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Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Druckmesszelle, insbesondere eine keramische Druckmesszelle mit einem kapazitiven Wandler, wobei die Druckmesszelle eine Messmembran und einen Grundkörper aufweist, wobei die Messmembran druckabhängig verformbar ist. Derartige Druckmesszellen sind in der industriellen Prozessmesstechnik häufig in metallischen Gehäusen eingebaut, wobei die Messmembran durch eine Gehäuseöffnung unmittelbar mit dem Prozessmedium beaufschlagbar ist. Insofern, als die Wärmausdehnungskoeffizienten der üblichen metallischen Werkstoffe von jenen der gängigen keramischen Werkstoffe erheblich abweichen, erfordert der Einbau der keramischen Druckmesszellen in den metallischen Gehäusen erheblichen Aufwand und Aufmerksamkeit, um Messfehler aufgrund des Einbaus zu minimieren.
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EP 0 995 979 A1 offenbart einen Drucksensor mit einer kapazitiven keramischen Druckmesszelle, die mit der Messmembran gegen einen elastischen Dichtring in einem metallischen Gehäuse mittels eines metallischen Schraubrings, der die Rückseite der Messzelle abstützt, axial eingespannt ist. Zwischen dem Schraubring und der Druckmesszelle ist ein keramischer Entkopplungsring eingespannt, um die Rückseite der Messzelle von Scherkräften zu entlasten, die sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien des Schraubrings und der Druckmesszelle ergeben können.
DE 102 29 703 A1 und
DE 102 43 079 A1 befassen sich insbesondere mit dem rückseitigen Entkopplungsring, der Einfluss auf Radialspannungen in der frontseitigen Messmembran der Druckmesszelle hat. Es wird gezeigt, wie mittels geeigneter Dimensionierung des Entkopplungsrings Fehler aufgrund der Radialspannung minimiert werden können.
DE 10 2009 027 899 A1 offenbart schließlich ein Verfahren zur Kompensation von Messfehlern aufgrund von Temperatursprüngen wobei der Kompensationsalgorithmus berücksichtigt, dass die Relaxationszeit des Messfehlers und dessen Größe vom Vorzeichen des Temperatursprungs abhängen.
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Die beschriebenen Lösungen tragen dazu bei, keramische Druckmesszellen und Drucksensoren für die Prozessmesstechnik mit solchen Messzellen genauer und unempfindlicher gegen Temperaturschwankungen und -sprünge zu machen, dennoch besteht hier weiterhin Bedarf an Verbesserungen.
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US-Patent No. 4,864,463 offenbart eine Druckmesszelle zur Absolutdruckmessung, die aus Quarzglas gefertigt ist, und einen kapazitiven Wandler aufweist. Die Druckmesszelle ist insbesondere für die (militärische) Luftfahrt vorgesehen und soll insofern unempfindlich gegen Beschleunigungskräfte und Vibrationen sein. Zu diesem Zweck weist die Druckmesszelle parallel zur Messmembran in einer evakuierten Kammer hinter der Messmembran eine Sekundärmembran auf, die vom Mediendruck entkoppelt ist, und die sich bezüglich der in der Luftfahrt auftretenden Beschleunigungskräfte so verhalten soll, wie die Messmembran. Sowohl die Messmembran als auch die Sekundärmembran tragen Elektroden, wobei die Kapazität zwischen den Elektroden ein von den Beschleunigungskräften unabhängiges Maß für den Druck sein soll.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Druckmesszelle und einen Drucksensor mit einer solchen Druckmesszelle für die industrielle Prozessmesstechnik bereitzustellen, wobei einbaubedingte Spannungszustände der Druckmesszelle erkennbar sind, und deren Einfluss auf die Druckmessung kompensierbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, durch die Druckmesszelle gemäß Anspruch 1 und den Drucksensor gemäß Anspruch 8.
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Die erfindungsgemäße keramische Druckmesszelle umfasst:
einen keramischen Grundkörper;
eine keramische Messmembran;
einen keramischen Spannungsfühler;
mindestens eine an der Messmembran angeordnete erste Elektrode
mindestens eine an dem Spannungsfühler angeordnete zweite Elektrode
wobei die Messmembran entlang einer ringförmigen Verbindung mit dem Grundkörper unter Bildung einer Druckkammer zwischen der Messmembran und dem Grundkörper druckdicht verbunden ist; und
wobei der keramische Spannungsfühler zwischen der Messmembran und dem Grundkörper angeordnet und mit der ringförmigen Verbindung mechanisch gekoppelt ist,
wobei der Spannungsfühler in Abhängigkeit von mechanischen Spannungen in der ringförmigen Verbindung auslenkbar ist,
wobei die mindestens eine erste Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zumindest von einem Druck abhängt, der auf die Messmembran einwirkt.
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Die ringförmige Verbindung zwischen der Messmembran und dem Grundkörper kann homogen gestaltet sein oder verschiedene Abschnitte aufweisen, die beispielsweise von dem Spannungsfühler zumindest teilweise getrennt sind.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode weitgehend unabhängig von Schwankungen von einbaubedingten Spannungen in der Verbindung zwischen der Messmembran und dem Grundkörper. Insbesondere ist für die erste Kapazität eine Referenzspanne definiert ist, welche sich von einem Referenzstartwert zu einem Referenzendwert erstreckt, wobei der Referenzstartwert gegeben ist wenn die Messmembran bei Raumtemperatur keiner Druckbeaufschlagung ausgesetzt ist, wobei der Referenzendwert beispielsweise das anderthalbfache, oder das doppelte des ersten Referenzstartwerts beträgt, wobei Schwankungen des Werts der ersten Kapazität ohne eine Druckbeaufschlagung der Messmembran bei Variation der Temperatur über einen spezifizierten Temperaturbereich von 20°C bis 100°C, insbesondere 0°C bis 125°C, und bei ansonsten konstanten Bedingungen um nicht mehr als 0,5% der Spanne, insbesondere nicht mehr als 0,2% der Spanne, bevorzugt nicht mehr als 0,1% der Spanne und besonders bevorzugt nicht mehr als 0,05% der Spanne beträgt, wenn sich die Druckmesszelle bei der Messung der ersten Kapazität im thermischen Gleichgewicht befindet.
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In der oben beschriebenen Weiterbildung der Erfindung wird davon ausgegangen, dass die Messmembran und der Spannungsfühler durch einbaubedingte bzw. montagebedingte Spannungen in der Verbindung zwischen der Messmembran und dem Grundkörper im wesentlichen in gleicher Weise verformt werden, so dass der Einfluss dieser Spannungen auf die erste Kapazität entsprechend gering ausfällt. In diesem Fall ist es nicht zwingend erforderlich, die Spannungen bzw. die spannungsbedingten Verformungen zu kennen.
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Ungeachtet dessen ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, Kenntnisse über einbaubedingte Verformungen der Druckmesszelle zu gewinnen, die sich insbesondere in einer Verformung des Spannungsfühlers niederschlagen.
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Hierzu weist der Grundkörper in einer Ausgestaltung der Erfindung an einer dem Spannungsfühler zugewandten Oberfläche eine dritte Elektrode auf, wobei der Spannungsfühler vorzugsweise eine vierte Elektrode aufweist, welche an einer der dritten Elektrode zugewandten Oberfläche angeordnet ist. Die zweite Kapazität zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode bzw. die Veränderung der zweiten Kapazität ist ein Maß für die spannungsabhängige Verformung des Spannungsfühlers. Daraus lassen sich Informationen über die aktuelle Lage der zweiten Elektrode bzw. über Verspannungen der Messmembran ableiten, welche neben dem aktuellen Druck die erste Kapazität beeinflussen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die vierte Elektrode von der zweiten Elektrode elektrisch isoliert.
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Zwischen der Messmembran und dem Spannungsfühler können gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mehr als eine Kapazität vorgesehen sein. Beispielsweise kann die zweite, am Spannungsfühler angeordnete Elektrode als eine zentrale Druckmesselektrode ausgestaltet sein, welche von einer ringförmigen Druckreferenzelektrode umgeben ist, wobei in der Ruhelage vorzugsweise die Kapazität Cpm zwischen der Druckmesselektrode und der ersten Elektrode an der Messmembran im Wesentlichen gleich der Kapazität Cpr zwischen der Druckreferenzelektrode und der ersten Elektrode an der Messmembran ist. In diesem Fall kann die druckabhängigen Auslenkung ym(p) der Messmembran durch eine differentielle Auswertung ermittelt werden, ym(p) = ym((Cpm – Cpr)/Cpm).
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Gleichermaßen können zwischen Grundkörper und Spannungsfühler mehrere Kapazitäten vorgesehen sein, um eine Verformung des Spannungsfühlers genauer detektieren zu können.
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Auch hier kann eine Anordnung zu einer differentiellen Beschaltung gewählt werden, bei der beispielweise die dritte Elektrode am Grundkörper als eine zentrale Spannungsmesselektrode geformt ist, die von einer ringförmigen Spannungreferenzelektrode umgeben ist, wobei in der Ruhelage des Spannungsfühlers vorzugsweise die Kapazität Csm zwischen der Spannungsmesselektrode und der vierten Elektrode an dem Spannungsfühler im Wesentlichen gleich der Kapazität Csr zwischen der Spannungsreferenzelektrode und der vierten Elektrode an dem Spannungsfühler ist. In diesem Fall kann die spannungshängige Auslenkung ys(S) des Spannungfühlers durch eine differentielle Auswertung ermittelt werden, ys(S) = ys((Csm – Csr)/Csm).
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Berücksichtigt man die Auslenkung des Spannungsfühlers, bei der Bestimmung des Drucks so gilt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung: p = p(Cpm, Cpr, Csm, Csr)), insbesondere: p = p(ym((Cpm – Cpr)/Cpm), ys((Csm – Csr)/Csm))
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Elektrode im elektrischen Kotakt mit der vierten Elektrode.
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Anstelle oder ergänzend zu einer kapazitiven Bestimmung der Verformung des Spannungsfühlers kann diese auch mit anderen Spannungssensoren bestimmt werden, beispielsweise mit einem vorzugsweise mehreren Widerstandselementen mit spannungsabhängigem Widerstandswert, die insbesondere in Form einer Brückenschaltung insbesondere am Spannungsfühler angeordnet sind.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Spannungsfühler eine Saite auf, die sich insbesondere durch einen Kreisring erstreckt. Die Saite kann beispielsweise grundkörperseitig eine Elektrode aufweisen um die aktuelle Lage der Saite kapazitiv zu ermitteln und daraus den Spannungszustand in der Verbindung zwischen Grundkörper und Messmembran ableiten zu können. Gleichermaßen kann die Saite zu mechanischen Schwingungen angeregt werden, wobei in diesem Fall die Resonanzfrequenz der Saite ein Maß für den zu bestimmenden Spannungszustand ist. Die Anregung kann beispielsweise kapazitiv erfolgen. In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung können sowohl die Resonanzfrequenz der Saite als auch deren Lage in die Bestimmung des Spannungszustands eingehen. Weiterhin lässt sich eine spannungsbedingte Verformung der Saite auch resistiv über Widerstandsstrukturen bestimmen, die auf der Saite präpariert sind.
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In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist der Spannungsfühler einen Finger auf, der sich insbesondere von einem Kreisring erstreckt radial einwerts erstreckt. Der Finger kann beispielsweise grundkörperseitig eine Elektrode aufweisen um die aktuelle Lage des Fingers kapazitiv zu ermitteln und daraus den Spannungszustand in der Verbindung zwischen Grundkörper und Messmembran ableiten zu können.
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Für die Weiterbildung der Druckmesszelle mit einem Spannungsfühlers als Finger oder als Saite kann die Bestimmung der Auslenkung der Messmembran einerseits als Kapazitätsmessung zwischen der ersten Elektrode an der Messmembran und einer zweiten Elektrode an dem Spannungsfühler erfolgen. Andererseits besteht hier die Möglichkeit, die druckabhängige Auslenkung der Messmembran durch eine Kapazitätsmessung zwischen einer ersten Elektrode an der Messmembran und einer Elektrode am Grundkörper durchzuführen.
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Der erfindungsgemäße Drucksensor umfasst
eine erfindungsgemäße Druckmesszelle;
ein Gehäuse; und
eine elektrische Schaltung zum Betreiben der Druckmesszelle;
wobei die Druckmesszelle von dem Gehäuse in der Weise gehalten wird, dass die Messmembran der Druckmesszelle mit einem Medium beaufschlagbar ist, dessen Druck zu messen ist,
wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, welche durch die Druckmesszelle verschlossen ist, und
wobei das Gehäuse in seinem Inneren eine Kammer aufweist, in welcher die elektrische Schaltung angeordnet ist, und wobei die Druckmesszelle an die Schaltung angeschlossen ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse eine Messzellenkammer auf, in welcher die Öffnung mündet, wobei die Messzellenkammer um die Öffnung durch eine ringförmige axiale Anschlagfläche begrenzt ist, wobei die Druckmesszelle in der Messzellenkammer angeordnet ist, und mit der messmembranseitigen Stirnfläche gegen die axiale Anschlagfläche axial eingespannt ist.
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Die Messzellenkammer kann mit der Kammer identisch sein, in welcher die elektrische Schaltung enthalten ist, oder sie kann eine zusätzliche Kammer sein.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der axialen Anschlagfläche und der Stirnfläche der Druckmesszelle ein Dichtmittel angeordnet, welches insbesondere einen elastischen und/oder plastischen Dichtring umfassen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist die Druckmesszelle mittels eines Einspannkörpers, beispielsweise eines Schraubrings, gegen den sich die Druckmesszelle rückseitig abstützt, in der Messzellenkammer axial eingespannt. In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Einspannkörper und der Druckmesszelle ein keramischer Entkopplungskörper angeordnet, welcher insbesondere ringförmig sein kann. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Entkopplungskörper im Zusammenspiel mit der Druckmesszelle und einem Dichtring an der Stirnfläche der Druckmesszelle Abmessungen auf, deren Prinzip in
DE 102 29 703 A1 bzw.
DE 102 43 079 A1 beschrieben ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Druckmesszelle in dem Gehäuse auch mit einer radialen, elastischen Dichtung eingespannt sein, welche in einem Ringspalt zwischen einer Gehäuseöffnung und einer Mantelfläche der Druckmesszelle angeordnet ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Druckmesszelle mit dem Gehäuse über eine ringförmige Fügestelle druckdicht verbunden. Die Fügestelle kann beispielsweise durch Löten, Hartlöten oder Kleben gebildet sein.
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Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:
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1: einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle;
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2: einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle; und
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3: einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors mit der der erfindungsgemäßen Druckmesszelle aus 1.
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Die in 1 dargestellte Druckmesszelle 1 umfasst eine kreisscheibenförmige Messmembran 2, einen kreisplattenförmigen Grundkörper 3 und eine kreisscheibenförmige Lochplatte 4, welche als Spannungsfühler dient, und welche zwischen dem Grundkörper 3 und der Messmembran 2 angeordnet ist.
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Die Messmembran 2 umfasst einen keramischen Messmembrankörper 21, welcher insbesondere Korund aufweist, und welcher mit einer umlaufenden ersten Fügestelle 22 mit der Lochplatte 4 verbunden ist. Auf der der Lochplatte 4 zugewandten Seite des Messmembrankörpers 21 ist eine Messmembranelektrode 24 angeordnet, die beispielsweise Tantal aufweisen kann, die sich radial auswärts bis zu der Fügestelle 22 erstreckt und diese elektrisch kontaktiert. Die erste Fügestelle 22 umfasst ein Aktivhartlot, insbesondere ein Zirkon-Nickel-Titan Aktivhartlot. Die Mantelfläche des Grundkörpers 3 weist eine metallische Beschichtung 25 auf, welche über die erste Fügestelle 22 im elektrischen Kontakt der Messmembranelektrode 24 steht.
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Die Lochplatte 4 weist einen keramischen Plattenkörper 41 auf, der insbesondere den gleichen keramischen Werkstoff wie die Messmembran aufweist Der Plattenkörper ist mittels einer umlaufenden zweiten Fügestelle 42 druckdicht mit dem Grundkörper 3 verbunden ist. Auch die zweite Fügestelle 42 umfasst vorzugsweise ein Aktivhartlot, insbesondere ein Zirkon-Nickel-Titan Aktivhartlot. Durch den Lochplattenkörper 41 erstreckt sich ein, insbesondere zentrales Loch 43, welches einen Gasaustausch durch die Lochplatte zwischen der dem Grundkörper zugewandten Seite der Lochplatte und der Messmembran zugewandten Seite der Lochplatte ermöglicht. Auf diese Weise ist die Lochplatte zwischen der Messmembran und dem Grundkörper im Wesentlichen isostatisch gelagert, sodass in diesem Bereich kein Druckgradient entstehen kann, welcher die Lochplatte 4 verformen könnte. Die Lochplatte 4 umfasst weiterhin eine gegenüber der Messmembranelektrode 24 elektrisch isolierte Mittenelektrode 44, die sich durch das zentrale Loch 43 auf beiden Seiten des Lochplattenkörpers 41 erstreckt, und welche die zweite Fügestelle 42 elektrisch kontaktiert.
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Die zweite Fügestelle 42 erstreckt sich nicht bis zur Mantelfläche des Grundkörpers 3, so dass ein Ringspalt zwischen der Lochplatte 4 und dem Grundkörper 3 verbleibt, der mit einer umlaufenden Glaslotfüllung 45 verschlossen ist, wobei die zuvor erwähnte metallische Beschichtung 25 der Mantelfläche 3 des Grundkörpers über die Glaslotfüllung 45 verläuft.
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Der Grundkörper 3 umfasst einen zentralen Vollzylinder 31 und einen koaxial und an den Stirnflächen koplanar dazu angeordneten Hohlzylinder 32, welcher den Vollzylinder 31 umgibt und mit diesem an der lochplattenseitigen Stirnfläche mittels der zweiten Fügestelle 42 verbunden ist. Von einer rückseitigen Stirnfläche des Vollzylinders 31 erstreckt sich eine elektrische Durchführung 33 zu einer Grundkörperelektrode 34, die auf der lochplattenseitigen Stirnfläche des Vollzylinders 31 angeordnet und gegenüber der zweiten Fügestelle 42 isoliert ist. Die Mantelfläche des Vollzylinders 35 weist eine metallische Beschichtung 35 auf, welche die zweite Fügestelle 42 kontaktiert, und welche auf die rückseitige Stirnfläche des Vollzylinders 31 herausgeführt ist, so dass die Mittenelektrode 44 über diese metallische Beschichtung 35 kontaktiert werden kann. Der Vollzylinder 31 und der Hohlzylinder 32 weisen einen keramischen Werkstoff, insbesondere Korund auf.
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Die in 2 dargestellte Druckmesszelle 101 umfasst eine kreisscheibenförmige Messmembran 102, einen kreisplattenförmigen Grundkörper 103 und eine kreisscheibenförmige Lochplatte 104, welche als Spannungsfühler dient, und welche zwischen dem Grundkörper 103 und der Messmembran 102 angeordnet ist.
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Die Messmembran 102 umfasst einen keramischen Messmembrankörper 121, welcher insbesondere Korund aufweist, und welcher mit einer umlaufenden ersten Fügestelle 122 mit der Lochplatte 104 verbunden ist. Auf der der Lochplatte 104 zugewandten Seite des Messmembrankörpers 121 ist eine Messmembranelektrode 124 angeordnet, die beispielsweise Tantal aufweisen kann, die sich radial auswärts bis zu der Fügestelle 122 erstreckt und diese elektrisch kontaktiert. Die erste Fügestelle 122 umfasst ein Aktivlot, insbesondere ein Zirkon-Nickel-Titan Aktivhartlot. Die Mantelfläche des Grundkörpers 103 weist eine metallische Beschichtung 125 auf, welche über die erste Fügestelle 122 im elektrischen Kontakt der Messmembranelektrode 124 steht.
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Die Lochplatte 104 weist einen keramischen Plattenkörper 141 auf, der insbesondere den gleichen keramischen Werkstoff wie die Messmembran aufweist Der Plattenkörper ist mittels einer umlaufenden zweiten Fügestelle 142 druckdicht mit dem Grundkörper 103 verbunden ist. Auch die zweite Fügestelle 142 umfasst vorzugsweise ein Aktivhartlot, insbesondere ein Zirkon-Nickel-Titan Aktivhartlot. Durch den Lochplattenkörper 141 erstreckt sich ein, insbesondere zentrales Loch 143, welches einen Gasaustausch durch die Lochplatte zwischen der dem Grundkörper zugewandten Seite der Lochplatte und der Messmembran zugewandten Seite der Lochplatte ermöglicht ist. Auf diese Weise ist die Lochplatte zwischen der Messmembran und dem Grundkörper im Wesentlichen isostatisch gelagert, sodass in diesem Bereich kein Druckgradient entstehen kann, welcher die Lochplatte 104 verformen könnte. Die Lochplatte 104 umfasst weiterhin eine gegenüber der Messmembranelektrode 124 elektrisch isolierte Mittenelektrode 144, die sich durch das zentrale Loch 143 auf beiden Seiten des Lochplattenkörpers 141 erstreckt, und welche die zweite Fügestelle 142 elektrisch kontaktiert.
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Die zweite Fügestelle 142 erstreckt sich nicht bis zur Mantelfläche des Grundkörpers 103, so dass ein Ringspalt zwischen der Lochplatte 104 und dem Grundkörper 103 verbleibt, der mit einer umlaufenden Glaslotfüllung 145 verschlossen ist, wobei die zuvor erwähnte metallische Beschichtung 125 der Mantelfläche 103 des Grundkörpers über die Glaslotfüllung 145 verläuft.
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Der Grundkörper 103 umfasst einen keramischen Vollzylinder 131, der insbesondere Korund aufweist. Von einer rückseitigen Stirnfläche des Grundkörpers 103 erstreckt sich eine erste elektrische Durchführung 133 zu einer Grundkörperelektrode 134, die auf der lochplattenseitigen Stirnfläche des Vollzylinders 103 angeordnet und gegenüber der zweiten Fügestelle 142 isoliert ist. Weiterhin erstreckt sich von der Rückseite des Grundkörpers eine zweite elektrische Durchführung 135, welche die zweite Fügestelle 142 elektrisch kontaktiert, so dass die Mittenelektrode 144 über die zweite elektrische Durchführung 135 kontaktiert werden kann.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Druckmesszelle weist eine Messkapazität zwischen der Messelektrode und der Mittenelektrode eine starke Druckabhängigkeit auf, während eine Referenzkapazität zwischen der Mittenelektrode und der Grundkörperelektrode im wesentlichen druckunabhängig ist. Die Referenzkapazität hängt im wesentlichen von mechanischen Spannungen in den Fügestellen, also der ringförmigen Verbindung zwischen der Messmembran und dem Grundkörper ab, die wiederum durch Einspanneffekte und statische bzw. dynamische Temperatureffekte bedingt sein können. Eine Kenntnis der Referenzkapazität ermöglicht daher die Korrektur entsprechender Querempfindlichkeiten der Messkapazität.
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Die beschriebenen Druckmesszellen können insbesondere Absolutdruck- oder Relativdruckmesszellen sein, wobei das zwischen Messmembran und Grundkörper eingeschlossene Volumen für erstere evakuiert ist und für letztere über eine Bohrung durch den Grundkörper mit dem Atmosphärendruck kommuniziert.
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Drucksensor, bei dem die Druckmesszelle 1 aus 1 in einem Gehäuse 50 axial eingespannt ist, wobei das Gehäuse 50 ein hohlzylindrischen Körper 51 umfasst, der an einer Stirnseite eine Medienöffnung 52 aufweist, wobei die Medienöffnung von einer ringförmigen Schulter umgeben ist, die eine axiale Anschlagfläche 53 bildet. Der Gehäusekörper 51 weist in einem Abschnitt einer inneren Mantelfläche 54 ein Gewinde auf, in welches ein Schraubring 55 eingreift, der einen ringförmigen keramischen Entkopplungskörper 56, welcher Korund aufweist, gegen die Rückseite des Grundkörpers 3 der Messzelle 1 einspannt. Auf diese Weise wird ein elastischer Dichtring 58, der zwischen der Messmembran 2 und der axialen Anschlagfläche 53 angeordnet ist hinreichend gepresst, um das Innere des Gehäuses 50 gegen den durch die Medienöffnung 52 anstehenden Druck abzudichten.
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Der Gehäusekörper 51 weist einen metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl auf, so dass beachtliche Unterschiede hinsichtlich der Wärmeausdehnung des Gehäuses und der Druckmesszelle 1 bestehen. Insofern können im Bereich der Dichtung 58 insbesondere Radialspannungen in die Druckmesszelle eingeleitet werden, die zu Biegemomenten führen, welche die Messmembran 2 und die Lochplatte 4 verformen. Die Kenntnis der Referenzkapazität ermöglicht aber, den Einfluss dieser Biegemomente auf die Messkapazität zu korrigieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0995979 A1 [0002]
- DE 10229703 A1 [0002, 0027]
- DE 10243079 A1 [0002, 0027]
- DE 102009027899 A1 [0002]
- US 4864463 [0004]
