 micrometers. Druckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche des Randbereichs mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 40%, weiter bevorzugt mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 55% der Fläche der Messmembran beträgt.Pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the surface of the edge region is at least 20%, preferably at least 40%, more preferably at least 50% and particularly preferably at least 55% of the surface of the measuring membrane.
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