DE102018130291A1 - Method for producing a separating membrane of a pressure sensor and pressure sensor - Google Patents

Method for producing a separating membrane of a pressure sensor and pressure sensor Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Trennmembran für einen Druckmessaufnehmer mit wenigstens folgenden Schritten:- Bereitstellen einer Trennmembran (S100);- Beschichten einer ersten Membranseite der Trennmembran mit einer gegenüber Wasserstoffionen diffusionshemmenden Schicht, insbesondere einer diffusionshemmenden Goldschicht (S200);- Beschichten zumindest der diffusionshemmenden Schicht mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht (S300).Method for producing a multilayer separating membrane for a pressure measuring sensor with at least the following steps: - providing a separating membrane (S100); - coating a first membrane side of the separating membrane with a layer that diffuses hydrogen diffusion, in particular a diffusion-inhibiting gold layer (S200); - coating at least the diffusion-inhibiting layer with a diamond-like carbon layer (S300).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Trennmembran für einen Druckmessaufnehmer und einen Druckmessaufnehmer mit einer solchen Trennmembran.The invention relates to a method for producing a multilayer separating membrane for a pressure measuring sensor and a pressure measuring sensor with such a separating membrane.

Zum Erfassen von Drücken eines Prozessmediums werden häufig Druckmittler eingesetzt, welche einen Gehäusekörper aufweisen, an dem eine Trennmembran, unter Bildung eines mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllten hydraulischen Kammerverbundes zwischen dem Gehäusekörper und der Trennmembran, druckdicht befestigt wird, wobei sich ein hydraulischer Pfad durch den Gehäusekörper erstreckt, um den an der Trennmembran anstehenden Druck eines Prozessmediums zu übertragen.To detect pressures of a process medium, diaphragm seals are often used, which have a housing body to which a separating membrane is attached in a pressure-tight manner, forming a hydraulic chamber assembly between the housing body and the separating membrane filled with a pressure transmission liquid, a hydraulic path extending through the housing body in order to transfer the pressure of a process medium at the separation membrane.

Die in dem hydraulischen Kammerverbund eingeschlossene Druckübertragungsflüssigkeit, die meistens ein Öl umfasst, bewirkt, dass ein Druck, welcher an der dem Prozessmedium zugewandten Seite der Trennmembran anliegt, an ein Drucksensorelement zum Erfassen eines Druckmesswertes geleitet wird. Hierbei gilt es, um einen optimalen Betrieb des Druckmittlers über eine lange Lebensdauer von einigen Jahren bis hin zu einigen Jahrzehnten, zu gewährleisten, dass sich das Volumen innerhalb des Druckmittlers nicht wesentlich verändern sollte, da sonst eine Verfälschung des zu übertragenden Druckes und somit des Druckmesswertes erfolgen würde.The pressure transmission liquid enclosed in the hydraulic chamber assembly, which usually comprises an oil, has the effect that a pressure which is present on the side of the separating membrane facing the process medium is passed to a pressure sensor element for detecting a pressure measurement value. In order to ensure optimal operation of the diaphragm seal over a long service life from a few years to a few decades, it is important to ensure that the volume within the diaphragm seal should not change significantly, otherwise the pressure to be transmitted and thus the measured pressure value may be falsified would be done.

Insoweit, als dass eine solche Verfälschung aufgrund von sich im Inneren bildenden oder von außen eindiffundierten Wasserstoff, bspw. in Form von Wasserstoffmolekülen, Wasserstoffatomen und/oder Wasserstoffionen, hervorgerufen wird, ist es bekannt, dass Vorkehrungen getroffen werden, um eine solche Verfälschung zu vermindern.To the extent that such a falsification is caused by hydrogen forming inside or diffusing in from the outside, for example in the form of hydrogen molecules, hydrogen atoms and / or hydrogen ions, it is known that measures are taken to reduce such falsification .

So schlägt bspw. die DE 10 2013 110 968 A1 ein Wasserstoffabsorptionsmaterial vor, welches in der eingeschlossenen Druckübertragungsflüssigkeit platziert wird, sodass Wasserstoffatome absorbiert werden.For example, the DE 10 2013 110 968 A1 a hydrogen absorption material which is placed in the enclosed pressure transmission liquid so that hydrogen atoms are absorbed.

Ebenfalls ist es bekannt, dass um die Diffusion zu begrenzen, die Membran zusätzlich beschichtet wird. Für gewöhnlich handelt es sich dabei um galvanisch abgeschiedene Goldschichten. Für eine effiziente Reduzierung der Diffusion sind galvanische Schichtdicken von bis zu 40 µm (Mikrometer) Gold notwendig. Nachteilig an dieser Variante sind jedoch die relativ hohen Kosten aufgrund einer relativ dicken Goldschicht, eine mögliche negative Veränderung der mechanischen Eigenschaften der ursprünglichen Trennmembran aufgrund der relativ dicken Goldschicht und die Gefahr der mechanischen Abnutzung der Goldschicht.It is also known that in order to limit diffusion, the membrane is additionally coated. Usually these are galvanically deposited gold layers. Galvanic layer thicknesses of up to 40 µm (micrometers) gold are necessary for an efficient reduction of diffusion. However, the disadvantages of this variant are the relatively high costs due to a relatively thick gold layer, a possible negative change in the mechanical properties of the original separating membrane due to the relatively thick gold layer and the risk of mechanical wear of the gold layer.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und dem Druckmessaufnehmer gemäß Patentanspruch 7.It is therefore the object of the present invention to remedy this. The object is achieved according to the invention by the method according to patent claim 1 and the pressure sensor according to patent claim 7.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Trennmembran für einen Druckmessaufnehmer umfasst wenigstens folgende Schritte:

  • - Bereitstellen einer Trennmembran;
  • - Beschichten einer ersten Membranseite der Trennmembran mit einer gegenüber Wasserstoffionen diffusionshemmenden Schicht, insbesondere einer diffusionshemmenden Goldschicht;
  • - Beschichten zumindest der diffusionshemmenden Schicht mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht.
The method according to the invention for producing a multi-layer separation membrane for a pressure measuring transducer comprises at least the following steps:
  • - Providing a separation membrane;
  • Coating a first membrane side of the separating membrane with a layer which diffusion inhibits hydrogen ions, in particular a diffusion-inhibiting gold layer;
  • Coating at least the diffusion-inhibiting layer with a diamond-like carbon layer.

Erfindungsgemäß wird eine neues Schichtsystem vorgeschlagen, dass die Funktion einer Diffusionsbarriere gegenüber Wasserstoff hat, jedoch die oben genannten Nachteile nicht mit sich bringt. Das Schichtsystem besteht aus zwei Funktionsschichten: Erstens einer hochwertigen dünnen Schicht von vorzugsweise einigen zehntel Nanometern (nm), bevorzugt aus Gold, wegen der Eignung als Diffusionsbarriere gegen Wasserstoff und zweitens aus einer dickeren Schutzschicht.According to the invention, a new layer system is proposed that has the function of a diffusion barrier against hydrogen, but does not have the disadvantages mentioned above. The layer system consists of two functional layers: first, a high-quality thin layer, preferably a few tenths of a nanometer (nm), preferably made of gold, because of its suitability as a diffusion barrier against hydrogen, and second, a thicker protective layer.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die diffusionshemmende Schicht mittels einer Atomlagenabscheidung aufgebracht/abgeschieden wird. Die Schicht, vorzugsweise Goldschicht wird somit also auf die Membranoberfläche mittels Atomlagenabscheidung (engl.: atomic layer deposition, kurz: ALD) abgeschieden. Bei diesem Abscheideverfahren werden aus der Gasphase Monolagen von sehr hoher Qualität, also geringer Anzahl an Fehlstellen und Lunker abgeschieden. Auf diese Weise kann bereits bei Schichtdicken im nm-Bereich die Wasserstoffdiffusion stark reduziert werden.An advantageous embodiment of the invention provides that the diffusion-inhibiting layer is applied / deposited by means of an atomic layer deposition. The layer, preferably the gold layer, is thus deposited on the membrane surface by means of atomic layer deposition, in short: ALD ) deposited. In this deposition process, monolayers of very high quality, i.e. a small number of defects and voids, are separated from the gas phase. In this way, the hydrogen diffusion can be greatly reduced even with layer thicknesses in the nm range.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die diamantartige Kohlenstoffschicht mittels einer Gasphasenabscheidung, vorzugsweise einer chemischen Gasphasenabscheidung aufgebracht/abgeschieden wird. Nach der ersten Schicht folgt die zweite als Schutzschicht dienende Funktionsschicht, aus diamond like carbon (DLC) von 1 bis 2 µm (Mikrometern), um die dünne erste Schicht (vorzugsweise Goldschicht) vor mechanischer Beschädigung zu schützen. DLC ist eine diamantartige/diamantähnliche Kohlenstoffschicht und zeichnet sich durch eine hohe chemische Resistenz, eine sehr hohe Abriebsfestigkeit und einen sehr niedrigen Reibkoeffizienten aus. Alle drei Eigenschaften dienen dem Schutz der ersten Schicht (Goldschicht).A further advantageous embodiment of the invention provides that the diamond-like carbon layer is applied / deposited by means of a vapor deposition, preferably a chemical vapor deposition. After the first layer, there is the second functional layer, serving as a protective layer, made of diamond-like carbon (DLC) of 1 to 2 µm (micrometers), in order to protect the thin first layer (preferably gold layer) from mechanical damage. DLC is a diamond-like / diamond-like carbon layer and is characterized by a high chemical resistance, a very high abrasion resistance and a very low coefficient of friction. All three properties serve to protect the first layer (gold layer).

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die diffusionshemmende Schicht derartig aufgebracht wird, dass die diffusionshemmende Schicht eine Dicke von einigen zehntel Nanometern, vorzugsweise von 20 bis 40 Nanometern aufweist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the diffusion-inhibiting layer is applied in such a way that the diffusion-inhibiting layer has a thickness of a few tenths of a nanometer, preferably of 20 to 40 nanometers.

Wiederum eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die diamantartige Kohlenstoffschicht derartig aufgebracht wird, dass die Kohlenstoffschicht eine Dicke im Mikrometer-Bereich, vorzugsweise von einigen Mikrometern, besonders bevorzugt von ca. 1 bis 2 Mikrometern aufweist.Yet another advantageous embodiment provides that the diamond-like carbon layer is applied in such a way that the carbon layer has a thickness in the micrometer range, preferably a few micrometers, particularly preferably approximately 1 to 2 micrometers.

Eine letzte vorteilhafte Ausführungsform sieht ferner den folgenden Schritt vor:

  • - Beschichten einer der ersten Membranseite gegenüberliegenden zweiten Membranseite der Trennmembran mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht.
A last advantageous embodiment also provides for the following step:
  • Coating a second membrane side of the separating membrane opposite the first membrane side with a diamond-like carbon layer.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Druckmessaufnehmer, umfassend:

  • einen im Wesentlichen metallischen Gehäusekörper; und
  • eine Trennmembran, welche unter Bildung einer Druckkammer zwischen einer Oberfläche des Gehäusekörpers und der Trennmembran druckdicht an den Gehäusekörper befestigt ist,
  • wobei von der Druckkammer ein hydraulischer Pfad sich durch den Gehäusekörper erstreckt, wobei die Trennmembran einen metallischen Werkstoff, insbesondere Edelstahl oder eine Nickelbasislegierung wie Hastelloy, aufweist, wobei
  • die Trennmembran auf einer dem Gehäusekörper abgewandten ersten Membranseite einen Schichtaufbau aufweist, welcher zumindest eine gegenüber Wasserstoffionen diffusionshemmende Schicht, insbesondere eine diffusionshemmende Goldschicht und eine diamantartige Kohlenstoffschicht umfasst, wobei die diffusionshemmende Schicht auf der ersten Membranseite und die diamantartige Kohlenstoffschicht auf der diffusionshemmenden Schicht aufgebracht ist.
The invention further relates to a pressure transducer comprising:
  • an essentially metallic housing body; and
  • a separating membrane which is attached to the housing body in a pressure-tight manner to form a pressure chamber between a surface of the housing body and the separating membrane,
  • wherein a hydraulic path extends from the pressure chamber through the housing body, the separating membrane having a metallic material, in particular stainless steel or a nickel-based alloy such as Hastelloy, wherein
  • the separating membrane has a layer structure on a first membrane side facing away from the housing body, which layer comprises at least one layer that inhibits diffusion against hydrogen ions, in particular a diffusion-inhibiting gold layer and a diamond-like carbon layer, the diffusion-inhibiting layer being applied to the first membrane side and the diamond-like carbon layer being applied to the diffusion-inhibiting layer.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers sieht ferner vor, dass auf einer zweiten, dem Membranbett zugewandten und der ersten gegenüberliegenden Membranseite der Trennmembran, eine weitere diamantartige Kohlenstoffschicht aufgebracht ist.An advantageous embodiment of the pressure transducer according to the invention further provides that a further diamond-like carbon layer is applied to a second membrane side of the separating membrane facing the membrane bed and opposite.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers umfasst ferner eine weitere Trennmembran, welche in der Druckkammer zwischen der Trennmembran und einem Abgang des hydraulischen Pfads angeordnet ist und vorzugsweise ebenfalls mit zumindest einer diamantartigen Kohlenstoffschicht beschichtet ist.A further advantageous embodiment of the pressure transducer according to the invention further comprises a further separating membrane which is arranged in the pressure chamber between the separating membrane and an outlet of the hydraulic path and is preferably also coated with at least one diamond-like carbon layer.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers, und
  • 2: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einen entsprechenden Schichtaufbau der Trennmembran.
The invention is illustrated by the following drawings. It shows:
  • 1 : a longitudinal section through an embodiment of a pressure transducer according to the invention, and
  • 2nd : an embodiment of the method according to the invention and a corresponding layer structure of the separating membrane.

1 zeigt exemplarische einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Druckmessaufnehmer. Der in 1 gezeigte Druckmessaufnehmer hat einen metallischen Druckmittlerkörper 10 und eine Trennmembran 20, welche entlang eines Randbereichs 22 mit einer umlaufenden Schweißnaht mit einer Stirnfläche des Druckmittlerkörpers druckdicht verschweißt ist, so dass zwischen der Stirnfläche des Druckmittlerkörpers 10 und der Trennmembran 20 eine Druckkammer 12 ausgebildet ist, welche über einen Kanal 14, der sich von der Trennmembran 20 zugewandten Stirnfläche des Druckmittlerkörpers 10 durch den Druckmittlerkörper zu einer der Trennmembran 20 abgewandten rückseitigen Stirnfläche des Druckmittlers erstreckt, um den in der Druckkammer 12 herrschenden Druck zu übertragen. 1 shows an example of a longitudinal section through a pressure transducer designed according to the invention. The in 1 The pressure sensor shown has a metallic diaphragm body 10th and a separation membrane 20th which along an edge area 22 is welded pressure-tight with a circumferential weld seam to an end face of the diaphragm seal body, so that between the end face of the diaphragm seal body 10th and the separation membrane 20th a pressure chamber 12 is formed, which via a channel 14 that differs from the separation membrane 20th facing end face of the diaphragm seal body 10th through the diaphragm seal body to one of the separating membranes 20th facing rear end face of the diaphragm seal extends around the in the pressure chamber 12 prevailing pressure to transmit.

Die Trennmembran 20 weist eine aufgeprägte Kontur 24a auf, die beispielsweise auf einer als Membranbett dienenden entsprechenden Kontur 16 an der Stirnfläche des Druckmittlers nach dem Fügen der Trennmembran 20 mit dem Druckmittlerkörper 10 abgeprägt sein kann, oder die vor dem Fügen der Trennmembran 20 mit dem Druckmittlerkörper 10 anderweitig geprägt sein kann. Der Druckmittlerkörper 10 weist eine zumindest abschnittsweise zylindrische Form auf, wobei die Trennmembran 20 kreisscheibenförmig ausgebildet ist. Üblicherweise weist die (unbeschichtete) Trennmembran eine Stärke von einigen zehn Mikrometer, bspw. ca. 35 µm auf.The separation membrane 20th has an embossed contour 24a on, for example, on a corresponding contour serving as a membrane bed 16 on the front surface of the diaphragm seal after joining the separating membrane 20th with the diaphragm seal body 10th can be embossed, or that before joining the separating membrane 20th with the diaphragm seal body 10th can be shaped otherwise. The diaphragm seal body 10th has a cylindrical shape at least in sections, the separating membrane 20th is circular disk-shaped. The (uncoated) separation membrane usually has a thickness of a few tens of micrometers, for example approximately 35 μm.

Erfindungsgemäß ist die Trennmembran 20 als ein Schichtaufbau ausgebildet. Als Grundlage dient eine wie oben beschriebene und ausgebildete Trennmembran 20, wie sie auch im Stand der Technik bekannt ist. Die Trennmembran 20 weist insbesondere Edelstahl oder eine Nickelbasislegierung, wie bspw. Hastelloy, Inconel oder Monel auf. Auf die Trennmembran 20 wird durch das in 2 dargestellte erfindungsgemäße Verfahren ein zweischichtiger Aufbau aufgebracht, wobei zunächst eine erste als Diffusionsbarriere dienende diffusionshemmende Schicht 20a aufgebracht wird, auf die anschließend eine zweite als Schutzschicht dienende diamantartige Kohlenstoffschicht (englisch: „diamond-like carbon“) 20b aufgebracht wird.The separating membrane is according to the invention 20th formed as a layer structure. A separation membrane as described and designed above serves as the basis 20th as is also known in the prior art. The separation membrane 20th has in particular stainless steel or a nickel-based alloy, such as, for example, Hastelloy, Inconel or Monel. On the separating membrane 20th is through the in 2nd The inventive method shown applied a two-layer structure, initially a first Diffusion-inhibiting layer serving as a diffusion barrier 20a is applied, to which a second diamond-like carbon layer (English: "diamond-like carbon") then serves as a protective layer 20b is applied.

Die erste Schicht 20a wird über ein Atomlagenabscheidungsverfahren (englisch: „atomic layer deposition“, kurz ALD) auf eine erste Membranseite der Trennmembran aufgebracht, sodass die erste Schicht 20a eine Dicke von lediglich einigen zehn Nanometern aufweist. Vorzugsweise weist die erste Schicht 20a Gold auf. Alternativ kann die erste Schicht 20a aber auch Silber, Titannitrid oder Chromoxid aufweisen. Dadurch, dass die erste Schicht 20a mittels eines Atomlagenabscheidungsverfahrens aufgebracht wird, reduziert sich die Anzahl von Fehlstellen und Lunkern in der Schicht im Vergleich zu anderen Abscheidungsverfahren, wie bspw. eine galvanische Abscheidung oder ein PVD (englische Abkürzung für: „physical vapor deposition“) Verfahren, sodass bereits mit Schichtdicken im nm-Bereich die Wasserstoffdiffusion erheblich reduziert werden kann. Die auf diese Weise abgeschiedene erste Schicht 20a weist eine Schichtdicke von einigen zehntel Nanometern auf.The first layer 20a is about an atomic layer deposition (English: "atomic layer deposition", short ALD ) applied to a first membrane side of the separating membrane, so that the first layer 20a has a thickness of only a few tens of nanometers. The first layer preferably has 20a Gold on. Alternatively, the first layer 20a but also have silver, titanium nitride or chromium oxide. In that the first layer 20a is applied by means of an atomic layer deposition process, the number of defects and voids in the layer is reduced in comparison to other deposition processes, such as, for example, galvanic deposition or PVD (English abbreviation for: "physical vapor deposition") process so that hydrogen diffusion can be significantly reduced with layer thicknesses in the nm range. The first layer deposited in this way 20a has a layer thickness of a few tenths of a nanometer.

Die zweite Schicht 20b wird über ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (englisch: chemical vapour deposition, kurz CVD) auf die erste Schicht 20a aufgebracht. Die Abscheidung wird vorzugsweise derartig ausgeführt, dass die zweite Schicht 20b ein Schichtdicke von ca. 1 bis 2 Mikrometern im abgeschiedenen Zustand aufweist. Durch das Aufbringen der zweiten Schicht 20b wird die erste Schicht 20a vor mechanischer Beschädigung geschützt.The second layer 20b is a chemical vapor deposition (English: chemical vapor deposition, short CVD ) on the first layer 20a upset. The deposition is preferably carried out in such a way that the second layer 20b has a layer thickness of approximately 1 to 2 micrometers in the deposited state. By applying the second layer 20b becomes the first layer 20a protected from mechanical damage.

Um eine ungewollte Reibung zwischen der Trennmembran 20 und dem Membranbett 16 zu vermindern, kann optional auch eine zweite dem Membranbett 16 zugewandte und der ersten gegenüberliegende Membranseite der Trennmembran mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht 20c versehen sein.An unwanted friction between the separating membrane 20th and the membrane bed 16 to reduce, can optionally also a second the membrane bed 16 facing and the first opposite side of the membrane membrane with a diamond-like carbon layer 20c be provided.

Der in 1 dargestellte Druckmessaufnehmer kommuniziert über einen hydraulischen Pfad 14 des Druckmittlers 1b mit einer Wandlereinheit 2, welche ein druckabhängiges elektrisches Primärsignal bereitstellt, das von einer Elektronikeinheit 3 aufbereitet und ausgegeben wird. Der hydraulische Pfad umfasst eine Kapillarleitung 18, welche sich zwischen dem Druckmittlerkörper 10 und einer Wandlerkammer 32 erstreckt, in welcher ein piezoresistiver Druckmesswandler 32 angeordnet ist, wobei im vorliegenden Fall die Rückseite einer Messmembran des piezoresistiven Druckmesswandlers 34 mit Atmosphärendruck beaufschlagt wird, so dass der vorliegenden Druckmessaufnehmer ein Relativdruckmessaufnehmer ist. Die Elektronikeinheit 3 enthält in einem Gehäuse eine Verarbeitungsschaltung 36, welche das Primärsignal des piezoresistiven Druckmesswandlers 34 aufbereitet und in ein zur Ausgabe geeignetes Signal wandelt, welches beispielsweise ein Digitalsignal oder ein analoges Signal, insbesondere 4...20 mA sein kann. 1 zeigt zwar einen Relativdruckmessaufnehmer, allerdings ist die Erfindung nicht auf einen solchen beschränkt, sondern ist gleichermaßen auch auf einen Absolutdruckmessaufnehmer und/oder einen Differenzdruckmessaufnehmer übertragbar. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf einen Druckmessaufnehmer mit Druckmittler, wie er in 1 dargestellt ist, beschränkt, sondern ist ebenfalls auch auf Druckmessaufnehmer ohne Druckmittler übertragbar, bei denen der Druck über einen internen hydraulischen Pfad des Druckmessaufnehmers kommuniziert wird.The in 1 The pressure sensor shown communicates via a hydraulic path 14 of the diaphragm seal 1b with a converter unit 2nd , which provides a pressure-dependent electrical primary signal that is generated by an electronic unit 3rd processed and output. The hydraulic path includes a capillary 18th , which is between the diaphragm seal body 10th and a converter chamber 32 extends in which a piezoresistive pressure transducer 32 is arranged, in the present case the back of a measuring membrane of the piezoresistive pressure transducer 34 is subjected to atmospheric pressure, so that the present pressure sensor is a relative pressure sensor. The electronics unit 3rd contains a processing circuit in a housing 36 which is the primary signal of the piezoresistive pressure transducer 34 processed and converted into a signal suitable for output, which can be, for example, a digital signal or an analog signal, in particular 4 ... 20 mA. 1 Although it shows a relative pressure sensor, the invention is not restricted to such a sensor, but is equally applicable to an absolute pressure sensor and / or a differential pressure sensor. Furthermore, the invention is also not a pressure transducer with a diaphragm seal, as in 1 is limited, but is also transferable to pressure transducers without diaphragm seals, in which the pressure is communicated via an internal hydraulic path of the pressure transducer.

Ergänzend kann der Druckmessaufnehmer eine weitere Trennmembran 40 umfassen, welche in der Druckkammer zwischen der Trennmembran 20 und einem Abgang des hydraulischen Pfads 14 angeordnet ist. Die weitere Trennmembran 40 kann ferner optional zumindest an einer der Trennmembran zugewandten ersten Seite ebenfalls mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht beschichtet sein. Ferner kann die weitere Trennmembran 40 an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite ebenfalls mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht beschichtet sein.In addition, the pressure sensor can have another separating membrane 40 include which in the pressure chamber between the separation membrane 20th and an outlet of the hydraulic path 14 is arranged. The further separation membrane 40 can furthermore optionally also be coated with a diamond-like carbon layer at least on a first side facing the separating membrane. Furthermore, the further separation membrane 40 can also be coated with a diamond-like carbon layer on a second side opposite the first side.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (9)

Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Trennmembran für einen Druckmessaufnehmer mit wenigstens folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Trennmembran (S100); - Beschichten einer ersten Membranseite der Trennmembran mit einer gegenüber Wasserstoffionen diffusionshemmenden Schicht, insbesondere einer diffusionshemmenden Goldschicht (S200); - Beschichten zumindest der diffusionshemmenden Schicht mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht (S300).Method for producing a multi-layer separation membrane for a pressure sensor with at least the following steps: - Providing a separation membrane (S100); - Coating a first membrane side of the separating membrane with a layer which diffusion inhibits hydrogen ions, in particular a gold layer (S200) which inhibits diffusion; - Coating at least the diffusion-inhibiting layer with a diamond-like carbon layer (S300). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die diffusionshemmende Schicht mittels einer Atomlagenabscheidung aufgebracht/abgeschieden wird.Procedure according to Claim 1 , the diffusion-inhibiting layer being applied / deposited by means of an atomic layer deposition. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die diamantartige Kohlenstoffschicht mittels einer Gasphasenabscheidung, vorzugsweise einer chemischen Gasphasenabscheidung aufgebracht/abgeschieden wird.Procedure according to Claim 1 or 2nd , wherein the diamond-like carbon layer is applied / deposited by means of a vapor deposition, preferably a chemical vapor deposition. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die diffusionshemmende Schicht derartig aufgebracht wird, dass die diffusionshemmende Schicht eine Dicke von einigen zehntel Nanometern, vorzugsweise von 20 bis 40 Nanometern aufweist.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the diffusion-inhibiting layer is applied in such a way that the diffusion-inhibiting layer has a thickness of a few tenths of a nanometer, preferably of 20 to 40 nanometers. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die diamantartige Kohlenstoffschicht derartig aufgebracht wird, dass die Kohlenstoffschicht eine Dicke im Mikrometer-Bereich, vorzugsweise von einigen Mikrometern, besonders bevorzugt von ca. 1 bis 2 Mikrometern aufweist.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the diamond-like carbon layer is applied in such a way that the carbon layer has a thickness in the micrometer range, preferably of a few micrometers, particularly preferably of approximately 1 to 2 micrometers. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit folgendem Schritt: - Beschichten einer der ersten Membranseite gegenüberliegenden zweiten Membranseite der Trennmembran mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht (S400).Method according to at least one of the preceding claims, further comprising the following step: - Coating a second membrane side of the separating membrane opposite the first membrane side with a diamond-like carbon layer (S400). Druckmessaufnehmer, umfassend: einen im Wesentlichen metallischen Gehäusekörper (1a, 1b, 1c); und eine Trennmembran (20), welche unter Bildung einer Druckkammer (12) zwischen einer Oberfläche des Gehäusekörpers und der Trennmembran druckdicht an den Gehäusekörper befestigt ist, wobei von der Druckkammer ein hydraulischer Pfad (14) sich durch den Gehäusekörper (10) erstreckt, wobei die Trennmembran (20) einen metallischen Werkstoff, insbesondere Edelstahl oder eine Nickelbasislegierung wie Hastelloy, aufweist, wobei die Trennmembran auf einer dem Gehäusekörper abgewandten ersten Membranseite einen Schichtaufbau aufweist, welcher zumindest eine gegenüber Wasserstoffionen diffusionshemmende Schicht (20a), insbesondere eine diffusionshemmende Goldschicht und eine diamantartige Kohlenstoffschicht (20b) umfasst, wobei die diffusionshemmende Schicht auf der ersten Membranseite und die diamantartige Kohlenstoffschicht auf der diffusionshemmenden Schicht aufgebracht ist.Pressure sensor, comprising: an essentially metallic housing body (1a, 1b, 1c); and a separating membrane (20) which is attached to the housing body in a pressure-tight manner to form a pressure chamber (12) between a surface of the housing body and the separating membrane, a hydraulic path (14) extending from the pressure chamber through the housing body (10), the separating membrane (20) having a metallic material, in particular stainless steel or a nickel-based alloy such as Hastelloy, wherein the separating membrane has a layer structure on a first membrane side facing away from the housing body, which layer comprises at least one layer (20a) which is diffusion-inhibiting against hydrogen ions, in particular a diffusion-inhibiting gold layer and a diamond-like carbon layer (20b), the diffusion-inhibiting layer on the first membrane side and the diamond-like carbon layer the diffusion-inhibiting layer is applied. Druckmessaufnehmer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ferner auf einer zweiten dem Membranbett (16) zugewandten und der ersten gegenüberliegenden Membranseite der Trennmembran eine weitere diamantartige Kohlenstoffschicht (20c) aufgebracht ist.Pressure sensor according to the preceding claim, wherein a further diamond-like carbon layer (20c) is further applied to a second membrane side (16) facing the membrane bed and the first opposite membrane side of the separating membrane. Druckmessaufnehmer nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend eine weitere Trennmembran (40), welche in der Druckkammer zwischen der Trennmembran und einem Abgang des hydraulischen Pfads angeordnet ist und vorzugsweise ebenfalls mit zumindest einer diamantartigen Kohlenstoffschicht beschichtet ist.Pressure sensor according to the preceding claim, further comprising a further separation membrane (40) which is arranged in the pressure chamber between the separation membrane and an outlet of the hydraulic path and is preferably also coated with at least one diamond-like carbon layer.
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