DE102016109645A1 - Pressure sensor element and capacitive pressure sensor - Google Patents

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    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
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Abstract

Drucksensorelement (1) für einen kapazitiven Drucksensor aufweisend: – mindestens ein metallisches Röhrchen (2); – mindestens einen metallischen Kontaktstift (3); – einen Glaskörper (4) in den das Röhrchen und der Kontaktstift (3) auf einem Teil ihrer Länge derartig eingeschmolzen sind, dass sie an einer Stirnseite des Drucksensorelements (1) im Wesentlichen bündig mit dem Glaskörper (4) abschließen und an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Rückseite des Drucksensorelements (1) aus dem Glaskörper (4) herausragen; – einen in Form eines Topfes den Glaskörper (4) umgebenden metallischen Grundkörper (5) in dem der Glaskörper (4) eingeschmolzen ist, wobei der Grundkörper (5) an der Stirnseite des Drucksensorelements (1) offen ist und der Grundkörper (5) und der Glaskörper (4) eine im Wesentlichen bündig konkave Oberfläche (6) an der Stirnseite ausbilden, wobei der Grundkörper (5) an der Rückseite des Drucksensorelementes (1) Öffnungen (7) für das Röhrchen und den Kontaktstift (3) aufweist, durch welche diese geführt sind; – mindestens eine an der Stirnseite auf dem Glaskörper (4) zumindest teilweise aufgebrachte metallische Elektrode (8), welche durch den Kontaktstift (3) von der Rückseite des Drucksensorelements (1) elektrisch kontaktierbar ist.Pressure sensor element (1) for a capacitive pressure sensor comprising: - at least one metallic tube (2); - At least one metallic contact pin (3); - A glass body (4) in which the tube and the contact pin (3) are melted on a part of their length such that they terminate at one end face of the pressure sensor element (1) substantially flush with the glass body (4) and on one of the end face protrude from the glass body (4) opposite rear side of the pressure sensor element (1); - A in the form of a pot, the glass body (4) surrounding metallic base body (5) in which the glass body (4) is melted, wherein the base body (5) on the front side of the pressure sensor element (1) is open and the base body (5) and the glass body (4) forming a substantially flush concave surface (6) on the front side, wherein the base body (5) at the back of the pressure sensor element (1) openings (7) for the tube and the contact pin (3), through which these are guided; - At least one on the end face on the glass body (4) at least partially applied metallic electrode (8) which is electrically contacted by the contact pin (3) from the back of the pressure sensor element (1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drucksensorelement für einen kapazitiven Drucksensor, einen Drucksensor zur Bestimmung eines Druckes sowie einem Drucksensor zur Bestimmung eines Differenzdruckes.The invention relates to a pressure sensor element for a capacitive pressure sensor, a pressure sensor for determining a pressure and a pressure sensor for determining a differential pressure.

Im Bereich der kapazitiven Druckmesstechnik sind kapazitive Drucksensoren wohl bekannt. Diese umfassen für gewöhnlich eine Messmembran und eine Gegen- bzw. Grundkörper, wobei die Messmembran entlang eines umlaufenden Randes druckdicht mit einem Grundkörper verbunden ist, wobei zwischen dem Grundkörper und der Messmembran eine Messkammer gebildet ist, in welcher ein Referenzdruck anliegt, wobei eine von der Messkammer abgewandte Außenseite der Messmembran mit einem zu messenden Druck beaufschlagbar ist, so dass die Messmembran eine druckabhängig Verformung erfährt, welche mittels eines kapazitiven Wandlers in einen elektrischen Druckmesswert umgesetzt wird.In the field of capacitive pressure measurement capacitive pressure sensors are well known. These usually comprise a measuring diaphragm and a counter body or basic body, wherein the measuring diaphragm is pressure-tightly connected to a base body along a peripheral edge, wherein between the base body and the measuring diaphragm a measuring chamber is formed, in which a reference pressure is applied, one of the Measuring chamber remote from the outside of the measuring membrane is acted upon with a pressure to be measured, so that the measuring diaphragm undergoes a pressure-dependent deformation, which is converted by means of a capacitive transducer into an electrical pressure measurement.

Derartige kapazitive Drucksensoren dienen zur Erfassung von Drücken und werden gerne in der industriellen Messtechnik, bspw. zur Füllstandsmessung oder zur Durchflussmessung verwendet. Dabei kommen je nach Einsatzgebiet unterschiedliche Ausprägungen von Drucksensoren zum Einsatz. So kann ein Drucksensor bspw. als Absolutdrucksensor, als Relativdrucksensor oder auch als Differenzdrucksensor ausgebildet sein.Such capacitive pressure sensors are used for detecting pressures and are often used in industrial measurement technology, for example for level measurement or flow measurement. Depending on the application, different types of pressure sensors are used. For example, a pressure sensor may be designed as an absolute pressure sensor, as a relative pressure sensor or as a differential pressure sensor.

In dem Fall, dass der Drucksensor als Absolutdrucksensor ausgebildet ist, wird eine der beiden Seiten der Messmembran einem Vakuum ausgesetzt und der anderen Seite der Messmembran wird ein zu messender Mediendruck zugeführt. Der Absolutdrucksensor misst somit den Absolutdruck, also den zu messenden Mediendruck im Vergleich zu dem Vakuum als Referenzdruck.In the case where the pressure sensor is designed as an absolute pressure sensor, one of the two sides of the measuring diaphragm is exposed to a vacuum and the other side of the measuring diaphragm is supplied with a measured media pressure. The absolute pressure sensor thus measures the absolute pressure, ie the medium pressure to be measured in comparison to the vacuum as a reference pressure.

In dem Fall, dass der Drucksensor als Relativdrucksensor ausgebildet ist, wird eine der beiden Seiten der Messmembran einem atmosphärischen Luftdruck als Referenzdruck ausgesetzt und der anderen Seite der Messmembran wird ein zu messender Mediendruck zugeführt. Der Relativdrucksensor misst somit einen Relativdruck, also den zu messenden Mediendruck im Vergleich zu dem atmosphärischen Luftdruck.In the case where the pressure sensor is designed as a relative pressure sensor, one of the two sides of the measuring diaphragm is exposed to an atmospheric air pressure as a reference pressure and the other side of the measuring diaphragm is supplied with a measured media pressure. The relative pressure sensor thus measures a relative pressure, ie the medium pressure to be measured in comparison to the atmospheric air pressure.

In dem Fall, dass der Drucksensor als Differenzdrucksensor ausgebildet ist, wird einer der beiden Seiten der Messmembran ein erster zu messender Mediendruck und der anderen Seite der Messmembran ein zweiter zu messender Mediendruck zugeführt. Der Differenzdrucksensor misst somit einen Differenzdruck, also die Differenz der beiden Mediendrücke.In the event that the pressure sensor is designed as a differential pressure sensor, one of the two sides of the measuring diaphragm is supplied with a first medium pressure to be measured and a second medium pressure to be measured is supplied to the other side of the measuring diaphragm. The differential pressure sensor thus measures a differential pressure, ie the difference between the two media pressures.

Derartige Drucksensoren sind nur durch relativ kostenintensive Herstellungsprozesse realisierbar.Such pressure sensors can only be realized by relatively expensive production processes.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Möglichkeit aufzuzeigen, über die die Herstellungskosten für einen Drucksensor gesenkt werden können.It is therefore an object of the invention to provide a way by which the manufacturing cost of a pressure sensor can be lowered.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Drucksensorelement für einen kapazitiven Drucksensor, einen Drucksensor zur Bestimmung eines Druckes und einen Drucksensor zur Bestimmung eines Differenzdruckes gelöst.The object is achieved by a pressure sensor element for a capacitive pressure sensor, a pressure sensor for determining a pressure and a pressure sensor for determining a differential pressure.

Hinsichtlich des Drucksensorelements wird die Aufgabe durch ein Drucksensorelement für einen kapazitiven Drucksensor aufweisend:

  • – mindestens ein metallisches Röhrchen;
  • – mindestens einen metallischen Kontaktstift;
  • – einen Glaskörper in den das Röhrchen und der Kontaktstift auf einem Teil ihrer Länge derartig eingeschmolzen sind, dass sie an einer Stirnseite des Drucksensorelements im Wesentlichen bündig mit dem Glaskörper abschließen und an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Rückseite des Drucksensorelements aus dem Glaskörper herausragen;
  • – einen in Form eines Topfes den Glaskörper umgebenden metallischen Grundkörper in dem der Glaskörper eingeschmolzen ist, wobei der Grundkörper an der Stirnseite des Drucksensorelements offen ist und der Grundkörper und der Glaskörper eine im Wesentlichen bündig konkave Oberfläche an der Stirnseite ausbilden, wobei der Grundkörper an der Rückseite des Drucksensorelementes Öffnungen für das Röhrchen und den Kontaktstift aufweist, durch welche diese geführt sind;
  • – mindestens eine an der Stirnseite auf dem Glaskörper zumindest teilweise aufgebrachte metallische Elektrode, welche durch den Kontaktstift von der Rückseite des Drucksensorelements elektrisch kontaktierbar ist.
With regard to the pressure sensor element, the object is achieved by a pressure sensor element for a capacitive pressure sensor:
  • - at least one metallic tube;
  • - At least one metallic contact pin;
  • - A glass body into which the tube and the contact pin are melted on a part of their length such that they terminate substantially flush with the glass body on an end face of the pressure sensor element and protrude from the glass body on a rear side of the pressure sensor element opposite the front side;
  • A base metal body surrounding the glass body in the form of a pot in which the glass body is fused, the base body being open on the front side of the pressure sensor element and the base body and the glass body forming a substantially flush concave surface on the front side, wherein the base body adjoins the base body Rear side of the pressure sensor element has openings for the tube and the contact pin, through which they are guided;
  • - At least one on the end face on the glass body at least partially applied metallic electrode which is electrically contacted by the contact pin from the back of the pressure sensor element.

Erfindungsgemäß wird ein Drucksensorelement vorgeschlagen, welches durch einen Glas-Metall-Einschmelzungsverfahren bzw. einen Glas-Metall-Durchführungsverfahren kostengünstig und dennoch robust herstellbar ist und welches anschließend zur Herstellung eines Drucksensors dient.According to the invention, a pressure sensor element is proposed, which can be produced inexpensively and nevertheless robustly by a glass-metal fusion process or a glass-metal implementation process and which subsequently serves to produce a pressure sensor.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der in Form eines Topfes ausgebildete metallische Grundkörper stirnseitig einen im Wesentlichen ebenen Kreisring als Schweißlippe aufweist und auf einer der Stirnseite abgewandten Lippenrückseite ein, vorzugsweise im Wesentlichen dreieckförmiges, Schweißanschlusselement zum Anschweißen des Drucksensorelementes vorgesehen ist.An advantageous development of the invention provides that the metallic base body designed in the form of a pot has a substantially planar circular ring as the welding lip and on one of the front side remote lip back one, preferably substantially triangular, welding connection element is provided for welding the pressure sensor element.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der metallische Grundkörper eine Eisen-Nickel-Cobalt Legierung aufweist. A further advantageous embodiment of the invention provides that the metallic base body has an iron-nickel-cobalt alloy.

Wiederum eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die metallische Elektrode in Form einer Ringelektrode ausgebildet ist. Insbesondere sieht die Weiterbildung vor, dass das metallische Röhrchen stirnseitig in einer Öffnung, vorzugsweise zentralen Öffnung, der Ringelektrode mündet.Yet another advantageous development of the invention provides that the metallic electrode is designed in the form of a ring electrode. In particular, the development provides that the metallic tube ends in an opening, preferably a central opening, of the annular electrode.

Wiederum eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die konkave Oberfläche durch einen sphärischen Schliff hergestellt ist. Aufgrund dessen, dass die konkave Oberfläche durch einen sphärischen Schliff hergestellt ist, kann diese als ein Membranbett für eine Messmembran in einem Überlastfall, d.h. im Überdruckfall, dienen. Somit kann bei einem Drucksensor, welcher aus zumindest einem solchen Drucksensorelement hergestellt ist, eine definierte Überlastfestigkeit gewährleistet werden.Again, a further advantageous embodiment of the invention provides that the concave surface is made by a spherical cut. Due to the fact that the concave surface is made by a spherical cut, this can be used as a membrane bed for a measuring membrane in an overload case, i. in overpressure, serve. Thus, in a pressure sensor, which is made of at least one such pressure sensor element, a defined overload resistance can be ensured.

Hinsichtlich des Drucksensors zur Bestimmung eines Druckes wird die Aufgabe durch einen Drucksensor zur Bestimmung eines Druckes gelöst, wobei der Drucksensor ein Drucksensorelement nach einer zuvor beschriebenen Ausgestaltung sowie einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen eine hohlzylindrische Form aufweisenden, vorzugsweise metallischen, Gehäusekörper mit einer an einer Grundseite befindlichen Ausnehmung und einer flexiblen Trenn- bzw. Messmembran, welche in ihrem Randbereich stoffschlüssig mit dem Gehäusekörper gefügt ist, aufweist, wobei das Drucksensorelement derartig in der Ausnehmung eingesetzt und fixiert ist, dass eine Druckmesskammer zwischen der Trenn- bzw. Messmembran und der konkaven Oberfläche an der Stirnseite des Drucksensorelements ausgebildet ist, wobei der Druckmesskammer durch das Röhrchen des Drucksensorelementes ein Referenzdruck zuführbar ist, so dass sich eine druckabhängige Auslenkung der Trenn- bzw. Messmembran aufgrund des Referenzdrucks sowie eines an der dem Drucksensorelement abgewandten Seite der Trenn- bzw. Messmembran anliegenden Mediendruckes ergibt, wobei über eine Kapazität, die aus der Elektrode des Drucksensorelementes und der Trenn- bzw. Messmembran gebildet ist, der Druck ermittelbar ist.With regard to the pressure sensor for determining a pressure, the object is achieved by a pressure sensor for determining a pressure, wherein the pressure sensor is a pressure sensor element according to a previously described embodiment and a substantially rotationally symmetrical a hollow cylindrical shape having, preferably metallic, housing body with a recess located on a base side and a flexible separation or measuring membrane, which is joined cohesively to the housing body in its edge region, wherein the pressure sensor element is inserted and fixed in the recess such that a pressure measuring chamber between the separation or measuring membrane and the concave surface on the The end face of the pressure sensor element is formed, wherein the pressure measuring chamber through the tube of the pressure sensor element, a reference pressure is fed, so that there is a pressure-dependent deflection of the separation or measuring membrane due to the reference pressure and one at the side facing away from the pressure sensor element side of the separation or measuring membrane applied media pressure results, wherein the pressure can be determined via a capacitance, which is formed from the electrode of the pressure sensor element and the separation or measuring membrane.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäusekörper zweiteilig in Form einer inneren und einer äußeren Hülse ausgebildet ist, wobei das Drucksensorelement an der inneren Hülse fixiert ist und die innere Hülse zusammen mit dem Drucksensorelement in Bezug auf die äußere Hülse verschiebbar ist.An advantageous development of the invention provides that the housing body is formed in two parts in the form of an inner and an outer sleeve, wherein the pressure sensor element is fixed to the inner sleeve and the inner sleeve is displaceable together with the pressure sensor element with respect to the outer sleeve.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Druckmesskammer nicht mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist.A further advantageous development of the invention provides that the pressure measuring chamber is not filled with a pressure transfer fluid.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ausnehmung im Wesentlichen stufenförmig ausgebildet ist. Insbesondere sieht die Weiterbildung vor, dass das Drucksensorelement mit der Rückseite des Drucksensorelementes in die stufenförmige Ausnehmung bis zu einer Schweißlippe, welche stirnseitig den Grundkörper umgibt, eingeführt ist und das Drucksensorelement über die Schweißlippe an dem Gehäusekörper druckfest angeschweißt ist.A further advantageous development of the invention provides that the recess is substantially stepped. In particular, the development provides that the pressure sensor element with the rear side of the pressure sensor element in the step-shaped recess to a weld lip, which frontally surrounds the base body, is introduced and the pressure sensor element is welded pressure-resistant manner to the housing body via the welding lip.

Hinsichtlich des Drucksensors zur Bestimmung eines Differenzdruckes wird die Aufgabe durch einen Drucksensor zur Bestimmung eines Differenzdruckes umfassend ein erstes und ein zweites Drucksensorelement, welche nach einer zuvor beschriebenen Ausgestaltung ausgebildet sind, sowie eine Messmembran gelöst, wobei die Messmembran zwischen dem ersten Drucksensorelement und dem zweiten Drucksensorelement angeordnet ist und in ihrem Randbereich stoffschlüssig sowohl mit dem ersten Drucksensorelement als auch dem zweiten Drucksensorelement verbunden ist, so dass sich eine erste Druckmesskammer zwischen der Messmembran und der konkaven Oberfläche des ersten Drucksensorelementes und eine zweite Druckmesskammer zwischen der Messmembran und der konkaven Oberfläche des zweiten Drucksensorelementes ausbildet, wobei der ersten Druckmesskammer durch das Röhrchen des ersten Drucksensorelementes ein erster Druck und der zweiten Druckmesskammer durch das Röhrchen des zweiten Drucksensorelementes ein zweiter Druck zuführbar ist, so dass sich eine differenzdruckabhängige Auslenkung der Messmembran ergibt, wobei über eine erste Kapazität, die aus der Elektrode des ersten Drucksensorelements und der Messmembran gebildet ist und/oder über eine zweite Kapazität, die aus der Elektrode des zweiten Drucksensorelements und der Messmembran gebildet ist, der Differenzdruck zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck ermittelbar ist.With respect to the pressure sensor for determining a differential pressure, the object is achieved by a pressure sensor for determining a differential pressure comprising a first and a second pressure sensor element, which are designed according to a previously described embodiment, and a measuring membrane, wherein the measuring diaphragm between the first pressure sensor element and the second pressure sensor element is arranged and is integrally connected in its edge region both with the first pressure sensor element and the second pressure sensor element, so that there is a first pressure measuring chamber between the diaphragm and the concave surface of the first pressure sensor element and a second pressure measuring chamber between the diaphragm and the concave surface of the second pressure sensor element forms, wherein the first pressure measuring chamber through the tube of the first pressure sensor element, a first pressure and the second pressure measuring chamber through the tube of the second pressure sensor element a second pressure is fed, so that there is a differential pressure-dependent deflection of the measuring membrane, wherein a first capacitor, which is formed from the electrode of the first pressure sensor element and the measuring membrane and / or a second capacitance, the from the electrode of the second pressure sensor element and the Measuring diaphragm is formed, the differential pressure between the first pressure and the second pressure can be determined.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ferner ein erstes Druckmittlerelement mit einer ersten Kapillarleitung und einer ersten hydraulischen Kammer, welche durch zumindest eine erste Trennmembran von einem zu messenden Medium getrennt ist sowie ein zweites Druckmittlerelement mit einer zweiten Kapillarleitung und einer zweiten hydraulischen Kammer, welche durch zumindest eine zweite Trennmembran von einem zu messenden Medium getrennt ist, vorgesehen sind, wobei die erste hydraulische Kammer über die erste Kapillarleitung hydraulisch an das Röhrchen des ersten Drucksensorelements, umso einen ersten hydraulischen Kammerverbund zu bilden und die zweite hydraulische Kammer über die zweite Kapillarleitung hydraulisch an das Röhrchen des zweiten Drucksensorelements, umso einen zweiten hydraulischen Kammerverbund zu bilden, angebunden ist, wobei der erste und zweite Kammerverbund mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist, so dass ein erster Mediendruck der erste Druckmesskammer und ein zweiter Mediendruck der zweiten Druckmesskammer zuführbar ist.An advantageous development of the invention provides that, furthermore, a first pressure-sensitive medium element with a first capillary line and a first hydraulic chamber, which is separated from a medium to be measured by at least one first separating membrane, and a second pressure-medium element with a second capillary line and a second hydraulic chamber, which is separated from a medium to be measured by at least one second separating membrane, wherein the first hydraulic chamber via the first capillary line hydraulically to the tube of the first Pressure sensor element, so as to form a first hydraulic chamber assembly and the second hydraulic chamber via the second capillary line hydraulically connected to the tube of the second pressure sensor element, so as to form a second hydraulic chamber composite, wherein the first and second chamber composite is filled with a pressure transmitting fluid, so in that a first media pressure of the first pressure measuring chamber and a second media pressure of the second pressure measuring chamber can be fed.

Wiederum eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die konkave Oberfläche des ersten und des zweiten Drucksensorelements derartig ausgebildet sind, dass sie als Membranbett für die Messmembran dienen. Bei einem Drucksensors zur Bestimmung eines Differenzdruckes bzw. Differenzdrucksensor kann aufgrund der beidseitigen konkaven Oberflächen eine definierte einseitige Überlastfestigkeit gewährleistet werden.Yet another advantageous development of the invention provides that the concave surface of the first and the second pressure sensor element are designed such that they serve as a membrane bed for the measuring membrane. In the case of a pressure sensor for determining a differential pressure or differential pressure sensor, a defined one-sided overload resistance can be ensured on the basis of the two-sided concave surfaces.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

1: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Drucksensorelementes, 1 FIG. 2: a cross section of a pressure sensor element according to the invention, FIG.

2a: eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Drucksensorelementes, 2a a rear view of the pressure sensor element according to the invention,

2b: eine Draufsicht auf die Oberfläche des erfindungsgemäßen Drucksensorelementes ohne Elektrode, 2 B FIG. 2: a plan view of the surface of the pressure sensor element according to the invention without an electrode, FIG.

2c: eine Draufsicht auf die Oberfläche des erfindungsgemäßen Drucksensorelementes mit Elektrode, 2c : a top view of the surface of the pressure sensor element according to the invention with electrode,

3: einen erfindungsgemäßen kapazitiven Drucksensor, welcher ohne eine Druckübertragungsflüssigkeit funktioniert, und 3 a capacitive pressure sensor according to the invention, which works without a pressure transmission fluid, and

4: einen erfindungsgemäßen kapazitiven Differenzdrucksensor. 4 a capacitive differential pressure sensor according to the invention.

1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Drucksensorelementes 1. Das Drucksensorelement 1 umfasst einen Grundkörper 5, welcher vorzugsweise in Form eines Topfes ausgebildet ist. Der Grundkörper 5 besteht aus einem Metall, vorzugsweise aus einem Metall, welches einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als typische Metalle aufweist, typischerweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 1–15 ppm/K, vorzugsweise im Bereich von 2–7 ppm/K, besonders bevorzugt in etwa 5 ppm/K. Ein derartiges Metall kann bspw. eine Eisen-Nickel-Cobalt Legierung darstellen, welche auch unter dem Handelsnamen Kovar bekannt ist. Eine typische Eisen-Nickel-Cobalt-Legierung kann bspw. eine Zusammensetzung in Massenprozent von 25–33% Nickel, 13–21 % Cobalt und Rest Eisen, vorzugsweise eine Zusammensetzung von 54% Eisen, 28% Nickel und 18% Cobalt aufweisen. 1 shows a cross section of a pressure sensor element according to the invention 1 , The pressure sensor element 1 includes a main body 5 , which is preferably in the form of a pot. The main body 5 consists of a metal, preferably a metal, which has a lower coefficient of thermal expansion than typical metals, typically a coefficient of thermal expansion in the range of 1-15 ppm / K, preferably in the range of 2-7 ppm / K, more preferably in about 5 ppm / K. Such a metal may, for example, represent an iron-nickel-cobalt alloy, which is also known under the trade name Kovar. For example, a typical iron-nickel-cobalt alloy may have a composition in mass percent of 25-33% nickel, 13-21% cobalt and balance iron, preferably a composition of 54% iron, 28% nickel and 18% cobalt.

Der Grundkörper 5 weist an einer Stirnseite vorzugsweise eine im Wesentlichen ringförmige Schweißlippe 9 zum Anschweißen des Drucksensorelementes 1 an einen anderen Körper, bspw. einen Gehäusekörper 12 eines Drucksensors, auf. Ferner kann ein Schweißanschlusselement 10 an einer der Stirnseite abgewandten Seite der Schweißlippe 9 für die spätere Schweißung vorgesehen sein. Das Schweißanschlusselement 10 ist vorzugsweise dreieckförmig ausgebildet. Ferner kann es vorzugsweise ringförmig ohne Unterbrechung ausgebildet sein.The main body 5 has at one end face preferably a substantially annular welding lip 9 for welding the pressure sensor element 1 to another body, for example a housing body 12 a pressure sensor, on. Furthermore, a welding connection element 10 on a side facing away from the front side of the welding lip 9 be provided for the subsequent welding. The welding connection element 10 is preferably triangular. Furthermore, it may preferably be formed annularly without interruption.

Bezüglich der geometrischen Dimensionen des in Form eines Topfes ausgebildeten Grundkörpers 5 kann dieser Ausmaße eines Transistor-Outline-Package aufweisen. Derartige Transistor-Outline-Packages stellen standardisierte Transistorgehäuse dar, die durch die Standardisierung kostengünstiger herstellbar sind, so dass entsprechend hergestellte Drucksensorelemente ebenfalls kostengünstig herstellbar sind.With respect to the geometric dimensions of the formed in the form of a pot body 5 can have these dimensions of a transistor outline package. Such transistor outline packages represent standardized transistor housings, which can be produced more cost-effectively by the standardization, so that correspondingly produced pressure sensor elements can likewise be produced cost-effectively.

In dem Grundköper 5 befindet sich ein Glaskörper 4, welcher über ein Glas-Metall-Einschmelzungsverfahren zusammen mit einem metallischen Röhrchen 2 und einem metallischen Kontaktstift 3 in den Grundkörper 5 eingeschmolzen ist, so dass eine vakuumdichte Verbindung zwischen dem Glas und dem Metall entsteht. Das Röhrchen 2 und der Kontaktstift 3 sind dabei während des Einschmelzungsverfahrens derartig in den Glaskörper 4 eingeschmolzen worden, dass sie an der Stirnseite im Wesentlichen bündig mit dem Glaskörper 4 abschließen, wohingegen sie an der Rückseite, also der der Stirnseite gegenüberliegenden Seite des Drucksensorelementes 1, herausragen. Für das Glas-Metall-Einschmelzungsverfahren wird typischerweise ein vorgeformtes gesintertes Glasteil verwendet, in welches das Röhrchen 2 und der Kontaktstift 3 vor dem Schmelzvorgang eingebracht sind. Der Grundkörper 5 weist an seiner Rückseite entsprechende Öffnungen 7 auf, durch die das Röhrchen 2 und der Kontaktstift 3 herausgeführt werden. 2a zeigt eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Drucksensorelementes 1, bei dem sowohl für das Röhrchen 2 als auch für den Kontaktstift 3 jeweils eine eigenständige Öffnung 7 vorhanden ist.In the basic body 5 there is a glass body 4 , which uses a glass-metal fusion process together with a metallic tube 2 and a metallic contact pin 3 into the main body 5 is melted, so that a vacuum-tight connection between the glass and the metal is formed. The tube 2 and the contact pin 3 are doing so during the melting process in the vitreous body 4 they have been melted down so that they are essentially flush with the vitreous at the front 4 whereas at the rear, that is the side of the pressure sensor element opposite the front side, they terminate 1 to stand out. For the glass-metal fusion process, typically a preformed sintered glass part is used, into which the tube 2 and the contact pin 3 are introduced before the melting process. The main body 5 has corresponding openings on its rear side 7 on, through which the tube 2 and the contact pin 3 be led out. 2a shows a rear view of the pressure sensor element according to the invention 1 in which both for the tube 2 as well as for the contact pin 3 each one independent opening 7 is available.

Stirnseitig ist der Glaskörper 4 so ausgebildet, dass er eine konkave Oberfläche 6 aufweist, die bspw. als ein Membranbett für eine Messmembran im Überlastfall dienen kann, wenn das Drucksensorelement 1 in einem entsprechenden Drucksensor verbaut ist. Die konkave Oberfläche 6 kann bspw. durch einen sphärischen Schliff hergestellt werden. Der sphärische Schliff kann beispielsweise mit einer dünnen Trennscheibe hergestellt werden, die zusätzlich zu ihrer Drehrichtung in Rotation gebracht wird. Alternativ kann auch das Drucksensorelement in Rotation gebracht werden. Unabhängig davon, wie der sphärische Schliff hergestellt wird, sollte die konkave Form 6 auf jeden Fall möglichst genau die Form der Messmembran im Überdruckfall abbilden, weil sich ansonsten die Messmembran im Überdruckfall plastisch verformen würde, was zu einer bleibenden Veränderung des Druckmesswertes führen würde.The front side is the glass body 4 designed so that it has a concave surface 6 which, for example, can serve as a membrane bed for a measuring diaphragm in the event of an overload, if the pressure sensor element 1 is installed in a corresponding pressure sensor. The concave surface 6 can, for example. be made by a spherical cut. The spherical cut can be made, for example, with a thin cutting disc, which is rotated in addition to its direction of rotation. Alternatively, the pressure sensor element can be rotated. Regardless of how the spherical cut is made, the concave shape should 6 in any case, as accurately as possible to reproduce the shape of the measuring diaphragm in the overpressure case, because otherwise the measuring diaphragm would plastically deform in the overpressure case, which would lead to a lasting change in the pressure reading.

2b zeigt eine Draufsicht auf die Oberfläche des Drucksensorelementes 1. Auf die konkave Oberfläche 6 wird anschließend eine Elektrode 8, bspw. mittels eines Sputterprozesses, aufgebracht. 2c zeigt wiederum eine Draufsicht auf die Oberfläche des Drucksensorelementes 1 bei dem eine solche Elektrode 8 aufgebracht ist. Die Elektrode 8 ist vorzugsweise in Form einer Ringelektrode 11 ausgebildet, kann prinzipiell aber auch andere Formen aufweisen. Die in 2c dargestellte Ringelektrode 11 ist dabei derartig ausgestaltet, dass sie eine Öffnung 21 aufweist, in die das metallische Röhrchen 2 mündet. Vorzugsweise ist die Öffnung 21 zentral auf bzw. in der Elektrode 8, 21 angeordnet. Neben dem in 2c dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Elektroden denkbar. So können bspw. eine innere und eine äußere Ringelektrode auf die konkave Oberfläche des Glaskörpers aufgebracht sein. Die Elektrode bzw. Elektroden können ein einem erfindungsgemäßen kapazitiven Drucksensor zur kapazitiven Auswertung eines Druckmesssignals und/oder Ermittlung weiterer Informationen hinsichtlich des Drucksensors, bspw. Diagnoseinformationen, dienen. 2 B shows a plan view of the surface of the pressure sensor element 1 , On the concave surface 6 then becomes an electrode 8th , For example, by means of a sputtering applied. 2c again shows a plan view of the surface of the pressure sensor element 1 in which such an electrode 8th is applied. The electrode 8th is preferably in the form of a ring electrode 11 formed, but may in principle also have other shapes. In the 2c illustrated ring electrode 11 is designed such that it has an opening 21 has, in which the metallic tube 2 empties. Preferably, the opening 21 centrally on or in the electrode 8th . 21 arranged. In addition to the in 2c illustrated embodiment, an embodiment with multiple electrodes is conceivable. Thus, for example, an inner and an outer ring electrode can be applied to the concave surface of the glass body. The electrode or electrodes can serve a capacitive pressure sensor according to the invention for the capacitive evaluation of a pressure measuring signal and / or determination of further information with regard to the pressure sensor, for example diagnostic information.

3 zeigt einen erfindungsgemäßen kapazitiven Drucksensor, welcher aus einem Drucksensorelement 1 und einem metallischen Gehäusekörper 12 besteht. Der in 3 dargestellte Gehäusekörper 12 ist dabei derartig einstückig ausgebildet, dass er eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form und an einem Ende eine Ausnehmung, vorzugsweise eine stufenförmige Ausnehmung aufweist. Die stufenförmige Ausnehmung dient hierbei als Anschlag für die Schweißlippe 9 beim Einführen des Drucksensorelementes 1 in den Gehäusekörper 12. Das in den Gehäusekörper 12 eingebrachte Drucksensorelement 1 ist druckdicht mit dem Gehäusekörper 12 gefügt. Beispielsweise kann eine Kondensatorentladungsschweißung verwendet werden, mit Hilfe derer das Drucksensorelement 1 an dem Gehäusekörper 12 angeschweißt wird. Vorzugsweise dient dabei das Schweißanschlusselement 10 zur Unterstützung des Schweißprozesses. 3 shows a capacitive pressure sensor according to the invention, which consists of a pressure sensor element 1 and a metallic housing body 12 consists. The in 3 illustrated housing body 12 is formed in one piece in such a way that it has a substantially hollow cylindrical shape and at one end a recess, preferably a step-shaped recess. The step-shaped recess serves as a stop for the welding lip 9 during insertion of the pressure sensor element 1 in the housing body 12 , That in the housing body 12 introduced pressure sensor element 1 is pressure-tight with the housing body 12 together. For example, a capacitor discharge welding can be used by means of which the pressure sensor element 1 on the housing body 12 is welded. Preferably, the welding connection element is used 10 to support the welding process.

Alternativ zu der in 3 dargestellte einstückigen Variante, kann der Gehäusekörper 12 auch zweiteilig ausgebildet sein, bei dem der Gehäusekörper eine innere und eine die innere eng umschließende äußere metallische Hülse aufweist, die vertikal zueinander verschiebbar sind. Die innere und äußere Hülse sind dabei so ausgebildet, dass das Drucksensorelement 1 an der inneren Hülse fixierbar ist und die innere Hülse zusammen mit dem Drucksensorelement 1 vertikale in Bezug auf die äußere Hülse verschiebbar ist, so dass die Einbautiefe des Drucksensorelementes 1 variiert werden kann. Beispielsweise können die innere Hülse und die äußere Hülse über ein Gewinde, welches an der Berührungsfläche zwischen der inneren und äußeren Hülse ausgebildet ist, zueinander einstellbar sein. Bei dieser Variante kann ferner vorgesehen sein, dass die äußere Hülse inklusiv Messmembran einstückig hergestellt ist, so dass keine Schweißnaht im Prozess vorhanden ist.Alternatively to the in 3 illustrated one-piece variant, the housing body 12 Also be formed in two parts, in which the housing body has an inner and an inner tightly enclosing outer metallic sleeve, which are vertically displaceable to each other. The inner and outer sleeves are designed so that the pressure sensor element 1 is fixable to the inner sleeve and the inner sleeve together with the pressure sensor element 1 vertical with respect to the outer sleeve is displaceable, so that the installation depth of the pressure sensor element 1 can be varied. For example, the inner sleeve and the outer sleeve can be adjustable relative to one another via a thread, which is formed on the contact surface between the inner and outer sleeve. In this variant, it can further be provided that the outer sleeve including the measuring diaphragm is made in one piece, so that no weld seam is present in the process.

Ferner umfasst der Drucksensor eine metallische flexible Trenn- bzw. Messmembran 14, die die Ausnehmung des Gehäusekörpers 12 druckdicht verschließt, so dass eine Druckmesskammer 15 zwischen der Trenn- bzw. Messmembran 14 und der konkaven Oberfläche 6 mit der Elektrode 8 entsteht. Hierzu ist die Trenn- bzw. Messmembran 14 in ihrem Randbereich stoffschlüssig mit dem Gehäusekörper 12 gefügt. Die Trenn- bzw. Messmembran 14 hat eine Doppelfunktion, so dient sie zum einen dazu, die Druckmesskammer 15 von einem Medium zu trennen, welches an der dem Drucksensorelement 1 abgewandten Seite der Trenn- bzw. Messmembran 14 anliegt und zum anderen dient sie als eine Elektrode 8 für eine Kapazität mittels derer im Messbetrieb ein Mediendruck des Mediums ermittelbar ist.Furthermore, the pressure sensor comprises a metallic flexible separation or measuring membrane 14 that the recess of the housing body 12 pressure tight closes, leaving a pressure measuring chamber 15 between the separation or measuring membrane 14 and the concave surface 6 with the electrode 8th arises. For this purpose, the separation or measuring membrane 14 in its edge region cohesively with the housing body 12 together. The separation or measuring membrane 14 has a dual function, so it serves on the one hand, the pressure measuring chamber 15 to separate from a medium, which at the pressure sensor element 1 opposite side of the separation or measuring membrane 14 on the other hand, it serves as an electrode 8th for a capacity by means of which a media pressure of the medium can be determined during measuring operation.

Der Druckmesskammer 15 wird über das metallische Röhrchen 2 ein Referenzdruck zugeführt, welcher je nach Ausgestaltung des kapazitiven Drucksensors unterschiedlich sein kann. In dem Fall, dass der Drucksensor als Absolutdrucksensor ausgestaltet ist, ist der Druckmesskammer ein Vakuum als Referenzdruck zugeführt. In dem Fall, dass der Drucksensor als Relativdrucksensor ausgestaltet ist, ist der Druckmesskammer ein atmosphärischer Luftdruck als Referenzdruck zugeführt. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Relativ- bzw. Absolutdrucksensoren ist die Druckmesskammer nicht mit einer druckübertragenden Flüssigkeit gefüllt. Somit ist es möglich einen metallischen Relativ- bzw. Absolutdrucksensor ohne Hydraulikflüssigkeit aufzubauen.The pressure measuring chamber 15 is over the metallic tube 2 supplied to a reference pressure, which may be different depending on the configuration of the capacitive pressure sensor. In the case that the pressure sensor is designed as an absolute pressure sensor, the pressure measuring chamber is supplied with a vacuum as the reference pressure. In the case where the pressure sensor is configured as a relative pressure sensor, the pressure measuring chamber is supplied with an atmospheric air pressure as the reference pressure. In contrast to the known from the prior art relative or absolute pressure sensors, the pressure measuring chamber is not filled with a pressure-transmitting liquid. Thus, it is possible to build a metallic relative or absolute pressure sensor without hydraulic fluid.

In Abhängigkeit von dem Mediendruck, welcher an der dem Drucksensorelement abgewandten Seite der Trenn- bzw. Messmembran 14 anliegt sowie dem Referenzdruck, erfährt die Trenn- bzw. Messmembran 14 eine druckabhängige Auslenkung, so dass sich die Kapazität zwischen der Elektrode 8 des Drucksensorelementes 1 und der Trenn- bzw. Messmembran 14 ändert. Diese Kapazitätsänderung wird mit Hilfe einer nicht in 3 dargestellten Auswerteeinheit zur Ermittlung des Druckmesswertes herangezogen, umso den Druck zu ermitteln.Depending on the media pressure, which at the side facing away from the pressure sensor element side of the separation or measuring membrane 14 is applied and the reference pressure, experiences the separation or measuring membrane 14 a pressure-dependent deflection, so that the capacitance between the electrode 8th of the pressure sensor element 1 and the separation or measuring membrane 14 changes. This capacity change is made with the help of a not in 3 used evaluation unit for determining the pressure reading, so as to determine the pressure.

4 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Drucksensors, der zur Bestimmung eines Differenzdruckes ausgebildet ist. Der Differenzdrucksensor umfasst ein erstes und ein zweites Drucksensorelemente 1a und 1b, welche wie zuvor beschreiben aufgebaut sind. Die Drucksensorelemente 1a, 1b sind mit ihren Stirnseiten zueinander angeordnet, wobei sich eine metallische Messmembran 16 zwischen dem ersten Drucksensorelement 1a und dem zweiten Drucksensorelement 1b befindet, so dass sich eine erste Druckmesskammer 15a zwischen der Messmembran 16 und der konkaven Oberfläche des ersten Drucksensorelements 1a und eine zweite Druckmesskammer 15b zwischen der Messmembran 16 und der konkaven Oberfläche des zweiten Drucksensorelements 1b ergibt. Die beiden Drucksensorelemente 1a, 1b und die Messmembran 16 werden typischerweise in einem Schweißgang miteinander verbunden. 4 shows a further variant of a pressure sensor according to the invention, which is designed to determine a differential pressure. The differential pressure sensor comprises a first and a second pressure sensor elements 1a and 1b , which are constructed as described above. The pressure sensor elements 1a . 1b are arranged with their end faces to each other, with a metallic measuring diaphragm 16 between the first pressure sensor element 1a and the second pressure sensor element 1b is located, so that a first pressure measuring chamber 15a between the measuring membrane 16 and the concave surface of the first pressure sensor element 1a and a second pressure measuring chamber 15b between the measuring membrane 16 and the concave surface of the second pressure sensor element 1b results. The two pressure sensor elements 1a . 1b and the measuring membrane 16 are typically connected together in a weld.

Der ersten Druckmesskammer 15a ist über das Röhrchen 2a des ersten Drucksensorelements 1a ein erster Druck zuführbar. Hierzu ist an dem Röhrchen 2a endseitig eine erste Kapillarleitung 18a eines ersten Druckmittlerelements 17a fixiert. Die erste Kapillarleitung 18a mündet in einer ersten hydraulischen Kammer 19a, welche mit einer druckübertragenden Flüssigkeit, bspw. einem Silikonöl, gefüllt und mittels einer ersten Trennmembran 20a von einem zu messenden ersten Medium getrennt ist.The first pressure measuring chamber 15a is over the tube 2a the first pressure sensor element 1a a first pressure fed. This is on the tube 2a end a first capillary line 18a a first diaphragm seal element 17a fixed. The first capillary line 18a flows into a first hydraulic chamber 19a , which with a pressure-transmitting liquid, for example. A silicone oil, filled and by means of a first separation membrane 20a is separated from a first medium to be measured.

Analog ist der zweiten Druckmesskammer 15b über das Röhrchen 2b des zweiten Drucksensorelements 1b ein zweiter Druck zuführbar. Hierzu ist an dem Röhrchen 2b endseitig eine zweite Kapillarleitung 18b eines zweiten Druckmittlerelements 17b fixiert. Die zweite Kapillarleitung 18b mündet in einer zweiten hydraulischen Kammer 19b, welche mit einer druckübertragenden Flüssigkeit, bspw. einem Silikonöl, gefüllt und mittels einer zweiten Trennmembran von einem zu messenden zweiten Medium getrennt ist.Analog is the second pressure measuring chamber 15b over the tube 2 B the second pressure sensor element 1b a second pressure fed. This is on the tube 2 B at the end a second capillary line 18b a second diaphragm seal element 17b fixed. The second capillary line 18b opens into a second hydraulic chamber 19b which is filled with a pressure-transmitting liquid, for example a silicone oil, and separated by means of a second separating membrane from a second medium to be measured.

Aufgrund der Befüllung der ersten hydraulischen Kammer 19a und der zweiten hydraulischen Kammer 19b sowie der ersten Druckmesskammer 15a und zweiten Druckmesskammer 15b mit der druckübertragenden Flüssigkeit wird ein an der ersten Trennmembran 20a anliegender erster Mediendruck der ersten Druckmesskammer 15a als erster Druck und ein an der zweiten Trennmembran 20b anliegender zweiter Mediendruck der zweiten Druckmesskammer 15b als zweiter Druck zugeführt. Dies wiederum führt zu einer differenzdruckabhängigen Auslenkung der Messmembran 16, anhand derer ein Differenzdruck zwischen dem ersten Mediendruck und dem zweiten Mediendruck ermittelbar ist.Due to the filling of the first hydraulic chamber 19a and the second hydraulic chamber 19b as well as the first pressure measuring chamber 15a and second pressure measuring chamber 15b with the pressure-transmitting liquid is a on the first separation membrane 20a adjoining first media pressure of the first pressure measuring chamber 15a as the first pressure and on the second separation membrane 20b adjacent second medium pressure of the second pressure measuring chamber 15b supplied as a second pressure. This in turn leads to a differential pressure-dependent deflection of the measuring diaphragm 16 , by means of which a differential pressure between the first media pressure and the second media pressure can be determined.

Zur Ermittlung des Differenzdruckes wird zumindest eine erste Kapazität 8a, 16, welche aus der Elektrode 8a des ersten Drucksensorelementes 1a und der Messmembran 16 gebildet ist, verwendet. Vorzugsweise wird zusätzlich eine zweite Kapazität 8b, welche aus der Elektrode 8b des zweiten Drucksensorelements 1b und der Messmembran 16 gebildet ist, herangezogen.To determine the differential pressure is at least a first capacity 8a . 16 which is from the electrode 8a of the first pressure sensor element 1a and the measuring membrane 16 is formed, used. Preferably, in addition, a second capacity 8b which is from the electrode 8b the second pressure sensor element 1b and the measuring membrane 16 is formed, used.

Ein derartig aufgebauter Differenzdrucksensor bietet den Vorteil, dass er relativ einfach und dennoch robust herstellbar ist. Darüber hinaus ist eine kostengünstige Integration in eine Sensorbaugruppe möglich. Derartige Sensorbaugruppen umfassen typischerweise zumindest eine mechanische Schnittstelle zum Prozessmedium, auch Prozessanschluss genannt, und eine elektrische Schnittstelle zur Geräteelektronik.Such a constructed differential pressure sensor has the advantage that it is relatively simple and yet robust to produce. In addition, a cost-effective integration into a sensor assembly is possible. Such sensor modules typically include at least one mechanical interface to the process medium, also called process connection, and an electrical interface to the device electronics.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Drucksensorelement Pressure sensor element
22
Röhrchen tube
33
Kontaktstift pin
44
Glaskörper vitreous
55
Grundkörper body
66
Konkave Oberfläche Concave surface
77
Öffnungen des Grundkörpers Openings of the main body
88th
Elektrode electrode
99
Schweißlippe welding lip
1010
Schweißanschlusselement Welding connection element
1111
Ringelektrode ring electrode
1212
Gehäusekörper housing body
1313
Ausnehmung recess
1414
Trenn- bzw. Messmembran des Drucksensors zur Bestimmung eines Druckes Separating or measuring membrane of the pressure sensor for determining a pressure
1515
Druckmesskammer des Drucksensors zur Bestimmung eines Druckes Pressure measuring chamber of the pressure sensor for determining a pressure
1616
Messmembran des Differenzdrucksensors Measuring diaphragm of the differential pressure sensor
1717
Druckmittlerelement Diaphragm seal element
1818
Kapillarleitung capillary
1919
Hydraulische Kammer Hydraulic chamber
2020
Trennmembran separating membrane
2121
Öffnung der Elektrode Opening the electrode

Claims (14)

Drucksensorelement (1) für einen kapazitiven Drucksensor aufweisend: – mindestens ein metallisches Röhrchen (2); – mindestens einen metallischen Kontaktstift (3); – einen Glaskörper (4) in den das Röhrchen und der Kontaktstift (3) auf einem Teil ihrer Länge derartig eingeschmolzen sind, dass sie an einer Stirnseite des Drucksensorelements (1) im Wesentlichen bündig mit dem Glaskörper (4) abschließen und an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Rückseite des Drucksensorelements (1) aus dem Glaskörper (4) herausragen; – einen in Form eines Topfes den Glaskörper (4) umgebenden metallischen Grundkörper (5) in dem der Glaskörper (4) eingeschmolzen ist, wobei der Grundkörper (5) an der Stirnseite des Drucksensorelements (1) offen ist und der Grundkörper (5) und der Glaskörper (4) eine im Wesentlichen bündig konkave Oberfläche (6) an der Stirnseite ausbilden, wobei der Grundkörper (5) an der Rückseite des Drucksensorelementes (1) Öffnungen (7) für das Röhrchen und den Kontaktstift (3) aufweist, durch welche diese geführt sind; – mindestens eine an der Stirnseite auf dem Glaskörper (4) zumindest teilweise aufgebrachte metallische Elektrode (8), welche durch den Kontaktstift (3) von der Rückseite des Drucksensorelements (1) elektrisch kontaktierbar ist.Pressure sensor element ( 1 ) for a capacitive pressure sensor comprising: - at least one metallic tube ( 2 ); At least one metallic contact pin ( 3 ); A vitreous body ( 4 ) into which the tube and the contact pin ( 3 ) are melted down on a part of their length in such a way that they are at an end face of the pressure sensor element ( 1 ) substantially flush with the vitreous body ( 4 ) and on one of the front side opposite back the pressure sensor element ( 1 ) from the vitreous ( 4 protrude; - one in the form of a pot the glass body ( 4 ) surrounding metallic body ( 5 ) in which the vitreous ( 4 ) is melted down, wherein the main body ( 5 ) on the front side of the pressure sensor element ( 1 ) is open and the main body ( 5 ) and the vitreous ( 4 ) has a substantially flush concave surface ( 6 ) form on the front side, wherein the main body ( 5 ) at the back of the pressure sensor element ( 1 ) Openings ( 7 ) for the tube and the contact pin ( 3 ), through which they are guided; At least one on the end face on the glass body ( 4 ) at least partially applied metallic electrode ( 8th ), which by the contact pin ( 3 ) from the back of the pressure sensor element ( 1 ) is electrically contactable. Drucksensorelement nach Anspruch 1, wobei der in Form eines Topfes ausgebildete metallische Grundkörper (5) stirnseitig einen im Wesentlichen ebenen Kreisring als Schweißlippe (9) aufweist und auf einer der Stirnseite abgewandten Lippenrückseite ein, vorzugsweise im Wesentlichen dreieckförmiges, Schweißanschlusselemente (10) zum Anschweißen des Drucksensorelementes (1) vorgesehen ist. Pressure sensor element according to claim 1, wherein the formed in the form of a pot metallic base body ( 5 ) frontally a substantially planar circular ring as welding lip ( 9 ) and on one of the front side facing away lip back, preferably substantially triangular, welding connection elements ( 10 ) for welding the pressure sensor element ( 1 ) is provided. Drucksensorelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der metallische Grundkörper eine Eisen-Nickel-Cobalt Legierung aufweist.Pressure sensor element according to claim 1 or 2, wherein the metallic base body comprises an iron-nickel-cobalt alloy. Drucksensorelement nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die metallische Elektrode (8) in Form einer Ringelektrode (11) ausgebildet ist.Pressure sensor element according to at least one of the preceding claims, wherein the metallic electrode ( 8th ) in the form of a ring electrode ( 11 ) is trained. Drucksensorelement nach Anspruch 4, wobei das metallische Röhrchen (2) stirnseitig in einer Öffnung, vorzugsweise zentralen Öffnung, der Ringelektrode (11) mündet.Pressure sensor element according to claim 4, wherein the metallic tube ( 2 ) end face in an opening, preferably the central opening, the ring electrode ( 11 ) opens. Drucksensorelement nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die konkave Oberfläche durch einen sphärischen Schliff hergestellt ist.Pressure sensor element according to at least one of the preceding claims, wherein the concave surface is made by a spherical grinding. Drucksensor zur Bestimmung eines Druckes umfassend ein Drucksensorelement nach Anspruch 1 sowie einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen eine hohlzylindrische Form aufweisenden, vorzugsweise metallischen, Gehäusekörper (12) mit einer an einer Grundseite befindlichen Ausnehmung (13) und einer flexiblen Trenn- bzw. Messmembran (14), welche in ihrem Randbereich stoffschlüssig mit dem Gehäusekörper (12) gefügt ist, wobei das Drucksensorelement (1) derartig in der Ausnehmung (13) eingesetzt und fixiert ist, dass eine Druckmesskammer (15) zwischen der Trenn- bzw. Messmembran (14) und der konkaven Oberfläche (6) an der Stirnseite des Drucksensorelements (1) ausgebildet ist, wobei der Druckmesskammer (15) durch das Röhrchen des Drucksensorelementes (1) ein Referenzdruck zuführbar ist, so dass sich eine druckabhängige Auslenkung der Trenn- bzw. Messmembran (14) aufgrund des Referenzdrucks sowie eines an der dem Drucksensorelement (1) abgewandten Seite der Trenn- bzw. Messmembran (14) anliegenden Mediendruckes ergibt, wobei über eine Kapazität, die aus der Elektrode (8) des Drucksensorelementes (1) und der Trenn- bzw. Messmembran (14) gebildet ist, der Druck ermittelbar ist. Pressure sensor for determining a pressure comprising a pressure sensor element according to claim 1 and a substantially rotationally symmetrical a hollow cylindrical shape having, preferably metallic, housing body ( 12 ) with a recess located on a base side ( 13 ) and a flexible separation or measuring membrane ( 14 ), which in its edge region cohesively with the housing body ( 12 ), wherein the pressure sensor element ( 1 ) in the recess ( 13 ) is inserted and fixed, that a pressure measuring chamber ( 15 ) between the separation or measuring membrane ( 14 ) and the concave surface ( 6 ) on the front side of the pressure sensor element ( 1 ), wherein the pressure measuring chamber ( 15 ) through the tube of the pressure sensor element ( 1 ) A reference pressure can be supplied, so that a pressure-dependent deflection of the separation or measuring membrane ( 14 ) due to the reference pressure and one at the pressure sensor element ( 1 ) facing away from the separation or measuring membrane ( 14 ) is applied, wherein over a capacity, which from the electrode ( 8th ) of the pressure sensor element ( 1 ) and the separation or measuring membrane ( 14 ) is formed, the pressure can be determined. Drucksensor nach Anspruch 7, wobei der Gehäusekörper (12) zweiteilig in Form einer inneren und einer äußeren Hülse ausgebildet ist, wobei das Drucksensorelement (1) an der inneren Hülse fixiert ist und die innere Hülse zusammen mit dem Drucksensorelement (1) in Bezug auf die äußere Hülse verschiebbar ist.Pressure sensor according to claim 7, wherein the housing body ( 12 ) is formed in two parts in the form of an inner and an outer sleeve, wherein the pressure sensor element ( 1 ) is fixed to the inner sleeve and the inner sleeve together with the pressure sensor element ( 1 ) is displaceable with respect to the outer sleeve. Drucksensor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Druckmesskammer (15) nicht mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist.Pressure sensor according to one of claims 7 or 8, wherein the pressure measuring chamber ( 15 ) is not filled with a pressure transfer fluid. Drucksensor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Ausnehmung (13) im Wesentlichen stufenförmig ausgebildet ist.Pressure sensor according to one of claims 7 to 9, wherein the recess ( 13 ) is substantially stepped. Drucksensor nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Drucksensorelement (1) mit der Rückseite des Drucksensorelementes in die stufenförmige Ausnehmung (13) bis zu einer Schweißlippe (9), welche stirnseitig den Grundkörper (5) umgibt, eingeführt ist und das Drucksensorelement (1) über die Schweißlippe (9) an dem Gehäusekörper (12) druckfest angeschweißt ist.Pressure sensor according to the preceding claim, wherein the pressure sensor element ( 1 ) with the back of the pressure sensor element in the stepped recess ( 13 ) to a welding lip ( 9 ), which end face the main body ( 5 ) is inserted, and the pressure sensor element ( 1 ) over the welding lip ( 9 ) on the housing body ( 12 ) is welded pressure-resistant. Drucksensor zur Bestimmung eines Differenzdruckes umfassend ein erstes und ein zweites Drucksensorelement nach Anspruch 1 sowie eine Messmembran (16), welche zwischen dem ersten Drucksensorelement (1a) und dem zweiten Drucksensorelement (1b) angeordnet ist und in ihrem Randbereich stoffschlüssig sowohl mit dem ersten Drucksensorelement (1a) als auch dem zweiten Drucksensorelement (1b) verbunden ist, so dass sich eine erste Druckmesskammer (15a) zwischen der Messmembran (16) und der konkaven Oberfläche (6a) des ersten Drucksensorelementes (1a) und eine zweite Druckmesskammer (15b) zwischen der Messmembran (16) und der konkaven Oberfläche (6b) des zweiten Drucksensorelementes (1b) ausbildet, wobei der ersten Druckmesskammer (15a) durch das Röhrchen (2a) des ersten Drucksensorelementes (1a) ein erster Druck und der zweiten Druckmesskammer (15b) durch das Röhrchen (2b) des zweiten Drucksensorelementes (1b) ein zweiter Druck zuführbar ist, so dass sich eine differenzdruckabhängige Auslenkung der Messmembran (16) ergibt, wobei über eine erste Kapazität, die aus der Elektrode (8a) des ersten Drucksensorelements und der Messmembran (16) gebildet ist und/oder über eine zweite Kapazität, die aus der Elektrode (8b) des zweiten Drucksensorelements (1b) und der Messmembran (16) gebildet ist, der Differenzdruck zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck ermittelbar ist.Pressure sensor for determining a differential pressure comprising a first and a second pressure sensor element according to claim 1 and a measuring diaphragm ( 16 ), which between the first pressure sensor element ( 1a ) and the second pressure sensor element ( 1b ) is arranged and in its edge region cohesively with both the first pressure sensor element ( 1a ) as well as the second pressure sensor element ( 1b ), so that a first pressure measuring chamber ( 15a ) between the measuring membrane ( 16 ) and the concave surface ( 6a ) of the first pressure sensor element ( 1a ) and a second pressure measuring chamber ( 15b ) between the measuring membrane ( 16 ) and the concave surface ( 6b ) of the second pressure sensor element ( 1b ), wherein the first pressure measuring chamber ( 15a ) through the tube ( 2a ) of the first pressure sensor element ( 1a ) a first pressure and the second pressure measuring chamber ( 15b ) through the tube ( 2 B ) of the second pressure sensor element ( 1b ), a second pressure can be supplied, so that a differential pressure-dependent deflection of the measuring diaphragm ( 16 ), with a first capacitance coming out of the electrode ( 8a ) of first pressure sensor element and the measuring diaphragm ( 16 ) is formed and / or via a second capacitor, which from the electrode ( 8b ) of the second pressure sensor element ( 1b ) and the measuring membrane ( 16 ) is formed, the differential pressure between the first pressure and the second pressure can be determined. Drucksensor nach Anspruch 12, ferner aufweisend ein erstes Druckmittlerelement (17a) mit einer ersten Kapillarleitung (18a) und einer ersten hydraulischen Kammer (19a), welche durch zumindest eine erste Trennmembran (20a) von einem zu messenden Medium getrennt ist sowie ein zweites Druckmittlerelement (17b) mit einer zweiten Kapillarleitung (18b) und einer zweiten hydraulischen Kammer (19b), welche durch zumindest eine zweite Trennmembran (20b) von einem zu messenden Medium getrennt ist, wobei die erste hydraulische Kammer (19a) über die erste Kapillarleitung (18a) hydraulisch an das Röhrchen (2a) des ersten Drucksensorelements (1a), umso einen ersten hydraulischen Kammerverbund zu bilden und die zweite hydraulische Kammer (19b) über die zweite Kapillarleitung (18b) hydraulisch an das Röhrchen des zweiten Drucksensorelements (1b), umso einen zweiten hydraulischen Kammerverbund zu bilden, angebunden ist, wobei der erste und zweite Kammerverbund mit einer Druckübertragungsflüssigkeit befüllt ist, so dass ein erster Mediendruck der erste Druckmesskammer (15a) und ein zweiter Mediendruck der zweiten Druckmesskammer (15b) zuführbar ist.Pressure sensor according to claim 12, further comprising a first diaphragm seal element ( 17a ) with a first capillary line ( 18a ) and a first hydraulic chamber ( 19a ), which by at least a first separation membrane ( 20a ) is separated from a medium to be measured, as well as a second diaphragm seal element ( 17b ) with a second capillary line ( 18b ) and a second hydraulic chamber ( 19b ), which by at least one second separation membrane ( 20b ) is separated from a medium to be measured, wherein the first hydraulic chamber ( 19a ) via the first capillary line ( 18a ) hydraulically to the tube ( 2a ) of the first pressure sensor element ( 1a ), so as to form a first hydraulic chamber assembly and the second hydraulic chamber ( 19b ) via the second capillary line ( 18b ) hydraulically to the tube of the second pressure sensor element ( 1b ), so as to form a second hydraulic chamber assembly, is connected, wherein the first and second chamber composite is filled with a pressure transfer fluid, so that a first media pressure of the first pressure measuring chamber ( 15a ) and a second medium pressure of the second pressure measuring chamber ( 15b ) can be fed. Drucksensor nach Anspruch 12 oder 13, wobei die konkave Oberfläche des ersten und des zweiten Drucksensorelements derartig ausgebildet sind, dass sie als Membranbett (25a, 25b) für die Messmembran (16) dienen.Pressure sensor according to claim 12 or 13, wherein the concave surface of the first and the second pressure sensor element are designed such that they are used as a membrane bed ( 25a . 25b ) for the measuring membrane ( 16 ) serve.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109633910A (en) * 2019-01-14 2019-04-16 京东方科技集团股份有限公司 AR/VR contact lenses and preparation method thereof and electronic equipment
CN114682873A (en) * 2020-12-31 2022-07-01 重庆市伟岸测器制造股份有限公司 Welding tool control system based on pressure sensor

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3618390A (en) * 1969-10-27 1971-11-09 Rosemount Eng Co Ltd Differential pressure transducer
JPS59174730A (en) * 1983-03-24 1984-10-03 Shimadzu Corp Differential pressure detecting device
DE29521582U1 (en) * 1994-11-30 1997-12-04 Rosemount Inc., Eden Prairie, Minn. Transmitter with detection of fill fluid loss
DE60023688T2 (en) * 1999-05-14 2006-07-20 Rosemount Inc., Eden Prairie PROCESS PRESSURE MEASUREMENT WITH IMPROVED ERROR COMPENSATION
DE102011006517A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Flameproof encapsulated differential pressure sensor
DE102013114407A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg pressure sensor
WO2015132089A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-11 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Pressure sensor
DE102014108099A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-17 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg pressure sensor

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3618390A (en) * 1969-10-27 1971-11-09 Rosemount Eng Co Ltd Differential pressure transducer
JPS59174730A (en) * 1983-03-24 1984-10-03 Shimadzu Corp Differential pressure detecting device
DE29521582U1 (en) * 1994-11-30 1997-12-04 Rosemount Inc., Eden Prairie, Minn. Transmitter with detection of fill fluid loss
DE60023688T2 (en) * 1999-05-14 2006-07-20 Rosemount Inc., Eden Prairie PROCESS PRESSURE MEASUREMENT WITH IMPROVED ERROR COMPENSATION
DE102011006517A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Flameproof encapsulated differential pressure sensor
DE102013114407A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg pressure sensor
WO2015132089A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-11 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Pressure sensor
DE102014108099A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-17 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg pressure sensor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109633910A (en) * 2019-01-14 2019-04-16 京东方科技集团股份有限公司 AR/VR contact lenses and preparation method thereof and electronic equipment
CN109633910B (en) * 2019-01-14 2021-11-05 京东方科技集团股份有限公司 AR/VR contact lens, manufacturing method thereof and electronic equipment
CN114682873A (en) * 2020-12-31 2022-07-01 重庆市伟岸测器制造股份有限公司 Welding tool control system based on pressure sensor
CN114682873B (en) * 2020-12-31 2024-02-23 重庆市伟岸测器制造股份有限公司 Welding tool control system based on pressure sensor

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