DE102016124752A1 - Capacitive pressure sensor - Google Patents

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Abstract

Ein Drucksensor (10), umfasst eine Betriebs- und Auswerteschaltung (170) und eine Druckmesszelle (100) mit: einer Messmembran (110); einem mit ihr verbundenen Gegenkörper (120); einer dazwischen gebildeten Messkammer (140); und einem kapazitiven Wandler (150); wobei eine Auslenkung der Messmembran (110) druckabhängig ist, wobei der kapazitive Wandler (150) mindestens einen Randbereichskondensator mit einer druckabhängigen Randbereichskapazität aufweist, wobei der Randbereichskondensator eine Randbereichselektrode (152) an einer Oberfläche des Gegenkörpers (120) und eine Membranelektrode (156) an einer Oberfläche der Messmembran (110) umfasst, wobei die Randbereichselektrode (152) einen zentralen Bereich der Oberfläche des Gegenkörpers (120) frei lässt, wobei die Druckmesszelle (100) so dimensioniert ist, dass die Messmembran (110) an der Oberfläche des Gegenkörpers (120) anliegt, wenn die Druckdifferenz einen ersten Schwellwert übersteigt, wobei die Betriebs- und Auswerteschaltung (170) dazu eingerichtet ist, ein die Druckdifferenz repräsentierendes Signal bereitzustellen, welches ausschließlich von der Randbereichskapazität abhängt, wenn die Druckdifferenz mehr als das 0,9-fache des Schwellwerts beträgt.A pressure sensor (10) comprises an operation and evaluation circuit (170) and a pressure measuring cell (100) comprising: a measuring diaphragm (110); a mating body (120) connected thereto; a measuring chamber (140) formed therebetween; and a capacitive transducer (150); wherein a deflection of the measuring diaphragm (110) is pressure-dependent, wherein the capacitive transducer (150) has at least one edge region capacitor with a pressure-dependent edge region capacitance, the edge region capacitor an edge region electrode (152) on a surface of the counter body (120) and a membrane electrode (156) a surface of the measuring diaphragm (110), wherein the peripheral electrode (152) leaves free a central region of the surface of the counter body (120), wherein the pressure measuring cell (100) is dimensioned so that the measuring diaphragm (110) on the surface of the counter body ( 120) is applied when the pressure difference exceeds a first threshold, wherein the operation and evaluation circuit (170) is adapted to provide a pressure difference representing signal which depends exclusively on the edge area capacity when the pressure difference is more than 0.9 times of the threshold.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Drucksensor, insbesondere einen kapazitiven Absolutdrucksensor. Ein gattungsgemäßer Drucksensor umfasst: eine Betriebs und Auswerteschaltung und eine Druckmesszelle mit einer Messmembran; mindestens einem Gegenkörper; einer Messkammer; und einem kapazitiven Wandler; wobei die Messkammer zwischen der Messmembran und dem Gegenkörper gebildet ist, wobei die Messmembran entlang eines umlaufenden Randes mit dem Gegenkörper verbunden ist, wobei eine Auslenkung der Messmembran von einer Druckdifferenz zwischen einem an einer der Messkammer abgewandten Außenseite der Messmembran anliegenden Mediendruck und einem in der Messkammer vorherrschenden Druck abhängt, wobei der kapazitive Wandler mindestens einen Randbereichskondensator mit einer Randbereichskapazität aufweist, wobei die Randbereichskapazität von der Auslenkung der Messmembran abhängt, wobei der Randbereichskondensator eine Randbereichselektrode an einer der Messmembran zugewandten Oberfläche des Gegenkörpers und eine Membranelektrode an einer dem Gegenkörper zugewandten Oberfläche der Messmembran umfasst, wobei die Randbereichselektrode einen zentralen Bereich der Oberfläche des Gegenkörpers frei lässt, wobei die Druckmesszelle so dimensioniert ist, dass die Messmembran an der Oberfläche des Gegenkörpers anliegt, wenn die Druckdifferenz einen ersten Schwellwert übersteigt, und dass nicht an der Oberfläche des Gegenkörpers anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert unterschreitet. Bei kapazitiven Drucksensoren nach dem Stand der Technik umfasst der kapazitive Wandler weiterhin einen Innenkondensator mit einer Innenkapazität, wobei die Innenkapazität von der Auslenkung der Messmembran abhängt, wobei der Innenkondensator eine Innenelektrode an der der Messmembran zugewandten Oberfläche des Gegenkörpers und eine Membranelektrode an der dem Gegenkörper zugewandten Oberfläche der Messmembran umfasst; wobei die Druckmesszelle so dimensioniert ist, dass die Messmembran im Bereich der Innenelektrode am Gegenkörper anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert übersteigt, und dass sie im Bereich der Innenelektrode nicht am Gegenkörper anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert unterschreitet; wobei die Betriebs- und Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, ein die Druckdifferenz repräsentierendes Signal bereitzustellen, welches von der Innenkapazität und der Randbereichskapazität abhängt, wenn die Druckdifferenz nicht mehr als das K-fache des Schwellwerts beträgt, wobei K zwingend kleiner als eins ist. Ein Drucksensor nach dem Stand der Technik ist beispielsweise offenbart in der Offenlegungsschrift DE 10 2011 078 557 A1 .The present invention relates to a capacitive pressure sensor, in particular a capacitive absolute pressure sensor. A generic pressure sensor comprises: an operating and evaluation circuit and a pressure measuring cell with a measuring diaphragm; at least one counter-body; a measuring chamber; and a capacitive transducer; wherein the measuring chamber is formed between the measuring diaphragm and the counter body, wherein the measuring diaphragm is connected to the counter body along a circumferential edge, wherein a deflection of the measuring diaphragm of a pressure difference between an on the outside of the measuring chamber remote from the outside of the measuring diaphragm applied media pressure and one in the measuring chamber the peripheral capacitance depends on the deflection of the measuring diaphragm, the peripheral capacitor being an edge region electrode on a surface of the counter body facing the measuring membrane and a membrane electrode on a surface of the measuring membrane facing the counter body wherein the peripheral edge electrode leaves free a central area of the surface of the counter body, wherein the pressure measuring cell is dimensioned so that the measuring diaphragm on the upper surface of the counter body abuts when the pressure difference exceeds a first threshold, and that is not applied to the surface of the counter body when the pressure difference is less than the first threshold. In capacitive pressure sensors according to the prior art, the capacitive transducer further comprises an inner condenser with an inner capacitance, wherein the inner capacitance depends on the deflection of the measuring diaphragm, wherein the inner condenser an inner electrode on the surface of the counter-body facing the measuring membrane and a membrane electrode on the opposite side facing the counter body Surface of the measuring membrane comprises; wherein the pressure measuring cell is dimensioned such that the measuring diaphragm in the region of the inner electrode rests against the counter body when the pressure difference exceeds the first threshold, and that it does not abut against the counter body in the region of the inner electrode when the pressure difference falls below the first threshold value; wherein the operation and evaluation circuit is arranged to provide a signal representing the pressure difference, which depends on the internal capacity and the edge area capacity, if the pressure difference is not more than K times the threshold, where K is necessarily less than one. A pressure sensor according to the prior art is disclosed, for example, in the published patent application DE 10 2011 078 557 A1 ,

Wenn große Druckwerte zu erfassen sind ist damit die Auflösung bein niedrigen Druckmesswerten beschränkt, da der Schwellwert entsprechend hoch zu wählen ist. Gleichermaßen schließt eine gewünschte Empfindlichkeit bei kleinen Druckwerten eine Messung bei großen Druckwerten aus. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drucksensor bereitzustellen, der diesen Zielkonflikt entschärft. Die Aufgabe wird gelöst durch den Drucksensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.If large pressure values are to be detected, the resolution is limited to low pressure readings, since the threshold value must be selected to be correspondingly high. Likewise, a desired sensitivity at low pressure values precludes measurement at high pressures. It is therefore the object of the present invention to provide a pressure sensor which mitigates this conflict of goals. The object is achieved by the pressure sensor according to independent claim 1.

Der erfindungsgemäße Drucksensor umfasst: eine Betriebs- und Auswerteschaltung; und eine Druckmesszelle mit: einer Messmembran; mindestens einem Gegenkörper; einer Messkammer; und einem kapazitiven Wandler; wobei die Messkammer zwischen der Messmembran und dem Gegenkörper gebildet ist, wobei die Messmembran entlang eines umlaufenden Randes mit dem Gegenkörper verbunden ist, wobei eine Auslenkung der Messmembran von einer Druckdifferenz zwischen einem an einer der Messkammer abgewandten Außenseite der Messmembran anliegenden Mediendruck und einem in der Messkammer vorherrschenden Druck abhängt, wobei der kapazitive Wandler mindestens einen Randbereichskondensator mit einer Randbereichskapazität aufweist, wobei die Randbereichskapazität von der Auslenkung der Messmembran abhängt, wobei der Randbereichskondensator eine Randbereichselektrode an einer der Messmembran zugewandten Oberfläche des Gegenkörpers und eine Membranelektrode an einer dem Gegenkörper zugewandten Oberfläche der Messmembran umfasst, wobei die Randbereichselektrode einen zentralen Bereich der Oberfläche des Gegenkörpers frei lässt, wobei die Druckmesszelle so dimensioniert ist, dass die Messmembran an der Oberfläche des Gegenkörpers anliegt, wenn die Druckdifferenz einen ersten Schwellwert übersteigt, und dass nicht an der Oberfläche des Gegenkörpers anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert unterschreitet; dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs- und Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, ein die Druckdifferenz repräsentierendes Signal bereitzustellen, welches ausschließlich von der Randbereichskapazität und ggf. einem Temperaturmesswerte abhängt, wenn die Druckdifferenz mehr als das K-fache des Schwellwerts beträgt, wobei K einen Wert von nicht mehr als 0,9, beispielsweise nicht mehr als 0,5 und insbesondere nicht mehr als 0,3 aufweist.The pressure sensor according to the invention comprises: an operating and evaluation circuit; and a pressure measuring cell comprising: a measuring diaphragm; at least one counter-body; a measuring chamber; and a capacitive transducer; wherein the measuring chamber is formed between the measuring diaphragm and the counter body, wherein the measuring diaphragm is connected to the counter body along a peripheral edge, wherein a deflection of the measuring diaphragm of a pressure difference between a remote on one of the measuring chamber outside of the measuring diaphragm applied pressure and one in the measuring chamber the peripheral capacitance depends on the deflection of the measuring diaphragm, the peripheral capacitor being an edge region electrode on a surface of the counter body facing the measuring membrane and a membrane electrode on a surface of the measuring membrane facing the counter body wherein the peripheral edge electrode leaves free a central area of the surface of the counter body, wherein the pressure measuring cell is dimensioned so that the measuring diaphragm on the upper surface of the counter body is applied when the pressure difference exceeds a first threshold, and that is not applied to the surface of the counter body when the pressure difference is less than the first threshold value; characterized in that the operating and evaluation circuit is adapted to provide a signal representing the pressure difference, which depends exclusively on the Randbereichskapazität and possibly a temperature readings when the pressure difference is more than K times the threshold, where K is a value of not more than 0.9, for example not more than 0.5 and in particular not more than 0.3.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Messkammer evakuiert, wobei der erste Schwellwert nicht mehr als 5·104 Pa, beispielsweise nicht mehr als 2·104 Pa, insbesondere nicht mehr als 1·104 Pa beträgt.In one development of the invention, the measuring chamber is evacuated, wherein the first threshold value is not more than 5 × 10 4 Pa, for example not more than 2 × 10 4 Pa, in particular not more than 1 × 10 4 Pa.

In einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Messmembran bis zu einer Druckdifferenz, die einen zweiten Schwellwert nicht überschreitet, im Bereich der Randbereichselektrode nicht an dem Gegenkörper an, wobei der zweite Schwellwert mindestens das Achtfache insbesondere nicht weniger als das Sechzehnfache des ersten Schwellwerts beträgt. In one development of the invention, the measuring diaphragm is not applied to the counter-body up to a pressure difference which does not exceed a second threshold value in the region of the edge-region electrode, the second threshold value being at least eight times, in particular not less than sixteen times, the first threshold value.

In einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Messmembran bis zu einer Druckdifferenz, die einen zweiten Schwellwert nicht überschreitet, im Bereich der Randbereichselektrode nicht an dem Gegenkörper an, wobei der zweite Schwellwert mindestens nicht weniger als 1bar, insbesondere nicht weniger als 2 bar beträgt.In one development of the invention, the measuring diaphragm is not up to a pressure difference, which does not exceed a second threshold, in the region of the edge area electrode on the counter body, wherein the second threshold is at least not less than 1bar, in particular not less than 2 bar.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Betriebs- und Auswerteschaltung dazu eingerichtet, ein die Druckdifferenz repräsentierendes Signal bereitzustellen, welches auch dann ausschließlich von der Randbereichskapazität und ggf. einem Temperaturmesswerte abhängt, wenn die Druckdifferenz nicht mehr als das K-fache des Schwellwerts beträgt.In a further development of the invention, the operating and evaluation circuit is set up to provide a signal representing the pressure difference, which also depends exclusively on the edge area capacity and possibly a temperature measured values, if the pressure difference is not more than K times the threshold value.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der kapazitive Wandler weiterhin einen Innenkondensator mit einer Innenkapazität auf, wobei die Innenkapazität von der Auslenkung der Messmembran abhängt, wobei der Innenkondensator eine Innenelektrode an der der Messmembran zugewandten Oberfläche des Gegenkörpers und eine Membranelektrode an der dem Gegenkörper zugewandten Oberfläche der Messmembran umfasst; wobei die Druckmesszelle so dimensioniert ist, dass die Messmembran im Bereich der Innenelektrode am Gegenkörper anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert übersteigt, und dass sie im Bereich der Innenelektrode nicht am Gegenkörper anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert unterschreitet; wobei die Betriebs- und Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, ein die Druckdifferenz repräsentierendes Signal bereitzustellen, welches von der Innenkapazität und der Randbereichskapazität abhängt, wenn die Druckdifferenz nicht mehr als das K-fache des Schwellwerts beträgt.In one development of the invention, the capacitive converter further has an inner capacitor with an inner capacitance, wherein the inner capacitance depends on the deflection of the measuring diaphragm, wherein the inner capacitor has an inner electrode on the surface of the counter body facing the measuring diaphragm and a membrane electrode on the surface of the counter body Measuring diaphragm comprises; wherein the pressure measuring cell is dimensioned such that the measuring diaphragm in the region of the inner electrode rests against the counter body when the pressure difference exceeds the first threshold, and that it does not abut against the counter body in the region of the inner electrode when the pressure difference falls below the first threshold value; wherein the operation and evaluation circuit is arranged to provide a signal representing the pressure difference, which depends on the inner capacity and the edge area capacity, when the pressure difference is not more than K times the threshold value.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Innenkapazität bei einer Druckdifferenz unterhalb des ersten Schwellwerts eine größere Druckabhängigkeit auf als die Randbereichs Kapazität.In one development of the invention, the inner capacity at a pressure difference below the first threshold value, a greater pressure dependence than the edge area capacity.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Betriebs- und Auswerteschaltung dazu eingerichtet, bei Druckdifferenzen unterhalb des K-fachen des ersten Schwellwerts das Signal auf Basis einer Übertragungsfunktion F zu ermitteln, welche als F = F ( ( C i C r ) / C i )

Figure DE102016124752A1_0001
gegeben ist, wobei Ci und Cr die Innenkapazität bzw. die Randbereichskapazität bezeichnen.In a further development of the invention, the operating and evaluation circuit is set up to determine the signal on the basis of a transfer function F at pressure differences below K times the first threshold value, which as F = F ( ( C i - C r ) / C i )
Figure DE102016124752A1_0001
where C i and C r denote the inner capacitance and the peripheral region capacitance, respectively.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist K einen Wert von nicht weniger als 0,1, insbesondere nicht weniger als 0,2 auf.In a further development of the invention, K has a value of not less than 0.1, in particular not less than 0.2.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Druckmesszelle eine Designdruckdifferenz dpDesign aufweist, für die gilt: d p D e s i g n : = 16 3 ( 1 μ 2 ) E ( h r i ) 4 y 0 h ,

Figure DE102016124752A1_0002
wobei E der Elastizitätsmodul des keramischen Werkstoffs der Messmembran und µ dessen Poissonzahl ist, wobei y0 der Abstand zwischen der Messmembran und dem Gegenkörper am Rand der Messkammer ist, wobei h die Materialstärke der Messmembran ist, wobei ri der Radius der Messkammer, wobei der erste Schwellwert um nicht mehr als 10% der Designdruckdifferenz von der Designdruckdifferenz abweicht.In one development of the invention, the pressure measuring cell has a design pressure difference dp design , for which the following applies: d p D e s i G n : = 16 3 ( 1 - μ 2 ) e ( H r i ) 4 y 0 H .
Figure DE102016124752A1_0002
where E is the modulus of elasticity of the ceramic material of the measuring membrane and μ its Poisson's number, where y 0 is the distance between the measuring membrane and the counter body at the edge of the measuring chamber, where h is the material thickness of the measuring diaphragm, where r i is the radius of the measuring chamber, wherein the first threshold does not differ by more than 10% of the design pressure difference from the design pressure difference.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors.
  • 2a: ein Diagramm von druckabhängigen Biegelinien der Messmembran eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors bei Druckdifferenzen kleiner 1 mbar;
  • 2b: ein Diagramm von druckabhängigen Biegelinien der Messmembran des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drucksensors aus 2a bei Druckdifferenzen von 1 mbar oder mehr; und
  • 3: ein Diagramm von Übertragungsfunktionen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors.
The invention will now be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings. It shows:
  • 1 : An embodiment of a pressure sensor according to the invention.
  • 2a a diagram of pressure-dependent bending lines of the measuring membrane of an embodiment of a pressure sensor according to the invention at pressure differences less than 1 mbar;
  • 2 B a diagram of pressure-dependent bending lines of the measuring membrane of the embodiment of the pressure sensor according to the invention from 2a at pressure differences of 1 mbar or more; and
  • 3 : a diagram of transfer functions of an embodiment of a pressure sensor according to the invention.

Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Drucksensors 10 weist eine Druckmesszelle 100 auf. Diese umfasst eine kreisscheibenförmige, keramische Messmembran 110 und einen kreisscheibenförmigen keramischen Gegenkörper 120 gleichen Durchmessers.This in 1 illustrated embodiment of a pressure sensor 10 has a pressure measuring cell 100 on. This comprises a circular disk-shaped, ceramic measuring diaphragm 110 and a circular disk-shaped ceramic counter body 120 of the same diameter.

Die Messmembran ist entlang ihres Umfangs mit dem Gegenkörper entlang einer umlaufenden Fügestelle 130 druckdicht verbunden, wobei zwischen der Messmembran 110 und dem Gegenkörper 120 eine Messkammer 140 gebildet ist. Die Fügestelle weist eine Stärke y0 von beispielsweise 10 µm bis 30 µm auf, wodurch ein Abstand zwischen der Messmembran 110 und dem Gegenkörper 120 definiert ist. Die Fügestelle 130 weist einen Innenradius ri von beispielsweise 5 mm bis 20 mm auf. Die Messmembran weist beispielsweise eine Materialstärke h von einigen 10 µm bis zu einigen 100 µm auf. Insbesondere weisen sowohl die Messmembran 110 als auch der Gegenkörper 120 Korund auf, wobei das Korund, welches für die Messmembran verwendet wird, eine hohe Reinheit aufweist, um eine höhere Bruchspannung zu erreichen. Die Materialstärke des Gegenkörpers 120 beträgt beispielsweise einige mm. Sie ist so gewählt, dass der Gegenkörper 120 im Vergleich zur Messmembran 110 biegesteif ist, also praktisch allenfalls vernachlässigbare Verformungen aufweist. Die Fügestelle 130 weist insbesondere eine Zr-Ni-Ti-Legierung auf. Anstelle der keramischen Messmembran kann auch ein metallische Messmembran verwendet werden, insbesondere eine Messmembran aus Ta, die eine Stärke von einigen 10 µm aufweist, und mittels Löten an einem Gegenkörper fixiert ist. Die Messkammer 140 ist evakuiert, d.h. ihr Innendruck beträgt nicht mehr als 0,01 Pa insbesondere nicht mehr 0,001 Pa.The measuring diaphragm is along its circumference with the counter body along a circumferential joint 130 pressure-tight, being between the measuring diaphragm 110 and the opposing body 120 a measuring chamber 140 is formed. The joint has a thickness y 0, for example, 10 .mu.m to 30 .mu.m, whereby a distance between the measuring membrane 110 and the opposing body 120 is defined. The joint 130 has an inner radius r i of, for example, 5 mm to 20 mm. The measuring membrane has, for example, a material thickness h of a few 10 .mu.m to a few 100 .mu.m. In particular, both have the measuring membrane 110 as well as the opposing body 120 Corundum, wherein the corundum, which is used for the measuring membrane, has a high purity in order to achieve a higher breaking stress. The material thickness of the counter body 120 is for example a few mm. She is chosen so that the opposite body 120 in comparison to the measuring membrane 110 is rigid, so practically has at most negligible deformations. The joint 130 has in particular a Zr-Ni-Ti alloy. Instead of the ceramic measuring membrane and a metallic measuring membrane can be used, in particular a measuring membrane of Ta, which has a thickness of several 10 microns, and is fixed by means of soldering to a counter body. The measuring chamber 140 is evacuated, ie its internal pressure is not more than 0.01 Pa, in particular not more than 0.001 Pa.

Die Druckmesszelle 100 weist eine Designdruckdifferenz dpDesign auf, für die gilt: d p D e s i g n : = 16 3 ( 1 μ 2 ) E ( h r i ) 4 y 0 h ,

Figure DE102016124752A1_0003
wobei E der Elastizitätsmodul des keramischen Werkstoffs der Messmembran und µ dessen Poissonzahl ist. Die Designdruckdifferenz ist jene Druckdifferenz, bei welcher die Auslenkung des Zentrums der Messmembram etwa der Stärke y0 der Fügestelle 130 entspricht. Die Dimensionen der Druckmesszelle 1000 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Designdruckdifferenz einen Wert von beispielsweise 1 hPa bis 100 hPa aufweist.The pressure measuring cell 100 has a design pressure difference dp design for which: d p D e s i G n : = 16 3 ( 1 - μ 2 ) e ( H r i ) 4 y 0 H .
Figure DE102016124752A1_0003
where E is the modulus of elasticity of the ceramic material of the measuring membrane and μ is its Poisson's number. The design pressure difference is the pressure difference at which the deflection of the center of the measuring diaphragm roughly equals the y 0 strength of the joint 130 equivalent. The dimensions of the pressure cell 1000 are matched to one another such that the design pressure difference has a value of, for example, 1 hPa to 100 hPa.

Für hochreines Korund kann mit E = 380 GPa und µ = 0,22 gerechnet werden. Bei einem Innenradius ri der Fügestelle von 12 mm und einer Membranstärke von h = 100 µm wird eine Designdruckdifferenz von etwa 20 hPa bei einer Fügestellenstärke von y0 = 20 µm erreicht.For highly pure corundum E = 380 GPa and μ = 0.22 can be expected. With an inner radius r i of the joint of 12 mm and a membrane thickness of h = 100 μm, a design pressure difference of approximately 20 hPa is achieved at a joint thickness of y 0 = 20 μm.

Die Druckmesszelle 100 weist weiterhin einen kapazitiven Wandler 150 auf, welcher eine Randbereichselektrode 152 an einer der Messmembran 110 zugewandten Oberfläche des Gegenkörpers 120, eine Innenelektrode 154 an der der Messmembran 110 zugewandten Oberfläche des Gegenkörpers 120 und eine vollflächige Membranelektrode 156 an einer dem Gegenkörper zugewandten Oberfläche der Messmembran aufweist. Die Elektroden umfassen beispielsweise Metalle, insbesondere Tantal.The pressure measuring cell 100 also has a capacitive transducer 150 which is a peripheral electrode 152 on one of the measuring membrane 110 facing surface of the counter body 120 , an inner electrode 154 at the measuring diaphragm 110 facing surface of the counter body 120 and a full-surface membrane electrode 156 has on a surface of the measuring membrane facing the counter body. The electrodes include, for example, metals, in particular tantalum.

Die Randbereichselektrode 152 und die Membranelektrode 156 bilden zusammen einen Randbereichskondensator, während die Innenelektrode 154 und die Membranelektrode 156 zusammen einen Innenkondensator bilden. Der Randbereichskondensator und der Innenkondensator weisen bei einer Ausgestaltung der Erfindung für eine Druckdifferenz von Null zwischen dem Druck in der Messkammer und außerhalb der Messkammer im wesentlichen ähnliche Kapazitäten auf und sind vorzugsweise kapazitätsgleich. Die Kapazitäten sind dann ähnlich wenn die größere nicht mehr als 5% des Werts der kleineren von der kleineren abweicht.The edge area electrode 152 and the membrane electrode 156 together form a peripheral capacitor, while the inner electrode 154 and the membrane electrode 156 together form an inner condenser. The edge area condenser and the inner condenser have in one embodiment of the invention for a pressure difference of zero between the pressure in the measuring chamber and outside the measuring chamber substantially similar capacities and are preferably equal in capacitance. The capacities are similar if the larger does not deviate more than 5% of the value of the smaller one from the smaller one.

Der Drucksensor 10 umfasst weiterhin eine Betriebs und Auswerteschaltung 170, welche dazu eingerichtet ist den kapazitiven Wandler speisen und dessen Kapazitäten zu ermitteln, auf Basis der Kapazitäten einen Druckmesswert zu bestimmen und letzteren insbesondere über eine Zweidrahtleitung 180, beispielsweise einen Feldbus an eine übergeordnete Einheit auszugeben.The pressure sensor 10 also includes an operating and evaluation circuit 170 which is set up to feed the capacitive converter and to determine its capacitances, to determine a pressure measurement value on the basis of the capacitances and to output the latter in particular via a two-wire line 180, for example a fieldbus, to a higher-order unit.

Die Betriebs- und Auswerteschaltung 170 ist über elektrische Durchführungen 162, 164, beispielsweise Ta-Stifte, die sich durch den Gegenkörper 120 erstrecken, mit der Innenelektrode 154 und der Randbereichselektrode 152 des kapazitiven Wandlers gekoppelt. Die Membranelektrode 156 steht im galvanischen Kontakt mit der Fügestelle 130 und liegt über eine metallische Beschichtung 166 an der Mantelfläche des Gegenkörpers 120 oder über eine zusätzliche elektrische Durchführung im Bereich der Fügestelle auf Schaltungsmasse. The operating and evaluation circuit 170 is via electrical feedthroughs 162 . 164 For example, Ta-pins, extending through the counter body 120 extend, with the inner electrode 154 and the peripheral region electrode 152 coupled to the capacitive transducer. The membrane electrode 156 is in galvanic contact with the joint 130 and is over a metallic coating 166 on the lateral surface of the counter body 120 or via an additional electrical feedthrough in the area of the joint to circuit ground.

Für Druckdifferenzen unterhalb der Designdruckdifferenz ist es möglich, die druckabhängige Verformung der Messmembran - und damit die Druckdifferenz - mittels einer Übertragungsfunktion ermittelt, welche beide Kapazitäten auswertet, beispielsweise dp = A*(Ci -Cr)/Ci. + B Für den Fall dass die Kapazitäten bei dp = 0 kapazitätsgleich sind, wird B = 0. Diese Übertragungsfunktion ist zufriedenstellend für Druckdifferenzen bis zur halben Designdruckdifferenz. Wenn die Druckdifferenz der Designdruckdifferenz sich nähert, werden die Abweichungen von der Linearität zu groß und die Übertragungsfunktion erfordert Terme höherer Ordnung oder die Betriebs- und Auswertungsschaltung wird übersteuert. Es ist daher bisher üblich, für den Nenndruckbereich eines Drucksensors nur Druckdifferenzen anzugeben, die kleiner sind als die halbe Designdruckdifferenzdruck.For pressure differences below the design pressure difference, it is possible to determine the pressure-dependent deformation of the measuring diaphragm - and thus the pressure difference - by means of a transfer function which evaluates both capacities, for example dp = A * (Ci-Cr) / Ci. + B If the capacities at dp = 0 have the same capacity, B = 0. This transfer function is satisfactory for pressure differences up to half the design pressure difference. As the pressure differential approaches the design pressure differential, the deviations from the linearity become too large and the transfer function requires higher order terms or the operation and evaluation circuitry is overdriven. It has therefore hitherto been customary to specify for the nominal pressure range of a pressure sensor only pressure differences which are smaller than half the design pressure differential pressure.

Wenn die Druckdifferenz die Designdruckdifferenz erreicht, berührt die Membranelektrode die Innenelektrode, bei Druckdifferenzwerten größer oder gleich der Designdruckdifferenz ist daher die Kapazität des Innenkondensators nicht mehr zu bestimmen. Die Betriebs- und Auswerteschaltung 170 ist daher dazu eingerichtet, bis zu einer Druckdifferenz, die dem k-fachen der Designdruckdifferenz entspricht, ein druckabhängiges Signal anhand einer Übertragungsfunktion zu ermitteln, die von der Kapazität des Innenkondensators und von der Kapazität des Randbereichskondensators abhängt, und für Druckdifferenzen oberhalb des k-fachen der Designdruckdifferenz ein druckabhängiges Signal auszugeben, welches von der Kapazität des Randbereichskondensators abhängt und nicht von der Kapazität des Innenkondensators abhängt.When the pressure difference reaches the design pressure difference, the membrane electrode contacts the inner electrode, therefore, at pressure difference values greater than or equal to the design pressure difference, the capacity of the inner condenser can not be determined. The operating and evaluation circuit 170 is therefore adapted to determine a pressure-dependent signal by a transfer function depending on the capacity of the inner condenser and the capacity of the peripheral condenser up to a pressure difference corresponding to k times the design pressure difference and for pressure differences above k times the design pressure difference to output a pressure-dependent signal, which depends on the capacity of the Randbereichskondensators and does not depend on the capacity of the inner condenser.

Die Zahl k weist beispielsweise einen Wert von 0,3 bis 0,6 auf. Der k-Fache Wert der Designdruckdifferenz entspricht der herkömmlichen Messspanne des Drucksensors in welcher eine Druckdifferenz mit einer spezifizierten Genauigkeit von 0,05% der Spanne gemessen werden kann. Bei einer Designdruckdifferenz der Druckmesszelle von 1 hPa und k = 0,5 ergibt sich für den Drucksensor eine Messgenauigkeit von 2,5·10-4 hPa.The number k has, for example, a value of 0.3 to 0.6. The k-fold value of the design pressure difference corresponds to the conventional measuring span of the pressure sensor in which a pressure difference with a specified accuracy of 0.05% of the span can be measured. With a design pressure difference of the pressure measuring cell of 1 hPa and k = 0.5 results for the pressure sensor, a measurement accuracy of 2.5 · 10 -4 hPa.

In 2a und 2b sind Biegelinien y(p, r) einer Messmembranen einer Absolutdruckmesszelle mit einer Designdruckdifferenz von etwa 19 hPa und y0 = 20 µm dargestellt, die mittels eines FEM-Verfahrens ermittelt wurden. 2a zeigt die Biegelinien für 0,1 hPa, 0,01 hPa und 0,001 hPa. Hier sind die üblichen Biegelinien zu erkennen, die in erster Näherung mit y(p, r) = p C (1-(r/ri)2)2 zu beschreiben sind. Wobei C eine Konstante und ri der Innenradius der Fügestelle 130 bzw. der Radius der Messkammer ist. 2b zeigt die Biegelinien y(p, r) für 1 hPa, 10 hPa, 100 hPa und 1000 hPa. Für die beiden ersten Druckwerte treten wiederum die üblichen Biegelinien auf, während die Messmembran bei 100 hPa und 1000 hPa am Gegenkörper anliegt.In 2a and 2 B Bending lines y (p, r) of a measuring membrane of an absolute pressure measuring cell are shown with a design pressure difference of about 19 hPa and y 0 = 20 microns, which were determined by means of an FEM method. 2a shows the bending lines for 0.1 hPa, 0.01 hPa and 0.001 hPa. Here, the usual bending lines can be seen, which in the first approximation with y (p, r) = p C ( 1 - (r / r i ) 2 ) 2 . Where C is a constant and r i is the inner radius of the joint 130 or the radius of the measuring chamber is. 2 B shows the bending lines y (p, r) for 1 hPa, 10 hPa, 100 hPa and 1000 hPa. For the first two pressure values again the usual bending lines occur, while the measuring diaphragm rests against the counter body at 100 hPa and 1000 hPa.

Die Auslenkung bei 10 hPa entspricht etwa der Auslenkung bei der halben Designdruckdifferenz. Herkömmlich würde diese Druckmesszelle als für einen Drucksensor mit einer Nenndruckdifferenz von 10 mbar bzw. 10 hPa eingesetzt werden. Dies erfolgt beispielsweise unter Implementierung einer Übertragungsfunktion des Typs F1 = (Ci - Cr)/Ci bzw. (Cp-Cr)/Cp, wobei in der zweiten, äquivalenten Schreibweise für die Kapazität Ci des Innenkondensators die übliche Bezeichnung Cp verwendet wird, auf deren stärkere Druckabhängigkeit der Index p hinweist. Die radialen Bereiche der Innenelektrode bzw. Druckelektrode einerseits sowie der Randbereichselektrode bzw. Referenzelektrode andererseits sind in 2a und 2b jeweils mit Cp und Cr gekennzeichnet.The deflection at 10 hPa corresponds approximately to the deflection at half the design pressure difference. Conventionally, this pressure measuring cell would be used as a pressure sensor with a nominal pressure difference of 10 mbar or 10 hPa. This is done, for example, by implementing a transfer function of the type F1 = (C i -Cr ) / C i or (C p -C r ) / C p , wherein in the second, equivalent notation for the capacitance C i of the inner capacitor, the usual Name C p is used, whose greater pressure dependence indicates the index p. The radial regions of the inner electrode or pressure electrode on the one hand and the edge region electrode or reference electrode on the other hand are in 2a and 2 B each marked with C p and C r .

Wie anhand von 2b zu erkennen ist, liegt die Messmembran selbst bei einem Druck von 1000 hPa also beim Hundertfachen des Nenndrucks noch nicht an der Randbereichselektrode an. Damit lässt sich der Druck oberhalb des Nenndrucks Mittels einer Übertragungsfunktion bestimmen, die ausschließlich von der Randbereichskapazität Cr abhängt. Die Übertragungsfunktion kann z.B. die Form F2 = (Cr - Cr(0)) / Cr(0) aufweisen.As based on 2 B can be seen, the measuring membrane is not even at a pressure of 1000 hPa at a hundred times the nominal pressure at the edge of the electrode. This allows the pressure above the nominal pressure to be determined by means of a transfer function which depends exclusively on the edge area capacity C r . The transfer function can be, for example, of the form F2 = (C r -C r ( 0 )) / C r ( 0 ) exhibit.

In 3 sind Punkte der beiden diskutierten Übertragungsfunktionen F1 und F2 dargestellt, die sich aus den in 2a und 2b dargestellten Biegelinien ergeben. Die konventionelle Übertragungsfunktion F1 unter Verwendung beider Kapazitäten weist auch bei so geringen Druckwerten wie einigen wenigen Hundertstel Pa hinreichend Dynamik auf, um Druckmesswerte zu bestimmen. Bei Druckwerten oberhalb von 1000 Pa ist diese Übertragungsfunktion F1 nicht mehr sinnvoll einzusetzen. Stattdessen bietet sich hier die Übertragungsfunktion F2 an, die ausschließlich von der Randbereichskapazität bzw. Referenzkapazität abhängt. Die Übertragungsfunktion F2 stößt jedoch bei kleinen Druckwerten an Grenzen, denn anders als bei der konventionellen Übertragungsfunktion F1 die stets mit aktuellen Werten beider Kapazitäten arbeitet, wird bei F2 eine Differenz zwischen einem aktuellen Wert und einem abgspeicherten Nullpunktwert gebildet, dessen Gültigkeit ggf. weiteren Einflussgrößen, beispielsweise der Temperatur unterliegt. Insofern nimmt die Eignung dieser Übertragungsfunktion F2 mit fallendem Druck ab. Je nach Genauigkeitsanforderungen kann jedoch auch bis zu Druckwerten unterhalb von 1 Pa eine Übertragungsfunktion verwendet werden die ausschließlich von der Randbereichskapazität abhängt. Wenn eine möglichst hohe Genauigkeit über einen weiten Messbereich angestrebt wird ist, es derzeit bevorzugt, für kleine Druckwerte die Übertragungsfunktion F1 zu verwenden und für Druckwerte oberhalb dem k-Fachen der Designdruckdifferenz die Übertragungsfunktion F2 zu einzusetzen, wobei k < 1, insbesondere k <0,6. Diese Übertragungsfunktionen sind in der Betriebs- und Auswerteschaltung 170 implementiert.In 3 points of the two discussed transfer functions F1 and F2 are shown, which consist of the in 2a and 2 B shown bending lines result. The conventional transfer function F1 using both capacitances has sufficient dynamics to determine pressure readings even at pressures as low as a few hundredths Pa. At pressure values above 1000 Pa, this transfer function F1 is no longer meaningful to use. Instead, here offers the transfer function F2, which depends exclusively on the edge area capacity or reference capacity. However, the transfer function F2 reaches its limits with small pressure values, because unlike the conventional transfer function F1, which always works with current values of both capacities, F2 becomes a Difference between a current value and a stored zero point value formed whose validity is possibly subject to other factors, such as the temperature. In this respect, the suitability of this transfer function F2 decreases with decreasing pressure. However, depending on the accuracy requirements, a transfer function up to pressures below 1 Pa may be used which depends exclusively on the marginal area capacity. If the highest possible accuracy is desired over a wide measuring range, it is currently preferred to use the transfer function F1 for small pressures and to use the transfer function F2 for pressures above k times the design pressure difference, where k <1, in particular k <0 ,. 6 These transfer functions are in the operating and evaluation circuit 170 implemented.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011078557 A1 [0001]DE 102011078557 A1 [0001]

Claims (10)

Drucksensor (10), umfassend: eine Betriebs- und Auswerteschaltung (170); und eine Druckmesszelle (100) mit: einer Messmembran (110); mindestens einem Gegenkörper (120); und einer Messkammer (140); und einem kapazitiven Wandler (150); wobei die Messkammer (140) zwischen der Messmembran (110) und dem Gegenkörper (120) gebildet ist, wobei die Messmembran (110) entlang eines umlaufenden Randes (130) mit dem Gegenkörper (120) verbunden ist, wobei eine Auslenkung der Messmembran (110) von einer Druckdifferenz zwischen einem an einer der Messkammer (140) abgewandten Außenseite der Messmembran (110) anliegenden Mediendruck und einem in der Messkammer (140) vorherrschenden Druck abhängt, wobei der kapazitive Wandler (150) mindestens einen Randbereichskondensator mit einer Randbereichskapazität aufweist, wobei die Randbereichskapazität von der Auslenkung der Messmembran abhängt, wobei der Randbereichskondensator eine Randbereichselektrode (152) an einer der Messmembran (110) zugewandten Oberfläche des Gegenkörpers (120) und eine Membranelektrode (156) an einer dem Gegenkörper (120) zugewandten Oberfläche der Messmembran (110) umfasst, wobei die Randbereichselektrode (152) einen zentralen Bereich der Oberfläche des Gegenkörpers (120) frei lässt, wobei die Druckmesszelle (100) so dimensioniert ist, dass die Messmembran (110) an der Oberfläche des Gegenkörpers (120) anliegt, wenn die Druckdifferenz einen ersten Schwellwert übersteigt, und dass nicht an der Oberfläche des Gegenkörpers anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert unterschreitet; dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs- und Auswerteschaltung (170) dazu eingerichtet ist, ein die Druckdifferenz repräsentierendes Signal bereitzustellen, welches ausschließlich von der Randbereichskapazität und ggf. einem Temperaturmesswert abhängt, wenn die Druckdifferenz mehr als das K-fache des Schwellwerts beträgt, und K einen Wert von nicht mehr als 0,9, beispielsweise nicht mehr als 0,5 und insbesondere nicht mehr als 0,3 aufweist.A pressure sensor (10) comprising: an operation and evaluation circuit (170); and a pressure measuring cell (100) comprising: a measuring diaphragm (110); at least one counter-body (120); and a measuring chamber (140); and a capacitive transducer (150); wherein the measuring chamber (140) between the measuring diaphragm (110) and the counter body (120) is formed, wherein the measuring diaphragm (110) along a peripheral edge (130) with the counter body (120) is connected, wherein a deflection of the measuring diaphragm (110 ) depends on a pressure difference between a medium pressure applied to an outer side of the measuring diaphragm (110) remote from the measuring chamber (140) and a pressure prevailing in the measuring chamber (140), wherein the capacitive transducer (150) has at least one peripheral capacitor having a peripheral region capacitance the peripheral region capacitance depends on the deflection of the measuring membrane, wherein the peripheral region capacitor has an edge region electrode (152) on a surface of the counter body (120) facing the measuring membrane (110) and a membrane electrode (156) on a surface of the measuring membrane (110) facing the counter body (120) ), wherein the peripheral electrode (152) has a central portion of the surface of the surface s counter body (120) leaves free, wherein the pressure measuring cell (100) is dimensioned so that the measuring diaphragm (110) on the surface of the counter body (120) abuts when the pressure difference exceeds a first threshold, and that not on the surface of the counter body is present when the pressure difference falls below the first threshold; characterized in that the operation and evaluation circuit (170) is adapted to provide a signal representing the pressure difference, which depends exclusively on the Randbereichskapazität and possibly a temperature reading, when the pressure difference is more than K times the threshold, and K has a value of not more than 0.9, for example not more than 0.5 and in particular not more than 0.3. Drucksensor nach Anspruch 1, wobei die Messkammer (140) evakuiert ist, und wobei der erste Schwellwert nicht mehr als 5·104 Pa, beispielsweise nicht mehr als 2·104 Pa, insbesondere nicht mehr als 1·104 Pa beträgt,Pressure sensor after Claim 1 wherein the measuring chamber (140) is evacuated, and wherein the first threshold value is not more than 5 × 10 4 Pa, for example not more than 2 × 10 4 Pa, in particular not more than 1 × 10 4 Pa, Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messmembran bis zu einem zweiten Schwellwert der Druckdifferenz im Bereich der Randbereichselektrode nicht an dem Gegenkörper anliegt, wobei der zweite Schwellwert mindestens das Achtfache insbesondere nicht weniger als das Sechzehnfache des ersten Schwellwerts beträgt. Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the measuring diaphragm is not applied to the counter body up to a second threshold value of the pressure difference in the region of the edge area electrode, the second threshold value being at least eight times, in particular not less than sixteen times, the first threshold value. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messmembran bis zu einer Druckdifferenz, die einen zweiten Schwellwert nicht überschreitet, im Bereich der Randbereichselektrode nicht an dem Gegenkörper anliegt, wobei der zweite Schwellwert mindestens nicht weniger als 1bar, insbesondere nicht weniger als 2 bar beträgt.Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the measuring diaphragm is not applied to the counter body in the region of the edge area electrode up to a pressure difference which does not exceed a second threshold value, the second threshold value being at least not less than 1 bar, in particular not less than 2 bar. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebs- und Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, ein die Druckdifferenz repräsentierendes Signal bereitzustellen, welches auch dann ausschließlich von der Randbereichskapazität und ggf. einem Temperaturmesswerte abhängt, wenn die Druckdifferenz nicht mehr als das K-fache des Schwellwerts beträgt.Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the operating and evaluation circuit is adapted to provide a signal representing the pressure difference, which also depends exclusively on the edge area capacity and possibly a temperature measured values, if the pressure difference is not more than K times the threshold value. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der kapazitive Wandler weiterhin einen Innenkondensator mit einer Innenkapazität aufweist, wobei die Innenkapazität von der Auslenkung der Messmembran abhängt, wobei der Innenkondensator eine Innenelektrode an der der Messmembran zugewandten Oberfläche des Gegenkörpers und eine Membranelektrode an der dem Gegenkörper zugewandten Oberfläche der Messmembran umfasst; wobei Messmembran so dimensioniert ist, dass sie im Bereich der Innenelektrode am Gegenkörper anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert übersteigt, und dass sie im Bereich der Innenelektrode nicht am Gegenkörper anliegt, wenn die Druckdifferenz den ersten Schwellwert unterschreitet; wobei die Betriebs- und Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, ein die Druckdifferenz repräsentierendes Signal bereitzustellen, welches von der Innenkapazität und der Randbereichskapazität abhängt, wenn die Druckdifferenz nicht mehr als das K-fache des Schwellwerts beträgt.Pressure sensor according to one of Claims 1 to 4 wherein the capacitive transducer further comprises an inner capacitor having an inner capacitance, wherein the inner capacitance depends on the deflection of the measuring diaphragm, wherein the inner capacitor comprises an inner electrode on the surface of the counter body facing the measuring membrane and a membrane electrode on the surface of the measuring diaphragm facing the counter body; wherein measuring diaphragm is dimensioned so that it rests in the region of the inner electrode on the counter body, when the pressure difference exceeds the first threshold, and that it does not abut against the counter body in the region of the inner electrode when the pressure difference falls below the first threshold value; wherein the operation and evaluation circuit is arranged to provide a signal representing the pressure difference, which depends on the inner capacity and the edge area capacity, when the pressure difference is not more than K times the threshold value. Drucksensor nach Anspruch 6, wobei die Innenkapazität bei einer Druckdifferenz unterhalb des ersten Schwellwerts eine größere Druckabhängigkeit aufweist als die Randbereichskapazität.Pressure sensor after Claim 6 wherein the inner capacity at a pressure difference below the first threshold value has a greater pressure dependence than the marginal area capacity. Drucksensor nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Betriebs- und Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, bei Druckdifferenzen unterhalb des K-fachen des ersten Schwellwerts das Signal auf Basis einer Übertragungsfunktion F zu ermitteln, welche als F = F ( ( C i C r ) / C i )
Figure DE102016124752A1_0004
gegeben ist, wobei Ci und Cr die Innenkapazität bzw. die Randbereichskapazität bezeichnen.
Pressure sensor after Claim 6 or 7 , wherein the operating and evaluation circuit is adapted to determine the signal based on a transfer function F at pressure differences below K times the first threshold, which as F = F ( ( C i - C r ) / C i )
Figure DE102016124752A1_0004
where C i and C r denote the inner capacitance and the peripheral region capacitance, respectively.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei K einen Wert von nicht weniger als 0,1, insbesondere nicht weniger als 0,2 aufweist.Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein K has a value of not less than 0.1, in particular not less than 0.2. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckmesszelle eine Designdruckdifferenz dpDesign aufweist, für die gilt: d p D e s i g n : = 16 3 ( 1 μ 2 ) E ( h r i ) 4 y 0 h ,
Figure DE102016124752A1_0005
wobei E der Elastizitätsmodul des keramischen Werkstoffs der Messmembran und µ dessen Poissonzahl ist, wobei y0 der Abstand zwischen der Messmembran und dem Gegenkörper am Rand der Messkammer ist, wobei h die Materialstärke der Messmembran ist, wobei ri der Radius der Messkammer, wobei der erste Schwellwert um nicht mehr als 10% der Designdruckdifferenz von der Designdruckdifferenz abweicht.
Pressure sensor according to one of the preceding claims, wherein the pressure measuring cell has a design pressure difference dp design , for which applies: d p D e s i G n : = 16 3 ( 1 - μ 2 ) e ( H r i ) 4 y 0 H .
Figure DE102016124752A1_0005
where E is the modulus of elasticity of the ceramic material of the measuring membrane and μ its Poisson's number, where y 0 is the distance between the measuring membrane and the counter body at the edge of the measuring chamber, where h is the material thickness of the measuring diaphragm, where r i is the radius of the measuring chamber, wherein the first threshold does not differ by more than 10% of the design pressure difference from the design pressure difference.
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