DE102016203428B3

DE102016203428B3 - pressure sensor

Info

Publication number: DE102016203428B3
Application number: DE102016203428.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kralik; Frank Stuhr; Armin Göpfrich
Original assignee: Metallux AG
Current assignee: Metallux AG
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2036-03-03
Also published as: EP3423801A1; WO2017148660A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor (1) mit einem monolithischen Grundkörper (2), der einen Ringbereich (3) und einen Membranbereich (4) aufweist, wobei der Ringbereich (3) einen Hohlraum (6) in Umfangsrichtung (5) umschließt und wobei der Membranbereich (4) den Hohlraum (6) an einem Axialende des Ringbereichs (3) verschließt. Außerdem ist eine interne elektrische Schaltung (9) vorgesehen, die einen Messbereich (10) aufweist, der an einer vom Hohlraum (6) abgewandten axialen Außenseite (14) des Grundkörpers (2) auf dem Membranbereich (4) angeordnet ist. Ein vereinfachter Aufbau ergibt sich, wenn eine Ringscheibe (15) vorgesehen ist, die auf der axialen Außenseite (14) des Grundkörpers (2) angeordnet ist und die einen Ringkörper (16) und eine Zentralöffnung (17) aufweist, die vom Ringkörper (16) in der Umfangsrichtung (5) vollständig einfasst ist, wenn der Messbereich (10) innerhalb der Zentralöffnung (17) angeordnet und vom Ringkörper (16) in der Umfangsrichtung (5) umschlossen ist, und wenn eine scheibenförmige Abdeckung (18) vorgesehen ist, die auf einer vom Grundkörper (2) abgewandten axialen Außenseite (19) der Ringscheibe (15) angeordnet ist und dabei die Zentralöffnung (17) abdeckt.The present invention relates to a pressure sensor (1) having a monolithic base body (2), which has a ring region (3) and a membrane region (4), wherein the ring region (3) encloses a cavity (6) in the circumferential direction (5) and wherein the membrane region (4) closes the cavity (6) at an axial end of the annular region (3). In addition, an internal electrical circuit (9) is provided which has a measuring region (10) which is arranged on an axial outside (14) of the main body (2) remote from the cavity (6) on the membrane region (4). A simplified structure results when an annular disc (15) is provided, which is arranged on the axial outer side (14) of the base body (2) and which has an annular body (16) and a central opening (17) of the annular body (16 ) is completely enclosed in the circumferential direction (5) when the measuring area (10) is disposed within the central opening (17) and enclosed by the annular body (16) in the circumferential direction (5), and when a disk-shaped cover (18) is provided, which is arranged on an axial outer side (19) of the annular disc (15) remote from the base body (2) and covers the central opening (17).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen eines Drucks in einem Fluid, also in einer Flüssigkeit oder in einem Gas, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a pressure sensor for measuring a pressure in a fluid, ie in a liquid or in a gas, having the features of the preamble of claim 1.

Ein herkömmlicher Drucksensor ist beispielsweise aus der WO 2004/042337 A1 bekannt. Er umfasst einen monolithischen Grundkörper, der einen Ringbereich und einen Membranbereich aufweist. Dabei umschließt der Ringbereich einen Hohlraum in einer Umfangsrichtung. Der Membranbereich verschließt diesen Hohlraum an einem Axialende des Ringbereichs. Ferner ist der Drucksensor mit einer internen elektrischen Schaltung ausgestattet, die einen Messbereich aufweist. Dieser Messbereich ist an einer vom Hohlraum abgewandten Außenseite des Grundkörpers auf dem Membranbereich angeordnet. Der bekannte Drucksensor kann als Absolutdrucksensor ausgestaltet werden. Hierzu wird eine separate Vakuumkammer in den Membranbereich integriert. Der hierzu erforderliche Aufwand ist vergleichsweise groß. Beim bekannten Drucksensor ist der Grundkörper aus Kunststoff hergestellt. Ferner ist beim bekannten Drucksensor die interne Schaltung Umwelteinflüssen ausgesetzt, was zu einer Verunreinigung und/oder Beschädigung der Schaltung führen kann.A conventional pressure sensor is for example from WO 2004/042337 A1 known. It comprises a monolithic basic body, which has a ring area and a membrane area. In this case, the annular area encloses a cavity in a circumferential direction. The membrane area closes this cavity at an axial end of the ring area. Furthermore, the pressure sensor is equipped with an internal electrical circuit having a measuring range. This measuring area is arranged on a side facing away from the cavity outside of the body on the membrane area. The known pressure sensor can be configured as an absolute pressure sensor. For this purpose, a separate vacuum chamber is integrated into the membrane area. The effort required for this is relatively large. In the known pressure sensor, the base body is made of plastic. Furthermore, in the known pressure sensor, the internal circuit is exposed to environmental influences, which can lead to contamination and / or damage to the circuit.

Unter einem monolithischen Körper wird im vorliegenden Zusammenhang ein in oder aus einem Stück hergestellter Körper verstanden, der keine separaten Bestandteile besitzt, die zusammengebaut sind, um den Körper zu bilden. Typische monolithische Körper sind Pressformteile, Sinterteile, Gussteile.By monolithic body is meant in the present context a body made in or of one piece which does not have separate components assembled to form the body. Typical monolithic bodies are molded parts, sintered parts, castings.

Aus der DE 10 2008 051 400 A1 ist ein weiterer Drucksensor dieser Bauart bekannt. Bei diesem Drucksensor ist der Grundkörper aus einer Keramik hergestellt.From the DE 10 2008 051 400 A1 Another pressure sensor of this type is known. In this pressure sensor, the base body is made of a ceramic.

Aus der DE 10 2014 213 941 A1 ist ein Absolutdrucksensor bekannt, bei dem ein Deckel auf den metallischen Grundkörper aufgesetzt ist, um eine integrierte, also nicht separate Referenzdruckkammer auszubilden. In der Referenzdruckkammer herrscht ein vorbestimmter von 0 bar verschiedener Unterdruck. Thermische Effekte werden mit einer entsprechenden Elektronik ausgeglichen.From the DE 10 2014 213 941 A1 an absolute pressure sensor is known in which a lid is placed on the metallic base body to form an integrated, so not separate reference pressure chamber. In the reference pressure chamber there is a predetermined negative pressure different from 0 bar. Thermal effects are compensated with appropriate electronics.

Ein anderer Absolutdrucksensor ist aus der EP 1 363 116 A1 bekannt, bei dem der Grundkörper aus Metall besteht und bei dem an den Grundkörper eine separate Referenzdruckkammer angebaut ist, in der ebenfalls ein vorbestimmter von 0 bar verschiedener Unterdruck herrscht. Elektrische Anschlüsse des Drucksensors sind über bzw. durch eine Bodenplatte der Referenzdruckkammer nach außen geführt. Die Verkabelung der Schaltung des Grundkörpers mit dieser Bodenplatte ist vergleichsweise aufwändig in ihrer Herstellung.Another absolute pressure sensor is out of the EP 1 363 116 A1 known, in which the base body is made of metal and in which the base body, a separate reference pressure chamber is grown, in which there is also a predetermined different from 0 bar vacuum. Electrical connections of the pressure sensor are guided over or through a bottom plate of the reference pressure chamber to the outside. The wiring of the circuit of the body with this bottom plate is relatively expensive to manufacture.

Für eine Vielzahl von Anwendungsformen derartiger Drucksensoren besteht das Bedürfnis, den Drucksensor unmittelbar mit demjenigen Fluid in Kontakt bringen zu können, dessen Druck mit Hilfe des Drucksensors gemessen werden soll. Besonders vorteilhaft kann dabei die Ausgestaltung eines derartigen Drucksensors als Absolutdrucksensor sein, wobei eine temperaturunabhängige Ausführungsform bevorzugt ist.For a variety of applications of such pressure sensors, there is a need to be able to bring the pressure sensor directly in contact with that fluid whose pressure is to be measured by means of the pressure sensor. The embodiment of such a pressure sensor can be particularly advantageous as an absolute pressure sensor, wherein a temperature-independent embodiment is preferred.

Bei einem gattungsgemäßen Drucksensor, wie ihn beispielsweise die EP 0 195 985 A2 zeigt, ist außerdem eine Ringscheibe vorgesehen, die auf der axialen Außenseite des Grundkörpers angeordnet ist und die einen Ringkörper und eine Zentralöffnung aufweist, die vom Ringkörper in der Umfangsrichtung vollständig einfasst ist. Der Messbereich ist innerhalb der Zentralöffnung angeordnet und vom Ringkörper in der Umfangsrichtung umschlossen. Außerdem ist eine scheibenförmige Abdeckung vorgesehen, die auf einer vom Grundkörper abgewandten axialen Außenseite der Ringscheibe angeordnet ist und dabei die Zentralöffnung abdeckt.In a generic pressure sensor, such as the example EP 0 195 985 A2 shows, an annular disc is also provided, which is arranged on the axial outer side of the base body and having an annular body and a central opening which is completely enclosed by the annular body in the circumferential direction. The measuring range is arranged within the central opening and enclosed by the annular body in the circumferential direction. In addition, a disc-shaped cover is provided, which is arranged on a side remote from the base body axial outer side of the annular disc and thereby covers the central opening.

Weitere ähnliche Drucksensoren sind aus der DE 20 2004 007 128 U1 , DE 102 21 219 A1 , US 2015/0323404 A1 und DE 10 2010 061 322 A1 bekannt.Other similar pressure sensors are from the DE 20 2004 007 128 U1 . DE 102 21 219 A1 . US 2015/0323404 A1 and DE 10 2010 061 322 A1 known.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Drucksensor der vorstehend beschriebenen Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen verbesserten Schutz der internen Schaltung auszeichnet. Des Weiteren ist ein besonders einfach herstellbarer Aufbau angestrebt.The present invention addresses the problem of providing for a pressure sensor of the type described above, an improved or at least another embodiment, which is characterized in particular by improved protection of the internal circuit. Furthermore, a particularly simple to produce construction is desired.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Drucksensor mit einer Abdeckung auszustatten, mit deren Hilfe zumindest der Messbereich der internen elektrischen Schaltung abgedeckt werden kann. Außerdem ist eine Ringscheibe vorgesehen, die axial zwischen der Abdeckung und dem Grundkörper angeordnet ist und die den Messbereich in der Umfangsrichtung umschließt. Die Ringscheibe dient dabei als axiales Distanzelement, um einen axialen Kontakt zwischen dem Messbereich bzw. dem Membranbereich und der Abdeckung zu verhindern. Mit anderen Worten, mit Hilfe der Ringscheibe kann axial zwischen dem Grundkörper und der Abdeckung ein Zwischenraum geschaffen werden, in dem sich der Messbereich befindet und der die erforderliche Beweglichkeit des Membranbereichs relativ zur Abdeckung gewährleistet. Durch die Abdeckung ist die interne elektrische Schaltung zumindest im Messbereich effizient geschützt. Gleichzeitig kann für den Drucksensor zumindest axial ein extrem kompakter Aufbau geschaffen werden.The invention is based on the general idea of equipping the pressure sensor with a cover, by means of which at least the measuring range of the internal electrical circuit can be covered. In addition, an annular disc is provided, which is arranged axially between the cover and the base body and which encloses the measuring area in the circumferential direction. The annular disc serves as an axial spacer element in order to prevent axial contact between the measuring region or the membrane region and the cover. In other words, with the help of the annular disc can be created axially between the base body and the cover, a gap in which the measuring range is located and ensures the required mobility of the membrane area relative to the cover. Due to the cover, the internal electrical circuit is efficiently protected at least in the measuring range. At the same time, an extremely compact construction can be created at least axially for the pressure sensor.

Im Einzelnen weist die Ringscheibe einen Ringkörper und eine Zentralöffnung auf, die vom Ringkörper in der Umfangsrichtung vollständig eingefasst ist. Ferner ist die Ringscheibe auf die dem Hohlraum abgewandte axiale Außenseite des Grundkörpers aufgebracht. Die Ringscheibe ist so dimensioniert, dass der Messbereich der internen elektrischen Schaltung innerhalb der Zentralöffnung liegt und vom Ringkörper in der Umfangsrichtung umschlossen ist. Die Abdeckung ist scheibenförmig ausgestaltet und auf einer vom Grundkörper abgewandten axialen Außenseite der Ringscheibe angeordnet, so dass sie die Zentralöffnung abdeckt. Somit ist die Ringscheibe sandwichartig axial zwischen dem Grundkörper und der Abdeckung angeordnet.Specifically, the annular disc has an annular body and a central opening which is completely enclosed by the annular body in the circumferential direction. Furthermore, the annular disc is applied to the cavity facing away from the axial outer side of the base body. The annular disc is dimensioned so that the measuring range of the internal electrical circuit is within the central opening and is enclosed by the annular body in the circumferential direction. The cover is disc-shaped and arranged on a side remote from the base body axial outside of the annular disc, so that it covers the central opening. Thus, the annular disc is sandwiched axially between the base body and the cover.

Die Ringscheibe ist separat ausgeführt, so dass sie bezüglich des Grundkörpers und der Abdeckung ein separates Bauteil bzw. eine separate Komponente repräsentiert. Dabei kann die Ringscheibe als separates Bauteil zwischen Grundkörper und Abdeckung angeordnet sein und auf geeignete Weise mit dem Grundkörper und mit der Abdeckung fest verbunden sein. Bevorzugt ist die Ringscheibe dagegen eine separate Komponente, die durch eine Beschichtung aus einem Verbindungswerkstoff, z. B. Lot oder Klebstoff, insbesondere Glaslot, gebildet ist. Diese Beschichtung ist auf den Grundkörper und/oder auf die Abdeckung aufgebracht, z. B. aufgedruckt. Diese Beschichtung wird im Verlaufe der weiteren Herstellung des Drucksensors, vorzugsweise durch ein thermisches Verfahren, insbesondere durch einen Einbrennvorgang, ausgehärtet, wobei zum einen der separate Körper, nämlich der Ringkörper, ausgebildet wird, während zum anderen gleichzeitig eine feste Verbindung mit dem Grundkörper und mit der Abdeckung erzeugt wird.The annular disc is designed separately, so that it represents a separate component or a separate component with respect to the main body and the cover. In this case, the annular disk may be arranged as a separate component between the base body and the cover and be securely connected in a suitable manner to the base body and to the cover. In contrast, the annular disk is preferably a separate component, which is protected by a coating of a connecting material, for. As solder or adhesive, in particular glass solder is formed. This coating is applied to the base body and / or on the cover, for. B. imprinted. This coating is in the course of further production of the pressure sensor, preferably by a thermal process, in particular by a baking, cured on the one hand, the separate body, namely the ring body is formed, while on the other hand at the same time a solid connection with the base body and the cover is generated.

Letztlich dient in diesem Fall die Ringscheibe als Verbindungsmittel zum festen Verbinden der Abdeckung mit dem Grundkörper.Ultimately, in this case, the annular disc serves as a connecting means for firmly connecting the cover to the base body.

Zweckmäßig besitzt die scheibenförmige Abdeckung im Wesentlichen denselben Querschnitt wie der Grundkörper. Der jeweilige Querschnitt ist dabei senkrecht zur Axialrichtung orientiert. Bei einem kreisförmigen Querschnitt besitzen Abdeckung und Grundkörper etwa denselben Durchmesser. Die Formulierung ”etwa” schließt hier Abweichungen von maximal ±10%, vorzugsweise von maximal ±5% ein. Vorzugsweise ist die Abdeckung im Querschnitt maximal gleich groß wie der Grundkörper. Bevorzugt ist auch die Ringscheibe im Querschnitt maximal gleich groß wie der Grundkörper. Vorzugsweise ist die Ringscheibe im Querschnitt jedoch etwas kleiner als der Grundkörper und/oder etwas kleiner als die Abdeckung, vorzugsweise maximal 10% kleiner. Denkbar sind auch Ausführungsformen, bei denen die Abdeckung und/oder die Ringscheibe einen kleineren Durchmesser aufweisen als der Grundkörper.Suitably, the disc-shaped cover has substantially the same cross section as the main body. The respective cross section is oriented perpendicular to the axial direction. In a circular cross-section cover and body have about the same diameter. The term "about" here includes deviations of at most ± 10%, preferably of at most ± 5%. Preferably, the cover in cross section is at most the same size as the main body. Preferably, the annular disc in cross-section is at most equal to the base body. Preferably, however, the annular disc in cross section is slightly smaller than the base body and / or slightly smaller than the cover, preferably at most 10% smaller. Also conceivable are embodiments in which the cover and / or the annular disc have a smaller diameter than the main body.

Die vorstehenden Maßnahmen führen dazu, dass am Grundkörper durch die Ringscheibe und durch die Abdeckung, keine radial nach außen vorstehenden Störkonturen entstehen, was die Handhabung des hier vorgestellten Drucksensors erheblich vereinfacht. Ferner wird dadurch auch eine radial kompakte Bauform unterstützt.The above measures lead to the base body through the annular disc and through the cover, no radially outwardly projecting interference contours arise, which greatly simplifies the handling of the pressure sensor presented here. Furthermore, this also supports a radially compact design.

Erfindungsgemäß weist die interne elektrische Schaltung einen Kontaktbereich auf, der mehrere elektrische Kontaktstellen aufweist, die außerhalb des Membranbereichs, also im Ringbereich auf der axialen Außenseite des Grundkörpers angeordnet sind. Über diese Kontaktstellen und entsprechende Leiterbahnen des Kontaktbereichs lässt sich dann der Messbereich der internen elektrischen Schaltung elektrisch kontaktieren. Dieser Messbereich kann beispielsweise durch eine Brückenschaltung von dehnungsempfindlichen Elementen gebildet sein, die bei einer elastischen Verformung ihren elektrischen Widerstand verändern. Üblicherweise kommt hier eine Wheatstone-Brücke zum Einsatz, um Dehnmessstreifen miteinander zu verbinden. Die Dehnmessstreifen können dabei durch Widerstandsbahnen gebildet sein. Diese Widerstandsbahnen können auf die axiale Außenseite des Grundkörpers aufgedruckt sein. Ebenso kann der Kontaktbereich auf die Außenseite des Grundkörpers aufgedruckt sein. Zweckmäßig wird der Kontaktbereich vor dem Messbereich auf dem Grundkörper ausgedruckt.According to the invention, the internal electrical circuit has a contact region which has a plurality of electrical contact points which are arranged outside the membrane region, that is to say in the annular region on the axial outside of the main body. The measuring range of the internal electrical circuit can then be electrically contacted via these contact points and corresponding conductor tracks of the contact region. This measuring range can be formed for example by a bridge circuit of strain-sensitive elements that change their electrical resistance in an elastic deformation. Typically, a Wheatstone bridge is used here to connect strain gauges with each other. The strain gauges can be formed by resistance paths. These resistance paths can be printed on the axial outside of the main body. Likewise, the contact area can be printed on the outside of the body. The contact area is expediently printed on the base body before the measuring range.

Des Weiteren weist die Ringscheibe erfindungsgemäß im Ringkörper, also außerhalb der Zentralöffnung mehrere Kontaktöffnungen auf, die jeweils zu einer der Kontaktstellen axial fluchten. Somit ist es möglich, die Kontaktstellen der internen elektrischen Schaltung durch die Ringscheibe hindurch zu kontaktieren.Furthermore, according to the invention, the annular disc has a plurality of contact openings in the annular body, that is to say outside the central opening, which each are aligned axially with respect to one of the contact points. Thus, it is possible to contact the contact points of the internal electrical circuit through the annular disc.

Des Weiteren weist die Abdeckung erfindungsgemäß mehrere Verbindungsöffnungen auf, die jeweils zu einer der Kontaktöffnungen axial fluchten. Dementsprechend ist es möglich, durch die Abdeckung hindurch und durch die Kontaktöffnungen hindurch die Kontaktstellen der internen Schaltung elektrisch zu kontaktieren.Furthermore, the cover according to the invention has a plurality of connection openings, which are each aligned axially with one of the contact openings. Accordingly, it is possible to electrically contact the pads of the internal circuit through the cover and through the contact openings.

Erfindungsgemäß ist an einer vom Grundkörper abgewandten axialen Außenseite der Abdeckung eine externe elektrische Schaltung angeordnet, die durch die Verbindungsöffnungen und durch die Kontaktöffnungen hindurch mit den Kontaktstellen der internen elektrischen Schaltung elektrisch kontaktiert ist. Beispielsweise kann die externe elektrische Schaltung zum Anschließen einer Auswerteelektronik vorgesehen sein, die insbesondere einen Mikroprozessor umfassen kann. Zusätzlich oder alternativ kann die externe Schaltung beispielsweise Abgleichwiderstände aufweisen, um den Messbereich der internen Schaltung im Rahmen der Herstellung kalibrieren zu können. Im Extremfall umfasst die externe Schaltung jedoch nur Anschlussstellen und/oder Leiterbahnen, die es ermöglichen, den Drucksensor mit einer die Sensorsignale verarbeitenden Einrichtung zu verbinden. Durch die elektrische Kontaktierung der externen Schaltung mit der internen Schaltung durch die Verbindungsöffnungen der Abdeckung und durch die Kontaktöffnungen der Ringscheibe hindurch vereinfacht sich die elektrische Kontaktierung der beiden Schaltungen, was die Herstellung des Drucksensors erheblich vereinfacht.According to the invention, an external electrical circuit is provided on an axial outside of the cover facing away from the base body arranged, which is electrically contacted by the connection openings and through the contact openings with the contact points of the internal electrical circuit. For example, the external electrical circuit may be provided for connecting an evaluation electronics, which may in particular comprise a microprocessor. In addition or as an alternative, the external circuit can have, for example, balancing resistors in order to be able to calibrate the measuring range of the internal circuit during production. In an extreme case, however, the external circuit comprises only connection points and / or conductor tracks which make it possible to connect the pressure sensor to a device processing the sensor signals. The electrical contacting of the external circuit with the internal circuit through the connection openings of the cover and through the contact openings of the annular disk simplifies the electrical contacting of the two circuits, which considerably simplifies the production of the pressure sensor.

Erfindungsgemäß erfolgt die elektrische Kontaktierung der externen elektrischen Schaltung mit den Kontaktstellen der internen elektrischen Schaltung durch die Verbindungsöffnungen und durch die Kontaktöffnungen hindurch mittels direkter Lötverbindungen. Diese direkten Lötverbindungen kommen ohne zusätzliche Verbindungshilfsmittel aus. Beispielsweise sind keine zusätzlichen Drähte oder Leiterbahnen erforderlich. Solche direkten Lötverbindungen lassen sich besonders einfach prozesssicher und automatisiert realisieren, wodurch eine preiswerte Herstellbarkeit des Drucksensors ermöglicht ist. Beispielsweise können die Lötverbindungen im Bereich der Verbindungsöffnungen durch eine Lötschicht realisiert werden, die sich an einer Innenwand der Abdeckung befindet, welche die jeweilige Verbindungsöffnung in der Umfangsrichtung umschließt.According to the invention, the electrical contacting of the external electrical circuit with the contact points of the internal electrical circuit is effected through the connection openings and through the contact openings by means of direct solder joints. These direct solder joints do without additional connection aids. For example, no additional wires or tracks are required. Such direct solder joints can be realized in a particularly reliable and automated manner, which makes possible an inexpensive manufacture of the pressure sensor. For example, the solder joints in the region of the connection openings can be realized by a solder layer, which is located on an inner wall of the cover, which encloses the respective connection opening in the circumferential direction.

Zweckmäßig kann der Messbereich der internen Schaltung Messwiderstände aufweise, wobei die externe Schaltung dann zweckmäßig einen Abgleichbereich mit Abgleichwiderständen zum Abgleichen der Messwiderstände aufweist. Durch diese Bauweise ist es möglich, den Drucksensor zunächst hinsichtlich sämtlicher erforderlicher Komponenten fertigzustellen, um zu einem späteren Zeitpunkt den Abgleich des Messbereichs durchzuführen. Durch die Verlagerung der Abgleichwiderstände auf die externe Schaltung lässt sich der Messbereich der internen Schaltung kalibrieren, auch wenn nach der Montage des Drucksensors die interne Schaltung an sich nicht mehr zugänglich ist. Ferner steht an der Außenseite der Abdeckung vergleichsweise viel Platz zur Verfügung, wodurch die Abgleichwiderstände entsprechend groß dimensioniert werden können. Große Abgleichwiderstände besitzen einen relativ großen linearen Abgleichbereich, was eine sehr präzise Kalibrierung der Messwiderstände ermöglicht.Suitably, the measuring range of the internal circuit measuring resistors, wherein the external circuit then expediently has a tuning range with balancing resistors for balancing the measuring resistors. By this construction, it is possible to complete the pressure sensor first with respect to all required components in order to carry out the adjustment of the measuring range at a later time. By shifting the balancing resistors to the external circuit, the measuring range of the internal circuit can be calibrated, even if the internal circuit itself is no longer accessible after assembly of the pressure sensor. Furthermore, a comparatively large amount of space is available on the outside of the cover, whereby the balancing resistances can be dimensioned correspondingly large. Large trim resistors have a relatively large linear trim range, allowing very accurate calibration of the sense resistors.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Abdeckung eine Evakuierungsöffnung aufweisen, die mit einer mittels der Zentralöffnung gebildeten Kammer fluidisch verbunden ist, wobei diese Kammer axial einerseits vom Membranbereich, axial andererseits von der Abdeckung und radial vom Ringkörper begrenzt ist. Mit Hilfe dieser Evakuierungsöffnung ist es möglich, die im Übrigen hermetisch verschlossene Kammer mit einem gewünschten Solldruck zu beaufschlagen. Ist die Kammer mit einem gewünschten Referenzdruck befüllt, lässt sich die Evakuierungsöffnung mittels eines geeigneten Verschlusses verschließen. Die Kammer dient dann als Referenzdruckkammer. Folglich ist dann gegenüber diesem Referenzdruck eine Absolutdruckmessung möglich. Sofern ein von Vakuum, also 0 bar verschiedener Solldruck als Referenzdruck verwendet wird, ergibt sich eine Temperaturabhängigkeit der Absolutdruckmessung. Diese kann durch eine Temperaturmessung mit einer entsprechenden Schaltung berücksichtigt werden. Ebenso sind Anwendungsformen denkbar, bei denen im Wesentlichen keine Temperaturänderung auftritt. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der als Solldruck 0 bar bzw. Vakuum verwendet wird, um einen temperaturunabhängigen Referenzdruck zu erhalten. Besonders vorteilhaft ist daher eine Ausführungsform, bei der die Kammer durch die Evakuierungsöffnung hindurch evakuiert ist, wobei die Evakuierungsöffnung anschließend mittels eines Verschlusses verschlossen ist. In der Kammer herrscht dann Vakuum. Die Kammer dient dann als Referenzdruckraum und ermöglicht eine temperaturunabhängige Absolutdruckmessung. Ein ”Vakuum” oder eine ”Evakuierung” liegt im vorliegenden Zusammenhang dann vor, wenn in der Kammer im Rahmen der jeweils geforderten Güte oder Qualität des Vakuums ein Druck von maximal 0,3 bar oder 300 hPa herrscht. Beispielsweise wird zwischen einem Grobvakuum mit maximal 300 hPa, einem Feinvakuum mit maximal 1 hPa, einem Hochvakuum (HV) mit maximal 10^–3 hPa, einem Ultrahochvakuum (UHV) mit maximal 10^–7 hPa und einem extrem hohen Vakuum (XHV) mit maximal 10^–12 hPa unterschieden, während sich ein ideales Vakuum (IV) mit 0 hPa in der Regel nur im Labor erzielen lässt.In another advantageous embodiment, the cover may have an evacuation opening which is fluidically connected to a chamber formed by means of the central opening, said chamber being bounded axially on the one hand by the membrane area, on the other by the cover and radially by the annular body. With the help of this evacuation, it is possible to pressurize the otherwise hermetically sealed chamber with a desired target pressure. If the chamber is filled with a desired reference pressure, the evacuation opening can be closed by means of a suitable closure. The chamber then serves as a reference pressure chamber. Consequently, an absolute pressure measurement is then possible with respect to this reference pressure. If one of vacuum, so 0 bar different target pressure is used as the reference pressure, there is a temperature dependence of the absolute pressure measurement. This can be taken into account by a temperature measurement with a corresponding circuit. Likewise, application forms are conceivable in which essentially no temperature change occurs. However, an embodiment in which the target pressure is 0 bar or vacuum is used in order to obtain a temperature-independent reference pressure. Therefore, an embodiment in which the chamber is evacuated through the evacuation opening is particularly advantageous, wherein the evacuation opening is subsequently closed by means of a closure. In the chamber then there is vacuum. The chamber then serves as a reference pressure chamber and allows a temperature-independent absolute pressure measurement. A "vacuum" or an "evacuation" is present in the present context if a maximum pressure of 0.3 bar or 300 hPa prevails in the chamber within the respectively required quality or quality of the vacuum. For example, between a rough vacuum with a maximum of 300 hPa, a fine vacuum with a maximum of 1 hPa, a high vacuum (HV) with a maximum of 10 ^-3 hPa, an ultra-high vacuum (UHV) with a maximum of 10 ^-7 hPa and an extremely high vacuum (XHV) with maximum 10 ^-12 hPa, whereas an ideal vacuum (IV) of 0 hPa can usually only be achieved in the laboratory.

Vorteilhaft kann besagter Verschluss als Lötpfropfen ausgestaltet sein. Somit lässt sich ein hinreichend dichter Verschluss der Evakuierungsöffnung im Rahmen eines vollautomatischen Prozesses einfach serientauglich herstellen.Advantageously, said closure can be designed as a solder plug. Thus, a sufficiently tight closure of the evacuation opening in the context of a fully automatic process can be easily produced suitable for mass production.

Zweckmäßig kann die Evakuierungsöffnung radial außerhalb der Zentralöffnung angeordnet sein und fluidisch mit einer Aussparung verbunden sein, die im Ringkörper ausgebildet ist und radial innen an der Zentralöffnung mündet. Auf diese Weise ist der Bereich der Zentralöffnung, in dem sich der Messbereich der internen Schaltung befindet, prozesssicher vor Verunreinigungen geschützt, beispielsweise kann beim Verschließen der Evakuierungsöffnung Werkstoff des Verschlusses in die Evakuierungsöffnung eindringen.The evacuation opening can expediently be arranged radially outside the central opening and can be fluidically connected to a recess which is formed in the annular body and opens radially inward at the central opening. That way is the Area of the central opening, in which the measuring range of the internal circuit is, reliably protected from contamination, for example, when closing the evacuation opening material of the closure can penetrate into the evacuation.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher eine axiale Wandstärke der Ringscheibe kleiner ist als eine axiale Wandstärke der Abdeckung. Beispielsweise kann die axiale Wandstärke der Ringscheibe zehnmal oder sogar zwanzigmal kleiner sein als die Wandstärke der Abdeckung. Zusätzlich oder alternativ kann eine axiale Wandstärke der Abdeckung kleiner sein als eine axiale, Wandstärke des Ringbereichs des Grundkörpers. Beispielsweise kann die Wandstärke der Abdeckung fünfmal oder zehnmal kleiner sein als die Wandstärke des Grundkörpers im Ringbereich. In jedem Fall wird eine extrem kompakte Bauform für den Drucksensor realisiert.Particularly advantageous is an embodiment in which an axial wall thickness of the annular disc is smaller than an axial wall thickness of the cover. For example, the axial wall thickness of the annular disc ten times or even twenty times smaller than the wall thickness of the cover. Additionally or alternatively, an axial wall thickness of the cover may be smaller than an axial, wall thickness of the annular region of the base body. For example, the wall thickness of the cover can be five times or ten times smaller than the wall thickness of the base body in the ring area. In any case, an extremely compact design for the pressure sensor is realized.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der eine axiale Wandstärke der Ringscheibe kleiner ist als eine axiale Wandstärke des Membranbereichs. Beispielsweise kann die axiale Wandstärke der Ringscheibe fünfmal oder zehnmal kleiner sein als die Wandstärke des Membranbereichs. Hierdurch baut der Drucksensor in der Axialrichtung extrem kompakt.Particularly advantageous is an embodiment in which an axial wall thickness of the annular disc is smaller than an axial wall thickness of the membrane region. For example, the axial wall thickness of the annular disc may be five times or ten times smaller than the wall thickness of the membrane area. As a result, the pressure sensor is extremely compact in the axial direction.

Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei welcher der Ringbereich des Grundkörpers eine dem Hohlraum zugewandte Ringstufe aufweist, die den Membranbereich in der Umfangsrichtung einfasst. Hierdurch besitzt der Ringbereich am Übergang zum Membranbereich eine erhöhte Festigkeit.Also advantageous is an embodiment in which the annular region of the main body has an annular step facing the cavity, which surrounds the membrane region in the circumferential direction. As a result, the annular region has an increased strength at the transition to the membrane region.

Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der die vom Hohlraum abgewandte Außenseite des Grundkörpers eben ist. Die Außenseite ist damit durchgehend über den Ringbereich und den Membranbereich hinweg gleichförmig eben ausgestaltet. Die ebene Außenseite vereinfacht das Aufdrucken der internen Schaltung, was eine preiswerte Serienfertigung ermöglicht.Also advantageous is an embodiment in which the side facing away from the cavity outside of the body is flat. The outside is thus uniformly flat over the ring area and the membrane area. The flat outer side simplifies the printing of the internal circuit, which allows a low-cost mass production.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist dementsprechend die interne elektrische Schaltung auf die Außenseite des Grundkörpers aufgedruckt.According to an advantageous embodiment, accordingly, the internal electrical circuit is printed on the outside of the body.

Der Grundkörper besteht vorzugsweise aus einer Keramik. Die Ringscheibe kann aus einer Keramik bestehen, vorzugsweise aus einer Glaskeramik, insbesondere aus einem Glaslot. Die Ringscheibe kann mit dem Grundkörper durch eine Glasschmelzverbindung verbunden sein.The main body is preferably made of a ceramic. The annular disc may consist of a ceramic, preferably of a glass ceramic, in particular of a glass solder. The annular disc can be connected to the main body by a glass fusion connection.

Vorteilhaft besteht die Abdeckung aus einer Keramik. Ferner kann die Abdeckung mit der Ringscheibe, die ebenfalls aus einer Keramik, vorzugsweise Glaskeramik, insbesondere Glaslot, bestehen kann, durch eine Glasschmelzverbindung verbunden sein.Advantageously, the cover consists of a ceramic. Further, the cover with the annular disc, which may also consist of a ceramic, preferably glass ceramic, in particular glass solder, may be connected by a glass melt connection.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Ringscheibe auf die Außenseite des Grundkörpers aufgedruckt ist, nachdem die interne Schaltung auf der Außenseite des Grundkörpers aufgebracht ist. Durch ein entsprechendes thermisches Verfahren kann die Ringscheibe zunächst verflüssigt und dann ausgehärtet werden. Beispielsweise kann eine Glaskeramik, vorzugsweise ein Glaslot, zum Aufdrucken der Ringscheibe verwendet werden, die durch das thermische Verfahren einen Glaskörper bildet. Zweckmäßig wird die Abdeckung auf die aufgedruckte Ringscheibe aufgebracht bevor diese thermisch behandelt wird. Insbesondere ist es dadurch möglich, bei der thermischen Behandlung der Ringscheibe diese gleichzeitig am Grundkörper und an der Abdeckung einzubrennen, wodurch die Ringscheibe die Abdeckung fest mit dem Grundkörper verbindet.Particularly advantageous is an embodiment in which the annular disc is printed on the outside of the body after the internal circuit is applied to the outside of the body. By a corresponding thermal process, the annular disc can first be liquefied and then cured. For example, a glass ceramic, preferably a glass solder, can be used to print on the annular disk, which forms a glass body by the thermal process. Suitably, the cover is applied to the printed annular disc before it is thermally treated. In particular, it is thereby possible, during the thermal treatment of the annular disc, to burn it in at the same time on the base body and on the cover, whereby the annular disc connects the cover firmly to the base body.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung eines Drucksensors der vorstehend beschriebenen Art zum Messen eines Drucks in einem Fluid. Die erfindungsgemäße Verwendung zeichnet sich dadurch aus, dass das Fluid an einer dem Hohlraum zugewandten Innenseite des Grundkörpers unmittelbar mit dem, Membranbereich in Kontakt kommt. Somit lässt sich der Druck im Fluid unmittelbar messen.The invention also relates to a use of a pressure sensor of the type described above for measuring a pressure in a fluid. The use according to the invention is characterized in that the fluid comes into direct contact with the membrane region at an inner side of the main body facing the cavity. Thus, the pressure in the fluid can be measured directly.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors der vorstehend beschriebenen Art charakterisiert sich dadurch, dass zum Befestigen der Abdeckung am Grundkörper die Ringscheibe plastifiziert wird. Mit anderen Worten, der Werkstoff der Ringscheibe wird zumindest an den der Abdeckung und dem Grundkörper zugewandten Axialseiten soweit verflüssigt bzw. plastifiziert, dass dort eine innige Verbindung mit den Werkstoffen der Abdeckung und des Grundkörpers entsteht. Vorzugsweise ist die Ringscheibe aus einer Glaskeramik hergestellt, während die Abdeckung und der Grundkörper aus wenigstens einer anderen, dazu kompatiblen Keramik bestehen, die einen höheren Schmelzpunkt besitzt. Die Ringscheibe ist vorzugsweise durch Glaslot gebildet.An inventive method for producing a pressure sensor of the type described above is characterized in that the annular disk is plasticized for attaching the cover to the base body. In other words, the material of the annular disc is liquefied or plasticized at least on the cover and the body facing axial sides so far that there is an intimate connection with the materials of the cover and the body. Preferably, the annular disc is made of a glass ceramic, while the cover and the base body of at least one other, compatible ceramic, which has a higher melting point. The annular disc is preferably formed by glass solder.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in each of the specified Combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 einen leicht perspektivischen Längsschnitt eines Drucksensor, 1 a slightly perspective longitudinal section of a pressure sensor,

2 eine isometrische Ansicht des Drucksensors mit transparent dargestellter Abdeckung, 2 an isometric view of the pressure sensor with transparent cover,

3 eine isometrische Explosionsdarstellung des Drucksensors aus 2, 3 an isometric exploded view of the pressure sensor 2 .

4 eine isometrische Ansicht des Drucksensors aus 2, jedoch bei einer anderen Ausbaustufe, 4 an isometric view of the pressure sensor 2 but at a different stage,

5 eine isometrische Ansicht wie in 4, jedoch bei einer anderen Ausführungsform des Drucksensors. 5 an isometric view as in 4 but in another embodiment of the pressure sensor.

Entsprechend den 1 bis 5 umfasst ein Drucksensor 1 einen monolithischen Grundkörper 2, der vorzugsweise aus einer Keramik hergestellt ist. Der Grundkörper 2 besitzt einen Ringbereich 3 und einen scheibenförmigen Membranbereich 4. Der Ringbereich 3 umschließt in einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umfangsrichtung 5 einen Hohlraum 6. Der Membranbereich 4 verschließt diesen Hohlraum 6 an einem Axialende des Ringbereichs 3. Eine Axialrichtung 7 ist durch einen Doppelpfeil angedeutet und bezieht sich auf eine Längsmittelachse 8 des Drucksensors 1. Die Axialrichtung 7 verläuft parallel zur Längsmittelachse 8. Die Umfangsrichtung 5 rotiert um die Längsmittelachse 8 um. Eine nicht näher bezeichnete Radialrichtung bezieht sich ebenfalls auf die Längsmittelsachse 8.According to the 1 to 5 includes a pressure sensor 1 a monolithic body 2 which is preferably made of a ceramic. The main body 2 has a ring area 3 and a disk-shaped membrane region 4 , The ring area 3 encloses in a direction indicated by a double arrow circumferential direction 5 a cavity 6 , The membrane area 4 closes this cavity 6 at an axial end of the ring area 3 , An axial direction 7 is indicated by a double arrow and refers to a longitudinal central axis 8th of the pressure sensor 1 , The axial direction 7 runs parallel to the longitudinal central axis 8th , The circumferential direction 5 rotates about the longitudinal central axis 8th around. An unspecified radial direction also relates to the longitudinal center axis 8th ,

Der Drucksensor 1 ist außerdem mit einer internen elektrischen Schaltung 9 ausgestattet, die einen Messbereich 10 und einen Kontaktbereich 11 aufweisen kann. Der Messbereich 10 umfasst mehrere Messwiderstände 12. Der Kontaktbereich 11 besitzt mehrere elektrische Kontaktstellen 13, die über Leiterbahnen 38 mit dem Messbereich 10 bzw. mit den Messwiderständen 12 elektrisch verbunden sind. Insbesondere ist im Messbereich 10 eine Wheatstone-Brücke ausgebildet.The pressure sensor 1 is also equipped with an internal electrical circuit 9 equipped with a measuring range 10 and a contact area 11 can have. The measuring range 10 includes several measuring resistors 12 , The contact area 11 has several electrical contact points 13 that have circuit traces 38 with the measuring range 10 or with the measuring resistors 12 are electrically connected. In particular, in the measuring range 10 formed a Wheatstone bridge.

Die interne Schaltung 9 ist an einer vom Hohlraum 6 abgewandten axialen Außenseite 14 des Grundkörpers 2 angeordnet. Diese Außenseite 14 des Grundkörpers 2 ist dabei gemeinsam durch den zentralen Membranbereich 4 und den Ringbereich 3 gebildet, der den Membranbereich 4 umschließt. Der Messbereich 10 ist dabei auf dem Membranbereich 4 angeordnet. Der Kontaktbereich 11 kann sich bis in den Ringbereich 3 erstrecken. Vorteilhaft sind die Kontaktstellen 13 im Ringbereich 3, also außerhalb des Membranbereichs 4 angeordnet. Zweckmäßig sind der Kontaktbereich 11 und der Messbereich 10 auf die Außenseite 14 des Grundkörpers 2 aufgedruckt, z. B. im Siebdruckverfahren, und anschließend eingebrannt.The internal circuit 9 is at one of the cavity 6 remote axial outside 14 of the basic body 2 arranged. This outside 14 of the basic body 2 is shared by the central membrane area 4 and the ring area 3 formed, which covers the membrane area 4 encloses. The measuring range 10 is on the membrane area 4 arranged. The contact area 11 can get into the ring area 3 extend. The contact points are advantageous 13 in the ring area 3 , ie outside the membrane area 4 arranged. The contact area is expedient 11 and the measuring range 10 on the outside 14 of the basic body 2 printed, z. B. screen printing process, and then baked.

Ferner ist der Drucksensor 1 mit einer Ringscheibe 15 ausgestattet, die einen Ringkörper 16 und eine darin ausgebildete Zentralöffnung 17 aufweist. Der Ringkörper 16 umschließt die Zentralöffnung 17 in der Umfangsrichtung 5 vollständig. Ferner ist die Ringscheibe 15 axial auf der axialen Außenseite 14 des Grundkörpers 2 angeordnet. Insbesondere kann die Ringscheibe 15 ebenfalls auf die Außenseite 14 des Grundkörpers 2 aufgedruckt sein, z. B. im Siebdruckverfahren. Beispielsweise besteht die Ringscheibe 15 bzw. deren Ringkörper 16 aus einem Glaslot.Further, the pressure sensor 1 with an annular disk 15 equipped with a ring body 16 and a central opening formed therein 17 having. The ring body 16 encloses the central opening 17 in the circumferential direction 5 Completely. Furthermore, the annular disc 15 axially on the axial outside 14 of the basic body 2 arranged. In particular, the annular disc 15 also on the outside 14 of the basic body 2 be printed, z. B. screen printing. For example, the annular disc exists 15 or their ring body 16 from a glass solder.

Ferner ist der Drucksensor 1 mit einer scheibenförmigen Abdeckung 18 ausgestattet, die in 2 transparent dargestellt ist. Die Abdeckung 18 kann ebenfalls aus einer Keramik, insbesondere aus einer Glaskeramik bestehen. Die Abdeckung 18 ist axial auf einer vom Grundkörper 2 abgewandten axialen Außenseite 19 der Ringscheibe 15 angeordnet. Dabei ist die Abdeckung 18 so dimensioniert, dass sie die Zentralöffnung 17 der Ringscheibe 15 vollständig abdeckt. Bei den hier gezeigten vorteilhaften Beispielen sind die senkrecht zur Längsmittelachse 8 verlaufenden Querschnitte von Grundkörper 2, Ringscheibe 15 und Abdeckung 18 etwa gleich groß ausgestaltet, so dass keine radial über den Grundkörper 2 abstehende Störkontur entsteht.Further, the pressure sensor 1 with a disc-shaped cover 18 equipped in 2 is shown transparently. The cover 18 may also consist of a ceramic, in particular of a glass ceramic. The cover 18 is axially on one of the main body 2 remote axial outside 19 the annular disc 15 arranged. Here is the cover 18 so dimensioned that they are the central opening 17 the annular disc 15 completely covers. In the advantageous examples shown here are perpendicular to the longitudinal central axis 8th extending cross sections of body 2 , Ring disk 15 and cover 18 designed about the same size, so that no radial over the body 2 projecting interference contour arises.

Wie sich insbesondere den 2 und 3 entnehmen lässt, kann die Ringscheibe 15 im Ringkörper 16, beabstandet und separat zur Zentralöffnung 17 mehrere Kontaktöffnungen 20 aufweisen, die jeweils zu einer der Kontaktstellen 13 axial fluchten. Zweckmäßig ist für jede Kontaktstelle 13 genau eine solche Kontaktöffnung 20 vorgesehen. Die jeweilige Kontaktöffnung 20 durchdringt den Ringkörper 15 axial. Außerdem ist hier die Abdeckung 18 mit mehreren Verbindungsöffnungen 21 ausgestattet, die axial die Abdeckung 18 durchdringen. Die Verbindungsöffnungen 21 sind jeweils zu einer der Kontaktöffnungen 20 axial fluchtend angeordnet. Zweckmäßig ist für jede Kontaktöffnung 20 genau eine Verbindungsöffnung 21 vorgesehen. Im hier gezeigten Beispiel besitzt die interne Schaltung 9 bzw. deren Kontaktbereich 11 genau vier Kompaktstellen 13. Dementsprechend sind auch genau vier Kontaktöffnungen 20 in der Ringscheibe 15 und genau vier Verbindungsöffnungen 21 in der Abdeckung 18 vorgesehen.How in particular the 2 and 3 can be removed, the annular disc 15 in the ring body 16 , spaced and separate from the central opening 17 several contact openings 20 each having one of the contact points 13 aligned axially. It is useful for each contact point 13 just such a contact opening 20 intended. The respective contact opening 20 penetrates the ring body 15 axially. Besides, here is the cover 18 with several connection openings 21 equipped, the axially the cover 18 penetrate. The connection openings 21 are each to one of the contact openings 20 arranged axially aligned. It is useful for each contact opening 20 exactly one connection opening 21 intended. In the example shown here has the internal circuit 9 or their contact area 11 exactly four compact stations 13 , Accordingly, exactly four contact openings 20 in the ring disk 15 and exactly four connection openings 21 in the cover 18 intended.

Des Weiteren ist der Drucksensor 1 mit einer externen elektrischen Schaltung 22 ausgestattet, die an einer vom Grundkörper 2 abgewandten axialen Außenseite 23 der Abdeckung 18 angeordnet ist. Auch diese externe Schaltung 22 kann mittels Drucktechnik hergestellt sein und beispielsweise im Siebdruckverfahren auf die Abdeckung 18 ausgedruckt sein. Die externe Schaltung 22 kann nun durch die Verbindungsöffnungen 21 und durch die Kontaktöffnungen 20 hindurch mit den Kontaktstellen 13 der internen Schaltung 9, elektrisch kontaktiert werden. Hierzu weist die externe Schaltung 22 entsprechende Kontaktstellen 24 auf, die sich beispielsweise mittels direkter Lötverbindungen, die hier nicht dargestellt sind, mit den Kontaktstellen 13 der internen Schaltung 9 elektrisch verbinden lassen, wobei sich diese direkten Lötverbindungen durch die Verbindungsöffnungen 21 und durch die Kontaktöffnungen 20 hindurch erstrecken.Furthermore, the pressure sensor 1 with an external electrical circuit 22 fitted to one of the main body 2 remote axial outside 23 the cover 18 is arranged. Also this external circuit 22 can be prepared by printing technology and, for example, by screen printing on the cover 18 be printed. The external circuit 22 can now through the connection openings 21 and through the contact openings 20 through with the contact points 13 the internal circuit 9 , be contacted electrically. For this purpose, the external circuit 22 corresponding contact points 24 on, for example, by means of direct solder joints, which are not shown here, with the contact points 13 the internal circuit 9 electrically connect, these direct solder joints through the connection openings 21 and through the contact openings 20 extend through.

Die externe Schaltung 22 kann gemäß der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform dazu vorgesehen sein, einen integrierten Schaltkreis 25, z. B. einen Mikroprozessor oder dergleichen, anzuschließen, um den Drucksensor 1 beispielsweise mit einer Auswerteelektronik auszustatten. Im Beispiel der 5 weist die externe Schaltung 22 einen Abgleichbereich 37 mit mehreren Abgleichwiderständen 26 auf, mit deren Hilfe die Messwiderstände 12 der internen Schaltung 9 abgeglichen werden können. Die externe Schaltung 22 kann ferner mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen 31 ausgestattet sein, über die sich elektrische Signale vom Drucksensor 1 abgreifen oder zuführen lassen.The external circuit 22 can according to the in the 1 to 4 be shown embodiment, an integrated circuit 25 , z. As a microprocessor or the like to connect to the pressure sensor 1 For example, equip with an evaluation. In the example of 5 indicates the external circuit 22 a matching area 37 with several balancing resistors 26 on, with whose help the measuring resistors 12 the internal circuit 9 can be compared. The external circuit 22 can also with input and output ports 31 be equipped, over which electrical signals from the pressure sensor 1 pick up or feed.

Gemäß den 1 bis 3 kann die Abdeckung 18 gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform optional mit einer Evakuierungsöffnung 27 ausgestattet sein, die sich axial vollständig durch die Abdeckung 18 hindurch erstreckt. Diese Evakuierungsöffnung 27 steht dabei fluidisch mit einer Kammer 28 in Verbindung, die axial zwischen der Abdeckung 18 und dem Grundkörper 2 mit Hilfe der Zentralöffnung 17 der Ringscheibe 15 gebildet ist. Diese Kammer 28 ist dementsprechend axial einerseits vom Membranbereich 4, axial andererseits von der Abdeckung 18 und radial vom Ringkörper 16 begrenzt. Somit ist diese Kammer 28 bis auf die Evakuierungsöffnung 27 hermetisch dicht verschlossen.According to the 1 to 3 can the cover 18 according to an advantageous embodiment optionally with an evacuation opening 27 be equipped, which is axially completely through the cover 18 extends through. This evacuation opening 27 stands fluidically with a chamber 28 in conjunction, the axially between the cover 18 and the body 2 with the help of the central opening 17 the annular disc 15 is formed. This chamber 28 is accordingly axially on the one hand from the membrane area 4 axially on the other hand from the cover 18 and radially from the ring body 16 limited. Thus, this chamber 28 except for the evacuation opening 27 hermetically sealed.

Sofern der hier vorgestellte Drucksensor 1 als Differenzdrucksensor verwendet werden soll, kann über die Evakuierungsöffnung 27 ein Vergleichsdruck an der axialen Außenseite 14 des Grundkörpers 2 im Membranbereich 4 angelegt werden. Sofern ein vorbestimmter Vergleichsdruck herangezogen wird, kann dieser in der Kammer 28 erzeugt und darin gesichert werden, indem die Evakuierungsöffnung 27 mit Hilfe eines Verschlusses 29 dicht verschlossen wird. Als Verschluss 29 kommt beispielsweise ein Lötpfropfen in Betracht. Als Lot oder Lötmaterial kommen hier sowohl metallische Lote als auch keramische Lote, wie z. B. Glaslot, in Betracht.If the pressure sensor presented here 1 can be used as a differential pressure sensor, via the evacuation port 27 a comparative pressure on the axial outside 14 of the basic body 2 in the membrane area 4 be created. If a predetermined comparison pressure is used, this can in the chamber 28 generated and secured in it by the evacuation port 27 with the help of a lock 29 is sealed tight. As a closure 29 For example, a solder plug comes into consideration. As solder or solder here come both metallic solders and ceramic solders such. B. glass solder, into consideration.

Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Kammer 28 vor dem Verschließen mit dem Verschluss 29 evakuiert wird, so dass darin als Referenzdruck ein Vakuum vorliegt. Bevorzugt herrscht in der Kammer 28 zumindest ein Feinvakuum, also ein Druck von maximal 1 hPa oder 0,001 bar. Somit repräsentiert der Drucksensor 1 dann einen Absolutdrucksensor, der im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur arbeitet.However, preferred is an embodiment in which the chamber 28 before closing with the closure 29 is evacuated so that there is a vacuum in it as a reference pressure. Preferably prevails in the chamber 28 at least one fine vacuum, ie a pressure of at most 1 hPa or 0.001 bar. Thus, the pressure sensor represents 1 then an absolute pressure sensor that operates essentially independent of temperature.

Wie sich insbesondere den 1 bis 3 entnehmen lässt, kann die Evakuierungsöffnung 27 radial außerhalb der Zentralöffnung 17 angeordnet sein. In diesem Fall ist die Ringscheibe 15 im Bereich des Ringkörpers 16 mit einer Aussparung 30 ausgestattet, die den Ringkörper 16 axial durchdringt und die radial innen in die Zentralöffnung 17 mündet, also dazu offen ist. Die Evakuierungsöffnung 27 ist somit durch diese Aussparung 30 hindurch mit der Zentralöffnung 17 fluidisch verbunden.How in particular the 1 to 3 can be removed, the evacuation opening 27 radially outside the central opening 17 be arranged. In this case, the annular disc 15 in the area of the ring body 16 with a recess 30 equipped the ring body 16 penetrates axially and radially inward into the central opening 17 flows, so is open to it. The evacuation opening 27 is thus through this recess 30 through with the central opening 17 fluidly connected.

Wie sich den 1 bis 5 entnehmen lässt, besitzen Grundkörper 2, Ringscheibe 15 und Abdeckung 18 unterschiedliche axial gemessene Wandstärken oder Höhen. Eine entsprechende Bemaßung ist jedoch nur in 1 eingezeichnet. Dementsprechend besitzt der Grundkörper 2 eine axiale Höhe 32. Die Höhe 32 des Grundkörpers 2 entspricht gleichzeitig der axialen Wandstärke 32 des Ringbereichs 3. Die Ringscheibe 15 besitzt eine axiale Wandstärke 33. Die Abdeckung 18, besitzt eine axiale Wandstärke 34. Ferner ist eine axiale Wandstärke 35 des Membranbereichs 4 eingetragen. Erkennbar ist die Wandstärke 32 des Ringbereichs 3 bzw. die Höhe 32 des Grundkörpers 2 deutlich größer als die Wandstärke 34 der Abdeckung 18. Ferner ist die Wandstärke 34 der Abdeckung 18 größer als die Wandstärke 35 des Membranbereichs 4. Schließlich ist die Wandstärke 35 des Membranbereichs 4 größer als die Wandstärke 33 der Ringscheibe 15. Die axiale Wandstärke 33 der Ringscheibe 15 ist zweckmäßig so dimensioniert, so dass auch bei der maximal zu erwartenden Deformierung des Membranbereichs 4 kein Kontakt zwischen dem Messbereich 10 und der Abdeckung 18 entsteht. Die maximal erwartete Deformierung des Membranbereichs 4 tritt beim Maximaldruck auf, für den der jeweilige Drucksensor 1 vorgesehen ist, einschließlich einer gegebenenfalls vorgesehenen Sicherheitsreserve. Bei Drücken, die über den Maximaldruck hinausgehen, kann es dagegen zu einem axialen Kontakt zwischen Membranbereich 4 und Abdeckung 18 kommen, wodurch der Membranbereich 4 vor einer weitergehenden, über seine Elastizitätsgrenze hinausgehenden Deformation geschützt werden kann.How the 1 to 5 can be seen, possess basic body 2 , Ring disk 15 and cover 18 different axially measured wall thicknesses or heights. A corresponding dimensioning is only in 1 located. Accordingly, the main body possesses 2 an axial height 32 , The height 32 of the basic body 2 at the same time corresponds to the axial wall thickness 32 of the ring area 3 , The ring disk 15 has an axial wall thickness 33 , The cover 18 , has an axial wall thickness 34 , Furthermore, an axial wall thickness 35 of the membrane area 4 entered. Visible is the wall thickness 32 of the ring area 3 or the height 32 of the basic body 2 significantly larger than the wall thickness 34 the cover 18 , Furthermore, the wall thickness 34 the cover 18 greater than the wall thickness 35 of the membrane area 4 , Finally, the wall thickness 35 of the membrane area 4 greater than the wall thickness 33 the annular disc 15 , The axial wall thickness 33 the annular disc 15 is suitably dimensioned so that even at the maximum expected deformation of the membrane area 4 no contact between the measuring range 10 and the cover 18 arises. The maximum expected deformation of the membrane area 4 occurs at the maximum pressure for which the respective pressure sensor 1 including any safety reserve, if applicable. On the other hand, pressures that exceed the maximum pressure may cause axial contact between the membrane area 4 and cover 18 come, causing the membrane area 4 can be protected against a further, beyond its elastic limit beyond deformation.

Im Beispiel der 1 weist der Ringbereich 3 einen Ringstufe 36 auf, die dem Hohlraum 6 zugewandt ist. Die Ringstufe 36 befindet sich dabei in einem der Außenseite 14 des Grundkörpers 2 zugewandten axialen Ende des Ringbereichs 3 und bildet eine in der Umfangsrichtung 5 geschlossene Einfassung des Membranbereichs 4. Beispielsweise kann die Ringstufe 36 im Rahmen der Herstellung des Grundkörpers 2 nachbearbeitet werden, um im Membranbereich 4 möglichst enge Toleranzen für die räumliche Ausdehnung und insbesondere für die Wandstärke 35 des Membranbereichs 4 einhalten zu können.In the example of 1 indicates the ring area 3 a ring step 36 on that the cavity 6 is facing. The ring step 36 is located in one of the outside 14 of the basic body 2 facing axial end of the annular region 3 and forms one in the circumferential direction 5 closed enclosure of the membrane area 4 , For example, the ring step 36 in the context of the production of the basic body 2 be reworked to in the membrane area 4 tight tolerances for the spatial extent and in particular for the wall thickness 35 of the membrane area 4 to be able to comply.

Bei den hier gezeigten Beispielen ist die vom Hohlraum 6 abgewandten Außenseite 14 des Grundkörpers 2 eben konfiguriert, so dass sie eine ebene Fläche repräsentiert. Somit lässt sich diese Außenseite 14 des Grundkörpers 2 besonders einfach bedrucken, beispielsweise um die interne Schaltung 9 aufzubringen und insbesondere um die Ringscheibe 15 aufzubringen.In the examples shown here is that of the cavity 6 opposite outside 14 of the basic body 2 just configured so that it represents a flat surface. Thus, this outside can be 14 of the basic body 2 particularly easy to print, for example, the internal circuit 9 and especially around the annular disc 15 applied.

Im Rahmen der Herstellung des Drucksensor 1 kann somit vorgesehen sein, zunächst den Grundkörper 2 an seiner Außenseite 14 mit der internen Schaltung 9 zu bedrucken. Nach dem Einbrennen der internen Schaltung 9 kann die Ringscheibe 15 aufgedruckt werden. Vor dem Einbrennen der Ringscheibe 15 wird die Abdeckung 18 aufgebracht. Beim Einbrennen der Ringscheibe 15 wird diese sowohl mit dem Grundkörper 2 als auch mit der Abdeckung 18 plastifiziert. Insbesondere besteht die aufgedruckte Ringscheibe 15 aus Glaslot, der sich beim Einbrennen einerseits mit dem Grundkörper 2 und andererseits mit der Abdeckung 18 fest verbindet.As part of the production of the pressure sensor 1 can thus be provided, first the main body 2 on its outside 14 with the internal circuit 9 to print. After burning in the internal circuit 9 can the ring disk 15 be printed. Before baking the ring disk 15 will the cover 18 applied. When baking the ring disk 15 this will work with both the main body 2 as well as with the cover 18 plasticized. In particular, there is the printed annular disc 15 made of glass solder, which is on the one hand with the main body during firing 2 and on the other hand with the cover 18 firmly connects.

Die Ringscheibe 15 ist somit in einer bevorzugten Ausführungsform durch eine Glaslotschicht gebildet, welche die Abdeckung 18 am Grundkörper 2 befestigt. Dies ist von besonderem Vorteil, da somit auf separate Befestigungsmittel verzichtet werden kann. Außerdem lässt sich die Ringscheibe 15 durch das Druckverfahren besonders preiswert realisieren.The ring disk 15 is thus formed in a preferred embodiment by a glass solder layer, which is the cover 18 at the base body 2 attached. This is of particular advantage since it is thus possible to dispense with separate fastening means. In addition, the annular disk can be 15 realize particularly inexpensive by the printing process.

Im zusammengebauten Zustand ist die Ringscheibe 15 axial zwischen der Abdeckung 18 und dem Grundkörper 2 angeordnet, wobei sie sowohl zum Grundkörper 2 als auch zur Abdeckung 18 jeweils einen großflächigen Kontakt, nämlich entlang ihres gesamten Ringkörpers 16 besitzt.When assembled, the washer is 15 axially between the cover 18 and the body 2 arranged, both to the main body 2 as well as to cover 18 each a large-area contact, namely along its entire ring body 16 has.

Der hier vorgestellte Drucksensors 1 lässt sich so verwenden, dass ein Fluid, dessen Druck mithilfe des Drucksensors 1 gemessen werden soll, an einer dem Hohlraum 6 zugewandten Innenseite 39 des Grundkörpers 2 unmittelbar mit dem Membranbereich 4 in Kontakt kommen kann, um eine direkte Druckmessung zu ermöglichen.The pressure sensor presented here 1 can be used so that a fluid whose pressure is using the pressure sensor 1 to be measured, at one of the cavity 6 facing inside 39 of the basic body 2 directly with the membrane area 4 can come into contact to allow a direct pressure measurement.

Claims

Pressure sensor, - with a monolithic body ( 2 ), which has a ring area ( 3 ) and a membrane area ( 4 ), wherein the ring area ( 3 ) a cavity ( 6 ) in the circumferential direction ( 5 ), the membrane region ( 4 ) the cavity ( 6 ) at an axial end of the ring area ( 3 ), - with an internal electrical circuit ( 9 ), which has a measuring range ( 10 ) located at one of the cavity ( 6 ) facing away from axial outside ( 14 ) of the basic body ( 2 ) on the membrane area ( 4 ) is arranged, - wherein an annular disc ( 15 ) is present on the axial outside ( 14 ) of the basic body ( 2 ) is arranged and the one ring body ( 16 ) and a central opening ( 17 ), which from the annular body ( 16 ) in the circumferential direction ( 5 ) is completely enclosed, - where the measuring range ( 10 ) within the central opening ( 17 ) and from the annular body ( 16 ) in the circumferential direction ( 5 ) is enclosed, - wherein a disc-shaped cover ( 18 ) present on one of the main body ( 2 ) facing away from axial outside ( 19 ) of the annular disc ( 15 ) and thereby the central opening ( 17 ), characterized in that - the internal electrical circuit ( 9 ) a contact area ( 11 ) having a plurality of electrical contact points ( 13 ), which outside the membrane area ( 4 ) on the axial outside ( 14 ) of the basic body ( 2 ) are arranged, - that the annular disc ( 15 ) in the ring body ( 16 ) several contact openings ( 20 ), each leading to one of the contact points ( 13 ) are axially aligned, - that the cover ( 18 ) a plurality of connection openings ( 21 ), each to one of the contact openings ( 20 ) are axially aligned, - that at one of the main body ( 2 ) facing away from axial outside ( 23 ) of the cover ( 18 ) an external electrical circuit ( 22 ) arranged through the connection openings ( 21 ) and through the contact openings ( 20 ) through with the contact points ( 13 ) is electrically contacted, - that the electrical contact of the external electrical circuit ( 22 ) with the contact points ( 13 ) through the connection openings ( 21 ) and through the contact openings ( 20 ) is carried out by means of direct solder joints.

Pressure sensor according to claim 1, characterized - that the measuring range ( 10 ) Measuring resistors ( 12 ), - that the external electrical circuit ( 22 ) a matching range ( 37 ) with balancing resistors ( 26 ) for adjusting the measuring resistances ( 12 ) having.

Pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the cover ( 18 ) an evacuation opening ( 27 ), which by means of the central opening ( 17 ) formed chamber ( 31 ) is fluidly connected, on the one hand axially from the membrane area ( 4 ), axially on the other hand from the cover ( 18 ) and radially from the annular body ( 16 ) is limited.

Pressure sensor according to claim 3, characterized in that - the chamber ( 31 ) is evacuated, - that the evacuation opening ( 27 ) by means of a closure ( 29 ) is closed.

Pressure sensor according to claim 3 or 4, characterized in that the evacuation opening ( 27 ) radially outside the central opening ( 17 ) is arranged and fluidly with a recess ( 30 ) connected in the ring body ( 16 ) is formed and radially inward in the central opening ( 17 ) opens.

Pressure sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that an axial wall thickness ( 33 ) of the annular disc ( 15 ) is smaller than an axial wall thickness ( 35 ) of the membrane area ( 4 ).

Pressure sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the annular region ( 3 ) a the cavity ( 6 ) facing ring stage ( 36 ) having the membrane area ( 4 ) in the circumferential direction ( 5 ).

Pressure sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the from the cavity ( 6 ) facing away from outside ( 14 ) of the basic body ( 2 ) is just.

Pressure sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the internal electrical circuit ( 9 ) on the outside ( 14 ) of the basic body ( 2 ) is printed.

Pressure sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that - the annular disc ( 15 ) of a ceramic, preferably of glass ceramic, consists, - that the main body ( 2 ) consists of a ceramic, - that the annular disc ( 15 ) with the basic body ( 2 ) is connected by a glass fusion joint.

Pressure sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that - the annular disc ( 15 ) consists of a ceramic, preferably of glass ceramic, consists - that the cover ( 18 ) consists of a ceramic, - that the cover ( 18 ) with the annular disc ( 15 ) is connected by a glass fusion joint.

Using a pressure sensor ( 1 ) according to one of the preceding claims for measuring a pressure in a fluid, wherein the fluid at a the cavity ( 6 ) facing inside ( 39 ) of the basic body ( 2 ) directly to the membrane area ( 4 ) comes into contact.

Method for producing a pressure sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, in which for fixing the cover ( 18 ) on the base body ( 2 ) the annular disc ( 15 ) is plasticized.