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Die vorliegende Erfindung betrifft eine metallische Druckmesszelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer metallischen Druckmesszelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
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Dementsprechend gibt es bspw. kapazitive Druckmesszellen, die eine Druckänderung durch Verformung einer Membran und einer daraus resultierenden Änderung einer Kapazität erfassen, resistive und piezoresistive Druckmesszellen, bei denen Verformung einer Membran bspw. mittels Dehnungsmessstreifen erfasst und aus einer Widerstandsänderung der Dehnungsmessstreifen auf den Druck geschlossen wird, und piezoelektrische Druckmesszellen, die den piezoelektrischen Effekt zur Druckbestimmung ausnutzen.
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Die Unterscheidung nach den zum Prozess hin orientierten Materialien, also den Materialien, die mit der Prozessumgebung und den Prozessmedien in Kontakt kommen, unterscheidet in der Regel zwischen metallischen und keramischen Druckmesszellen, wobei die einen eine metallische und die anderen eine keramische Membran aufweisen. Aus fertigungs- und messtechnischen Gründen ist häufig ein Grundkörper der Druckmesszelle aus dem gleichen Material wie die Membran gefertigt. Fertigungstechnisch ist eine Verbindung zwischen gleichen oder gleichartigen Materialien häufig einfacher herzustellen als zwischen verschiedenen Materialien. Messtechnisch ist es von Vorteil, Materialien mit ähnlichen oder idealerweise identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden - auch dies ist bei gleichen oder gleichartigen Materialien einfacher zu erreichen.
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Ob absolute oder relative Drücke gemessen werden können, richtet sich in der Regel danach, ob einer Membranrückseite ein zweiter Druck, bspw. ein Außendruck, zugeführt wird, oder ob die Membranrückseite evakuiert ist.
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Die vorliegende Anmeldung geht von einer metallische Druckmesszelle - wie in 1 dargestellt - mit einem metallischen Grundkörper 3, einer an dem Grundkörper 3 angeordneten metallischen Membran 5 aus. Die Membran 5 ist in einem konzentrischen Wellenmuster geformt (Oberflächenkontour 55), so dass die Membran 5 leicht in Axialrichtung verformbar ist und ist an der Verbindung 57 mit dem Grundkörper 3 verbunden. Zwischen der Membran 5 und dem Grundkörper 3 ist eine Membrankammer 51 ausgebildet, die mit einer Sensorkammer 71, in der ein Drucksensor 7 angeordnet ist, über einen Verbindungskanal 9 in Verbindung steht. Um ein möglichst geringes Volumen in der Membrankammer 51 zu erhalten, folgt die Kontur des Grundkörpers 3 an der Stelle der Wellenform der Membran 5. Die Kammern 51/71 und der Verbindungskanal 9 sind mit einem Druckmittlermedium 13 gefüllt. Bei der Herstellung der Druckmesszelle 1 muss diese mit dem Druckmittlermedium befüllt werden. Dazu befindet sich eine Befüllöffnung 11 in Form eines Rohres am Verschlusselement 80. Durch dieses Rohr kann die Messzelle evakuiert werden, um anschließend mit einem Druckmittlermedium 13 vollständig gefüllt zu werden. Damit die Membrankammer 51 gefüllt werden kann, obwohl durch das Vakuum die Membran gegen die Eintrittsfläche 91 gezogen wird und diese verschließt, können zusätzliche Strukturen in die Membran 5 eingebracht werden. Diese Strukturen ermöglichen es, dass zwischen Membrankammer 51 und Eintrittsfläche 91 Druckmittlermedium 13 auch fließen kann, wenn die Membran 5 aufgrund eines Vakuums mechanisch am Grundkörper 3 anliegt. Wenn die Druckmesszelle dann vollständig gefüllt ist, wird die Befüllöffnung 11 verschlossen. Zur Kontaktierung des Sensorchips 73 innerhalb der Sensorkammer 71 sind Durchkontaktierungen in Form eines Vorderseitenkontakts 77 und Rückseitenkontakts 79 durch das Verschlusselement 80 geführt. Die Auswerteelektronik 62, die an die freien Enden der Durchkontaktierungen angeschlossen wird, ist in 1 nicht dargestellt.
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Der eigentliche Drucksensor 7 wird in der Regel von einem als Siliziumchip ausgebildeten Sensorchip 73 gebildet. Dieser Chip besteht beispielsweise aus einer mit piezoresistiven Widerständen strukturierten Membran, die sich unter Druck wölbt. Der Piezochip ist sehr empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen und muss deshalb in den meisten Fällen hermetisch gekapselt werden und wird daher druckdicht in ein Edelstahlgehäuse eingebaut, das frontseitig mit einer dünnen als Edelstahlmembran ausgebildeten Membran 5 verschlossen ist und damit die Membrankammer 51 und die Sensorkammer 71 ausbildet.
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Die Kammern 51/71/9 sind mit dem Druckmittlermedium 13, typischerweise einem synthetischen Öl, gefüllt. Bei einem solchen Sensor ist also nur die metallische, vorliegend aus Edelstahl gefertigte Membran 5 mit dem Prozess in Kontakt und der Prozessdruck wird über das Öl an den Drucksensor 7 übertragen.
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Zudem ist es bekannt, die Drucksensoreinheit 7 aus Membran und Träger auf einem Substrat anzuordnen. Dieses Substrat bildet üblicherweise den Abschluss der mit einem Grundkörper 3 umgebenen und mit einem inkompressiblen Druckmittlermedium 13 gefüllten Sensorkammer 71. Der Grundkörper 3 weist eine äußere Membran 5 auf, so dass ein auf den Grundkörper wirkender Druck über das Druckmittlermedium 13 in der Sensorkammer 71 auf die innere Membran übertragen wird.
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Um Temperatureinflüsse auf die Druckmessung so gering wie möglich zu halten ist es notwendig das in den Kammern befindliches Volumen und insbesondere das Volumen der Membrankammer so gering wie möglich zu halten. Daher folgt die Form des Grundkörpers 3 der Oberflächenkontur 55 der Membran 5, so dass der Abstand zwischen Membran 5 und Grundkörper 3 möglichst gering ist, während noch genug Weg zur Auslenkung der Membran 5 bei Druckeinwirkung bleibt.
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Die Auswertelektronik für das Sensorsignal ist meist außerhalb des Sensorgehäuses platziert und über nach außen geführte Durchkontaktierungen kontaktiert. Dies hat zur Folge, dass der Signalweg vom Sensor zur Auswertelektronik relativ lang ist und so der Signal-Rausch-Abstand nicht optimal ist. Durch einen zu großen Signal-Rausch-Abstand wird das Sensorsignal verfälscht und damit unpräziser.
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Die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Druckmesszelle zur Verfügung zu stellen, welche einen optimierten Messaufbau aufweist und die an der Auswerteinheit eingehende Signalqualität gegenüber dem Stand der Technik verbessert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand oder ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Vorteile und praktische Ausführungsformen sind in Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine erfindungsgemäße metallische Druckmesszelle weist einen Grundkörper und eine an dem Grundkörper angeordnete metallische Membran auf, wobei zwischen der Membran und dem Grundkörper eine Membrankammer ausgebildet ist, einem in einer Sensorkammer des Grundkörpers angeordneten Drucksensor, wobei zwischen der Membrankammer und der Sensorkammer ein Verbindungskanal ausgebildet ist und die Kammern mit einem Druckmittlermedium zur Übermittlung eines auf die Membran wirkenden Drucks gefüllt sind, und dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensorkammer ein Verdrängungskörper sitzt, auf dem eine Auswerteelektronik angeordnet ist.
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Richtungsangaben werden in der vorliegenden Anmeldung wie folgt definiert:
- Die Membran definiert eine Membranebene, die durch eine umfänglich verlaufende Verbindung der Membran mit dem Grundkörper aufgespannt wird. Ausgehend von dieser Membranebene ist eine Axialrichtung durch eine Oberflächennormale auf die Membranebene definiert. Die Radialrichtung erstreckt sich in einer Draufsicht auf die Membranebene von einem Mittelpunkt der Membran ausgehend. In Draufsicht bedeutet mit Blickrichtung in Axialrichtung auf die Membran der Messzelle. Einem Querschnitt soll ein Schnitt mit einer durch die Axialrichtung und die Radialrichtung aufgespannten Ebene verstanden werden.
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Um das Volumen des Druckmittlermediums möglichst gering zu halten, wird innerhalb der Messkammer ein einzelner oder mehrere Verdrängungskörper platziert, die das Volumen des Druckmittlermediums verringern. Dabei darf eine Mindestölmenge nicht unterschritten werden, damit die Membran auch bei sehr niedrigen Einsatztemperaturen noch genug Öl in der Membrankammer zum Arbeiten hat.
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Der Verdrängungskörper ist insbesondere auf der Oberseite eines Verschlusselements angeordnet und dient dazu das Volumen in der vom Verschlusselement und dem Grundkörper umschlossenen Sensorkammer zu reduzieren. Der Verdrängungskörper umfasst insbesondere einen metallischen und/oder keramischen Werkstoff.
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Um ein Volumen der Membrankammer so gering wie möglich auszugestalten, kann es sinnvoll sein, dass die Membran in einem Schnitt senkrecht zu einer Membranebene eine zu einer der Membran unmittelbar gegenüberliegenden Wandung des Grundkörpers korrespondierende Oberflächenkontur aufweist. Eine solche korrespondierende Oberflächenstruktur kann durch eine unmittelbare Abformung einer Oberflächenform des Grundkörpers erreicht werden. Eine solche Abformung kann bspw. dadurch erfolgen, dass die Membran mit einem Überdruck, bspw. durch ein Gas oder eine Flüssigkeit, beaufschlagt und so gegen die ihr zugewandte Oberfläche des Grundkörpers gedrückt wird. Aufgrund der geringen Dicke der Membran erfährt diese dadurch eine plastische Verformung und übernimmt die Oberflächenkontur des Grundkörpers.
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Die Oberflächenkontur ist dafür vorteilhafterweise wellenförmig ausgestaltet. Eine wellenförmige Kontur ermöglicht eine Flexibilität der Membran in Axialrichtung und eine Steifigkeit der Membran in Radialrichtung. Es ist vorteilhaft, wenn die Oberflächenkontur in einem Querschnitt ausgehend von einem Mittelpunkt der Membran einen Cosinus förmigen Verlauf aufweist. Das bedeutet, dass die Kontur am Mittelpunkt einen Wellenberg aufweist, was einer Abdichtung des in der Regel zentrisch in die Membrankammer mündenden Verbindungskanals entgegenwirkt
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Auf dem Verdrängungskörper ist eine Auswerteelektronik angeordnet. Die Verbindung zwischen Auswerteelektronik und Verdrängungskörper ist vorzugsweise als Klebeverbindung ausgestaltet. Die Klebeverbindung muss dabei auf die meist unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Verdrängungskörpers und der Auswerteelektronik abgestimmt sein. Idealer Weise gleicht die Kleberschicht die dabei auftretenden Differenzlängen aus und kann den auftretenden Scherkräften standhalten, so dass eine Sichere Befestigung gewährleistet ist. Alternativ kann die Auswerteelektronik in Form von Leiterbahnen direkt auf dem Verdrängungskörper aufgebracht sein. Eine Druckmesszelle mit einem derartig funktionalisierten Verdrängungskörper beansprucht besonders wenig Bauraum.
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Die Auswerteelektronik wird auf dem Verdrängungskörper in der Nähe des Sensorchips angebracht. Damit ist sie sensornah platziert, was die Signalwege zwischen Sensorchip und Auswerteelektronik sehr kurz macht. Die Signalwege werden beispielsweise mit Bonddrähten realisiert, was dazu führt, dass der Signal-Rausch-Abstand verbessert und dadurch ebenfalls die Signalqualität verbessert wird. Durch die kürzeren Signalwege wird auch eine schnellere bzw. direktere Reaktionszeit erreicht. Die Kontaktierung nach außen kann beispielsweise mithilfe von durch den Verdrängungskörper und das Verschlusselement geführte Kontakte geschehen, die wiederum durch Bonddrähte auf der Oberseite des Verdrängungskörpers mit der Auswerteelektronik elektrisch verbunden werden.
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Die Membran weist in Draufsicht vorzugsweise eine kreisförmige Außenkontur auf.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstands ist die metallische Druckmesszelle dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Auswertelektronik um einen ASIC handelt. Als ASIC (application-specific integrated circuit) wird eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung bezeichnet. Diese kann als eigenständiges Modul ausgeführt und auf den Verdrängungskörper aufgebracht sein, oder in den Verdrängungskörper integriert sein.
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Vorzugsweise ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, den Sensorchip galvanisch von den elektrischen Anschlüssen der Druckmesszelle trennen. Mit elektrischen Anschlüssen der Druckmesszelle sind die elektrischen Anschlüsse gemeint, die an die Außenseite der Druckmesszelle führen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die metallische Druckmesszelle dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertelektronik einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Druckmittlermediums umfasst. Ein weiterer Vorteil aus der Positionierung des Auswerteelektronik auf dem Verdrängungskörper ergibt sich aus der thermischen Anbindung an das Druckmittlermedium. So können Temperaturschwankungen des Druckmittlermediums erfasst werden, welche zu einer Ausdehnung des Druckmittlermediums und damit zu einer Druckänderung im Inneren des Sensors führen. Die Auswerteelektronik kann so mithilfe der Temperatur des Druckmittlermediums eine Temperaturkompensation vornehmen und einen korrigierten Messwert ausgeben. Zusätzlich können durch die gemessene Temperatur Rückschlüsse auf die Prozessparameter gezogen werden und so auch der Prozess selbst optimiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die metallische Druckmesszelle dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen des Verdrängungskörpers einem Großteil eines Volumens der Sensorkammer entspricht.
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Das Volumen des Verdrängungskörpers entspricht dabei dem Rauminhalt des Bauteils. Das Volumen der Sensorkammer entspricht dem vom Grundkörper und dem Verschlusselement eingeschlossenen Raum, wobei das Volumen der Membrankammer ebenfalls mit eingeschlossen sein kann. Das Volumen der Membrankammer ist aber vergleichsweise klein und damit meist vernachlässigbar. Ein Wesentlicher Teil ist in diesem Fall mehr als die Hälfte, vorzugsweise zweidrittel des Volumens der Sensorkammer.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die metallische Druckmesszelle dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe des Verdrängungskörpers mindestens halb so groß ist, wie eine Höhe der Sensorkammer. Die Höhe des Verdrängungskörpers ist dabei die maximale räumliche Ausdehnung des Verdrängungskörpers entlang der Axialrichtung der Druckmesszelle. Die Höhe der Sensorkammer ist dabei die maximale räumliche Ausdehnung der Sensorkammer entlang der Axialrichtung der Druckmesszelle, wobei Beispielsweise der Verbindungskanal, die Befüllöffnung, die Öffnung zum Druckausgleich, oder Ähnliches nicht zur Sensorkammer zugehörig sind. Dies entspricht dem Abstand der inneren Oberfläche des Verschlusselements zur gegenüberliegenden Oberfläche der Sensorkammer. Die Höhe des Verdrängungskörpers kann der Höhe der Druckmesszelle +/- 10 µm entsprechen, auf diese Weise kann die Länge der Signalleitungen besonders effektiv reduziert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die metallische Druckmesszelle dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper eine im Wesentlichen ringförmige äußere Form aufweist. Die Ringförmige Form bietet sich an, da die Druckmesszelle ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und sich im Zentrum des Zylinders der Drucksensor befindet. Um den Drucksensor herum kann so der ringförmige Verdrängungskörper angeordnet werden. Im Wesentlichen Ringförmig bedeutet, dass beispielsweise Ausnehmungen oder Bohrungen vorgesehen werden können, welche zum Beispiel dazu dienen, das Druckmittlermedium beim Befüllen hindurch zu lassen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die metallische Druckmesszelle dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper in voneinander getrennte Segmente aufgeteilt ist. Es kann für die Herstellung oder durch Funktionale Anforderungen von Vorteil sein, wenn der Verdrängungskörper nicht in einem Stück, sondern in mehrere Segmente aufgeteilt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die metallische Druckmesszelle dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper mit einem Verschlusselement des Grundkörpers verbunden ist.
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Die Verbindung des Verdrängungskörpers mit dem Verschlusselement ist vorzugsweise durch eine Klebeverbindung realisiert. Es kommen aber auch andere Verbindungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel Glaslot-, Löt-, Schweiß- oder Formschlussverbindungen in Frage.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die metallische Druckmesszelle dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper konzentrisch zu einer Symmetrieachse in Axialrichtung A der Druckmesszelle ausgerichtet ist. Durch den im Wesentlichen symmetrischen Aufbau der Druckmesszelle bietet sich eine konzentrische Ausrichtung des Verdrängungskörpers an. So wird eine homogene Leitung des Drucks innerhalb des Druckmittlermediums gewährleistet.
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In einer praktischen Ausführungsform handelt es sich bei der Druckmesszelle um eine Messzelle zur Messung eines absoluten Druckes. Das heißt, die Druckmessung erfolgt gegenüber dem Vakuumniveau als Referenzniveau. In diesem Fall ist der Sensorträger durch das Verschlusselement von der Umgebung getrennt.
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Alternativ kann es sich um eine Druckmesszelle handeln, welche zur Messung eines Relativdruckes ausgelegt ist. In diesem Fall kann auch die Unterseite der Membran mit Druck beaufschlagt werden. Beispielsweise kann die Unterseite der Membran dem Umgebungsdruck ausgesetzt werden. In diesem Fall weist das Verschlusselement eine Durchgangsöffnung zum Druckausgleich auf, so dass die Rückseite der Membran mit Druck beaufschlagt werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Druckmesszelle, welche einen Grundkörper umfasst, an welchem eine metallische Membran angeordnet wird, wobei zwischen der Membran und dem Grundkörper eine Membrankammer ausgebildet wird, wobei in einer Sensorkammer des Grundkörpers ein Drucksensor angeordnet wird, wobei zwischen der Membrankammer und der Sensorkammer ein Verbindungskanal ausgebildet wird, und die Kammern mit einem Druckmittlermedium zur Übermittlung eines auf die Membran wirkenden Drucks gefüllt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensorkammer ein Verdrängungskörper angeordnet wird, auf dem eine Auswerteelektronik angeordnet wird.
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Weitere praktische Ausführungsformen sind im Folgenden in Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine metallische Druckmesszelle aus dem Stand der Technik in einer schematischen Ansicht im Querschnitt, (bereits behandelt) und
- 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckmesszelle in einer schematischen Ansicht im Querschnitt.
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In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit gleicher Funktion.
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1 zeigt den Stand der Technik und wurde zu Beginn in der Einleitung bereits erläutert.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer metallischen Druckmesszelle 1 gemäß der vorliegenden Anmeldung in einem Querschnitt. Bei der gezeigten Druckmesszelle 1 gemäß der Ausführungsform handelt es sich um eine Druckmesszelle 1 zur Messung eines Relativdruckes, da der Aufbau eine Öffnung zum Druckausgleich 72 aufweist.
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Die Druckmesszelle 1 weist im Wesentlichen einen metallischen Grundkörper 3, eine in Axialrichtung A vorderseitig an dem Grundkörper 3 angeordnete metallische Membran 5 sowie einen in einer in dem Grundkörper 3 ausgebildeten Sensorkammer 71 angeordneten Drucksensor 7 auf.
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Die Sensorkammer 71 steht über einen Verbindungskanal 9 mit einer zwischen dem Grundkörper 3 und der Membran 5 ausgebildeten Membrankammer 51 in Fluidverbindung.
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Die Sensorkammer 71 ist in rückseitiger Richtung durch ein Verschlusselement 80 verschlossen, wobei das Verschlusselement 80 eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen aufweist. In der Sensorkammer 71 ist der Drucksensor 7 angeordnet. Der Drucksensor 7 weist als drucksensitives Element einen Sensorchip 73 auf, der über einen Sensorträger 75 an dem Verschlusselement 80 angeordnet ist. Der Sensorchip 73 ist durch als Bonddrähte realisierte elektrische Verbindungen 63 mit der Auswerteelektronik 62 verbunden. Die Auswerteelektronik ist durch die Durchkontaktierungen 77/79 nach außen kontaktiert. In diesem Ausführungsbeispiel sind exemplarisch zwei Durchkontaktierungen 77/79 gezeigt, wobei je nach verwendeter Auswerteelektronik 62 beispielsweise auch acht oder mehr Durchkontaktierungen 77/79 verwendet werden können. Ein rückseitiger Teil einer Membran des Sensorchip 73 ist über eine Druckausgleichsleitung 72, die ebenfalls durch das Verschlusselement 80 zur Rückseite des Sensorchip 73 geführt ist, entweder mit einem Umgebungsdruck oder einem Referenzdruck beaufschlagbar oder der hinter dem Sensorchip 73 liegende Hohlraum kann evakuiert sein, sodass eine absolute Druckmessung (Referenzdruck ist das Vakuum) durchgeführt werden kann.
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In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Verschlusselement 80 ferner eine Befüllöffnung 11 mit einem daran angeordneten Rohrabschnitt auf, über die die Sensorkammer 71, der Verbindungskanal 9 sowie die Membrankammer 51 mit einem Druckmittlermedium, beispielsweise einem synthetischen Öl befüllbar sind. In der Darstellung der 1 ist dieses Druckmittlermedium 13 jedoch der besseren Übersichtlichkeit halber noch nicht eingeführt.
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Die Membran 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine umlaufende Verbindung 57, vorliegend eine Verschweißung, mit dem Grundkörper 3 verbunden. Die Membran 5 weist in der vorliegenden Querschnittsdarstellung eine wellenförmige Oberflächenkontur auf, die korrespondierend zu einer Oberflächenkontur einer der Membran 5 zugewandten Wandung des Grundkörpers 3 korrespondierend ausgebildet ist. Durch diese wellenförmige Oberflächenkontur 55 wird erreicht, dass die Membran 5 in Axialrichtung A flexibel ist, wohingegen in Radialrichtung R eine möglichst große Steifigkeit erzielt wird.
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Die Oberflächenkontur 55 der Membran 5 wird bei der Fertigung der Druckmesszelle 1 vom Grundkörper 3 auf die Membran 5 übertragen. Hierfür wird die Membran 5 nachdem sie an dem Grundkörper 3 befestigt wurde, von vorne her mit einem Überdruck beaufschlagt, sodass sie sich in das von dem Grundkörper 3 ausgebildete Membranbett abformt.
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Der Verdrängungskörper 61 ist innerhalb der Sensorkammer 71 angeordnet und nimmt einen wesentlichen Teil der Sensorkammer 71 ein, welcher sonst mit Druckmittelmedium 13 gefüllt wäre. Auf diese Weise bleibt nur ein geringes Volumen, vornehmlich flache Bereiche übrig, welche mit Druckmittelmedium 13 gefüllt sind. Der Verdrängungskörper 61 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen rotationssymmetrisch, kann davon aber zum Beispiel durch Aussparungen zur Befüllung der Sensorkammer 71 durch die Befüllöffnung 11 von der Rotationssymmetrie abweichen.
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Auf dem Verdrängungskörper 61 ist die Auswerteelektronik 62 angeordnet. Diese kann durch eine Klebeverbindung auf der Oberfläche angebracht sein. Die Auswerteelektronik 62 ist in direkter Näher zum Sensorchip 73 positioniert und durch Bonddrähte 63 mit diesem verbunden. Die Bonddrähte 63 sind im Vergleich zu einer nach außen geführten Verbindung, wie zum Beispiel in 1 der Vorderseitenkontakt 77 und Rückseitenkontakt 79, sehr kurz und daher besonders vorteilhaft für die Qualität des Signals des Sensorchips, da der Signal-Rausch-Abstand geringer ist. Zudem kann die Auswerteelektronik einen Temperaturchip umfassen, der die tatsächliche Temperatur des Druckmittlermediums 13 erfasst, und macht so eine Temperatur-Korrektur des ausgegebenen Druck-Messsignals möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckmesszelle
- 3
- Grundkörper
- 5
- Membran
- 7
- Drucksensor
- 9
- Verbindungskanal
- 11
- Befüllöffnung
- 13
- Druckmittlermedium
- 51
- Membrankammer
- 55
- Oberflächenkontur
- 57
- Verbindung
- 61
- Verdrängungskörper
- 62
- Auswerteelektronik
- 63
- Bonddrähte
- 71
- Sensorkammer
- 72
- Druckausgleich
- 73
- Sensorchip
- 75
- Sensorträger
- 77
- Vorderseitenkontakt
- 79
- Rückseitenkontakt
- 80
- Verschlusselement
- 91
- Eintrittsfläche
- A
- Axialrichtung
- R
- Radialrichtung
