DE102014104113A1 - Pressure sensor for hydrogen applications - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Druckmessung von Wasserstoff oder eines wasserstoffhaltigen Fluids, mit einem eine Messmembran aufweisenden Druckmessumformer und einem Druckanschluss, durch den sich ein Druckkanal erstreckt und an dessen einem Ende der Druckmessumformer angeordnet ist. Sowohl der Druckanschluss als auch der Druckmessumformer sind jeweils aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit einem Gewichtsanteil von bis zu 0,08% Kohlenstoff, bis zu 2% Mangan, bis zu 0,045% Phosphor, bis zu 0,03% Schwefel, bis zu 0,75% Silizium, 16% bis 18% Chrom, 10% bis 22% Nickel, 2% bis 4% Molybdän, bis zu 0,1% Stickstoff, und Rest auf 100% Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen, und mit einer 0,2%-Dehngrenze von wenigstens 500 N/mm2 und einer Zugfestigkeit von höchstens 750 N/mm2 hergestellt.The invention relates to a pressure sensor for measuring the pressure of hydrogen or a hydrogen-containing fluid, having a measuring diaphragm having a pressure transducer and a pressure port through which a pressure channel extends and is arranged at one end of the pressure transducer. Both the pressure port and the pressure transmitter are each made of an austenitic chromium-nickel-molybdenum steel containing up to 0.08% carbon by weight, up to 2% manganese, up to 0.045% phosphorus, up to 0.03% sulfur , up to 0.75% silicon, 16% to 18% chromium, 10% to 22% nickel, 2% to 4% molybdenum, up to 0.1% nitrogen, and balance to 100% iron and unavoidable impurities, and with a 0.2% proof stress of at least 500 N / mm 2 and a tensile strength of at most 750 N / mm 2.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Druckmessung von Wasserstoff oder eines wasserstoffhaltigen Fluids, mit einem eine Messmembran aufweisenden Druckmessumformer und einem Druckanschluss, durch den sich ein Druckkanal erstreckt und an dessen einem Ende der Druckmessumformer angeordnet ist.The present invention relates to a pressure sensor for measuring the pressure of hydrogen or a hydrogen-containing fluid, having a measuring diaphragm having a pressure transducer and a pressure port through which a pressure channel extends and at one end of the pressure transducer is arranged.

Drucksensoren werden allgemein zur Messung des Drucks von Fluiden, d. h. Flüssigkeiten und/oder Gasen, eingesetzt, insbesondere als Bestandteil von Steuerungen oder Regelungen in technischen Anwendungen, beispielsweise im Automobilbereich. Zur Messung des Fluiddrucks wird die eine Seite der Messmembran mit dem Fluid beaufschlagt, das über den Druckkanal der Messmembran zugeleitet wird. Die andere Seite der Membran, die dem Fluid abgewandt ist und auf der drucksensitive Elemente aufgebracht sind, ist einem Referenzdruck ausgesetzt, insbesondere dem hydrostatischen Druck der den Sensor umgebenden Atmosphäre. Bei einer Druckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten wird die Messmembran mechanisch ausgelenkt. Diese Auslenkung wird durch die drucksensitiven Elemente erfasst. Aus den Signalen der drucksensitiven Elemente kann dann mittels einer Auswerteelektronik auf den Fluiddruck rückgeschlossen werden.Pressure sensors are commonly used to measure the pressure of fluids, i. H. Liquids and / or gases used, in particular as part of controls or regulations in technical applications, for example in the automotive sector. To measure the fluid pressure, the fluid is applied to one side of the measuring diaphragm, which fluid is supplied to the measuring diaphragm via the pressure channel. The other side of the membrane, which is remote from the fluid and are applied to the pressure-sensitive elements, is exposed to a reference pressure, in particular the hydrostatic pressure of the atmosphere surrounding the sensor. At a pressure difference between its two sides, the measuring diaphragm is mechanically deflected. This deflection is detected by the pressure-sensitive elements. From the signals of the pressure-sensitive elements can then be deduced by means of an evaluation of the fluid pressure.

Dabei sind aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Druckmessumformerprinzipien bekannt, die auf die jeweiligen Anwendungen zugeschnitten sind. Am verbreitetsten sind keramisch-kapazitive Drucksensoren, bei denen eine elektrische Kapazität einer Messzelle proportional zum angelegten Druck ist, sowie Silizium-Drucksensoren mit einer Messmembran auf Siliziumbasis mit eindiffundierten Dehnungsmessstreifen, bei denen eine elektrische Widerstandsänderung proportional zum angelegten Druck ist. Bei beiden Verfahren werden die Druckmessumformer mittels Dichtringen oder Klebungen auf die jeweiligen Druckanschlüsse appliziert, wobei an der Verbindungsstelle zwischen Druckmessumformer und Druckanschluss die Gefahr von Leckagen besteht.In this case, a wide variety of pressure transducer principles are known from the prior art, which are tailored to the respective applications. Most common are ceramic-capacitive pressure sensors in which an electrical capacitance of a measuring cell is proportional to the applied pressure, and silicon pressure sensors with a silicon-based measuring diaphragm with diffused strain gauges in which an electrical resistance change is proportional to the applied pressure. In both methods, the pressure transmitters are applied by means of sealing rings or bonds to the respective pressure ports, wherein there is a risk of leakage at the junction between pressure transmitter and pressure port.

Darüber hinaus sind auch Dünnfilm-Drucksensoren bekannt, bei denen ein Grundkörper und die Membran typischerweise aus Metall bestehen. Auf die Membran werden üblicherweise Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen aufgebracht, welche die Membranverformung messen und ein zum angelegten Druck proportionales elektrisches Messsignal erzeugen.In addition, thin-film pressure sensors are also known in which a base body and the membrane are typically made of metal. On the membrane usually thin-film strain gauges are applied, which measure the membrane deformation and generate a proportional to the applied pressure electrical measurement signal.

In der Regel werden die Grundkörper mit den Druckanschlüssen verschweißt oder verlötet, so dass keine Leckagen aufgrund von versagenden Dichtelementen oder schlechter Klebung auftreten können. Ein derartiger Drucksensor ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2007 033 040 A1 bekannt.As a rule, the base bodies are welded or soldered to the pressure connections, so that no leaks due to failing sealing elements or poor adhesion can occur. Such a pressure sensor is for example from the document DE 10 2007 033 040 A1 known.

Derartige Dünnfilm-Drucksensoren werden üblicherweise aus legierten martensitischen Stählen gefertigt, die eine geringe Bruchdehnung aufweisen, wodurch durch einen steigenden und fallenden Druckverlauf bedingte Hysterese-Effekte möglichst klein gehalten werden. Für Anwendungen mit hohen Wasserstoffkonzentrationen sind diese Stähle nicht geeignet, da sie zur Wasserstoffversprödung neigen. Grundsätzlich geeignet sind austenitische Stähle, die zwar gegen Wasserstoffversprödung resistent sind, aber eine große Bruchdehnung und damit größere Hysteresefehler aufweisen. Eine weitere Schwierigkeit besteht in der vergleichsweise schnellen Diffusion von Wasserstoff durch Stahl.Such thin-film pressure sensors are usually made of alloyed martensitic steels, which have a low elongation at break, whereby hysteresis effects caused by an increasing and decreasing pressure gradient are minimized. For applications with high hydrogen concentrations, these steels are not suitable because they tend to hydrogen embrittlement. Austenitic steels which are resistant to hydrogen embrittlement but have a high elongation at break and thus greater hysteresis errors are generally suitable. Another difficulty is the comparatively rapid diffusion of hydrogen through steel.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor für Wasserstoffanwendungen zu schaffen, der die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet.The present invention has for its object to provide a pressure sensor for hydrogen applications, which avoids the disadvantages described above.

Diese Aufgabe wird durch einen Drucksensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass sowohl der Druckanschluss als auch der Druckmessumformer jeweils aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit einem Gewichtsanteil von bis zu 0,08% Kohlenstoff, bis zu 2% Mangan, bis zu 0,045% Phosphor, bis zu 0,03% Schwefel, bis zu 0,75% Silizium, 16% bis 18% Chrom, 10% bis 22% Nickel, 2% bis 4% Molybdän, bis zu 0,1% Stickstoff, und Rest auf 100% Eisen sowie stahlübliche und/oder unvermeidbare Verunreinigungen, und mit einer 0,2%-Dehngrenze von wenigstens 500 N/mm2 und einer Zugfestigkeit von höchstens 750 N/mm2 hergestellt sind.This object is achieved by a pressure sensor having the features of claim 1, and in particular by the fact that both the pressure port and the pressure transmitter each made of an austenitic chromium-nickel-molybdenum steel with a weight fraction of up to 0.08% carbon, until to 2% manganese, up to 0.045% phosphorus, up to 0.03% sulfur, up to 0.75% silicon, 16% to 18% chromium, 10% to 22% nickel, 2% to 4% molybdenum, up to 0.1% nitrogen, and balance to 100% iron, as well as steel and / or unavoidable impurities, and having a 0.2% proof stress of at least 500 N / mm 2 and a tensile strength of at most 750 N / mm 2 .

Ein Stahl mit der genannten chemischen Zusammensetzung und den genannten Werkstoffkennwerten ist grundsätzlich bekannt und frei erhältlich. Die vergleichsweise hohe 0,2%-Dehngrenze kann beispielsweise durch Kaltverfestigung erreicht werden. Es wurde erkannt, dass mit einem derartigen, aus einer Vielzahl von bestehenden Möglichkeiten gewählten Stahl im Vergleich zu bei bisherigen Drucksensoren verwendeten Stählen gleichzeitig sowohl eine Wasserstoffversprödung zumindest weitgehend vermieden und die Diffusion von Wasserstoff durch den Stahl zumindest weitgehend unterbunden werden kann als auch – trotz austenitischer Struktur und damit überraschend und nicht hervorsehbar – Hysterese-Effekte klein gehalten werden können. Insbesondere handelt es sich bei dem beanspruchten Stahl um einen Stahl gemäß AISI (American Iron and Steel Institute) 316L oder 316 oder der Werkstoffnummer 1.4404 gemäß der Norm EN 10027 bzw. um einen auf einem solchen Stahl basierenden Stahl.A steel with the stated chemical composition and the material properties mentioned is basically known and freely available. The comparatively high 0.2% proof strength can be achieved, for example, by work hardening. It was recognized that with such, selected from a variety of existing options steel compared to steel used in previous pressure sensors simultaneously both a hydrogen embrittlement largely avoided and the diffusion of hydrogen through the steel can be at least largely prevented and - despite austenitic Structure and thus surprising and not hervorserhbar - hysteresis effects can be kept small. In particular, the claimed steel is a steel according to AISI (American Iron and Steel Institute) 316L or 316 or the material number 1.4404 according to Standard EN 10027 or a steel based on such a steel.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the drawings.

Bevorzugt beträgt der Gewichtsanteil von Nickel zwischen 12% und 22%, insbesondere zwischen 14% und 22%. Es wurde erkannt, dass die Wasserstoffversprödung des Stahls mit höherem Gewichtsanteil an Nickel zurückgeht. Die Zugfestigkeit beträgt vorzugsweise zwischen 650 N/mm2 und 750 N/mm2. Die 0,2%-Dehngrenze beträgt vorzugsweise zumindest 550 N/mm2.The weight fraction of nickel is preferably between 12% and 22%, in particular between 14% and 22%. It has been recognized that the hydrogen embrittlement of the steel is due to higher weight content of nickel. The tensile strength is preferably between 650 N / mm 2 and 750 N / mm 2 . The 0.2% proof stress is preferably at least 550 N / mm 2 .

Es ist bevorzugt, wenn die Membran eine Dicke aufweist, die 0,3 mm, bevorzugt 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,7 mm, nicht unterschreitet und/oder wenn der den Druckkanal radial umgebende Stahl eine Wandstärke aufweist, die 0,8 mm, bevorzugt 1 mm, besonders bevorzugt 1,2 mm, nicht unterschreitet. Es hat sich herausgestellt, dass mit diesen Dimensionierungen des Drucksensors die Diffusion von Wasserstoff durch den Stahl besonders wirksam unterbunden werden kann.It is preferred if the membrane has a thickness which does not fall below 0.3 mm, preferably 0.5 mm, particularly preferably 0.7 mm, and / or if the steel surrounding the pressure channel radially has a wall thickness which is 0.8 mm, preferably 1 mm, more preferably 1.2 mm, not below. It has been found that these dimensions of the pressure sensor, the diffusion of hydrogen through the steel can be particularly effectively prevented.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der den Druckkanal radial umgebende Stahl eine Wandstärke aufweist, die wenigstens doppelt, bevorzugt wenigstens dreimal, besonders bevorzugt wenigstens viermal so groß ist wie eine minimale Dicke der Messmembran. Dies ist deshalb bevorzugt, da die den Druckkanal radial umgebende Fläche in der Regel wesentlich größer ist, als die Fläche der den Druckkanal axial abschließenden Messmembran, so dass am Umfang eine Wasserstoffdiffusion besonders nachteilig wäre. Darüber hinaus ist die Sensitivität des Druckmessumformers umso höher, je dünner die Messmembran ist.Further, it is preferred if the steel surrounding the pressure channel radially has a wall thickness which is at least twice, preferably at least three times, more preferably at least four times as large as a minimum thickness of the measuring membrane. This is therefore preferred since the surface radially surrounding the pressure channel is generally substantially larger than the surface of the measuring membrane axially terminating the pressure channel, so that hydrogen diffusion would be particularly disadvantageous on the circumference. In addition, the thinner the measuring diaphragm, the higher the sensitivity of the pressure transmitter.

Darüber hinaus kann die Messmembran einen Zentralbereich und einen den Zentralbereich radial umgebenden Außenbereich umfassen, wobei die Messmembran im Zentralbereich eine größere Dicke aufweist als im Außenbereich. Durch die größere Dicke im Zentralbereich kann die Diffusion von Wasserstoff durch die Messmembran insgesamt reduziert werden, wobei gleichzeitig die Sensitivität des Druckmessumformers nur geringfügig reduziert wird, da die Auslenkbarkeit der Messmembran im Außenbereich grundsätzlich erhalten bleibt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Zentralbereich wenigstens die 3-fache, insbesondere wenigstens die 4-fache Dicke des Außenbereichs aufweist.In addition, the measuring membrane may comprise a central region and an outer region radially surrounding the central region, the measuring membrane having a greater thickness in the central region than in the outer region. Due to the greater thickness in the central region, the diffusion of hydrogen through the measuring membrane can be reduced overall, while at the same time the sensitivity of the pressure transducer is only slightly reduced, since the deflectability of the measuring membrane in the outer region is basically maintained. In this case, it is advantageous if the central area has at least 3 times, in particular at least 4 times, the thickness of the outer area.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind der Druckanschluss als ein Druckanschlussstück und der Druckmessumformer als ein Druckmessumformerstück ausgebildet, die stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt sind. Durch die stoffschlüssige Verbindung können Leckagen zwischen Druckmessumformer und Druckanschluss wirksam vermieden werden.According to one embodiment of the invention, the pressure connection as a pressure connection piece and the pressure transmitter are designed as a pressure transducer piece, which are materially connected to each other, in particular welded together. The cohesive connection effectively prevents leaks between the pressure transmitter and the pressure connection.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckmessumformer einstückig mit dem Druckanschluss ausgebildet. Eine unter Umständen Leckagen ermöglichende Verbindungsstelle zwischen Druckmessumformer und Druckanschluss liegt daher überhaupt nicht vor. Um eine einfache Herstellbarkeit des Drucksensors in diesem Fall zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn der Druckkanal als Sackbohrung in dem Druckanschluss ausgebildet ist, wobei die Messmembran das Ende der Sackbohrung bildet.According to another embodiment of the invention, the pressure transducer is integrally formed with the pressure port. Therefore, a connection between the pressure transmitter and the pressure connection, which may allow leakage, is not available at all. In order to ensure easy manufacturability of the pressure sensor in this case, it is advantageous if the pressure channel is formed as a blind bore in the pressure port, wherein the measuring diaphragm forms the end of the blind bore.

Jede der in den einzelnen abhängigen Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen ist auch für sich alleine geeignet, einen Drucksensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der besonders gut für Wasserstoffanwendungen geeignet ist. Die vorliegende Anmeldung betrifft daher ebenso Drucksensoren der eingangs genannten Art, die lediglich die zusätzlichen Merkmale eines jeweiligen abhängigen Anspruchs, jedoch nicht die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 umfassen.Each of the measures described in the individual dependent claims is also suitable on its own to provide a pressure sensor of the type mentioned, which is particularly well suited for hydrogen applications. The present application therefore also relates to pressure sensors of the type mentioned, which comprise only the additional features of a respective dependent claim, but not the features of the characterizing part of claim 1.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the drawings. Show it:

1 einen Druckanschluss mit Druckmessumformer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 1 a pressure connection with pressure transmitter according to a first embodiment of the invention,

2 einen Druckanschluss mit Druckmessumformer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und 2 a pressure connection with pressure transmitter according to a second embodiment of the invention, and

3 einen Druckanschluss gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 3 a pressure port according to a third embodiment of the invention.

In 1 ist ein zumindest im Wesentlichen hohlzylindrischer, metallischer Druckanschluss 11 eines erfindungsgemäßen Drucksensors für Wasserstoffanwendungen gezeigt, an dessen in 1 oberen Ende ein mit dem Druckanschluss 11 an einer Verbindungsstelle 29 verschweißter metallischer Druckmessumformer 13 mit einer metallischen Messmembran 15 vorgesehen ist. In dem Druckanschluss 11 ist ein Druckkanal 17 vorgesehen, um der Membran 15 Wasserstoff, dessen Druck bestimmt werden soll, zuzuleiten. Hierzu kann der Druckanschluss 11 mit dem in 1 unteren Ende in eine Montageöffnung eines Messobjekts eingesetzt werden. Auf der dem Druckkanal 17 abgewandten Seite der Messmembran 15 sind in Dünnfilm-Technologie hergestellte, als Dehnungsmessstreifen ausgebildete drucksensitive Widerstände 19 aufgebracht, die als Wheatstone-Brücke verschaltet sind.In 1 is an at least substantially hollow cylindrical, metallic pressure port 11 of a pressure sensor according to the invention for hydrogen applications shown in the in 1 upper end one with the pressure port 11 at a junction 29 welded metallic pressure transmitter 13 with a metallic measuring membrane 15 is provided. In the pressure connection 11 is a pressure channel 17 provided to the membrane 15 Hydrogen whose pressure is to be determined, zuzuleiten. For this purpose, the pressure connection 11 with the in 1 lower end are inserted into a mounting opening of a test object. On the pressure channel 17 opposite side of the measuring diaphragm 15 are manufactured in thin-film technology, designed as strain gauges pressure-sensitive resistors 19 applied, which are interconnected as Wheatstone bridge.

Darüber hinaus umfasst der Drucksensor einen Flanschring 21 mit einer zentralen Durchgangsöffnung, durch die das mit dem Druckmessumformer 13 versehene Ende des Druckanschlusses 11 hindurchragt. Der Flanschring 21 ist ebenfalls mit dem Druckanschluss 11 verschweißt. Ferner umfasst der Drucksensor eine nicht dargestellte Elektronik zur Signalumformung und zur Auswertung der durch die Dehnungswiderstände 19 erzeugten Signale sowie eine ebenfalls nicht dargestellte, die Elektronik einhausende Gehäusekappe, die beide auf den Flanschring 21 aufgesetzt sind.In addition, the pressure sensor includes a flange ring 21 with a central passage opening, through which with the Pressure Transmitter 13 provided end of the pressure connection 11 protrudes. The flange ring 21 is also with the pressure connection 11 welded. Furthermore, the pressure sensor includes an electronics, not shown, for signal conversion and for evaluation by the expansion resistors 19 generated signals and also not shown, housing the electronics housing cap, both on the flange 21 are set up.

Der Druckanschluss 11 und der Druckmessumformer 13 sind aus einem austenitischen Edelstahl mit der folgenden chemischen Zusammensetzung gefertigt: bis zu 8 Gew.-% Kohlenstoff, bis zu 2 Gew.-% Mangan, bis zu 0,045 Gew.-% Phosphor, bis zu 0,03 Gew.-% Schwefel, bis zu 0,75 Gew.-% Silizium, 16 Gew.-% bis 18 Gew.-% Chrom, 10 Gew.-% bis 22 Gew.-% Nickel, 2 Gew.-% bis 4 Gew.-% Molybdän, bis zu 0,1 Gew.-% Stickstoff und Rest auf 100 Gew.-% Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen. Darüber hinaus besitzt der Edelstahl eine 0,2%-Dehngrenze von wenigstens 500 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von höchstens 750 N/mm2. Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiger Edelstahl für Drucksensoren für Wasserstoffanwendungen besonders gut geeignet ist.The pressure connection 11 and the pressure transmitter 13 are made of an austenitic stainless steel having the following chemical composition: up to 8% by weight of carbon, up to 2% by weight of manganese, up to 0.045% by weight of phosphorus, up to 0.03% by weight of sulfur, up to 0.75% by weight of silicon, 16% by weight to 18% by weight of chromium, 10% by weight to 22% by weight of nickel, 2% by weight to 4% by weight of molybdenum, up to 0.1% by weight of nitrogen and balance to 100% by weight of iron and unavoidable impurities. In addition, the stainless steel has a 0.2% proof stress of at least 500 N / mm 2 and a tensile strength of at most 750 N / mm 2 . It has been found that such a stainless steel is particularly well suited for pressure sensors for hydrogen applications.

Die Dicke der Messmembran 15 beträgt wenigstens 0,5 mm und ist über die gesamte Erstreckung der Messmembran 15 konstant. Die Wandstärke eines den Druckkanal 17 radial umgebenden Ringabschnitts des Druckmessumformers 13 beträgt mindestens die 3-fache Dicke der Messmembran 15. Im Bereich des Druckanschlusses 11 ist die Wandstärke noch größer. Mit diesen Abmessungen kann einer Diffusion von Wasserstoff durch den Edelstahl besonders gut entgegengewirkt werden.The thickness of the measuring membrane 15 is at least 0.5 mm and is over the entire extent of the measuring membrane 15 constant. The wall thickness of the pressure channel 17 radially surrounding ring section of the pressure transducer 13 is at least 3 times the thickness of the measuring membrane 15 , In the area of the pressure connection 11 the wall thickness is even bigger. With these dimensions, a diffusion of hydrogen through the stainless steel can be particularly well counteracted.

Die in 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass einerseits der Flanschring 21 einstückig mit dem Druckanschluss 11 ausgebildet ist, d. h. die geschweißte Verbindungsstelle zwischen dem Flanschring 21 und dem Druckanschluss 11 ist weggefallen, und andererseits die Messmembran 15 einen Zentralbereich 23 und einen den Zentralbereich 23 radial umgebenden Außenbereich 25 umfasst, wobei auf der dem Druckkanal 17 zugewandten Seite der Messmembran 15 der Zentralbereich 23 gegenüber dem Außenbereich 25 verstärkt ist. Auf der der dem Druckkanal 17 abgewandten Seite ist die Messmembran 15 hingegen eben ausgebildet. Der Zentralbereich 23 besitzt eine Dicke, die wenigstens viermal so groß ist wie die Dicke des Außenbereichs 25. Die Wandstärke des den Druckkanal 17 radial umgebenden Ringabschnitts des Druckmessumformers 13 beträgt mindestens die 3-fache Dicke der Messmembran 15 im Außenbereich 25. Zusätzlich ist auf der dem Druckkanal 17 abgewandten Seite der Messmembran 15 eine Einrichtung 27 zur Temperaturmessung, ebenfalls in Dünnfilm-Technologie, aufgebracht.In the 2 illustrated embodiment differs from the in 1 shown embodiment in particular in that on the one hand the flange 21 integral with the pressure port 11 is formed, ie the welded joint between the flange 21 and the pressure port 11 has disappeared, and on the other hand, the measuring diaphragm 15 a central area 23 and one the central area 23 radially surrounding outside area 25 includes, being on the pressure channel 17 facing side of the measuring diaphragm 15 the central area 23 opposite the outdoor area 25 is reinforced. On the of the pressure channel 17 opposite side is the measuring diaphragm 15 however, just trained. The central area 23 has a thickness which is at least four times as large as the thickness of the outer area 25 , The wall thickness of the pressure channel 17 radially surrounding ring section of the pressure transducer 13 is at least 3 times the thickness of the measuring membrane 15 outside 25 , In addition, on the pressure channel 17 opposite side of the measuring diaphragm 15 An institution 27 for temperature measurement, also in thin-film technology.

Die in 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass der Druckmessumformer 13 einstückig mit dem Druckanschluss 11 ausgebildet, wodurch die Wasserstoffdichtigkeit an dieser Stelle weiter erhöht wird. Insbesondere ist der Druckkanal 17 als Sackbohrung in dem Druckanschluss 11 ausgebildet. Das Ende der Sackbohrung stellt die Messmembran 15 dar. Darüber hinaus sind bei der in 3 gezeigten Ausführungsform die drucksensitiven Widerstände 19 auf die Messmembran 15 aufgeklebt.In the 3 illustrated embodiment differs from the in 1 embodiment shown in particular in that the pressure transducer 13 integral with the pressure port 11 formed, whereby the hydrogen-tightness is further increased at this point. In particular, the pressure channel 17 as a blind hole in the pressure port 11 educated. The end of the blind hole is the measuring diaphragm 15 In addition, at the in 3 embodiment shown, the pressure-sensitive resistors 19 on the measuring membrane 15 glued.

Durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen ist ein für Wasserstoffanwendungen besonders geeigneter Drucksensor realisiert.By the measures described above, a particularly suitable for hydrogen applications pressure sensor is realized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1111
Druckanschlusspressure connection
1313
DruckmessumformerPressure Transmitter
1515
Messmembranmeasuring membrane
1717
Druckkanalpressure channel
1919
drucksensitive Widerständepressure-sensitive resistors
2121
Flanschringflange
2323
ZentralbereichCentral area
2525
Außenbereichoutdoors
2727
Einrichtung zur TemperaturmessungDevice for temperature measurement
2929
Verbindungsstellejunction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007033040 A1 [0005] DE 102007033040 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • AISI (American Iron and Steel Institute) 316L oder 316 [0009] AISI (American Iron and Steel Institute) 316L or 316 [0009]
  • Norm EN 10027 [0009] Standard EN 10027 [0009]

Claims (10)

Drucksensor zur Druckmessung von Wasserstoff oder eines wasserstoffhaltigen Fluids, mit einem eine Messmembran (15) aufweisenden Druckmessumformer (13) und einem Druckanschluss (11), durch den sich ein Druckkanal (17) erstreckt und an dessen einem Ende der Druckmessumformer (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Druckanschluss (11) als auch der Druckmessumformer (13) jeweils aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit einem Gewichtsanteil von bis zu 0,08% Kohlenstoff, bis zu 2% Mangan, bis zu 0,045% Phosphor, bis zu 0,03% Schwefel, bis zu 0,75% Silizium, 16% bis 18% Chrom, 10% bis 22% Nickel, 2% bis 4% Molybdän, bis zu 0,1% Stickstoff, und Rest auf 100% Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen, und mit einer 0,2%-Dehngrenze von wenigstens 500 N/mm2 und einer Zugfestigkeit von höchstens 750 N/mm2 hergestellt sind.Pressure sensor for measuring the pressure of hydrogen or a hydrogen-containing fluid, comprising a measuring diaphragm ( 15 ) with pressure transmitters ( 13 ) and a pressure connection ( 11 ), through which a pressure channel ( 17 ) and at one end of the pressure transmitter ( 13 ), characterized in that both the pressure port ( 11 ) as well as the pressure transmitter ( 13 each of an austenitic chromium-nickel-molybdenum steel containing up to 0.08% carbon by weight, up to 2% manganese, up to 0.045% phosphorus, up to 0.03% sulfur, up to 0.75% Silicon, 16% to 18% chromium, 10% to 22% nickel, 2% to 4% molybdenum, up to 0.1% nitrogen, and balance to 100% iron, as well as unavoidable impurities, and with a 0.2% proof stress of at least 500 N / mm 2 and a tensile strength of at most 750 N / mm 2 . Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmembran (15) eine Dicke aufweist, die 0,3 mm, bevorzugt 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,7 mm, nicht unterschreitet.Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the measuring diaphragm ( 15 ) has a thickness which does not fall below 0.3 mm, preferably 0.5 mm, particularly preferably 0.7 mm. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Druckkanal (17) radial umgebende Stahl eine Wandstärke aufweist, die 0,8 mm, bevorzugt 1 mm, besonders bevorzugt 1,2 mm, nicht unterschreitet.Pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure channel ( 17 ) radially surrounding steel has a wall thickness which does not fall below 0.8 mm, preferably 1 mm, particularly preferably 1.2 mm. Drucksensor nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Druckkanal (17) radial umgebende Stahl eine Wandstärke aufweist, die wenigstens doppelt, bevorzugt wenigstens dreimal, besonders bevorzugt wenigstens viermal so groß ist wie eine minimale Dicke der Messmembran (15).Pressure sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pressure channel ( 17 ) radially surrounding steel has a wall thickness which is at least twice, preferably at least three times, particularly preferably at least four times as large as a minimum thickness of the measuring membrane ( 15 ). Drucksensor nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmembran (15) einen Zentralbereich (23) und einen den Zentralbereich (23) radial umgebenden Außenbereich (25) umfasst, wobei die Messmembran (15) im Zentralbereich (23) eine größere Dicke aufweist als im Außenbereich (25).Pressure sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring diaphragm ( 15 ) a central area ( 23 ) and one the central area ( 23 ) radially surrounding outer area ( 25 ), wherein the measuring membrane ( 15 ) in the central area ( 23 ) has a greater thickness than in the outer area ( 25 ). Drucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich (23) wenigstens die 3-fache, insbesondere wenigstens die 4-fache Dicke des Außenbereichs (25) aufweist.Pressure sensor according to claim 5, characterized in that the central area ( 23 ) at least 3 times, in particular at least 4 times the thickness of the outer area ( 25 ) having. Drucksensor nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckanschluss (11) als ein Druckanschlussstück und der Druckmessumformer (13) als ein Druckmessumformerstück ausgebildet sind, die stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt sind.Pressure sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pressure connection ( 11 ) as a pressure fitting and the pressure transmitter ( 13 ) are formed as a pressure transducer piece, which are materially connected to each other, in particular welded together. Drucksensor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessumformer einstückig mit dem Druckanschluss (11) ausgebildet ist.Pressure sensor according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the pressure transducer in one piece with the pressure port ( 11 ) is trained. Drucksensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkanal (17) als Sackbohrung in dem Druckanschluss (11) ausgebildet ist, wobei die Messmembran (15) das Ende der Sackbohrung bildet.Pressure sensor according to claim 8, characterized in that the pressure channel ( 17 ) as a blind hole in the pressure port ( 11 ), wherein the measuring membrane ( 15 ) forms the end of the blind hole. Drucksensor nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Nickel zwischen 12% und 22%, insbesondere zwischen 14% und 22%, beträgt und/oder die Zugfestigkeit zwischen 650 N/mm2 und 750 N/mm2 beträgt und/oder die 0,2%-Dehngrenze zumindest 550 N/mm2 beträgt.Pressure sensor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the weight content of nickel is between 12% and 22%, in particular between 14% and 22%, and / or the tensile strength between 650 N / mm 2 and 750 N / mm 2 and / or the 0.2% proof strength is at least 550 N / mm 2 .
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