DE102012112920A1

DE102012112920A1 - Device for determining or monitoring of pressure in food sector, has housing, in which pressure transducer is arranged, where pressure transducer converts pressure into electrical signal and has capacitive ceramic sensor

Info

Publication number: DE102012112920A1
Application number: DE201210112920
Authority: DE
Inventors: Frank Widdig; David Sanvenero
Original assignee: BD Sensors GmbH
Current assignee: BD Sensors GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26

Abstract

The device has a housing (1), in which a pressure transducer is arranged, where the pressure transducer converts the pressure into an electrical signal and has a capacitive ceramic sensor (2) which is fixed in the housing. The housing is made from stainless steel and is hermetically sealed to a pressure medium side by a stainless steel membrane (3). A ceramic membrane (5) of the capacitive ceramic sensor is mounted on the stop on the stainless steel membrane.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Druckes, aufweisend ein Gehäuse, in welchem ein Druckwandler angeordnet ist, der den Druck in ein elektrisches Signal umwandelt und einen kapazitiven Keramiksensor aufweist, der in dem Gehäuse fixiert ist. The invention relates to a device for determining and / or monitoring a pressure, comprising a housing in which a pressure transducer is arranged, which converts the pressure into an electrical signal and has a capacitive ceramic sensor which is fixed in the housing.

Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 10 2008 043 467 A1 bekannt. Mit einer solchen Druckmesseinrichtung ist dort ein akustischer Sensor gekoppelt, der akustische Signale aufnimmt, die der Druckwandler bei definierten Belastungszuständen abgibt. Über den akustischen Sensor kann ein Überdruck signalisiert werden. Es ist ferner allgemein angegeben, dass die Druckwandler eine Kombination von Membranen aus verschiedenen Materialien aufweisen können, nämlich Keramik-Keramik oder Metall-Keramik oder Metall-Metall, die jeweils mit den elektrischen Elementen zusammenwirken. Die in der Schrift beschriebene Erfindung befasst sich mit der Bruchfestigkeit bzw. mit der Bruchmöglichkeit der keramischen Membran. Solche bekannten Membrane können auch bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. A device of the generic type is known from DE 10 2008 043 467 A1 known. With such a pressure measuring device there is coupled an acoustic sensor which receives acoustic signals, which emits the pressure transducer at defined load conditions. An acoustic pressure can be signaled via the acoustic sensor. It is also generally stated that the pressure transducers may comprise a combination of membranes of different materials, namely ceramic-ceramic or metal-ceramic or metal-metal, each cooperating with the electrical elements. The invention described in the document is concerned with the breaking strength or with the possibility of breakage of the ceramic membrane. Such known membranes can also be used in the present invention.

Aus der DE 39 014 92 C2 ist es bekannt, an den gegenüberliegenden Seiten zweier, aus keramischem Werkstoff bestehenden Membranen Metallschichten anzubringen. Diese sind mit der Keramikschicht fest verbunden. Die Verbindung zwischen Metall und Keramik erfolgt dabei durch bekannte Lötverfahren, die hierfür geeignet sind. Zum Beispiel kann eine Kombination aus Titan/Aluminiumoxidkeramik durch Lötung realisiert werden. Solche bekannten Membrane können auch bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. From the DE 39 014 92 C2 It is known to attach metal layers to the opposite sides of two membranes made of ceramic material. These are firmly connected to the ceramic layer. The connection between metal and ceramic takes place by known soldering methods that are suitable for this purpose. For example, a combination of titanium / alumina ceramic can be realized by soldering. Such known membranes can also be used in the present invention.

Bei der Verwendung von Keramiksensoren als Drucktransmitter bestimmt die Dicke der Keramikmembran den Messbereich des Druckes. Die Dicke liegt in der Regel zwischen 0,1 mm und 2 mm. Es ist bekannt, dass im Gegensatz zu Metallen keramische Werkstoffe auf Grund ihrer Sprödigkeit und der daraus resultierenden mangelnden Verformbarkeit bei Überdruckbelastung brechen können, insbesondere wenn die mechanische Spannung die oberen Festigkeitsgrenzwerte überschreitet. Die Ursache für einen Bruch der Membran können mikroskopische Risse in der Keramik sein, die unter Belastung ein überkritisches Wachstum erreichen können. Solche mikroskopischen Risse können sich bereits bei der Fertigung des Keramiksensors bilden. Eine weitere Ursache für kritisches Risswachstum kann eine lokale Überlastung der Membran auf Grund einer ungünstigen Kombination des thermischen Gradienten während eines Temperaturschocks bei gleichzeitiger Druck- oder Vakuumbelastung sein. Risse werden im Extremfall bei Einsatz eines Keramiksensors durch eine damit einhergehende Leckage in der Vorrichtung erkannt, die teilweise aufwendige Wartungsarbeiten in der Messstrecke erforderlich machen, um den Drucksensor austauschen zu können. Bei einer metallischen Membran ist es weiterhin möglich, dass es durch Überdruck zu einer plastischen Verformung kommen kann, wodurch eine deutliche Messabweichung gegeben ist. When using ceramic sensors as pressure transmitters, the thickness of the ceramic membrane determines the measuring range of the pressure. The thickness is usually between 0.1 mm and 2 mm. It is known that, in contrast to metals, ceramic materials can break due to their brittleness and the resulting lack of deformability under overpressure load, especially when the mechanical stress exceeds the upper strength limits. The cause of breakage of the membrane may be microscopic cracks in the ceramic that can achieve supercritical growth under stress. Such microscopic cracks can already form during the manufacture of the ceramic sensor. Another cause of critical crack growth may be local overloading of the membrane due to an unfavorable combination of thermal gradient during a thermal shock with simultaneous pressure or vacuum loading. Cracks are detected in extreme cases when using a ceramic sensor by a concomitant leakage in the device, which sometimes require expensive maintenance work in the measuring section to exchange the pressure sensor can. In the case of a metallic membrane, it is furthermore possible for plastic deformation to occur as a result of overpressure, which results in a significant measurement deviation.

Eine Keramikmembran, z. B. aus Oxidkeramik oder aus Saphir gefertigt, ist grundsätzlich in einem gewissen Maß elastisch und verformt sich unter einem darauf einwirkenden Druck. An den aneinander zugewandten Flächen der Membran und des Grundkörpers sind bei bekannten Ausführungen innerhalb der Kammer Leiterschichten aus Metall angebracht, die sich im Abstand gegenüberliegen. Beispielsweise kann die Leiterschicht auf einer Seite der Keramikmembran aufgebracht sein und eine Elektrode bilden, während die Gegenelektrode als Metallschicht auf einem aus Keramik bestehenden Grundkörper aufgebracht ist, der gegenüber der Membran wesentlich dicker und damit starr ausgebildet ist. Der Abstand zwischen den Elektroden ist definiert, beispielsweise durch einen außenseitig aufgebrachten Glasring. Mit jeder Leiterschicht ist ein Anschlussleiter verbunden, der gasdicht durch die Membran nach außen geführt ist. Die beiden Leiterschichten bilden die Elektroden eines Kondensators, dessen Kapazität von dem Abstand zwischen den Leiterschichten abhängt. Wenn sich die Membran unter Einwirkung eines Drucks verformt, ändert sich der Abstand zwischen den beiden Leiterschichten und damit die Kapazität des Sensors. Die Kapazität des Sensors, die mittels einer an die Anschlussleiter angeschlossenen elektronischen Schaltung gemessen werden kann, ist dabei das Maß für den auf die Membran einwirkenden Druck. A ceramic membrane, z. B. made of oxide ceramic or sapphire, is basically elastic to some extent and deforms under a pressure acting thereon. At the mutually facing surfaces of the membrane and the base body conductor layers of metal are mounted in known embodiments within the chamber, which lie opposite each other at a distance. For example, the conductor layer may be applied to one side of the ceramic membrane and form an electrode, while the counter electrode is applied as a metal layer on a basic body made of ceramic, which is substantially thicker and thus rigid with respect to the membrane. The distance between the electrodes is defined, for example by an externally applied glass ring. With each conductor layer, a connection conductor is connected, which is guided gas-tight through the membrane to the outside. The two conductor layers form the electrodes of a capacitor whose capacitance depends on the distance between the conductor layers. As the membrane deforms under pressure, the distance between the two conductor layers changes, and hence the capacitance of the sensor. The capacitance of the sensor, which can be measured by means of an electronic circuit connected to the connection conductors, is the measure of the pressure acting on the membrane.

Besondere Anforderungen an die Druckmesseinrichtungen bestehen dann, wenn diese in einen Hygieneanwendungsbereich zum Einsatz kommen. So muss in der Vorrichtung mit einem kapazitiven Keramiksensor eine Elastomerdichtung oder eine Vergussdichtung gegenüber dem Druckanschluss vorgesehen sein, damit ein Druckmesssystem realisiert werden kann. Es gibt also bei den bekannten Ausführungen drei medienberührte Werkstoffe, nämlich den Edelstahl des Grundkörpers, die Keramik des Keramiksensors und das Elastomer als Dichtungswerkstoff, welche an die jeweilige Anwendung angepasst werden müssen. Die Dichtungsstelle ist eine mechanische Unstetigkeit und prinzipiell problematisch bei den Anwendungen, da sie eine potenzielle Undichtigkeitsgefahr darstellt. Des Weiteren können sich an den Dichtungsstellen Bakterien ansiedeln bzw. lassen sich solche Verbindungsstellen schlecht reinigen. Special requirements for the pressure measuring devices exist when they are used in a hygiene application area. Thus, in the device with a capacitive ceramic sensor, an elastomeric seal or a sealing gasket must be provided opposite the pressure port, so that a pressure measuring system can be realized. So there are in the known versions, three media-contacting materials, namely the stainless steel of the body, the ceramic of the ceramic sensor and the elastomer as a sealing material, which must be adapted to the particular application. The seal site is a mechanical discontinuity and in principle problematic in the applications, as it represents a potential risk of leakage. Furthermore, bacteria can settle at the sealing points or such joints can be poorly cleaned.

Ausgehend vom bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass sie besonders für den Einsatz im Lebensmittelbereich geeignet ist und auf einfache Weise gesäubert werden kann und den hygienischen Anforderungen entsprechend keine Übergänge aufweist, an denen sich z. B. Bakterien ablagern können. Eine weitere Teilaufgabe besteht darin, dass ein zusätzlicher Schutz des Keramiksensors gegen Bruch gegeben ist, dass die Vorrichtung einfach zu montieren ist und nur ein Werkstoff der Vorrichtung mit dem Druckmedium in Berührung kommt. Based on the known prior art, the invention is based on the object, a device of the generic type such that it is particularly suitable for use in the food industry and can be cleaned in a simple manner and the hygienic requirements according to no transitions, in which z. B. bacteria can deposit. A further sub-task is that an additional protection of the ceramic sensor against breakage is given, that the device is easy to assemble and only one material of the device comes into contact with the printing medium.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der im Anspruch 1 angegeben technischen Lehre, wonach das Gehäuse aus Edelstahl besteht und von einer Edelstahlmembran an mindestens der Druckmedienseite hermetisch verschlossen ist und die Keramikmembran des kapazitiven Keramiksensors auf Anschlag auf die Edelstahlmembran montiert ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kommt die Keramikmembran überhaupt nicht in Berührung mit dem Messgut, beispielsweise dem Ketchup in einem Tank oder in einem Rohrsystem, dessen Druck überwacht werden muss. Da auch keine Kanten und Ecken gegeben sind, können sich auch keine Restbestände darin ablagern, so dass beispielsweise beim Spülen des Behälters oder des Rohres automatisch die Kontaktfläche, nämlich die Edelstahlmembran, an der Außenseite mit gereinigt wird. Das Messergebnis selbst wird durch die zusätzliche Edelstahlmembran nicht beeinträchtigt. Lediglich bei der Kalibrierung müssen entsprechende Korrekturwerte in dem Speicher der Elektronik abgespeichert werden, was aber bei allen anderen bekannten Ausführungsformen von Druckmesseinrichtungen der gattungsgemäßen Art ebenfalls der Fall ist. The object is achieved by the invention by designing the device according to the technical teaching given in claim 1, according to which the housing is made of stainless steel and is hermetically sealed by a stainless steel membrane at least the pressure medium side and the ceramic membrane of the capacitive ceramic sensor is mounted on stop on the stainless steel membrane. As a result of the embodiment according to the invention, the ceramic membrane does not come into contact with the material to be measured at all, for example the ketchup in a tank or in a pipe system whose pressure has to be monitored. Since no edges and corners are given, no residues can be deposited in it, so that, for example, when flushing the container or the tube automatically the contact surface, namely the stainless steel membrane is cleaned on the outside with. The measurement result itself is not affected by the additional stainless steel membrane. Only during calibration must corresponding correction values be stored in the memory of the electronics, but this is also the case in all other known embodiments of pressure measuring devices of the generic type.

Die Keramikmembran kann einseitig oder beidseitig mit einer Metallschicht versehen ist, die eine Elektrode des Keramiksensors bildet, während die Gegenelektrode an einem Grundkörper gegenüberliegend beabstandet vorgesehen ist. Dabei wird der Abstand beispielsweise durch einen aufgebrachten bzw. angeschweißten Glasring definiert. Des Weiteren kann die Keramikmembran fest oder nicht fest mit der Edelstahlmembran verbunden sein. The ceramic membrane may be provided on one or both sides with a metal layer which forms an electrode of the ceramic sensor, while the counterelectrode is provided at a base body opposite spaced. The distance is defined, for example, by an applied or welded glass ring. Furthermore, the ceramic membrane may be fixed or not firmly connected to the stainless steel membrane.

Es ist von Vorteil, in dem Gehäuse einen Niederhalter vorzusehen, der den Keramiksensor, der aus dem Grundkörper einerseits und der hierzu in einem definierten Abstand angeordneten Keramikmembran andererseits gebildet ist, im Gehäuse abstützt. In dem Niederhalter können Aufnahmen zur Fixierung des Grundkörpers und des kapazitiven Keramiksensors und für eine Leiterplatte für die Elektronik des Keramiksensors angeordnet sein. It is advantageous to provide a holding-down device in the housing, which supports the ceramic sensor, which is formed on the one hand and the ceramic membrane arranged at a defined spacing on the other hand, in the housing. In the hold-downs can be arranged for fixing the base body and the capacitive ceramic sensor and for a printed circuit board for the electronics of the ceramic sensor.

Das Gehäuse ist üblicherweise rund ausgebildet und weist innenseitige Lagerungsausnehmungen für die Keramikmembran und den Niederhalter auf. Durch die Verwendung der Edelstahlmembran als Trennmembran an der Druckmedienseite kommt das Druckmedium nach Anschluss der Druckzuführungsleitung nur mit dem Edelstahl der Vorrichtung in Berührung. Die Edelstahlmembran bildet gewissermaßen eine Trennmembran und ist beispielsweise auf die untere Öffnung des Gehäuses, das ebenfalls aus Edelstahl besteht, aufgeschweißt. Eine solche Verbindung bietet in der Vorrichtung keine Zonen, die nicht hygienisch gereinigt werden können. The housing is usually round and has inside storage recesses for the ceramic membrane and the hold-down. By using the stainless steel membrane as a separating membrane on the pressure medium side, the pressure medium comes after connection of the pressure supply line only with the stainless steel of the device in touch. The stainless steel membrane forms a sort of separating membrane and is, for example, welded to the lower opening of the housing, which is also made of stainless steel. Such a compound does not provide in the device any zones that can not be hygienically cleaned.

Die Edelstahlmembran kann z. B. 0,1 mm dick sein. Dieser Membran schließt sich sodann die lose oder fest anliegende, aus keramischem Werkstoff bestehende Keramikmembran des kapazitiven Keramiksensors an, die im Verhältnis wesentlich dicker ausgebildet ist. Die Keramikmembran kann z. B. eine Dicke von ca. 0,18 mm bis ca. 1,3 mm aufweisen, z. B. auch 0,62 mm dick sein. Die angegebenen Maße sind lediglich Orientierungsmaße. Die tatsächliche Ausführung hängt vom dem Anwendungsfall ab. Solche Anwendungen bestehen beispielsweise im Lebensmittelbereich zum Messen der Drücke in Leitungen, durch die pastöse oder flüssige oder halbflüssige Lebensmittel und Zusatzstoffe gepumpt werden. Auch können im Krankenhaus die Drücke in Luft- und Sauerstoffleitungen und im Küchenbereich in Zuführungsleitungen für im Lebensmittelbereich zu verwendende Flüssigkeiten hiermit gemessen werden. Die Einsatzgebiete sind nicht beschränkt. Auch ist ein Einsatz in Bereichen möglich, an die nicht so hohe hygienische Anforderungen gestellt werden. Der Abstand zwischen der Edelstahlmembran und der Keramikmembran kann aber auch durch einen dünnen eingebrachten Schmiermittelfilm definiert werden. Ein solcher Schmiermittelfilm reduziert die Reibung zwischen den beiden Membranen und bietet eine gleichmäßigere Druckverteilung. Besonders geeignet sind z. B. Silikone. Sie erleichtern darüber hinaus die Montage. The stainless steel membrane can, for. B. 0.1 mm thick. This membrane is then followed by the loose or tight-fitting, ceramic material existing ceramic membrane of the capacitive ceramic sensor, which is formed substantially thicker in proportion. The ceramic membrane can, for. B. have a thickness of about 0.18 mm to about 1.3 mm, z. B. also be 0.62 mm thick. The dimensions given are merely orientation measures. The actual execution depends on the use case. Such applications exist, for example, in the food industry for measuring the pressures in lines through which pasty or liquid or semi-liquid foods and additives are pumped. Also in the hospital, the pressures in air and oxygen lines and in the kitchen area can be measured in supply lines for liquids to be used in the food industry. The application areas are not limited. It is also possible to use it in areas where hygiene requirements are not so high. The distance between the stainless steel membrane and the ceramic membrane can also be defined by a thin introduced lubricant film. Such a lubricant film reduces the friction between the two membranes and provides a more even pressure distribution. Particularly suitable z. B. silicones. They also facilitate assembly.

In jedem Fall ist durch die verwendete Edelstahlmembran, die als Trennmembran eingesetzt ist, eine völlige Entkopplung des Keramiksensors mit der Keramikmembran von dem Druckmedium gegeben. Die vorgenommene Montage der Keramikmembran auf Anschlag wird durch einen Niederhalter sichergestellt. Ein zwischengefügter O-Ring, z. B. aus einem gummiartigen Werkstoff bestehend, kann dazu verwendet werden, um den Keramiksensor gewissermaßen schwimmend zu lagern und gleichzeitig eine Abdichtung zum Niederhalter und der Elektronik herzustellen. Ein solcher O-Ring wird bei der Montage einfach eingelegt. In any case, by the stainless steel membrane used, which is used as a separation membrane, a complete decoupling of the ceramic sensor with the ceramic membrane of the pressure medium is given. The made mounting of the ceramic membrane to stop is ensured by a hold-down. An interposed O-ring, z. B. consisting of a rubber-like material, can be used to store the ceramic sensor to a certain extent floating and at the same time produce a seal for holding down and the electronics. Such an O-ring is simply inserted during assembly.

Durch Druckbeaufschlagung der Edelstahlmembran erfolgt zugleich auch eine Druckbeaufschlagung der Keramikmembran, so dass diese den Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode druckabhängig verändert. Die gemessene Kapazität zwischen den beiden Elektroden ist ein Maß des Druckes, der von einer Auswerteschaltung, die sich in einer integrierten elektronischen Schaltung auf einer Leiterplatte einer der Elektroden befindet, als elektrisches Signal abgegeben wird. Die Auswertung kann aber auch außerhalb der Vorrichtung erfolgen, da die Änderung der Kapazität beispielsweise auch eine Änderung der Frequenz anliegender HF-Messsignale von der Elektronik bewirkt, was wiederum ein Maß des Druckes ist. Weiterhin vorgesehene Speicher in der Elektronik können auch die Kalibrierungswerte beinhalten, die beim Messergebnis berücksichtigt werden. By pressurizing the stainless steel membrane takes place at the same time Pressurization of the ceramic membrane, so that this changes the distance between the electrode and counter electrode pressure dependent. The measured capacitance between the two electrodes is a measure of the pressure delivered as an electrical signal by an evaluation circuit located in an integrated electronic circuit on a circuit board of one of the electrodes. The evaluation can also be done outside the device, since the change in the capacity, for example, causes a change in the frequency of applied RF measurement signals from the electronics, which in turn is a measure of the pressure. Further provided memory in the electronics may also include the calibration values, which are taken into account in the measurement result.

Es versteht sich von selbst, dass entsprechende Stromzuleitungen und Stromableitungen zu der Elektronik vorzusehen sind. Es ist aber auch möglich, die Edelstahlmembran als eine Elektrode zu nutzen, zu welchem Zweck diese dann an einen Stromleiter angeschlossen werden muss, wobei die Gegenelektrode an dem Grundkörper verbleibt. Durch Druckausübung wird der Abstand zwischen den Elektroden geändert. Die damit einhergehende Änderung der Kapazität, die ein Maß der Druckänderung darstellt, lässt sich einfach detektieren. Zum Beispiel kann die Kapazität in einem HF-Schwingkreis eingebracht sein und die Änderung der HF-Schwingung als Maß für den ausgeübten Druck festgestellt werden. It goes without saying that appropriate power supply lines and current leads are to be provided to the electronics. But it is also possible to use the stainless steel membrane as an electrode, for which purpose this must then be connected to a conductor, the counter electrode remains on the body. By applying pressure, the distance between the electrodes is changed. The associated change in the capacity, which is a measure of the pressure change, can be detected easily. For example, the capacitance may be incorporated in an RF resonant circuit and the change in the RF oscillation detected as a measure of the applied pressure.

Durch die Erfindung wird in gewünschter Weise erreicht, dass mit der Druckleitung lediglich ein Material in Verbindung tritt, nämlich Edelstahl, das zudem in der Oberfläche homogen ist und leicht gereinigt werden kann. Dies kann beispielsweise auch durch eine Spülung einer Leitung, die in der Druckmessvorrichtung eingebracht ist, erfolgen. By the invention is achieved in the desired manner that occurs with the pressure line only a material in connection, namely stainless steel, which is also homogeneous in the surface and can be easily cleaned. This can also be done, for example, by flushing a line that is introduced into the pressure measuring device.

Das Einbringen eines dünnen Ölfilms oder eines Films mittels eines anderen Schmiermittels zwischen Edelstahlmembran und Keramikmembran reduziert die Reibung zwischen den Membranen, so dass Messfehler hierdurch vermieden werden. The introduction of a thin film of oil or a film using a different lubricant between the stainless steel membrane and the ceramic membrane reduces the friction between the membranes, thus avoiding measurement errors.

Darüber hinaus werden Verspannungen, die zu Messfehlern führen könnten, hierdurch vermieden. Auf Grund des verwendeten kapazitiven Keramiksensors sind der Arbeitshub der Edelstahlmembran und der der Keramikmembran minimal. Sie liegen im Bereich von wenigen µm. In addition, tensions that could lead to measurement errors, thereby avoided. Due to the capacitive ceramic sensor used, the working stroke of the stainless steel diaphragm and the ceramic diaphragm are minimal. They are in the range of a few microns.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich Temperatureinflüsse durch Entkopplung der Edelstahlmembran von der Keramikmembran praktisch nicht bemerkbar machen. Die Edelstahlmembran kann auch relativ dick sein, wodurch erhöhte Sicherheit gegen Beschädigung gegeben ist. Dadurch ist auch eine höhere Überlastfestigkeit des Keramiksensors gegeben, auch bei hoher punktueller Belastung der Membran. Gemäß der Definition in dieser Beschreibung schließt der Keramiksensor die Keramikmembran, die Elektrode und Gegenelektrode und die Auswertung, soweit sie in der Vorrichtung erfolgt, ein. Another advantage is that make temperature effects by decoupling the stainless steel membrane of the ceramic membrane virtually unnoticeable. The stainless steel membrane can also be relatively thick, which provides increased security against damage. As a result, a higher overload resistance of the ceramic sensor is given, even with high punctual load on the membrane. As defined in this specification, the ceramic sensor includes the ceramic membrane, the electrode and the counter electrode, and the evaluation as far as it occurs in the device.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im Einzelnen detailliert eingegeben. Advantageous developments of the invention are detailed in the dependent claims in detail.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels ergänzt erläutert. The invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the figures.

In den Zeichnungen zeigen: In the drawings show:

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung, 1 a top view of a device according to the invention,

2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie A-A in 1 durch die Vorrichtung, 2 a section along the section line AA in 1 through the device,

3 einen Auszug X aus 2 in vergrößerter Darstellung und 3 an excerpt X from 2 in an enlarged view and

4 eine isometrische Darstellung der Vorrichtung in der Draufsicht. 4 an isometric view of the device in plan view.

Das in den 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Druckes weist ein Gehäuse 1 auf, das aus Edelstahl gefertigt und in dem Ausführungsbeispiel rund ausgebildet ist. Die runde Form wird bevorzugt verwendet, um z. B. eine direkte Verbindung mit einer Muffe, einem Flansch oder einem anderen runden Anschluss, z. B. einer druckmittelführenden Rohrleitung eines Tankes oder Behälters herstellen zu können. Eine eckige, insbesondere quadratische Ausführung mit runden Anschlüssen ist aber ebenfalls möglich. Das Gehäuse 1 weist einen flanschartig vorstehenden Teil und eine zylinderförmige Mantelwand 13 instrumentenseitig auf, auf die beispielsweise ein Distanzteil eines Messwertanzeigegerätes aufgesteckt werden kann bzw. an der ein solches Distanzteil befestigbar ist. Die Mantelwand 13 umschließt die innere Ausnehmung 20, die z. B. von einer Schutzkappe 21 erfindungsgemäß verschließbar ausstattbar ist. That in the 1 to 4 illustrated embodiment of an inventive device for determining and / or monitoring a pressure has a housing 1 on, which is made of stainless steel and formed in the embodiment round. The round shape is preferably used to z. B. a direct connection with a sleeve, a flange or other round connection, z. B. to produce a pressure-carrying pipe of a tank or container. A square, especially square design with round connections is also possible. The housing 1 has a flange-like projecting part and a cylindrical shell wall 13 on the instrument side, on which, for example, a spacer of a measured value display device can be attached or to which such a spacer can be fastened. The mantle wall 13 encloses the inner recess 20 that z. B. from a protective cap 21 According to the invention is lockable equipable.

An der anderen Seite weist das Gehäuse 1 eine nutenförmige Ausnehmung 11 umlaufend auf, die so ausgelegt ist, dass eine Dichtungslippe an einem Anschluss an einem Behälter oder einer Druckleitung, der oder die mit einem Druckmedium gefüllt ist, aufgesteckt werden kann. Es können weiterhin mit den abgestuften Flanschen Muffen an Druckmittel führenden Leitungen unterschiedlicher Größe verbunden werden, die mit entsprechenden Dichtungslippen versehen sind, um eine dichtende Verbindung mit dem Gehäuse 1 herzustellen. Die linksseitige Öffnung des Gehäuses 1 ist von einer Edelstahlmembran 3 verschlossen. Diese Edelstahlmembran 3 ist beispielsweise auf dem äußeren Ringflansch des Gehäuses 1 aufgeschweißt. Dadurch ist das durchgängige Gehäuse 1 einseitig hermetisch verschlossen. Es ist ersichtlich, dass durch die Edelstahlmembran 3 ein hygienischer Abschluss gegeben ist und beispielsweise Flüssigkeiten nicht in die Vorrichtung einzudringen vermögen, die an der Edelstahlmembran 3 unter Druck anliegen. Die Messung des Druckes erfolgt durch eine hinter der Edelstahlmembran 3 angebrachte Keramikmembran 5 eines kapazitiven Keramiksensors 2. Die Keramikmembran 5 weist an der innen liegenden Seite als Elektrode 7 eine Metallschicht auf und ist über ein Glaslot 24, das ringförmig außenseitig aufgebracht ist, fest mit einem Grundkörper 22 des Keramiksensors 2 verbunden, auf dem ebenfalls eine gegenüberliegende, eine Gegenelektrode 19 bildende Metallschicht aufgebracht ist. Die Metallschichten können beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht sein. Der Abstand definiert den Flächenkondensator des Keramiksensors 2 und wird bei Druckbeaufschlagung verändert. In dem Gehäuse wird der Keramiksensor 2 durch den Niederhalter 4 gesichert gehalten, auf den eine Überwurfmutter 23 greift, die auf einen O-Ring 8 aus elastischem Material drückt und gleichzeitig eine elastische und abdichtende Verbindung herstellt. On the other side, the housing points 1 a groove-shaped recess 11 circumferential, which is designed so that a sealing lip at a port on a container or a pressure line, which is filled with a pressure medium, can be plugged. It can also be connected to the graduated flanges sleeves pressure medium lines leading to different sizes, with corresponding Sealing lips are provided to make a sealing connection with the housing 1 manufacture. The left-side opening of the housing 1 is of a stainless steel membrane 3 locked. This stainless steel membrane 3 is for example on the outer ring flange of the housing 1 welded. This is the continuous housing 1 hermetically sealed on one side. It can be seen that through the stainless steel diaphragm 3 a hygienic conclusion is given and, for example liquids are not able to penetrate into the device, which on the stainless steel membrane 3 under pressure. The pressure is measured through a behind the stainless steel membrane 3 attached ceramic membrane 5 a capacitive ceramic sensor 2 , The ceramic membrane 5 indicates on the inner side as an electrode 7 a metal layer on and is over a glass solder 24 , which is applied annularly on the outside, fixed to a body 22 of the ceramic sensor 2 connected, on which also an opposite, a counter electrode 19 forming metal layer is applied. The metal layers can be applied, for example, by vapor deposition. The distance defines the area capacitor of the ceramic sensor 2 and is changed when pressurized. In the housing, the ceramic sensor 2 through the hold-down 4 kept secure, on the one nut 23 picks up on an o-ring 8th made of elastic material presses and at the same time produces an elastic and sealing connection.

Die Elektrode 7 wird bei Druckbeaufschlagung der Edelstahlmembran 3 über die keramische Membran 5 gegenüber der ortsfesten Gegenelektrode 19 im µm-Bereich verschoben. Eine elektronische Auswerteschaltung auf einer Leiterplatte 9 wertet die Kapazitätsänderung aus und gibt ein elektrisches Signal an eine nicht dargestellte Druckanzeige über die Kabel 14, 15 aus. The electrode 7 when pressure is applied to the stainless steel diaphragm 3 over the ceramic membrane 5 opposite the stationary counterelectrode 19 shifted in the μm range. An electronic evaluation circuit on a printed circuit board 9 evaluates the capacitance change and gives an electrical signal to an unillustrated pressure gauge over the cables 14 . 15 out.

Der Niederhalter 4 wird von der Überwurfmutter 23, die in ein Innengewinde im Gehäuse 1 einschraubbar ist, soweit verschoben, bis der Keramiksensor 2 an der Innenseite der Edelstahlmembran 3 schwimmend anliegt. Der Spalt kann durch Einfügen eines dünnen Schmiermittelfilmes definiert werden, der zugleich die Reibung zwischen den beiden Membranen 2 und 3 herabsetzt. An der Leiterplatte 9 sind die elektrischen Anschlüsse der Kabel 15 und 16 sowie eines inneren Kabels 14 angeschlossen, wie aus 4 ersichtlich ist. Die nach außen geführten Kabel 15, 16 sind von einer Isolierung 18 umgeben und durch einen Einsatz 10 hindurch geführt, der oberhalb des Keramiksensors 2 angebracht ist. Aus 1 sind ferner um 90° versetzt angeordnete Ausnehmungen 20 in der Überwurfmutter 23 zu erkennen, die zur Aufnahme von Zapfen an einem Spezial-Montagewerkzeug dienen. Der in 3 vergrößert dargestellte Auszug X aus 2 zeigt, dass zur Abdichtung und zur elastischen Lagerung des Keramiksensors 2 zwischen dem Niederhalter 4 und der Überwurfmutter 5 ein O-Ring 8 als Dichtung und zur elastischen Lagerung vorgesehen ist. Dieser O-Ring besteht aus gummiartigem Material. The hold down 4 is from the union nut 23 which are in an internal thread in the housing 1 can be screwed, as far postponed, until the ceramic sensor 2 on the inside of the stainless steel membrane 3 floating. The gap can be defined by inserting a thin lubricant film, which at the same time the friction between the two membranes 2 and 3 decreases. On the circuit board 9 are the electrical connections of the cables 15 and 16 and an inner cable 14 connected, like out 4 is apparent. The outgoing cables 15 . 16 are from an insulation 18 surrounded and through an insert 10 passed, which is above the ceramic sensor 2 is appropriate. Out 1 are also arranged offset by 90 ° recesses 20 in the union nut 23 to recognize that serve for receiving pins on a special assembly tool. The in 3 enlarged abstract X out 2 shows that for sealing and elastic mounting of the ceramic sensor 2 between the hold down 4 and the union nut 5 an O-ring 8th is intended as a seal and elastic storage. This O-ring is made of rubbery material.

Des Weiteren ist aus 2 ein Kanal 12 in dem Grundkörper 22 zu sehen. Dieser dient zum Druckausgleich zwischen dem atmosphärischen Außendruck und dem Innendruck des keramischen Sensors 2. Furthermore, it is off 2 a channel 12 in the main body 22 to see. This serves to equalize the pressure between the atmospheric external pressure and the internal pressure of the ceramic sensor 2 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Gehäuse casing
2 2: Keramiksensor ceramic sensor
3 3: Edelstahlmembran stainless steel diaphragm
4 4: Niederhalter Stripper plate
5 5: Keramikmembran ceramic membrane
6 6: Aufnahme admission
7 7: Elektrode electrode
8 8th: O-Ring O-ring
9 9: Leiterplatte circuit board
10 10: Einsatz commitment
11 11: Ausnehmung recess
12 12: Kanal channel
13 13: Mantelwand shell wall
14 14: Kabel electric wire
15 15: Kabel electric wire
16 16: Kabel electric wire
17 17: Ausnehmung recess
18 18: Isolierung insulation
19 19: Gegenelektrode counter electrode
20 20: Ausnehmung recess
21 21: Schutzkappe protective cap
22 22: Grundkörper body
23 23: Überwurfmutter Nut
24 24: Glaslot glass solder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008043467 A1 [0002]
DE 3901492 C2 [0003]

Claims

Device for determining and / or monitoring a pressure, comprising a housing ( 1 ), in which a pressure transducer is arranged, which converts the pressure into an electrical signal and a capacitive ceramic sensor ( 2 ), which in the housing ( 1 ), characterized in that the housing ( 1 ) consists of stainless steel and a stainless steel membrane ( 3 ) is hermetically sealed at least on the pressure medium side and that the ceramic membrane ( 5 ) of the capacitive ceramic sensor ( 2 ) on stop on the stainless steel membrane ( 3 ) is mounted.

Device according to claim 1, characterized in that the ceramic membrane ( 5 ) is provided on one or both sides with a metal layer containing an electrode ( 7 ) of the ceramic sensor ( 2 ), while the counter electrode ( 19 ) on a base body ( 22 ) is provided opposite, and that the ceramic membrane ( 5 ) fixed or not fixed to the stainless steel membrane ( 3 ) connected is.

Device according to claim 1, characterized in that a hold-down device ( 4 ) the ceramic sensor ( 2 ) in the housing ( 1 ) is supported.

Apparatus according to claim 1, characterized in that in the hold-down ( 4 ) Recordings ( 6 ) for fixing the basic body ( 22 ) and the capacitive ceramic sensor ( 2 ) and for a printed circuit board ( 9 ) for the electronics of the ceramic sensor ( 2 ) are arranged.

Device according to claim 1, characterized in that the hold-down device ( 4 ) by means of screw and / or insert connections in the housing ( 1 ) and at least one elastic o-ring ( 8th ) for sealing the ceramic sensor ( 2 ) in the housing ( 1 ) is provided.

Apparatus according to claim 4, characterized in that with the circuit board ( 9 ) the ends of the conductors of outgoing cables ( 15 . 16 ) are connected.

Device according to claim 1, characterized in that the housing ( 1 ), the stainless steel membrane ( 3 ) and the ceramic membrane ( 5 ), the electrode ( 7 ) and the counterelectrode ( 19 ), the printed circuit board ( 9 ) as well as other missions ( 10 ) are formed around.

Device according to claim 1, characterized in that the housings ( 1 ) on the outside of the pressure medium side an annular recess ( 11 ) for receiving a pressure connection and at the back an annular flange and a cylindrical projecting jacket wall ( 13 ), on which a cover or a tube can be plugged.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that between the ceramic membrane ( 2 ) and the stainless steel membrane ( 3 ) a thin lubricant film is introduced.

Device according to claim 1, characterized in that the hold-down device ( 4 ) by a union nut ( 23 ), which are in the housing ( 1 ) is screwed, against the outer edge of the body ( 2 ) presses.

Device according to claim 1, characterized in that the stainless steel membrane ( 3 ) is glued to the housing, welded or soldered hard.