DE102019115962A1

DE102019115962A1 - Capacitive pressure measuring device with means for temperature detection

Info

Publication number: DE102019115962A1
Application number: DE102019115962.8A
Authority: DE
Inventors: Robert Rimmele; Guido Knoll
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kapazitives Druckmessgerät (1) mit einer Druckmesszelle (10) und einer Auswerteschaltung (40), wobei die Druckmesszelle (10) einen Grundkörper (12), eine auslenkbare Membran (30), einen ringförmigen Abstandshalter (14) und Elektroden (50a, 50b, 52) aufweist und der Grundkörper (12) wenigstens eine Bohrung (16) aufweist, in die ein mit der Auswerteschaltung (40) verbundener Kontaktstift (20) eingeführt ist und Mittel zur Erfassung der Mediumstemperatur vorhanden sind, wobei das Mittel zur Erfassung der Mediumstemperatur ein Widerstandselement (70) umfasst, das thermisch mit dem Kontaktstift (20) gekoppelt ist, und eine der Elektroden (50a, 50b, 52) zusätzlich zur Aufnahme der Mediumstemperatur dient, so dass die von der Elektrode (50a, 50b, 52) aufgenommene Wärme über eine erste Kontaktstelle (80) dem Kontaktstift (20) und über eine zweite Kontaktstelle (81) dem Widerstandselement (70) zugeführt wird.The invention relates to a capacitive pressure measuring device (1) with a pressure measuring cell (10) and an evaluation circuit (40), the pressure measuring cell (10) having a base body (12), a deflectable membrane (30), an annular spacer (14) and electrodes ( 50a, 50b, 52) and the base body (12) has at least one bore (16) into which a contact pin (20) connected to the evaluation circuit (40) is inserted and means for detecting the medium temperature are present, the means for Detection of the medium temperature comprises a resistance element (70) which is thermally coupled to the contact pin (20) and one of the electrodes (50a, 50b, 52) is also used to record the medium temperature, so that the electrodes (50a, 50b, 52) absorbed heat is supplied to the contact pin (20) via a first contact point (80) and to the resistance element (70) via a second contact point (81).

Description

Die Erfindung betrifft ein kapazitives Druckmessgerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a capacitive pressure measuring device according to the preamble of claim 1.

Druckmessgeräte bzw. Drucksensoren werden in vielen Industriebereichen zur Druckmessung eingesetzt. Häufig weisen sie eine Druckmesszelle, als Messwandler für den Prozessdruck, und eine Auswerteschaltung zur Signalverarbeitung auf. Zur Erfassung des Drucks eines Mediums, beispielsweise in einem Behältnis oder Rohr, ist das Druckmessgerät so an- bzw. eingebaut, dass die Druckmesszelle mit dem zu messenden Medium in Kontakt steht.Pressure measuring devices or pressure sensors are used in many industrial sectors for measuring pressure. Often they have a pressure measuring cell as a transducer for the process pressure and an evaluation circuit for signal processing. To detect the pressure of a medium, for example in a container or pipe, the pressure measuring device is attached or installed in such a way that the pressure measuring cell is in contact with the medium to be measured.

Typische kapazitiv arbeitende Messzellen bestehen aus einer kompakt aufgebauten Einheit mit einem keramischen Grundkörper und einer Membran, wobei zwischen dem Grundkörper und der Membran ein ringförmiger Abstandshalter, beispielsweise ein Glaslotring, angeordnet ist. Der sich durch den Abstandshalter ergebende Hohlraum zwischen Grundkörper und Membran ermöglicht eine längs gerichtete Beweglichkeit der Membran infolge eines Druckeinflusses. An der dem Hohlraum zugeordneten Innenseite der Membran und an der dem Hohlraum zugeordneten Innenseite des Grundkörpers sind jeweils Elektroden vorgesehen, die zusammen einen Messkondensator bilden. Durch Druckeinwirkung kommt es zu einer Verformung der Membran, was eine Kapazitätsänderung des Messkondensators zur Folge hat.Typical capacitively operating measuring cells consist of a compactly constructed unit with a ceramic base body and a membrane, an annular spacer, for example a glass solder ring, being arranged between the base body and the membrane. The cavity between the base body and the membrane that is created by the spacer enables the membrane to move in a longitudinal direction as a result of the influence of pressure. On the inside of the membrane assigned to the cavity and on the inside of the base body assigned to the cavity, electrodes are provided, which together form a measuring capacitor. The effect of pressure causes deformation of the membrane, which results in a change in the capacitance of the measuring capacitor.

Zur Kontaktierung der Elektroden sind in dem Grundkörper der Druckmesszelle entsprechend der Anzahl der Elektroden Durchgangsbohrungen vorgesehen. Diese Durchgangsbohrungen weisen über ihre gesamte Länge eine elektrisch leitfähige Beschichtung ihrer Innenwandung auf. Mithilfe beispielsweise einer Lötverbindung wird ein elektrischer Kontakt mit einem in der Bohrung befindlichen Kontaktstift hergestellt, wodurch über den Kontaktstift die Elektrode elektrisch kontaktierbar ist. Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, dass der Begriff Kontaktstift gleichbedeutend zu dem Begriff Kontaktpin, ggf. auch Stiftkontakt oder ähnlichen Bezeichnungen zu sehen ist.For contacting the electrodes, through-holes are provided in the base body of the pressure measuring cell corresponding to the number of electrodes. These through bores have an electrically conductive coating on their inner wall over their entire length. With the help of a soldered connection, for example, electrical contact is established with a contact pin located in the bore, as a result of which the electrode can be electrically contacted via the contact pin. For the sake of completeness, it should be mentioned here that the term contact pin is synonymous with the term contact pin, possibly also pin contact or similar designations.

Eine derartige Druckmesszelle mit Kontaktstift ist u.a. aus der DE 10 2012 208 757 A1 und der DE 10 2016 200 164 B3 der Anmelderin bekannt, wobei bei Ersterer ein Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen einem Pin bzw. einem Kontaktpin mit der Wandung einer Durchgangsbohrung beschrieben ist. Zweitere behandelt eine besondere Ausgestaltung der Endabschnitte der Durchgangsbohrungen, um die mechanische Druckgrenze der Druckmesszelle zu verbessern.Such a pressure measuring cell with contact pin is, inter alia, from DE 10 2012 208 757 A1 and the DE 10 2016 200 164 B3 known by the applicant, the former describing a method for producing a soldered connection between a pin or a contact pin with the wall of a through hole. The second deals with a special configuration of the end sections of the through bores in order to improve the mechanical pressure limit of the pressure measuring cell.

Häufig ist im Zusammenhang mit der Druckmessung auch eine Temperaturmessung erforderlich. Hierzu ist aus der DE 40 11 901 A1 bekannt, eine ringförmige Widerstandsbahn vorzusehen, die an der der Membran zugewandten Stirnseite des Grundkörpers oder an der dem Grundkörper zugewandten Stirnseite der Membran angeordnet ist.A temperature measurement is often required in connection with the pressure measurement. This is from the DE 40 11 901 A1 known to provide an annular resistance track which is arranged on the face of the base body facing the membrane or on the face of the diaphragm facing the base body.

Aus Platzgründen problematisch wird diese bekannte Anordnung jedoch, wenn der Druckmesswert nicht nur aus der Kapazitätsänderung eines Messkondensators ermittelt wird, sondern - wie aus der DE 198 51 506 C1 bekannt - aus dem Quotient zweier Kapazitätswerte, eines Messkondensators und eines Referenzkondensators.For reasons of space, however, this known arrangement becomes problematic when the measured pressure value is determined not only from the change in capacitance of a measuring capacitor, but also from the DE 198 51 506 C1 known - from the quotient of two capacitance values, a measuring capacitor and a reference capacitor.

Das Quotientenverfahren ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil sich Änderungen des Dielektrikums nicht mehr auf die Messwertermittlung auswirken. Im Folgenden wird daher von Druckmessgeräten bzw. Drucksensoren, die nach dem Quotientenverfahren arbeiten, ausgegangen.The quotient method is particularly advantageous because changes in the dielectric no longer affect the determination of the measured values. In the following, therefore, pressure measuring devices or pressure sensors which work according to the quotient method are assumed.

Da nun auf den sich gegenüberliegenden Seiten von Membran und Grundkörper durch das Vorhandensein der zwei nebeneinander angeordneten Kondensatoren entsprechend weniger Platz vorhanden ist, um dort noch eine Widerstandsbahn für die Temperaturerfassung vorzusehen, schlägt die EP 1 174 696 B1 vor, das Widerstandselement in den Glaslotring zu integrieren. Die hierfür zur Verfügung stehende Fläche zur Temperaturerfassung ist jedoch entsprechend klein. Des Weiteren befindet sich bei der Druckmesszelle im eingebauten Zustand typischerweise unterhalb des Glaslotrings und damit im Bereich des Widerstandselement mediumsseitig eine Dichtung, welche durch ihre isolierende Wirkung die Temperaturerfassung beeinflussen kann.Since there is now correspondingly less space on the opposite sides of the membrane and the base body due to the presence of the two capacitors arranged next to one another to provide a resistance track for the temperature detection there, the EP 1 174 696 B1 before integrating the resistance element in the glass solder ring. The area available for this for temperature detection is correspondingly small, however. Furthermore, in the installed state of the pressure measuring cell, there is typically a seal below the glass solder ring and thus in the area of the resistance element on the medium side, which can influence the temperature detection through its insulating effect.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu überwinden und mit einfachen Mitteln eine Temperaturerfassung des zu überwachenden Mediums für ein kapazitives Druckmessgerät zu realisieren.The object of the invention is to overcome the disadvantages mentioned and to use simple means to record the temperature of the medium to be monitored for a capacitive pressure measuring device.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein kapazitives Druckmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by a capacitive pressure measuring device having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Der Kern der Erfindung besteht darin, einen Kontaktstift, der elektrisch mit einer der Elektroden und der Auswerteschaltung einer kapazitiven Druckmesszelle verbunden ist, zugleich als Wärmeleiter zu verwenden und diesen Kontaktstift mit einem temperaturabhängigen Widerstandselement thermisch zu koppeln. Der Kontaktstift ist dabei im Grundkörper der Druckmesszelle in eine Bohrung eingebracht und sowohl thermisch als auch elektrisch mit einer Elektrode und dem genannten Widerstandselement verbunden. Die von der Elektrode durch Wärmeleitung aufgenommene Wärme wird über den Kontaktstift dem Widerstandselement zugeführt.The essence of the invention is to use a contact pin, which is electrically connected to one of the electrodes and the evaluation circuit of a capacitive pressure measuring cell, as a heat conductor and to thermally couple this contact pin to a temperature-dependent resistance element. The contact pin is introduced into a bore in the base body of the pressure measuring cell and is connected both thermally and electrically to an electrode and the mentioned resistance element connected. The heat absorbed by the electrode through thermal conduction is fed to the resistance element via the contact pin.

Vorteilhafterweise wird durch die Doppelnutzung der Bauteile kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Die Druckmesszelle kann dadurch sehr kompakt und platzsparend aufgebaut werden.Advantageously, no additional installation space is required because the components are used twice. As a result, the pressure measuring cell can be constructed in a very compact and space-saving manner.

In einer Ausführungsform ist der Kontaktstift derart gebogen oder geformt, beispielsweise in einer S-Form, in einer J-Form, wellenartig oder spiralförmig ausgebildet, dass er sich zumindest im eingeführten Bereich seitlich gegen die Wandung der Bohrung verspannt, die Bohrungswandung eine wärmeleitfähige Beschichtung aufweist und der Kontaktstift und die erste Kontaktstelle mit der Beschichtung elektrisch und zugleich thermisch gekoppelt sind. Vorteilhaft ist, insbesondere für die Herstellung, dass sich der Kontaktstift aufgrund seiner Form und seiner federelastischen Eigenschaft eigenständig gegen die Wandung verspannt und von allein, d.h. ohne externe Krafteinwirkung nicht aus der Durchgangsbohrung herausfallen kann.In one embodiment, the contact pin is bent or shaped, for example in an S-shape, in a J-shape, wave-like or spiral-shaped, that it is braced against the wall of the bore laterally at least in the inserted area, the bore wall has a thermally conductive coating and the contact pin and the first contact point are electrically and at the same time thermally coupled to the coating. It is advantageous, particularly for production, that the contact pin, due to its shape and its resilient property, braces itself against the wall and by itself, i.e. cannot fall out of the through-hole without external force.

In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft der Kontaktstift gerade durch eine durchgängige Bohrung im Grundkörper, ohne die Bohrungswandung zu berühren, und ist über eine erste Kontaktstelle mit einer Elektrode und über eine zweite Kontaktstelle mit dem Widerstandselement thermisch gekoppelt. Die direkte Anbindung vereinfacht den Aufbau und ersetzt die Beschichtung der Innenwandung der Bohrung.In a preferred embodiment, the contact pin runs straight through a continuous bore in the base body without touching the wall of the bore and is thermally coupled to an electrode via a first contact point and to the resistance element via a second contact point. The direct connection simplifies the structure and replaces the coating of the inner wall of the bore.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Elektrode, die zusätzlich zur Aufnahme der Mediumstemperatur dient, die an der Membran angeordnete Elektrode. Die Aufnahme der Wärme des Mediums erfolgt vorteilhafterweise an der Membranelektrode in unmittelbarer Nähe zum Medium. Der Temperaturgradient ist daher vernachlässigbar klein.In a preferred development of the invention, the electrode, which also serves to record the medium temperature, is the electrode arranged on the membrane. The heat from the medium is advantageously absorbed at the membrane electrode in the immediate vicinity of the medium. The temperature gradient is therefore negligibly small.

Zur Herstellung in großer Stückzahl ist es zweckmäßig, das Widerstandselement auf einem Schaltungsträger, beispielsweise einer Leiterplatte, aufzubringen, und den Kontaktstift über den Schaltungsträger mit dem Widerstandselement thermisch zu verbinden.For production in large numbers, it is expedient to apply the resistance element to a circuit carrier, for example a printed circuit board, and to thermally connect the contact pin to the resistance element via the circuit carrier.

Sinnvollerweise besteht der Kontaktstift aus einem stabförmigen und zugleich wärmeleitfähigen Vollmaterial. Der Kontaktstift kann dabei zum Beispiel zylindrisch oder vierkantig geformt sein. Grundsätzlich kann der Kontaktstift jedoch auch eine andere geometrisch geeignete Form annehmen. Ein solcher Kontaktstift kann auf einfache Weise erzeugt werden.The contact pin is expediently made of a rod-shaped and at the same time thermally conductive solid material. The contact pin can, for example, have a cylindrical or square shape. In principle, however, the contact pin can also assume another geometrically suitable shape. Such a contact pin can be produced in a simple manner.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Widerstandselement als Platin-Temperaturelement ausgeführt. Besonders vorteilhaft ist ein Platin-Temperatursensor in standardisierter SMD-Bauform zu verwenden.In a further development of the invention, the resistance element is designed as a platinum temperature element. It is particularly advantageous to use a platinum temperature sensor in a standardized SMD design.

Mit dieser Erfindung ist es möglich, eine Temperaturerfassung für ein kapazitives Druckmessgerät mit einfachen Mitteln zu realisieren, so dass bei der Entwicklung und Herstellung auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden kann.With this invention it is possible to realize temperature detection for a capacitive pressure measuring device with simple means, so that additional components can be dispensed with during development and manufacture.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary figures.

Es zeigen schematisch:

1 ein gattungsgemäßes Druckmessgerät;
2 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße, kapazitive Druckmesszelle;
3a ein vergrößerter Ausschnitt gemäß 2 mit direkter Wärmekopplung;
3b ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei die Wärmekopplung indirekt erfolgt und
4 ein Ausschnitt einer Draufsicht einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle.

They show schematically:

1 a generic pressure measuring device;
2 a sectional view through a capacitive pressure measuring cell according to the invention;
3a an enlarged section according to 2 with direct heat coupling;
3b a further embodiment, wherein the heat coupling takes place indirectly and
4th a section of a top view of a pressure measuring cell according to the invention.

Bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of a preferred embodiment, the same reference symbols designate the same or comparable components.

1 zeigt ein typisches Druckmessgerät 1, wie es von der Anmelderin hergestellt und vertrieben wird. Auf einem Prozessanschluss 3 ist ein robustes, metallisches Gehäuse 2 aufgesetzt. Über die sich im Prozessanschluss 3 befindliche Druckmesszelle 10 steht das Druckmessgerät 1 mit dem zu messenden Medium in Kontakt. Über den Prozessanschluss 3 wird das Druckmessgerät 1 mit einem das Medium beinhaltenen Behälter, beispielsweise einer Rohrleitung, einem Tank oder dergleichen, verbunden. Zumeist erfolgt diese Verbindung mittels eines an den Behälter angeformten Flansches oder eines entsprechenden Adapters. Auf dem Gehäuse 2 befindet sich eine Anzeige 4, über welche die Messergebnisse angezeigt werden, und ein Bedienelement 5, über welches diverse Einstellungen durch das Bedienpersonal vorgenommen werden können. Ebenfalls von der Erfindung mit umfasst sind jedoch auch sogenannte Transmittergeräte, die keine Anzeige oder Bedieneinheit aufweisen und lediglich ein dem Messergebnis entsprechendes Signal ausgeben, das in einer übergeordneten Steuereinheit ausgewertet wird. Seitlich am Gehäuse 2 ist ein Steckeranschluss 6 angeordnet, über den das Druckmessgerät 1 mit Energie versorgt wird und der als elektronische Schnittstelle fungierend die erzeugten Signale zur weiteren Verarbeitung der genannten Steuereinheit, beispielsweise einer SPS, zur Verfügung stellt. 1 shows a typical pressure gauge 1 as manufactured and sold by the applicant. On a process connection 3 is a robust, metallic housing 2 put on. About the process connection 3 located pressure measuring cell 10 the pressure gauge stands 1 in contact with the medium to be measured. Via the process connection 3 becomes the pressure gauge 1 connected to a container containing the medium, for example a pipeline, a tank or the like. This connection is usually made by means of a flange molded onto the container or a corresponding adapter. On the case 2 there is a display 4th , via which the measurement results are displayed, and a control element 5 , via which various settings can be made by the operating personnel. Also encompassed by the invention, however, are so-called transmitter devices, which have no display or operating unit and only output a signal corresponding to the measurement result, which is evaluated in a higher-level control unit. On the side of the housing 2 is a plug connection 6th arranged over which the pressure gauge 1 is supplied with energy and acting as an electronic interface, the generated signals to further Processing of said control unit, for example a PLC, is available.

In 2 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße, kapazitive Druckmesszelle 10 eines Druckmessgeräts 1 dargestellt, die zur Messung eines Prozessdrucks sowie der Temperatur eines Mediums (z.B. von Flüssigkeiten wie Öl, Wasser, Milch, etc.) eingesetzt wird. Die zylinderförmige Druckmesszelle 10 besteht aus einem keramischen Grundkörper 12 und einer Membran 30, die über einen Abstandshalter 14, beispielsweise einer Glaslotschicht, miteinander verbunden sind. Der Grundkörper 12, die Membran 30 und der Abstandshalter 14 begrenzen dabei einen Hohlraum 18. Die dem Hohlraum 18 zugeordnete Innenseite 12a des Grundkörpers 12 weist eine Ringelektrode 50a und eine Mittelektrode 50b auf. Die dem Hohlraum 18 zugeordnete Innenseite 30a der Membran 30 weist eine Membranelektrode 52 auf. Zusammen bilden die Elektroden 50a, 50b mit der Membranelektrode 52 einen Mess- und Referenzkondensator. Der Messkondensator wird durch die Membranelektrode 52 und die Mittelelektrode 50b gebildet, der Referenzkondensator durch die Ringelektrode 50a und die Membranelektrode 52. Der Prozessdruck des Mediums wirkt auf die Membran 30, die sich entsprechend der Druckbeaufschlagung mehr oder weniger durchbiegt, wobei sich im Wesentlichen der Abstand der Membranelektrode 52 zur Mittelelektrode 50b ändert. Dies führt zu einer entsprechenden Kapazitätsänderung des Messkondensators. Der Einfluss auf den Referenzkondensator ist geringer, da sich der Abstand zwischen Ringelektrode 50a und Membranelektrode 52 weniger stark verändert als der Abstand zwischen Membranelektrode 52 zur Mittelelektrode 50b. Aus der DE 198 51 506 C1 ist ein kapazitiver Drucksensor bekannt, bei dem der Druckmesswert aus dem Quotient zweier Kapazitätswerte, eines Mess- und eines Referenzkondensators, ermittelt wird.In 2 is a section through a capacitive pressure measuring cell according to the invention 10 a pressure gauge 1 shown, which is used to measure a process pressure and the temperature of a medium (e.g. liquids such as oil, water, milk, etc.). The cylindrical pressure measuring cell 10 consists of a ceramic body 12 and a membrane 30th that have a spacer 14th , for example a glass solder layer, are connected to one another. The basic body 12 , the membrane 30th and the spacer 14th limit a cavity 18th . The cavity 18th assigned inside 12a of the main body 12 has a ring electrode 50a and a center electrode 50b on. The cavity 18th assigned inside 30a the membrane 30th has a membrane electrode 52 on. Together form the electrodes 50a , 50b with the membrane electrode 52 a measuring and reference capacitor. The measuring capacitor is through the membrane electrode 52 and the center electrode 50b formed, the reference capacitor by the ring electrode 50a and the membrane electrode 52 . The process pressure of the medium acts on the membrane 30th , which bends more or less according to the application of pressure, whereby essentially the distance between the membrane electrode 52 to the center electrode 50b changes. This leads to a corresponding change in the capacitance of the measuring capacitor. The influence on the reference capacitor is less because the distance between the ring electrode 50a and membrane electrode 52 changed less than the distance between the membrane electrode 52 to the center electrode 50b . From the DE 198 51 506 C1 a capacitive pressure sensor is known in which the measured pressure value is determined from the quotient of two capacitance values, a measuring and a reference capacitor.

Zur elektrischen und thermischen Kontaktierung der Membranelektrode 52 weist der Grundkörper 12 eine Bohrung 16 auf, in die ein über einen Schaltungsträger 60 mit einer Auswerteschaltung 40 verbundener Kontaktstift 20 eingeführt und mit einer ersten Kontaktstelle 80 thermisch verbunden, beispielsweise verlötet oder verklebt ist. Zudem ist der Kontaktstift 20 mit der aus der Bohrung 16 herausragenden Seite des Kontaktstifts 20 thermisch mit einem Widerstandselement 70 über eine zweite Kontaktstelle 81 gekoppelt, beispielsweise verlötet. Weil die Membran aufgrund ihrer geforderten Elastizität dünn ausgeführt ist, nimmt die rückseitig, auf der vom Medium abgewandten Seite angeordnete Membranelektrode 52 die Temperatur beziehungsweise die Wärme des anliegenden Mediums schnell und ohne wesentliche Zeitverzögerung an und überträgt über den Kontaktstift 20 die Wärme an das Widerstandselement 70. Temperaturänderungen können dann über das Widerstandselement 70, beispielsweise ein Pt1000-Messwiderstand, von der Auswerteschaltung 40 aufbereitet, verarbeitet und die erzeugten Signale weiter an eine Steuereinheit übertragen werden.For electrical and thermal contacting of the membrane electrode 52 has the main body 12 a hole 16 on, in the one via a circuit carrier 60 with an evaluation circuit 40 connected contact pin 20th introduced and with a first contact point 80 is thermally connected, for example soldered or glued. In addition, the contact pin is 20th with the one from the hole 16 protruding side of the contact pin 20th thermally with a resistance element 70 via a second contact point 81 coupled, for example soldered. Because the membrane is made thin due to its required elasticity, the membrane electrode located on the back, on the side facing away from the medium, takes up 52 the temperature or the heat of the medium in contact with it quickly and without significant time delay and transmits it via the contact pin 20th the heat to the resistance element 70 . Temperature changes can then be made via the resistance element 70 , for example a Pt1000 measuring resistor, from the evaluation circuit 40 prepared, processed and the generated signals are further transmitted to a control unit.

Der an den Grundkörper 12 angeordnete Schaltungsträger 60 ist eine Leiterplatte. Insbesondere kann die Leiterplatte aus einem flexiblen beziehungsweise biegsamen Material bestehen und muss nicht starr sein. Zur Verstärkung der Leiterplatte kann zwischen dem Schaltungsträger 60 und dem Grundkörper 12 eine Zwischenplatte, beispielsweise aus Kunststoff angeordnet sein. The one on the main body 12 arranged circuit carriers 60 is a printed circuit board. In particular, the circuit board can consist of a flexible or pliable material and does not have to be rigid. To reinforce the circuit board, between the circuit board 60 and the main body 12 an intermediate plate, for example made of plastic, can be arranged.

3a zeigt einen Ausschnitt der Druckmesszelle 10 gemäß 2. In einer vergrößerten Darstellung wird hier die Wärmekopplung der an der vom Medium abgewandten Seite der Membran 30 angeordneten Elektrode 52 mit dem Widerstandselement 70 aufgezeigt. Die von der Elektrode 52 über die Membran 30 aufgenommene Wärme wird über die erste Kontaktstelle 80 direkt an den Kontaktstift 20 und von dort, ohne die Bohrungswandung zu berühren, über die zweite Kontaktstelle 81 an das thermisch angebundene Widerstandselement 70 geleitet. Vorzugsweise bestehen die Kontaktstellen 80, 81 aus Lotlegierungen mit Silbersowie Zinn-Anteilen. Prinzipiell können die Kontaktstellen jedoch auch aus anderen geeigneten Materialien bestehen, z.B. aus leitfähigem Klebstoff. 3a shows a section of the pressure measuring cell 10 according to 2 . In an enlarged view, the thermal coupling on the side of the membrane facing away from the medium is shown here 30th arranged electrode 52 with the resistance element 70 shown. The one from the electrode 52 across the membrane 30th absorbed heat is through the first contact point 80 directly to the contact pin 20th and from there, without touching the wall of the bore, via the second contact point 81 to the thermally connected resistance element 70 directed. The contact points preferably exist 80 , 81 made of solder alloys with silver and tin components. In principle, however, the contact points can also consist of other suitable materials, such as conductive adhesive.

3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführung ist, entgegen dem in 3a gezeigten langestreckten Kontaktstift 20, ein Kontaktstift 20 derart verformt bzw. gebogen in die Bohrung 16 eingeführt, dass er sich gegen die Wandung der Bohrung 16 mit einer größtmöglichen Berührungsfläche verspannt. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine mögliche Form des Kontaktstifts 20. Beispielhaft kann der Kontaktstift 20 jedoch auch in einer anderen Form, z.B. spiralförmig, wellenartig, sowie in einer S-Form oder in einer J-Form ausgebildet sein. 3b shows another embodiment. In this version, contrary to the in 3a elongated contact pin shown 20th , a contact pin 20th so deformed or bent into the bore 16 introduced that he is against the wall of the bore 16 braced with the largest possible contact area. The embodiment shows one possible shape of the contact pin 20th . The contact pin 20th however, it can also be designed in a different shape, for example spiral, wave-like, and also in an S-shape or in a J-shape.

Es ist bekannt, dass zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden Durchgangsbohrungen über ihre gesamte Länge eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweisen können und mithilfe beispielsweise einer Lötverbindung ein elektrischer Kontakt mit einem in der Bohrung 16 befindlichen Kontaktstift 20 hergestellt wird.It is known that, for electrical contacting of the electrodes, through-bores can have an electrically conductive coating over their entire length and, with the aid of a soldered connection, for example, an electrical contact with one in the bore 16 located contact pin 20th will be produced.

Erfindungsgemäß wird der Kontaktstift 20 zugleich als Wärmeleiter verwendet und mit einem Widerstandselement 70 thermisch gekoppelt. Über die Berührungsflächen des Kontaktstifts 20 mit der Beschichtung der Bohrungswandung ist der Kontaktstift 20 indirekt mit der ersten Kontaktstelle 80 verbunden und dabei elektrisch und thermisch mit der an der vom Medium abgewandten Seite der Membran 30 angeordneten Elektrode 52 gekoppelt. Die von der Elektrode 52 über die Membran 30 aufgenommene Wärme des Mediums wird über die erste Kontaktstelle 80 an die Beschichtung, von dort an den Kontaktstift 20 und über die zweite Kontaktstelle 81 an das thermisch angebundene Widerstandselement 70 geleitet.According to the invention, the contact pin 20th at the same time used as a heat conductor and with a resistance element 70 thermally coupled. Via the contact surfaces of the contact pin 20th with the coating of the bore wall is the contact pin 20th indirectly with the first contact point 80 connected and electrically and thermally connected to the side of the membrane facing away from the medium 30th arranged electrode 52 coupled. The one from the electrode 52 across the membrane 30th The heat absorbed by the medium is transferred to the first contact point 80 to the coating, from there to the contact pin 20th and via the second contact point 81 to the thermally connected resistance element 70 directed.

4 zeigt ein Ausschnitt einer Draufsicht einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle 10. Das Widerstandselement 70 ist in direkter Nähe neben dem Kontaktstift 20 auf dem Schaltungsträger 60 angeordnet und über eine Lötfläche 82 mit dem Schaltungsträger 60 verlötet. Dabei ist der Kontaktstift 20 über die Kontaktstelle 81 und der Lötfläche 82 mit dem Widerstandselement 70 thermisch verbunden. 4th shows a detail of a top view of a pressure measuring cell according to the invention 10 . The resistance element 70 is in the immediate vicinity next to the contact pin 20th on the circuit board 60 arranged and over a soldering pad 82 with the circuit carrier 60 soldered. Here is the contact pin 20th via the contact point 81 and the pad 82 with the resistance element 70 thermally connected.

An das Widerstandselement 70 sind zwei Leiterbahnen 62a und 62b angebunden, die zur Auswerteschaltung 40 weitergeführt werden. Zur Widerstands- bzw. zur Spannungsmessung wird der Widerstand von einem konstanten Strom durchflossen, die Spannung abgegriffen und aus dem jeweiligen Wert auf die zugehörige Temperatur geschlossen. Grundsätzlich können je nach Widerstandselement 70 weitere Leiterbahnen angeschlossen sein, um beispielsweise bei einem Pt-Element mit Vierleiteranschluss mit vier angebundenen Leiterbahnen eine Vierleitermessung durchführen zu können und damit Leitungs- und Anschlusswiderstände, welche die Messung verfälschen können, zu kompensieren.To the resistance element 70 are two conductor tracks 62a and 62b connected to the evaluation circuit 40 to be continued. A constant current flows through the resistor for resistance or voltage measurement, the voltage is tapped and the associated temperature is deduced from the respective value. Basically, depending on the resistance element 70 further conductor tracks can be connected in order to be able to carry out a four-wire measurement, for example in the case of a Pt element with four-wire connection with four connected conductor tracks, and thus to compensate for line and connection resistances which can falsify the measurement.

An den Kontaktstift 20 ist eine Leiterbahn 62c angebunden, über welche die Kapazität der jeweils elektrisch verbundenen Elektrode abgegriffen wird.To the contact pin 20th is a conductor path 62c connected, via which the capacitance of the electrically connected electrode is tapped.

Selbstverständlich kann das Widerstandselement 70 auch in einer anderen, günstigen Lage zum Kontaktstift 20 angeordnet sein, z.B um 90° gedreht.Of course, the resistance element 70 also in a different, favorable position to the contact pin 20th be arranged, for example rotated by 90 °.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: DruckmessgerätPressure gauge
22: Gehäusecasing
33: ProzessanschlussProcess connection
44th: Anzeigedisplay
55: BedienelementControl element
66th: SteckeranschlussPlug connection
1010: DruckmesszellePressure measuring cell
1212: GrundkörperBase body
12a12a: Innenseite (des Grundkörpers)Inside (of the body)
1414th: AbstandshalterSpacers
1616: Bohrungdrilling
1818th: Hohlraumcavity
2020th: KontaktstiftContact pin
3030th: Membranmembrane
30a30a: Innenseite (der Membran)Inside (of the membrane)
4040: AuswerteschaltungEvaluation circuit
50a50a: RingelektrodeRing electrode
50b50b: MittelelektrodeCenter electrode
5252: MembranelektrodeMembrane electrode
6060: SchaltungsträgerCircuit carrier
62a62a: Erste Leiterbahn (Widerstandselement)First conductor track (resistance element)
62b62b: Zweite Leiterbahn (Widerstandselement)Second conductor track (resistance element)
62c62c: Leiterbahn (Signal Druckmesszelle)Conductor (signal pressure measuring cell)
7070: Widerstandselement, Pt-ElementResistance element, Pt element
8080: Erste KontaktstelleFirst point of contact
8181: Zweite KontaktstelleSecond point of contact
8282: Lötfläche (Widerstandselement)Soldering surface (resistance element)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102012208757 A1 [0005]
DE 102016200164 B3 [0005]
DE 4011901 A1 [0006]
DE 19851506 C1 [0007, 0025]
EP 1174696 B1 [0009]

Claims

Capacitive pressure measuring device (1) with - a pressure measuring cell (10) for detecting the pressure of a medium in a container and - an evaluation circuit (40) for conditioning and processing the measurement signals transmitted by the pressure measuring cell (10), the pressure measuring cell (10) having a base body (12) and a deflectable membrane (30) and an annular spacer (14) is arranged between the base body (12) and the membrane (30), so that a cavity is formed between the base body (12) and the membrane (30) (18), the inner side (12a) of the base body (12) assigned to the cavity (18) having at least one first electrode (50a, 50b) and the inner side (30a) of the membrane (30) assigned to the cavity (18) having a second electrode (52), the electrodes (50a, 50b, 52) forming a measuring and reference capacitor for detecting the deflection of the membrane (30) due to the influence of pressure, the base body (12) at least one Has bore (16) into which a contact pin (20) connected to the evaluation circuit (40) is inserted, and means for detecting the medium temperature are present, characterized in that the means for detecting the medium temperature comprises a resistance element (70) which is thermally coupled to the contact pin (20), and one of the electrodes (50a, 50b, 52) is also used to record the medium temperature, so that the heat absorbed by the electrode (50a, 50b, 52) via a first contact point (80) the contact pin (20) and via a second contact point (81) to the resistance element (70).

Capacitive pressure gauge according to Claim 1 , characterized in that the contact pin (20) extending through the bore (16) is connected and thermally coupled to the first contact point (80) without touching the bore wall.

Capacitive pressure gauge according to Claim 1 , characterized in that the contact pin (20) is inserted into the bore (16) in such a way that it is supported laterally against the wall of the bore (16), the wall of the bore (16) has a thermally conductive coating and the contact pin (20 ) and the first contact point (80) are thermally coupled to the thermally conductive coating.

Capacitive pressure measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (52), which also serves to record the medium temperature, is the electrode (52) which is arranged on the membrane (30).

Capacitive pressure measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance element (70) is arranged on a circuit carrier (60) and the contact pin (20) is thermally coupled to the resistance element (70) via the circuit carrier (60).

Capacitive pressure measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pin (20) consists of copper or copper components.

Capacitive pressure measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pin (20) is shaped cylindrically from a solid material.

Capacitive pressure measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance element (70) is designed as a platinum temperature element.