DE102010028504A1 - Pressure sensor e.g. absolute pressure sensor, has measuring region contacting side of measuring diaphragm at electrode due to specific overload, where measuring diaphragm is made of metallic material i.e. steel - Google Patents

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Sergej Lopatin
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Abstract

The sensor e.g. differential pressure sensor (1), has a measuring diaphragm (2) with a circulating edge, which surrounds a resilient middle measuring region. An electrode carrier (11) comprises a planar electrode (13) that is arranged opposite the measuring region. The measuring region contacts a side of the measuring diaphragm at the electrode due to specific overload, where deflection of the measuring region is prevented when an overload exceeds the specific overload. The measuring diaphragm is made of metallic material i.e. steel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Erfassen der Differenz zwischen einem ersten Druck und einem Druck mit einer Messmembran, welche einen äußeren Rand und einen Auslenkungsbereich aufweist, wobei der Auslenkungsbereich durch den äußeren umlaufenden Rand eingefasst ist, wobei zumindest eine Oberfläche des Auslenkbereichs konkav ist, wenn sich der Auslenkbereich bei einer Druckdifferenz von Null in seiner Gleichgewichtslage ist, wobei der Drucksensor weiterhin einen Grundkörper mit einer ebenen Stützfläche aufweist die Gegenüber dem Auslenkbereich angeordnet ist, wobei die konkave Oberfläche des Auslenkbereichs durch einen spezifizierten Überdruck von der konkaven Oberfläche der Messmembran abgewandten Seite eine ebene Form annimmt und an der ebenen Stützfläche zur Anlage kommt, wodurch eine weitere Auslenkung der Messmembran verhindert wird.The present invention relates to a pressure sensor for detecting the difference between a first pressure and a pressure having a measuring diaphragm, which has an outer edge and a deflection region, wherein the deflection region is bordered by the outer circumferential edge, wherein at least one surface of the deflection region is concave, when the deflection region is at a pressure difference of zero in its equilibrium position, wherein the pressure sensor further comprises a base body with a flat support surface which is arranged opposite the deflection region, the concave surface of the deflection region being away from the concave surface of the measuring membrane by a specified overpressure assumes a planar shape and comes to rest on the flat support surface, whereby a further deflection of the measuring diaphragm is prevented.

Derartige Drucksensoren sind beispielsweise aus den europäischen Patentschriften EP 0312532 B1 und EP 0577720 B1 bekannt. Die Messmembranen dieser Drucksensoren umfassen im Wesentlichen ein keramisches Material oder ein Halbleitermaterial, wobei ein Spezifikum dieser Materialien darin besteht, dass sie über einen weiten Bereich von Biegespannungen und Temperaturen praktisch keine plastischen Verformungen aufweisen, und insofern aufgrund der damit einhergehenden Hysteresefreiheit als Messmembranen ideal sind.Such pressure sensors are for example from the European patents EP 0312532 B1 and EP 0577720 B1 known. The measuring membranes of these pressure sensors essentially comprise a ceramic material or a semiconductor material, a specific feature of these materials being that they have virtually no plastic deformations over a wide range of bending stresses and temperatures, and are therefore ideal as measuring membranes due to the associated hysteresis freedom.

Hierbei wird jedoch heterogene Materialpaarungen bei der Lagerung der Messmembran oder bei der Lagerung des Grundkörpers in Kauf genommen, da die Messmembranen in ein Sensorelement zu integrieren sind, welches letztendlich im Löwenanteil der Fälle an einer Apparatur aus Stahl oder anderen metallischen Werkstoffen anzuschließen ist. Dies erfordert eine aufwendige Aufbau- und Verbindungstechnik, um beispielsweise Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen den metallischen Komponenten und den Werkstoffen der Messmembran ausgleichen zu können. Gerade unter den Forderungen einer kompakten Bauweise bzw. einer Miniaturisierung sind jedoch den Möglichkeiten zur Entkopplung der Messmembran von Spannungen aufgrund heterogener Materialpaarungen enge Grenzen gesetzt. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drucksensor bereit zu stellen, welcher hier Abhilfe schafft. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Drucksensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.In this case, however, heterogeneous material pairings are taken into account in the storage of the measuring membrane or during storage of the base body, since the measuring membranes are to be integrated into a sensor element, which is to be connected in the lion's share of cases to an apparatus made of steel or other metallic materials. This requires a complex construction and connection technology, for example, to be able to compensate for thermal expansion differences between the metallic components and the materials of the measuring membrane. Especially among the demands of a compact design or miniaturization, however, the possibilities for decoupling the measuring membrane of stresses due to heterogeneous material pairings are set narrow limits. It is therefore the object of the present invention to provide a pressure sensor which remedies this situation. The object is achieved by the pressure sensor according to independent claim 1.

Der erfindungsgemäße Drucksensor umfasst mindestens einen ersten Grundkörper und eine Messmembran, wobei die Messmembran mindestens einen elastischen zentralen Messbereich aufweist, welche in der Ruhelage der Messmembran mindestens eine erste konkave Oberflächenkontur aufweist und welche im Falle einer spezifizierten Überlast von der der ersten konkaven Oberflächenkontur abgewandten Seite der Messmembran eine planare Form annimmt, wobei die Messmembran einen umlaufenden Rand aufweist, welcher den elastischen zentralen Messbereich umgibt und bezüglich des Grundkörpers fest positioniert ist, wobei der Grundkörper eine planare Stützfläche aufweist, welche gegenüber dem elastischen zentralen Messbereich angeordnet ist, wobei der elastische zentrale Messbereich im Falle der spezifizierten Überlast an der Stützfläche zur Anlage kommt, wodurch eine weitere Auslenkung des elastischen zentralen Messbereichs bei einer Überlast über die spezifizierte Überlast hinaus verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmembran einen metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl aufweist.The pressure sensor according to the invention comprises at least one first base body and a measuring diaphragm, wherein the measuring diaphragm has at least one elastic central measuring range which has at least a first concave surface contour in the rest position of the measuring diaphragm and which in the case of a specified overload of the side facing away from the first concave surface contour Measuring membrane assumes a planar shape, wherein the measuring membrane has a peripheral edge which surrounds the elastic central measuring area and is fixedly positioned relative to the main body, wherein the base body has a planar support surface, which is arranged opposite the elastic central measuring range, wherein the elastic central measuring range in the case of the specified overload on the support surface comes to rest, thereby preventing further deflection of the elastic central measuring range in an overload beyond the specified overload w ird, characterized in that the measuring membrane comprises a metallic material, in particular steel.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Drucksensor weiterhin einen zweiten Grundkörper wobei der elastische zentrale Messbereich der Messmembran in seiner Ruhelage eine zweite konkave Oberflächenkontur aufweist, welcher auf der der ersten konkaven Oberflächenkontur abgewandten Seite der Messmembran angeordnet ist, wobei die Messmembran zwischen dem ersten und dem zweiten Grundkörper angeordnet ist, und wobei der umlaufende Rand der Messmembran in einer definierten Position bezüglich des zweiten Grundkörper angeordnet ist, wobei die zweite Oberflächenkontur im Falle einer definierten Überlast von der Seite der ersten Kontur eine planare Form annimmt, wobei der zweite Grundkörper ein planare Stützfläche aufweist, welche gegenüber dem elastischen zentralen Messbereich angeordnet ist, wobei die Messmembran im Falle der spezifizierten Überlast von der Seite der ersten konkaven Oberflächenkontur an der Stützfläche des zweiten Grundköpers zur Anlage kommt, wodurch eine weitere Auslenkung des elastischen zentralen Messbereichs bei einer Überlast über die spezifizierte Überlast hinaus verhindert wird.In one development of the invention, the pressure sensor further comprises a second base body wherein the elastic central measuring range of the measuring diaphragm in its rest position has a second concave surface contour, which is arranged on the side facing away from the first concave surface contour of the diaphragm, wherein the measuring diaphragm between the first and the second base body is arranged, and wherein the peripheral edge of the measuring diaphragm is arranged in a defined position relative to the second base body, wherein the second surface contour assumes a planar shape in the case of a defined overload from the side of the first contour, wherein the second base body is a planar support surface which is arranged opposite to the elastic central measuring area, wherein the measuring diaphragm comes to rest in the case of the specified overload from the side of the first concave surface contour on the support surface of the second basic body, whereby e Ine further deflection of the elastic central measuring range is prevented in an overload beyond the specified overload.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der erste Grundkörper und, falls vorhanden, auch der zweite Grundkörper zumindest Abschnittsweise einen metallischen Werkstoff auf, wobei der Werkstoff vorzugsweise den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wie der Werkstoff der Messmembran.In one development of the invention, the first base body and, if present, also the second base body at least in sections a metallic material, wherein the material preferably has the same coefficient of thermal expansion as the material of the measuring diaphragm.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Rand der Messmembran mit dem ersten und/oder dem zweiten Grundkörper fest verbunden, wobei die Verbindung insbesondere durch Schweißen oder Lötung mit einem Aktivlot gebildet sein kann.In one embodiment of the invention, the edge of the measuring diaphragm with the first and / or the second base body is firmly connected, wherein the compound may be formed in particular by welding or soldering with an active solder.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wandler des Drucksensors, zum Wandeln der druckabhängigen Verformung der Messmembran in ein Signal einen als kapazitiver Wandler ausgestaltet, wobei der kapazitive Wandler mindestens eine erste Elektrode umfasst, welcher ortsfest bezüglich des Grundkörpers positioniert ist, und welche gegenüber der Messmembran elektrisch isoliert ist.In one embodiment of the invention is a transducer of the pressure sensor, for converting the pressure-dependent deformation of the measuring diaphragm in a signal designed as a capacitive transducer, wherein the capacitive transducer comprises at least one first electrode which is fixedly positioned relative to the base body, and which is electrically isolated from the measuring diaphragm.

Der kapazitive Wandler kann insbesondere einen Differentialkondensator aufweisen, wozu, beispielsweise an einem Grundkörper stirnseitig zwei in der Gleichgewichtslage der Messmembran gegenüber der Messmembran kapazitätsgleiche Elektroden angeordnet sind, wobei vorzugsweise eine erste der beiden Elektroden von einer zweiten der Elektroden ringförmig umgeben ist. Hierbei kann die zweite Elektrode gegenüber der Ebene der ersten Elektrode zurückgesetzt sein, um die Druckabhängigkeit der Kapazität zwischen der äußeren Elektrode und der Messmembran zu reduzieren. Ein Differenzdrucksensor, bei welchem die Messmembran vorzugsweise zwischen zwei Grundkörpern angeordnet ist, weist beispielsweise einen Differentialkondensator mit jeweils einer Elektrode auf den membranseitigen Stirnflächen der beiden Grundkörper auf.The capacitive converter may, in particular, comprise a differential capacitor, for which purpose, for example, two capacitance-identical electrodes are arranged on the end face of the measuring diaphragm in the equilibrium position of the measuring diaphragm, wherein preferably a first of the two electrodes is annularly surrounded by a second one of the electrodes. In this case, the second electrode can be reset relative to the plane of the first electrode in order to reduce the pressure dependence of the capacitance between the outer electrode and the measuring membrane. A differential pressure sensor, in which the measuring diaphragm is preferably arranged between two basic bodies, has, for example, a differential capacitor with one electrode each on the membrane-side end faces of the two basic bodies.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Stützfläche des ersten Grundkörpers die mindestens eine erste Elektrode. In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung weist der Grundkörper eine stirnseitige Isolatorschicht auf, auf welcher die mindestens eine Elektrode angeordnet ist. In einer anderen Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Grundkörper einen Elektrodenträgerköper, welcher gegenüber einem äußeren, metallischen Bereich des Grundkörpers isoliert ist, wobei der umlaufende Rand der Messmembran an den äußeren Bereich des Grundkörpers befestigt ist, und wobei hier mindestens eine Elektrode auf einer Oberfläche des Trägerkörpers angeordnet ist. In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen isolierenden Werkstoff auf.In one development of the invention, the support surface of the first base body comprises the at least one first electrode. In a development of this embodiment of the invention, the main body has an end-side insulator layer on which the at least one electrode is arranged. In another development of this embodiment of the invention, the base body comprises an electrode carrier body, which is insulated from an outer, metallic region of the base body, wherein the peripheral edge of the measuring diaphragm is attached to the outer region of the base body, and wherein here at least one electrode on a surface the carrier body is arranged. In a development of the invention, the carrier body has an insulating material.

In einer zweiten Ausgestaltung ist der Wandler des Drucksensors als resistiver Wandler gestaltet. Hierzu weist die Membran eine Isolatorschicht auf, auf welche die Wandlerstruktur insbesondere einer Vollbrückenschaltung in Dickschichttechnik aufgebracht ist.In a second embodiment, the transducer of the pressure sensor is designed as a resistive converter. For this purpose, the membrane has an insulator layer to which the transducer structure, in particular a full-bridge circuit in thick-film technology, is applied.

In einer zweiten Ausgestaltung ist der Wandler des Drucksensors als resistiver Wandler gestaltet. Hierzu weist die Membran eine Isolatorschicht auf, auf welche die Wandlerstruktur insbesondere einer Vollbrückenschaltung in Dickschichttechnik aufgebracht ist. Die Isolatorschicht kann insbesondere beidseitig aufgebracht sein, um asymmetrische Spannungen in der Messmembran zu vermeiden.In a second embodiment, the transducer of the pressure sensor is designed as a resistive converter. For this purpose, the membrane has an insulator layer to which the transducer structure, in particular a full-bridge circuit in thick-film technology, is applied. The insulator layer may in particular be applied on both sides in order to avoid asymmetrical stresses in the measuring membrane.

In einer dritten Ausgestaltung ist der Wandler des Drucksensors als optischer Wandler, insbesondere interferometrischer Wandler gestaltet. Hierzu weisen der Grundkörper und die Messmembran mindestens jeweils mindestens eine Reflexionsfläche auf, wobei die Reflexionsfläche des Grundkörpers teilreflektierend ist, und mit der Reflexionsfläche der Messmembran fluchtet, um einen druckabhängigen Gangunterschied zu erzeugen.In a third embodiment, the transducer of the pressure sensor is designed as an optical converter, in particular interferometric converter. For this purpose, the base body and the measuring diaphragm at least each have at least one reflection surface, wherein the reflection surface of the base body is partially reflecting, and aligned with the reflection surface of the measuring diaphragm to produce a pressure-dependent path difference.

In einer vierten Ausgestaltung ist der Wandler des Drucksensors als ein mechanisch schwingendes Element gestaltet. Dabei die Schwingfrequenz des schwingenden Elements ist von der mechanischen Spannung in der Membran abhängt. Solche schwingenden Elemente wie Stimmgabeln, Balken oder Saiten lassen sich mit einem A. C. Magnetfeldwandler (kontaktlos) oder mit einem Piezoelementen auf einer Grundmode anzuregen und die entstehenden harmonischen Schwingungen elektrisch auszuwerten. Solche Resonatoren können auf beide Seiten der Membrane aufgebracht werden um die Biegerichtung der Membrane während einer Druckmessung zu bestimmen.In a fourth embodiment, the transducer of the pressure sensor is designed as a mechanically oscillating element. The oscillation frequency of the oscillating element depends on the mechanical stress in the membrane. Such oscillating elements as tuning forks, beams or strings can be stimulated with an A.C. magnetic field transducer (contactless) or with a piezoelectric elements in a fundamental mode and electrically evaluate the resulting harmonic oscillations. Such resonators can be applied to both sides of the membrane to determine the bending direction of the membrane during a pressure measurement.

Grundsätzlich sind sämtliche, dem Fachmann geläufige Wandlerprinzipien geeignet.Basically, all known to the expert transducer principles are suitable.

Der vorliegende Drucksensor kann ein Absolutdrucksensor sein, welcher einen Mediendruck gegen Vakuum misst, wozu der Raum zwischen der Messmembran und dem Grundkörper zu evakuieren ist.The present pressure sensor may be an absolute pressure sensor which measures a media pressure against vacuum, for which purpose the space between the measuring diaphragm and the main body is to be evacuated.

Der vorliegende Drucksensor kann weiterhin ein Relativdrucksensor sein, welcher einen Mediendruck gegen Atmosphärendruck misst, wozu der Raum zwischen der Messmembran und dem Grundkörper mit dem Atmosphärendruck zu beaufschlagen ist.The present pressure sensor can furthermore be a relative pressure sensor which measures a media pressure against atmospheric pressure, for which purpose the space between the measuring diaphragm and the base body is to be subjected to the atmospheric pressure.

Der vorliegende Drucksensor kann weiterhin ein Differenzdrucksensor sein, welcher die Differenz zwischen einem ersten Mediendruck und einem zweiten Mediendruck misst, wozu die Messmembran insbesondere zwischen zwei Grundkörpern angeordnet und an diesen mit ihrem umlaufenden Rand druckdicht befestigt ist, wobei durch die Grundkörper jeweils ein Kanal läuft, um die Messmembran mit dem ersten Mediendruck und dem zweiten Mediendruck zu beaufschlagen.The present pressure sensor can furthermore be a differential pressure sensor which measures the difference between a first media pressure and a second media pressure, for which purpose the measuring diaphragm is arranged in particular between two basic bodies and is pressure-tightly attached to these with its peripheral edge, a channel running through the basic bodies in each case, to pressurize the diaphragm with the first media pressure and the second media pressure.

Der erfindungsgemäße Drucksensor trägt der Tatsache Rechnung, dass durch eine Abstützung der im Falle einer Überlast planaren Oberfläche des elastischen zentralen Bereichs der Messmembran an einer planare Stützfläche die mechanischen Spannungen in der Messmembran so niedrig gehalten werden können, dass die Streckgrenze von metallischen Werkstoffen nicht überschritten wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Messmembran aus einem metallischen Werkstoff zu fertigen und so das Problem von heterogenen Materialpaarungen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei der Fixierung der Messmembran im Drucksensor vermeiden zu können.The pressure sensor according to the invention takes into account the fact that by supporting the planar in the case of an overload surface of the elastic central region of the diaphragm on a planar support surface, the mechanical stresses in the diaphragm can be kept so low that the yield strength of metallic materials is not exceeded , In this way it is possible to manufacture the measuring diaphragm from a metallic material and so the problem to be able to avoid heterogeneous material pairings with different thermal expansion coefficients in the fixation of the measuring membrane in the pressure sensor.

Die Oberflächenkontur der Messmembran eines erfindungsgemäßen Drucksensors kann beispielsweise durch mechanische Bearbeitung, durch photolithographische Verfahren oder durch ortsabhängige galvanische Abscheidungsverfahren präpariert werden. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.The surface contour of the measuring diaphragm of a pressure sensor according to the invention can be prepared, for example, by mechanical processing, by photolithographic methods or by location-dependent galvanic deposition methods. Further details of the invention will become apparent from the embodiment illustrated in the drawing.

Es zeigt:It shows:

1: einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Differenzdrucksensors. 1 a longitudinal section through an embodiment of a differential pressure sensor according to the invention.

Der in 1 dargestellte Differenzdrucksensor 1 umfasst eine Messmembran 2, welche zwischen einem ersten Grundkörper 3 und einem zweiten Grundkörper 4 angeordnet ist. Die Messmembran 2 und die beiden Grundkörper 3, 4 weisen jeweils einen metallischen Werkstoff auf, insbesondere Edelstahl, wobei die Messmembran 2 mit den beiden Grundkörpern 3, 4 entlang ihres äußeren Randes verschweißt oder gelötet ist.The in 1 illustrated differential pressure sensor 1 includes a measuring membrane 2 which is between a first basic body 3 and a second body 4 is arranged. The measuring membrane 2 and the two main bodies 3 . 4 each have a metallic material, in particular stainless steel, wherein the measuring diaphragm 2 with the two basic bodies 3 . 4 welded or soldered along its outer edge.

Vorzugsweise weisen der Werkstoff der Messmembran und der Grundkörper den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.Preferably, the material of the measuring diaphragm and the base body have the same coefficient of thermal expansion.

Auf den der Messmembran abgewandten Stirnseiten der beiden Grundkörper 3, 4 ist jeweils eine Trennmembran 5, 6 angeordnet, welche entlang ihres Randes mit einer umlaufenden Schweißnaht mit der Stirnfläche verbunden ist, sodass zwischen der Stirnfläche und der Trennmembran 5, 6 jeweils eine Druckkammer ausgebildet ist, an der sich jeweils ein Kanal 7, 8 durch den ersten und zweiten Grundkörper in eine Messkammer im Inneren des Differenzdrucksensors erstreckt, um die Messmembran 2 mit den Mediendrücken zu beaufschlagen, deren Differenz zu bestimmen ist. Zur Erhöhung der Dynamik erstrecken sich jeweils Kanäle 9, 10 durch einen ersten und zweiten Elektrodenträger 11, 12 die jeweils auf einer Seite der Messmembran in der Messkammer angeordnet sind, wobei die Messkammer durch die Messmembran 2 in zwei Teilkammern geteilt ist. Auf den ersten und zweiten Elektrodenträger 11, 12 ist jeweils eine erste bzw. zweite Elektrode 13, 14 angeordnet, wobei die Differenz der Kapazitäten zwischen der ersten Elektrode 13 und der Messmembran 2 bzw. der zweiten Elektrode 14 und der Messmembran 2 ein Maß für die druckabhängige Auslenkung der Messmembran 2 ist.On the side facing away from the measuring membrane end faces of the two main body 3 . 4 each is a separation membrane 5 . 6 arranged, which is connected along its edge with a circumferential weld with the end face, so that between the end face and the separation membrane 5 . 6 in each case a pressure chamber is formed, at each of which a channel 7 . 8th through the first and second body in a measuring chamber inside the differential pressure sensor extends to the measuring diaphragm 2 to apply the media pressures whose difference is to be determined. Channels extend to increase the dynamics 9 . 10 through a first and second electrode carrier 11 . 12 which are each arranged on one side of the measuring membrane in the measuring chamber, wherein the measuring chamber through the measuring membrane 2 divided into two sub-chambers. On the first and second electrode carrier 11 . 12 is in each case a first or second electrode 13 . 14 arranged, wherein the difference of the capacitances between the first electrode 13 and the measuring membrane 2 or the second electrode 14 and the measuring membrane 2 a measure of the pressure-dependent deflection of the measuring diaphragm 2 is.

Die Elektrodenträger 11, 12 weisen vorzugsweise einen isolierenden Werkstoff auf, insbesondere einen keramischen Werkstoff, beispielsweise Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd oder Steatit, wobei die Elektroden 13, 14 eine metallische Beschichtung, beispielsweise Nickel, Aluminium, Gold Tantal, oder eine Glasschicht mit Edelmetallpartikeln in ausreichender Konzentration aufweisen, beispielsweise Silber, Gold und/oder Platin. Die Elektrodenträger 11, 12 sind von jeweils von einem oder mehreren radialen Stahlrohren 15, 16 gehalten, welche in radialen Bohrungen 19, 20 der Elektrodenträger 11, 12 eingesetzt sind. In den Stahlrohren 15, 16 sind jeweils die elektrischen Anschlüsse 17, 18 eingeglast, welche die Elektroden 13, 14 über axiale Durchkontaktierungen 21, 22 durch die Elektrodenträgerkörper 11, 12 kontaktieren. Die axialen Durchkontaktierungen können beispielsweise einen metallischen Stift, beispielsweise aus Tantal umfassen, oder sie können – wie die Elektroden – eine Mischung aus Glas mit eingebetteten Metallpartikeln aufweisen.The electrode carrier 11 . 12 preferably have an insulating material, in particular a ceramic material, such as alumina, zirconia or steatite, wherein the electrodes 13 . 14 a metallic coating, such as nickel, aluminum, gold tantalum, or a glass layer with noble metal particles in sufficient concentration, for example, silver, gold and / or platinum. The electrode carrier 11 . 12 are each from one or more radial steel tubes 15 . 16 held, which in radial bores 19 . 20 the electrode carrier 11 . 12 are used. In the steel pipes 15 . 16 are each the electrical connections 17 . 18 which load the electrodes 13 . 14 via axial vias 21 . 22 through the electrode carrier body 11 . 12 to contact. The axial vias may include, for example, a metallic pin, such as tantalum, or they may, like the electrodes, have a mixture of glass with embedded metal particles.

Die Messmembran 2 weist einen zentralen elastischen Messbereich auf, welcher in der Gleichgewichtslage der Messmembran, bei der in beiden Teilkammern der gleiche Druck herrscht, beidseitig konkave Oberflächenkonturen 25, 26 aufweist, wobei der zentrale elastische Messbereich so gestaltet ist, dass bei einer spezifizierten Überlast von einer Seite der Messmembran die Oberfläche der anderen Seite der Messmembran im zentralen elastischen Messbereich eine planare Gestalt annimmt, wobei die Elektrodenträger jeweils so positioniert sind, dass die Messmembran bei Erreichen der planaren Gestalt an der Stirnfläche der Elektrodenträger zur Anlage kommt.The measuring membrane 2 has a central elastic measuring range, which in the equilibrium position of the measuring diaphragm, in which the same pressure prevails in both partial chambers, concave surface contours on both sides 25 . 26 wherein the central elastic measuring range is designed so that at a specified overload from one side of the measuring membrane, the surface of the other side of the measuring membrane in the central elastic measuring range assumes a planar shape, wherein the electrode supports are each positioned so that the measuring diaphragm when reaching the planar shape comes to rest on the end face of the electrode carrier.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0312532 B1 [0002] EP 0312532 B1 [0002]
  • EP 0577720 B1 [0002] EP 0577720 B1 [0002]

Claims (12)

Drucksensor, umfassend mindestens einen ersten Grundkörper (11) und eine Messmembran (2) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, welche der ersten Seite abgewandt ist, wobei die Messmembran mindestens einen elastischen, zentralen Messbereich aufweist, welcher in der Gleichgewichtslage der Messmembran mindestens auf der ersten Seite der Messmembran eine erste konkave (25) Oberflächenkontur aufweist, und welche im Falle einer spezifizierten Überlast von der zweiten Seite der Messmembran eine planare Form annimmt, wobei die Messmembran einen umlaufenden Rand aufweist, welcher den elastischen zentralen Messbereich umgibt und bezüglich des Grundkörpers fest positioniert ist, wobei der Grundkörper eine planare Stützfläche (13) aufweist, welche gegenüber dem elastischen zentralen Messbereich angeordnet ist, wobei der elastische zentrale Messbereich im Falle der spezifizierten Überlast mit der ersten Seite der Messmembran an der Stützfläche zur Anlage kommt, wodurch eine weitere Auslenkung des elastischen zentralen Messbereichs bei einer Überlast über die spezifizierte Überlast hinaus verhindert wird, wobei die Messmembran (2) einen metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl aufweist.Pressure sensor, comprising at least one first basic body ( 11 ) and a measuring membrane ( 2 ) with a first side and a second side, which faces away from the first side, wherein the measuring membrane has at least one elastic, central measuring region, which in the equilibrium position of the measuring membrane at least on the first side of the measuring membrane a first concave ( 25 ) Has a surface contour, and which in the case of a specified overload from the second side of the measuring membrane assumes a planar shape, wherein the measuring diaphragm has a peripheral edge which surrounds the elastic central measuring area and is fixedly positioned relative to the base body, wherein the base body is a planar support surface ( 13 in the case of the specified overload with the first side of the measuring diaphragm abuts the support surface, whereby a further deflection of the elastic central measuring range at an overload on the specified overload is prevented, the measuring membrane ( 2 ) comprises a metallic material, in particular steel. Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor weiterhin einen zweiten Grundkörper aufweist, wobei der elastische zentrale Messbereich in der Gleichgewichtslage der Messmembran auf der zweiten Seite der Messmembran eine zweite konkave Oberflächenkontur aufweist, wobei die Messmembran zwischen dem ersten und dem zweiten Grundkörper angeordnet ist, und wobei der umlaufende Rand der Messmembran in einer definierten Position bezüglich des zweiten Grundkörper angeordnet ist, wobei die zweite Oberflächenkontur im Falle einer definierten Überlast von der ersten Seite der Messmembran eine planare Form annimmt, wobei der zweite Grundkörper ein planare Stützfläche aufweist, welche gegenüber dem elastischen zentralen Messbereich angeordnet ist, wobei der zentrale elastische Messbereich im Falle der spezifizierten Überlast von der ersten Seite der Messmembran mit der zweiten Seite der Messmembran an der Stützfläche des zweiten Grundköpers zur Anlage kommt, wodurch eine weitere Auslenkung des elastischen zentralen Messbereichs bei einer Überlast über die spezifizierte Überlast hinaus verhindert wird.Pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensor further comprises a second base body, wherein the elastic central measuring range in the equilibrium position of the measuring diaphragm on the second side of the measuring diaphragm has a second concave surface contour, wherein the measuring diaphragm between the first and the second base body is arranged, and wherein the peripheral edge of the measuring diaphragm is arranged in a defined position with respect to the second base body, wherein the second surface contour assumes a planar shape from the first side of the measuring diaphragm in the case of a defined overload, wherein the second base body has a planar support surface which is opposite to the elastic is arranged in the central measuring range, wherein the central elastic measuring range comes in the case of the specified overload of the first side of the measuring diaphragm with the second side of the measuring diaphragm on the support surface of the second basic body to the plant, whereby a further A deflection of the elastic central measuring range is prevented in the event of an overload beyond the specified overload. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens der erste Grundkörper zumindest abschnittsweise einen metallischen Werkstoff aufweist.Pressure sensor according to claim 1 or 2, wherein at least the first base body at least partially comprises a metallic material. Drucksensor nach Anspruch 3, wobei der metallische Werkstoff den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wie der Werkstoff der Messmembran.Pressure sensor according to claim 3, wherein the metallic material has the same coefficient of thermal expansion as the material of the measuring diaphragm. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rand der Messmembran mit dem ersten und/oder mit dem zweiten Grundkörper fest verbunden ist.Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the edge of the measuring diaphragm with the first and / or with the second body is firmly connected. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher weiterhin einen Wandler zum Wandeln der druckabhängigen Verformung der Messmembran in ein Signal aufweist.Pressure sensor according to one of the preceding claims, further comprising a transducer for converting the pressure-dependent deformation of the measuring diaphragm into a signal. Drucksensor, wobei der Wandler ein kapazitiver Wandler ist, der mindestens eine erste Elektrode umfasst, welche ortsfest bezüglich des ersten Grundkörpers positioniert ist, und welche gegenüber der Messmembran elektrisch isoliert ist.A pressure sensor, wherein the transducer is a capacitive transducer comprising at least a first electrode, which is positioned stationary with respect to the first base body, and which is electrically isolated from the measuring diaphragm. Drucksensor nach Anspruch 7, wobei der kapazitive Wandler einen Differentialkondensator aufweist.A pressure sensor according to claim 7, wherein the capacitive transducer comprises a differential capacitor. Drucksensor nach Anspruch 6, wobei der Wandler ein als resistiver Wandler ist.A pressure sensor according to claim 6, wherein the transducer is a resistive transducer. Drucksensor nach Anspruch 6, wobei der Wandler ein optischer Wandler, insbesondere ein interferometrischer Wandler ist.Pressure sensor according to claim 6, wherein the transducer is an optical transducer, in particular an interferometric transducer. Drucksensor nach Anspruch 6, wobei der Wandler einen mechanischen Resonator aufweist, welcher insbesondere eine schwingende Saite umfasst.Pressure sensor according to claim 6, wherein the transducer comprises a mechanical resonator, which in particular comprises a vibrating string. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drucksensor ein Absolutdrucksensor, ein Relativdrucksensor, oder ein Differenzdrucksensor ist.Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the pressure sensor is an absolute pressure sensor, a relative pressure sensor, or a differential pressure sensor.
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