DE102010063723A1 - Pressure sensor has measuring diaphragm that rests on front supporting ends of profiled elements which are extended radially inward from outer surface of base, during overload condition - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen keramischen Drucksensor mit Überlastschutz. Ein keramischer Drucksensor weist eine keramische Messmembran als druckabhängigen Verformungskörper auf. Keramische Drucksensoren mit einem kapazitiven Wandler werden beispielsweise von der Anmelderin hergestellt und in Drucktransmittern unter der Bezeichnung Cerabar in Verkehr gebracht. Bei diesen Drucksensoren ist eine kreisscheibenförmige Messmembran entlang einer umlaufenden Fügestelle an einer ebenen Stirnfläche eines kreisplattenförmigen Grundkörper in einem definierten Abstand druckdicht befestigt, wobei die Messmembran druckabhängig verformbar und auf ihrer dem Grundkörper abgewandten Oberfläche mit einem Mediendruck beaufschlagbar ist, wobei sich die Messmembran im Falle einer Überlast an der Stirnfläche des Grundkörpers abstützen kann. Derartige Drucksensoren sind beispielsweise in den Offenlegungsschriften
Weiterhin ist in
Weiterhin sind kostengünstige keramische Drucksensoren bekannt, welche eine kreisscheibenförmige keramische Messmembran aufweisen, welche entlang einer umlaufenden Fügestelle an einer Stirnfläche eines hohlzylinderförmigen Grundkörpers druckdicht befestigt ist, wobei die Messmembran auf ihrer dem Grundkörper abgewandten Oberfläche mit einem Mediendruck beaufschlagbar ist. Die Messmembran insbesondere einen resistiven Wandler aufweisen, welcher auf der dem Grundkörper zugewandten Oberfläche der Messmembran angeordnet ist. Diese Drucksensoren sind allerdings nur geringfügig überlastfest, da die Messmembranen im falle einer Überlast nicht abgestützt sind. Die Offenlegungsschrift
Die beiden letztgenannten Konstruktionen sind jedoch sehr aufwändig und daher für einen kostengünstigen Drucksensor nicht geeignet.However, the latter two designs are very complex and therefore not suitable for a low-cost pressure sensor.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Drucksensor bereitzustellen, der die Nachteile des Stands der Technik überwindet.It is therefore the object of the invention to provide a pressure sensor which overcomes the disadvantages of the prior art.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Drucksensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.The object is achieved by the pressure sensor according to independent claim 1.
Der erfindungsgemäße keramische Drucksensor umfasst:
eine keramische Messmembran;
einen im wesentlichen hohlprofilförmigen, keramischen Grundkörper; und
einen Wandler zum Wandeln einer Verformung der Messmembran in ein elektrisches Signal,
wobei die Messmembran entlang einer umlaufenden Fügestelle mit einer Stirnseite des Grundkörpers verbunden ist,
wobei der Wandler auf der dem Grundkörper zugewandten Seite der Messmembran angeordnet ist,
wobei der Grundkörper eine umlaufende Mantelfläche aufweist von der sich radial einwärts Profilelemente erstrecken, welche an der messmembranseitigen Stirnseite des Grundkörpers Stützflächen aufweisen, an denen die Messmembran im Falle einer Überlast zur Anlage kommt.The ceramic pressure sensor according to the invention comprises:
a ceramic measuring membrane;
a substantially hollow profile-shaped, ceramic base body; and
a transducer for converting a deformation of the measuring diaphragm into an electrical signal,
wherein the measuring diaphragm is connected to a front side of the main body along a circumferential joint,
wherein the transducer is arranged on the side of the measuring diaphragm facing the main body,
wherein the base body has a peripheral lateral surface from which radially inwardly extending profile elements, which have on the messmembranseitigen side end face of the base support surfaces on which the measuring diaphragm comes in the event of an overload to the plant.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Grundkörper auf seiner äußeren Oberfläche zumindest abschnittsweise eine zylindrische Form auf.According to one embodiment of the invention, the main body on its outer surface, at least in sections, a cylindrical shape.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Grundkörper eine im wesentlichen zylindrische Hülse mit einem Außenradius ra und einem Innenradius ri auf, von dem sich die Profilelemente bis zu einem minimalen Radius rmin erstrecken.According to one embodiment of the invention, the main body has a substantially cylindrical sleeve with an outer radius r a and an inner radius r i , from which extend the profile elements to a minimum radius r min .
Die Profilelemente können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung insbesondere in axialer Richtung des Grundkörpers verlaufen.The profile elements can run according to an embodiment of the invention, in particular in the axial direction of the body.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Profilelemente als Funktion des Radius r jeweils eine Breite b(r) = r·Δφ(r) auf, wobei Δφ(r) der bei einem Radius r von dem Profilelement überdeckte Winkelbereich ist, und wobei für alle r1 < r2 mit rmin ≤ r1 und r2 ≤ ri gilt: b(r1) ≤ b(r2).According to one embodiment of the invention, the profile elements each have a width b (r) = r .DELTA..phi. (R) as a function of the radius r, where .DELTA..phi. (R) is the angular range covered by the profile element at a radius r, and where for all r 1 <r 2 with r min ≤ r 1 and r 2 ≤ r i : b (r 1 ) ≤ b (r 2 ).
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Grundkörper N Profilelemente auf, wobei gilt N ≤ 12, insbesondere N ≤ 8, beispielsweise N ≤ 6.According to a development of the invention, the main body has N profile elements, where N ≦ 12, in particular N ≦ 8, for example N ≦ 6.
Gemäß eine Weiterbildung der Erfindung gilt außerdem: N ≥ 2, insbesondere N ≥ 3, beispielsweise N ≥ 4 Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gilt: Δφ((rmin + ri)/2)/π ≤ 3/2N, insbesondere Δφ((rmin + ri)/2)/π ≤ 1/N.According to a further development of the invention, the following also applies: N ≥ 2, in particular N ≥ 3, for example N ≥ 4 According to one embodiment of the invention, the following applies: Δφ ((r min + r i ) / 2) / π≤3 / 2N, in particular Δφ ((r min + r i ) / 2) / π≤1 / N.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Profilelemente monolithisch mit dem Grundkörper ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the profile elements are monolithically formed with the main body.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Stirnseite des Grundkörpers mechanisch bearbeitet, insbesondere um die Position der Stützflächen bezüglich der Messmembran festzulegen.According to one embodiment of the invention, the end face of the base body is machined, in particular to set the position of the support surfaces with respect to the measuring diaphragm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung approximieren die Stützflächen die Biegelinie der Messmembran bei einem Grenzdruck an, an dem die Messmembran an den Stützflächen zur Anlage kommt, wodurch eine weitere Auslenkung der Messmembran verhindert wird.According to a development of the invention, the supporting surfaces approximate the bending line of the measuring diaphragm at a limiting pressure at which the measuring diaphragm abuts against the supporting surfaces, whereby a further deflection of the measuring diaphragm is prevented.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Messmembran mit dem Grundkörper mittels einer Fügestelle verbunden, die Glas oder ein Aktivhartlot aufweist.According to one embodiment of the invention, the measuring diaphragm is connected to the main body by means of a joint which comprises glass or an active brazing material.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfassen bzw. umfasst die Messmembran und/oder der Grundkörper eine Aluminiumoxydkeramik.According to a development of the invention, the measuring membrane and / or the base body comprise or comprise an aluminum oxide ceramic.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der elektromechanische Wandler einen resistiven Wandler, welcher insbesondere in Form einer Brückenschaltung, bevorzugt einer Vollbrückenschaltung auf der dem Grundkörper zugewandten Seite der Messmembran präpariert ist.According to one embodiment of the invention, the electromechanical converter comprises a resistive converter, which is prepared in particular in the form of a bridge circuit, preferably a full bridge circuit on the side facing the base body of the measuring diaphragm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Grundkörper durch ein Verfahren erhältlich, welches Strangpressen oder Spritzgießen umfasst.According to one embodiment of the invention, the base body is obtainable by a method which comprises extrusion molding or injection molding.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Profilelemente durch Kleben in einem hohlzylinderförmigen Grundkörper eingebracht werden.According to one embodiment of the invention, the profile elements can be introduced by gluing in a hollow cylindrical body.
Gemäß einer Weiterbildung können umfasst der Grundkörper einen Hohlzylinder und eine Einschraubhülse, welche in den Hohlzylinder eingeschraubt ist, wobei die Profilelemente in der Einschraubhülse angeordnet sind und sich von dieser radial einwärts erstrecken.According to a further development, the base body comprises a hollow cylinder and a screw-in sleeve which is screwed into the hollow cylinder, the profile elements being arranged in the screw-in sleeve and extending radially inwards from the latter.
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:
Der in
Auf einer Stirnfläche
Die Stirnseiten
Der Grundkörper
Die Messmembran
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 3912217 A1 [0001] DE 3912217 A1 [0001]
- EP 1039284 A1 [0001] EP 1039284 A1 [0001]
- EP 1061351 A1 [0001] EP 1061351 A1 [0001]
- EP 1077368 A1 [0002] EP 1077368 A1 [0002]
- DE 10221219 A1 [0003] DE 10221219 A1 [0003]
- DT 2611494 A1 [0003] DT 2611494 A1 [0003]
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