DE112006001662T5

DE112006001662T5 - Thermische Befestigungsplatte für einen beheizten Druckwandler

Info

Publication number: DE112006001662T5
Application number: DE112006001662T
Authority: DE
Inventors: Craig E. Charlestown Miller; James M. Poulin
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2026-06-24
Also published as: WO2007008388A1; DE112006001662B4; GB0723035D0; GB2441678A; JP4988732B2; KR101242429B1; KR20080031669A; US7124640B1; JP2009501338A; GB2441678B

Abstract

Wandler-Baugruppe mit:
einem Sensor-Gehäuse;
einem Heizmantel, der sich in dem Sensor-Gehäuse befindet;
einer Heizeinrichtung, die betriebsmäßig mit dem Heizmantel gekoppelt ist;
einem Sensor, der in dem Heizmantel aufgenommen wird;
einer Elektronik-Baugruppe, die innerhalb des Sensor-Gehäuses und außerhalb des Heizmantels angeordnet und zum Empfang von Signalen von dem Sensor ausgebildet ist; und
einer Befestigungsplatte, die im Inneren des Sensor-Gehäuses außerhalb des Heizmantels angeordnet ist, wobei die Befestigungsplatte Arme, die sich von dieser aus erstrecken, und zumindest einen Befestigungpunkt aufweist, an dem die Elektronik-Baugruppe an der Befestigungsplatte befestigt ist, wobei die Arme an dem Sensor-Gehäuse befestigt sind und die Befestigungsplatte Öffnungen benachbart zu den Armen zur Behinderung einer Wärmeleitung zwischen den Armen und dem Befestigungspunkt einschließt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckwandler-Baugruppen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Druckwandler-Baugruppe, die verbesserte thermische Eigenschaften aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Verschiedene Dampfabscheidungs- oder Aufdampf-Prozesse sind beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterprodukten als nützlich bekannt. Diese Prozesse werden typischerweise zur Abscheidung sehr dünner Schichten verschiedener Substanzen unter Einschluss von leitenden, halbleitenden und isolierenden Materialien auf einem Substrat verwendet. Die Dampfabscheidungs-Prozesse erfordern typischerweise, dass jedes abgeschiedene Material in einem Gaszustand oder in einer Dampfphase zu der Abscheidungskammer transportiert wird, wo es auf dem zu bearbeitenden Werkstück kondensiert.
Ein effizienter Betrieb eines derartigen Abscheidungsprozesses erfordert eine präzise Kontrolle des Druckes der Gase oder Dämpfe, die bei dem Prozess verwendet werden. Wenn das abzuscheidende Material in seiner Dampfphase eine relativ niedrige Kondensationstemperatur (d.h. gut unterhalb der Raumtemperatur) hat, kann der Druck des Materials unter Verwendung von Druckwandlern gesteuert werden, die bei Raumtemperatur arbeiten. Wenn jedoch der Gaszustand oder die Dampfphase eines abzuscheidenden Materials eine relativ hohe Kondensationstemperatur hat, das heißt oberhalb der Raumtemperatur, werden zur Vermeidung einer Kondensation derartige Materialien erwärmt und oberhalb ihrer Kondensationstemperaturen gehalten, und daher sind üblicherweise beheizte Wandler zur Messung der Drücke dieser heißen Gase und Dämpfe erforderlich. Beheizte Druckwandler werden auch in vielen Fällen beheizt, um eine Sublimation oder eine Ausfällung von festem Material zu vermeiden. Beispielsweise ist es gut bekannt, dass Ammoniumchlorid (NH₄Cl) ein chemisches Nebenprodukt von Prozessen zur Abscheidung von Schichten von Siliziumnitrid (Si₃N₄) ist, und wenn der Druck und die Temperatur zu stark absinken, so ergibt sich eine Sublimation des NH₄Cl, sodass sich ein festes Salz auf irgend welchen freiliegenden kühlen Oberflächen bildet. Um eine derartige Sublimation von NH₄Cl zu vermeiden, werden diese Prozesse in vielen Fällen bei 150°C ausgeführt.
9 zeigt eine Schnittansicht eines Teils einer bekannten beheizten Druckwandler-Baugruppe 100 des Typs, der typischerweise in Verbindung mit einem einer relativ hohe Temperatur verwendenden Dampfabscheidungs-Prozess verwendet wird. Der Wandler 100 schließt mehrere Hauptbestandteile, wie zum Beispiel einen Außenmantel 110, einen Heizmantel 120, eine Heizeinrichtung 130, einen kapazitiven Drucksensor 140, eine elektronische Eingangs-Baugruppe 160, eine Heizeinrichtungs-Steuerelektronik-Baugruppe 170 und eine Eingangs-/Ausgangs-(I/O-)Elektronik-Baugruppe 180 ein. Wie dies nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, erzeugt der Wandler 100 ein Ausgangssignal, das einen von dem Sensor 140 gemessenen Druck anzeigt.
Aus Gründen der Bequemlichkeit der Darstellung wurden viele mechanische Einzelheiten des Wandlers 100, wie zum Beispiel die Konstruktion des Sensors 140 und die Befestigung des Sensors 140 und der Elektronik-Baugruppen 160, 170, 180 in 9 fortgelassen. Beheizte kapazitive Druckwandler, wie der Druckwandler 100, sind jedoch gut bekannt und beispielsweise in dem US-Patent 5 625 152 (Pandorf); US-Patent 5 911 162 (Denner) und US-Patent 6 029 525 (Grudzien) beschrieben.
Kurz gesagt schließt der Außenmantel 110 ein unteres Gehäuse 112, ein oberes Elektronik-Gehäuse 114 und ein Verbindungselement 116 ein, das die Gehäuse 112, 114 zusammenhält. Der Heizmantel 120 ist in dem unteren Gehäuse 112 angeordnet und schließt ein unteres Gehäuse oder einen Behälter 122 und einen Deckel 124 ein. Der Sensor 140 und die elektronische Eingangs-Baugruppe 160 sind in dem Heizmantel 120 angeordnet, während die Heizeinrichtungs- Steuerelektronik-Baugruppe 170 und die I/O-Elektronik-Baugruppe 180 in dem oberen Elektronik-Gehäuse 114 angeordnet sind.
Die Heizeinrichtung 130 schließt eine Hülsen-Heizeinrichtung 132, die um den Behälter 122 gewickelt ist, und eine End-Heizeinrichtung 134 ein, die an dem Boden des Behälters befestigt und elektrisch mit der Hülsen-Heizeinrichtung 132 über Drähte 136 verbunden ist. Ein Temperatursensor (beispielsweise ein Thermistor) 190 ist an einer Innenoberfläche des Heizmantels 120 befestigt.
Der Sensor 140 schließt eine metallische flexible Membran 142 und ein Druckrohr 144 ein, das sich von einem Bereich proximal zu der Membran durch den Heizmantel 120 hindurch und durch das untere Sensor-Gehäuse 112 erstreckt. Das untere oder äußere Ende des Rohres 144 ist allgemein mit einer (nicht gezeigten) Strömungsmittelquelle gekoppelt. Der Druck des Strömungsmittels in der Quelle wird über das Rohr 144 zu der unteren Oberfläche der Membran 142 übertragen, und die Membran 142 biegt sich in Abhängigkeit von Druckänderungen innerhalb des Rohres 144 nach oben oder nach unten. Die Membran 142 und eine leitende Bezugs-Platte des Sensors 140 bilden einen Kondensator, und die Kapazität dieses Kondensators ändert sich entsprechend der Bewegung oder Biegung der Membran. Entsprechend zeigt diese Kapazität den Druck in dem Rohr 144 an. Die elektronische Eingangs-Baugruppe 160 und die elektronische I/O-Baugruppe 180 erzeugen zusammen ein Ausgangssignal, das die Kapazität des Sensors 140 darstellt, was selbstverständlich auch den Druck in dem Rohr 144 darstellt. Die elektronische I/O-Baugruppe 180 macht dieses Ausgangssignal der Umgebung außerhalb des Wandlers 100 über eine elektronische Steckverbindung 182 zugänglich.
10 zeigt ein Beispiel, wie ein kapazitiver Sensor 140 konstruiert werden kann. Kapazitive Drucksensoren des in 10 gezeigten Typs sind mit weiteren Einzelheiten in dem US-Patent 6 029 525 (Grudzien) beschrieben. Der in 10 gezeigte Sensor 140 schließt eine kreisförmige leitende metallische flexible Membran 142, ein Druckrohr 144 und eine Elektrode 246 ein. Die Elektrode 246 und die Membran 142 sind in einem Gehäuse 248 befestigt. Die Elektrode 246 schließt einen Keramikblock 250 und eine leitende Platte 252 ein. Der Keramikblock 250 ist starr an dem Gehäuse 248 befestigt, so dass die Bodenfläche des Blockes 250 allgemein parallel zu der Membran 142 und mit Abstand von dieser angeordnet ist. Die Bodenfläche des Blockes 250 ist normalerweise eben und kreisförmig. Die leitende Platte 252 ist auf der Bodenfläche des Blockes 250 abgeschieden, und sie ist ebenfalls allgemein parallel zu der Membran 142 und mit Abstand von dieser angeordnet. Die leitende Platte 252 und die Membran 142 bilden zwei Platten eines veränderlichen Kondensators 254. Die Kapazität des Kondensators 254 wird teilweise durch den Zwischenraum oder den Abstand zwischen der Membran 142 und der leitenden Platte 252 bestimmt. Weil sich die Membran in Abhängigkeit von Druckänderungen in dem Rohr 144 nach oben und nach unten biegt (wodurch der Abstand zwischen der Membran 142 und der leitenden Platte 252 ändert), zeigt die Kapazität des Kondensators 254 den Druck in dem Rohr 144 an.
10 zeigt lediglich eine der vielen bekannten Möglichkeiten zur Konfiguration eines kapazitiven Drucksensors 140. Kapazitive Drucksensoren 140 schließen jedoch allgemein ein oder mehrere Leiter ein, die mit Abstand zu einer flexiblen leitenden Membran gehalten werden. Die Membran und die Leiter bilden Platten von einem oder mehreren veränderbaren Kondensatoren, und die Kapazität dieser Kondensatoren ändert sich gemäß einer Funktion des Druckes in dem Rohr 144.
Unter erneuter Betrachtung der 9 ist zu erkennen, dass sich das Ausgangssignal des Wandlers 100 im Idealfall lediglich entsprechend den Änderungen des Druckes des Strömungsmittels in dem Rohr 144 ändert. Änderungen der Temperatur des Wandlers 100 oder der Temperaturgradienten innerhalb des Wandlers 100 können jedoch das Ausgangssignal beeinflussen. Dies ergibt sich hauptsächlich aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten der verschiedenen Materialien, die zur Konstruktion des Sensors 140 verwendet werden. Ein sekundärer Effekt bezieht sich auf das temperaturabhängige Betriebsverhalten der Eingangs-Elektronik 160. Entsprechend kann die Genauigkeit des Wandlers 100 in nachteiliger Weise durch Temperaturänderungen in der Umgebung beeinflusst werden.
Um die nachteilige Wirkung von sich ändernden Umgebungstemperaturen zu einem Minimum zu machen, sind die temperaturabhängigen Komponenten des Wandler 100 (das heißt der Sensor 140 und die Eingangs-Elektronik 160) in dem Heizmantel 120 angeordnet, und im Betrieb heizt die Heizeinrichtung 130 den Heizmantel 120 auf eine gesteuerte konstante Temperatur auf. Die Heizeinrichtung 130 und der Heizmantel 120 bilden im Ergebnis einen temperaturgesteuerten Ofen, der die Temperatur der temperaturabhängigen Bauteile auf einen konstanten vorher ausgewählten Wert hält.
Im Betrieb legt die Heizeinrichtungs-Steuerelektronik-Baugruppe 170 ein elektrisches Signal an die Heizeinrichtung 130 über Drähte 172 an. Die Heizeinrichtungs-Steuerelektronik-Baugruppe 170 schließt normalerweise Komponenten zur Überwachung der Temperatur des Heizmantels 120 über einen Temperatursensor 190 und zur Einstellung des an die Heizeinrichtung 130 gelieferten Signals ein, so dass der Mantel auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.
Obwohl es erforderlich ist, den Sensor 140 zu beheizen, wird es bevorzugt, zumindest einen Teil, wenn nicht alle der Elektronik-Baugruppen 160, 170 und 180 auf einer relativ niedrigen Temperatur zu halten, um deren Ausfallrate zu verringern. In dem in 9 gezeigten Beispiel werden die Heizeinrichtungs-Steuerelektronik-Baugruppe 170 und die I/O-Elektronik-Baugruppe 180 auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten. Daher ist das Verbindungselement 116, das das untere Gehäuse 112 an dem oberen Gehäuse 114 hält, aus einem thermisch leitenden Material, wie Aluminium, hergestellt, um Wärme von der Heizeinrichtung 130 und dem Heizmantel 120 und von der Heizeinrichtungs-Steuerelektronik-Baugruppe 170 und der I/O-Elektronik-Baugruppe fort abzuleiten. Alternativ oder zusätzlich kann der Wandler mit Belüftungsöffnungen und thermischen Nebenschlüssen versehen sein, um eine Konvektionskühlung zwischen dem unteren Gehäuse 112 und dem oberen Gehäuse 114 zu ermöglichen. Beispiele von Belüftungsöffnungen und thermischen Nebenschlüsse sind in dem US-Patent 5 625 152 (Pandorf et al) gezeigt. Ein weiteres Verfahren zum Kühlen des oberen Gehäuses 114 schließt einen körperlichen Abstand oder eine Trennung des oberen Gehäuses 114 von dem unteren Gehäuse 112 ein. Auch kann eine aktive Kühlung unter Verwendung von Gebläsen oder thermoelektrischen Kühleinrichtungen verwendet werden.
Was immer noch erwünscht ist, ist eine neue beheizte Druckwandler-Baugruppe, die verbesserte thermische Eigenschaften aufweist, die es den Elektronik-Baugruppen ermöglicht, auf einer relativen niedrigen Temperatur gehalten zu werden, um deren Ausfallrate zu verringern. Vorzugsweise sollte der Wandler relativ kompakt sein, wobei die Gehäuse-Umschließungen eng miteinander gekoppelt sind. Zusätzlich erfordert der Wandler keine Verwendung von aktiven Kühleinrichtungen oder Belüftungsöffnungen, die eine direkte Luftströmung über die in dem Gehäuse-Umschließungen befindlichen Elektronik-Baugruppen ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ergibt eine Wandler-Baugruppe, die ein Sensor-Gehäuse, einen Heizmantel, der sich in dem Sensor-Gehäuse befindet, eine Heizeinrichtung, die betriebsmäßig mit dem Heizmantel gekoppelt ist, einen Sensor, der in dem Heizmantel aufgenommen wird, und eine Elektronik-Baugruppe einschließt, die innerhalb des Sensor-Gehäuses außerhalb des Heizmantels angeordnet und zum Empfang von Signalen von dem Sensor ausgebildet ist. Die Baugruppe schließt weiterhin eine Befestigungsplatte ein, die in dem Sensor-Gehäuse außerhalb des Heizmantels angeordnet ist. Die Befestigungsplatte hat sich von dieser aus erstreckende Arme und zumindest einen Befestigungspunkt, an dem die Elektronik-Baugruppe an der Befestigungsplatte befestigt ist. Die Arme sind an dem Sensor-Gehäuse befestigt, und die Befestigungsplatte schließt Öffnungen benachbart zu den Armen zur Behinderung einer Wärmeleitung zwischen den Armen und dem Befestigungspunkt ein.
Neben anderen Gesichtspunkten und Vorteilen hat die neue und verbesserte Wandler-Baugruppe eine verbesserte thermische Charakteristik, wobei die Elektronik-Baugruppe thermisch von dem beheizten Sensor durch die Befestigungsplatte isoliert ist, derart, dass die Elektronik-Baugruppe auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst der Sensor einen kapazitiven Drucksensor, und die Baugruppe schließt weiterhin ein Rohr ein, das mit dem Drucksensor verbunden ist und sich aus dem Heizmantel von dem Sensor-Gehäuse heraus für eine Verbindung mit einer Strömungsmittelquelle erstreckt.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher für den Fachmann nach dem Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen ersichtlich, die in dem beigefügten Zeichnungsfiguren gezeigt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Wandler-Baugruppe, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
2 ist eine Draufsicht der Wandler-Baugruppe nach 1;
3 ist eine Schnittansicht der Wandler-Baugruppe nach 1 entlang der Linie 3-3 nach 2;
4 ist eine Schnittansicht der Wandler-Baugruppe nach 1 entlang der Linie 4-4 nach 2;
5 ist eine Schnittansicht der Wandler-Baugruppe nach 1 entlang der Linie 5-5 nach 3, die eine Draufsicht von oben auf ein Ausführungsbeispiel der Befestigungsplatte zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
6 ist eine perspektivische Ansicht von oben und der Seite der Befestigungsplatte der Wandler-Baugruppe nach 1;
7 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht von oben und der Seite einer Elektronik-Baugruppe und der Befestigungsplatte der Wandler-Baugruppe nach 1;
8 ist eine perspektivische Ansicht von oben und der Seite eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Befestigungsplatte, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit der Wandler-Baugruppe nach 1 konstruiert ist;
9 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Druckwandler-Baugruppe, die gemäß dem Stand der Technik konstruiert ist; und
10 eine Schnittansicht eines kapazitiven Druckwandlers der Baugruppe nach 9.
Gleiche Bezugsziffern bezeichnen identische oder entsprechende Bauteile und Einheiten in allen den verschiedenen Ansichten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ergibt eine neue und verbesserte beheizte Druckwandler-Baugruppe 10. Ein Ausführungsbeispiel der Baugruppe 10 ist in den 1 bis 5 gezeigt. Die Baugruppe 10 schließt allgemein ein Sensor-Gehäuse 12, einen Heizmantel 14 der sich in dem Sensor-Gehäuse 12 befindet, eine Heizeinrichtung 16, die betriebsmäßig mit dem Heizmantel 14 gekoppelt ist, einen Sensor 18, der in dem Heizmantel 14 aufgenommen wird, und eine Elektronik-Baugruppe 20 ein, die in dem Sensor-Gehäuse 12 außerhalb des Heizmantels 14 angeordnet und zum Empfang von Signalen von dem Sensor 18 ausgebildet ist. Die Baugruppe schließt weiterhin eine Befestigungsplatte 400 ein, die im Inneren des Sensor-Gehäuses 12 außerhalb des Heizmantels 14 angeordnet ist. Die Befestigungsplatte 400 weist Arme 402, die sich von dieser aus erstrecken, und zumindest einen Befestigungspunkt 404 auf, an dem die Elektronik-Baugruppe 20 an der Befestigungsplatte 400 befestigt ist. Die Arme 402 sind an dem Sensor-Gehäuse 12 befestigt, und die Befestigungsplatte 400 schließt Öffnungen 406 für die Behinderung einer Wärmeleitung zwischen dem Armen 402 und dem Befestigungspunkt 404 ein.
Neben anderen Gesichtspunkten und Vorteilen der vorliegenden Erfindung hat die verbesserte Wandler-Baugruppe 10 verbesserte thermische Charakteristiken, wobei die Elektronik-Baugruppe 20 thermisch von dem beheizten Sensor 18 durch die Befestigungsplatte 400 und eine Isolation 60 isoliert ist, so dass die Elektronik-Baugruppe 20 auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird. Dies ist für die Verlängerung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Elektronik-Baugruppe 20 und deren Bauteilen hilfreich.
In dem in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Wandler-Baugruppe 10 umfasst der Sensor einen kapazitiven Drucksensor 18, und die Baugruppe 10 schließt weiterhin ein Rohr 22 ein, das mit dem Druckwandler 18 verbunden ist und sich aus dem Heizmantel 14 und dem Sensorgehäuse 12 heraus zur Verbindung mit einer Strömungsmittelquelle erstreckt. Es sollte jedoch verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung mit einem Druckwandler 18 beschränkt ist, sondern für die thermische Isolation von Elektroniken anderer Arten von beheizten Sensoren verwendet werden kann.
Die 6 bis 7 zeigen perspektivische Ansichten der Befestigungsplatte 400 bei deren Trennung von der Wandler-Baugruppe 10. Die Befestigungsplatte 400 ist aus einem geeignetem Material und mit geeigneten Abmessungen, einer geeigneten Steifigkeit und Festigkeit hergestellt, so dass Schwingungen in der daran angebrachten Elektronik-Baugruppe 20 verringert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht die Befestigungsplatte 400 aus Edelstahl, und sie ist kreisförmig. Die Befestigungsplatte 400 der vorliegenden Erfindung könnte jedoch mit anderen Formen versehen und aus anderen Materialien hergestellt sein.
Wie dies in den 5 bis 8 gezeigt ist, schließt die Befestigungsplatte 400 drei Arme 402 ein, doch könnte sie lediglich zwei Arme oder mehr als drei Arme einschließen. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen erstrecken sich die Arme 402 in Radialrichtung von der kreisförmigen Befestigungsplatte 400 aus nach außen, und sie sind so abgebogen, dass jeder Arm einen ersten Abschnitt 408 vor der Biegung und einen zweiten Abschnitt 410 nach der Biegung einschließt. Jeder Arm ist unter einem rechten Winkel abgebogen. Die Arme 402 der Befestigungsplatte 400 sind an der Seitenwand des Sensor-Gehäuses 12 befestigt, um auf diese Weise die Befestigungsplatte 400 in der Wandler-Baugruppe 10 zu befestigen. Bei der gezeigten Ausführungsform schließen die zweiten Abschnitte 410 der Arme 402 jeweils eine Gewindebohrung 412 ein, und die Anne 402 sind an dem Gehäuse 12 mit Schrauben 24 befestigt, die sich durch Bohrungen in dem Gehäuse erstrecken und in die Gewindebohrungen 412 der Arme 402 eingeschraubt sind.
Wie dies in den 5 bis 7 gezeigt ist, sind die Öffnungen 406 der Befestigungsplatte 400 kreisförmig. Zusätzlich sind die kreisförmigen Öffnungen 406 in zwei versetzten Reihen vor jedem Arm 402 angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel schließt die Befestigungsplatte 400 insgesamt fünf Öffnungen 406 für jeden Arm 402 ein. Wie dies weiter oben erläutert wurde, behindern die Öffnungen 406 eine thermische oder Wärmeleitung oder sie vergrößern den Wärmewiderstand zwischen dem Armen 402 und dem Befestigungspunkt 404 der Befestigungsplatte 400, so dass temperaturempfindliche Bauteile, die mit der Befestigungsplatte 400 über den Befestigungspunkt 404 verbunden sind, thermisch isoliert sind. Die Position und Verteilung der Öffnungen 406 hängt von der Lage des Befestigungspunktes 404 auf der Befestigungsplatte 400 ab. Das heißt, dass die Lage des Befestigungspunktes 404 willkürlich ist und die Verteilung und Konstruktion der einen thermischen Widerstand ergebenden Öffnungen 406 bestimmt. Die Verteilung und Konstruktion der einen thermischen Widerstand ergebenden Öffnungen 406 hängt jedoch auch von der gewünschten Steifigkeit der Befestigungsplatte 400 ab. Größere kontinuierliche Öffnungen 406 können erwünscht sein, weil sie einen größeren Wärmewiderstand ergeben, doch können derart große Öffnungen 406 die Stabilität der Befestigungsplatte verringern.
Der vergrößerte thermische Widerstand der Befestigungsplatte 400 wird zur Vergrößerung der Zeit verwendet, die die Elektronik-Baugruppe 20 benötigt, um auf Änderungen der Umgebungstemperatur anzusprechen. Bei einer speziellen Anwendung befinden sich Temperaturkompensations-Elektroniken auf der Elektronik-Baugruppe 20. Die Vergrößerung des thermischen Widerstandes der Befestigungsplatte 400 und damit der Ansprechzeit auf Änderungen in der Umgebung der Kompensationsschaltung verbessert die zeitliche Kompensation von Änderungen in dem Sensor-Ausgangssignal gegenüber Änderungen in der Umgebungstemperatur.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Befestigungsplatte 500, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit der Wandler-Baugruppe 10 nach 1 konstruiert ist. Die Befestigungsplatte 500 nach 8 ist ähnlich der Befestigungsplatte 400 nach den 5 bis 7, derart, das ähnliche Elemente die gleiche Bezugsziffer haben. Die Befestigungplatte 500 nach 8 schließt jedoch den thermischen Widerstand vergrößernde Öffnungen 506 ein, die langgestreckt und in konzentrischen Kreisen um einen Mittelpunkt der Befestigungsplatte 500 herum angeordnet sind. Zusätzlich sind die einen vergrößerten thermischen Widerstand ergebenden Öffnungen 506 in aufeinanderfolgenden Kreisen gegeneinander versetzt, um eine größere Festigkeit und Steifigkeit für die Befestigungsplatte 500 zu ergeben.
In jedem Fall können die den thermischen Widerstand vergrößernden Öffnungen der vorliegenden Erfindung verschiedene Formen annehmen, solange die Öffnungen nicht in unannehmbarer Weise die Festigkeit und Steifigkeit der Platte verringern. Die den thermischen Widerstand vergrößernden Öffnungen können während eines normalen Stanzprozesses bei der Herstellung der Befestigungsplatte hergestellt werden, so dass die Hinzufügung der Öffnungen die Kosten der Platte nicht vergrößert. Die Hinzufügung der Öffnungen zur Verringerung der thermischen Leitfähigkeit zwischen den Armen 402 und den Befestigungspunkten 404 wird gegenüber einer Verlängerung und/oder einer schmaleren Ausgestaltung der Arme 402 bevorzugt, weil längere und schmalere Arme 402 die Übertragung eines vergrößerten Ausmaßes an Stößen und Schwingungen auf eine damit verbundene Elektronik-Baugruppe ermöglichen können.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 3 bis 5 und 7 ist zu erkennen, dass thermisch isolierende Abstandsstücke 26 zwischen der Elektronik-Baugruppe und der Befestigungsplatte 400 angeordnet sind. Befestigungsmittel 28 erstrecken sich durch Bohrungen an dem Befestigungspunkt 404 der Befestigungsplatte 400, um die Elektronik-Baugruppe 20 und die Befestigungsplatte 400 zu verbinden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsplatte 400 mit zwei Befestigungspunkten 404 versehen, und die Befestigungsmittel umfassen Schrauben 28, die in die Abstandsstücke 26 eingeschraubt sind, wie dies am besten in 3 gezeigt ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Elektronik-Baugruppe eine Sensor-Elektronik-Baugruppe 20, die Bauteile aufweist, die elektrisch mit dem Sensor 18 über zumindest einen Draht 30 verbunden sind, um Signale von dem Sensor 18 zu empfangen. Wie dies in den 4 und 5 gezeigt ist, erstrecken sich zwei der Drähte 30 von dem Sensor 18 durch die Befestigungsplatte 400 hindurch und sind mit der Sensor-Elektronik-Baugruppe 20 verbunden.
Wie dies am besten in den 3 und 4 gezeigt ist, schließt die Sensor-Baugruppe 10 weiterhin ein Elektronik-Gehäuse 40 ein, das an dem Sensor-Gehäuse 12 befestigt ist und eine Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe 42, die Bauteile einschließt, die mit der Heizeinrichtung 16 des Heizmantels 14 beispielsweise über einen Draht 46 verbunden sind, um die Heizeinrichtung 16 zu steuern, sowie eine Eingangs-/Ausgangs-Elektronik-Baugruppe 44 einschließt, die in dem Elektronik-Gehäuse 40 angeordnet und elektrisch mit der Sensor-Elektronik-Baugruppe 20 verbunden ist. Die Sensor-Elektronik-Baugruppe 20 empfängt Signale von dem Druckwandler 18 und liefert ein Meßsignal beispielsweise über einen Draht 48 an die Eingangs-/Ausgangs-Elektronik-Baugruppe 44 in dem Elektronik-Gehäuse 40 auf der Grundlage des Druckes, der den Druck-Sensor 18 über das Rohr 22 zugeführt wird. Ein (nicht gezeigter) Temperatursensor befindet sich innerhalb des Heizmantels 14 und ist mit der Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe 42 in dem Elektronik-Gehäuse 40 beispielsweise über einen (nicht gezeigten) Draht verbunden, so dass die Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe 42 in geeigneter Weise den Heizmantel 14 beheizen kann. Die Eingangs-/Ausgangs-Elektronik-Baugruppe 44 schließt einen Steckverbinder-Anschluss 62 und Status-Lampen 64 ein, die sich aus dem Elektronik-Gehäuse 40 heraus erstrecken.
Die Eingangs-/Ausgangs-Elektronik-Baugruppe 44 ist an der Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe 42 über Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Schrauben, befestigt, und Abstandsstücke sind zwischen der Eingangs-/Ausgangs-Elektronik-Baugruppe 44 und der Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe 42 vorgesehen. Das Elektronik-Gehäuse 40 ist an dem Sensor-Gehäuse 12 über Verbindungselemente 54 befestigt, die eine Wand 56 aufweisen, die zwischen dem Elektronik-Gehäuse 40 und dem Sensor-Gehäuse 12 angeordnet ist. Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Schrauben 55, befestigen die Gehäuse 12, 40 an dem Verbindungselement 54. Eine Schicht aus thermischen Isoliermaterial 58 ist zwischen der Wand 56 des Verbindungselementes 54 und der Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe 42 angeordnet.
Wie dies am besten in den 3 und 4 gezeigt ist, schließt die Wandler-Baugruppe 10 weiterhin eine wärmeisolierende Decke 60 ein, die die Heizeinrichtung 16 und den Heizmantel 14 umgibt. Die Elektronik-Baugruppe 20 und die Befestigungsplatte 400 befinden sich außerhalb der Wärmeisolations-Decke 60.
Obwohl spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es verständlich, dass vielfältige Abänderungen und Modifikationen für den Fachmann ersichtlich sind. Entsprechend sollen die beigefügten Ansprüche alle dieser Änderungen und Modifikationen abdecken, die in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Zusammenfassung
Eine Wandler-Baugruppe schließt ein Sensor-Gehäuse, einen in dem Sensor-Gehäuse angeordneten Heizmantel, eine betriebsmäßig mit dem Heizmantel gekoppelte Heizeinrichtung, einen in dem Heizmantel aufgenommenen Sensor und eine Elektronik-Baugruppe ein, die in dem Sensor-Gehäuse außerhalb des Heizmantels angeordnet und zum Empfang von Signalen von dem Sensor ausgebildet ist. Die Baugruppe schließt weiterhin eine Befestigungsplatte (400) ein, die in dem Sensor-Gehäuse außerhalb des Heizmantels angeordnet ist. Die Befestigungsplatte (400) hat sich von dieser aus erstreckende Arme (402) und zumindest einen Befestigungspunkt (404), an dem die Elektronik-Baugruppe an der Befestigungsplatte (400) befestigt ist. Die Arme (402) sind an dem Sensor-Gehäuse befestigt, und die Befestigungsplatte (400) schließt Öffnungen (406) benachbart zu den Armen (400) zur Behinderung einer Wärmeleitung zwischen den Armen (402) und dem Befestigungspunkt (404) ein.

Claims

Wandler-Baugruppe mit: einem Sensor-Gehäuse; einem Heizmantel, der sich in dem Sensor-Gehäuse befindet; einer Heizeinrichtung, die betriebsmäßig mit dem Heizmantel gekoppelt ist; einem Sensor, der in dem Heizmantel aufgenommen wird; einer Elektronik-Baugruppe, die innerhalb des Sensor-Gehäuses und außerhalb des Heizmantels angeordnet und zum Empfang von Signalen von dem Sensor ausgebildet ist; und einer Befestigungsplatte, die im Inneren des Sensor-Gehäuses außerhalb des Heizmantels angeordnet ist, wobei die Befestigungsplatte Arme, die sich von dieser aus erstrecken, und zumindest einen Befestigungpunkt aufweist, an dem die Elektronik-Baugruppe an der Befestigungsplatte befestigt ist, wobei die Arme an dem Sensor-Gehäuse befestigt sind und die Befestigungsplatte Öffnungen benachbart zu den Armen zur Behinderung einer Wärmeleitung zwischen den Armen und dem Befestigungspunkt einschließt.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der das Sensor-Gehäuse eine Seitenwand einschließt, und Schrauben die Arme der Befestigungsplatte an der Seitenwand des Sensor-Gehäuses befestigen.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 2, bei der die Befestigungsplatte drei Arme einschließt.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Öffnungen der Befestigungsplatte kreisförmig sind.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Öffnungen der Befestigungsplatte langgestreckt sind.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der thermisch isolierende Abstandsstücke zwischen der Elektronik-Baugruppe und der Befestigungsplatte vorgesehen sind.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, die weiterhin eine Wärmeisolations-Decke umfasst, die die Heizeinrichtung und den Heizmantel umgibt, und bei der die Elektronik-Baugruppe und die Befestigungs-Platte außerhalb der Wärmeisolations-Decke angeordnet sind.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Elektronik-Baugruppe eine Sensor-Elektronik-Baugruppe mit Bauteilen umfasst, die elektrisch mit dem Sensor über zumindest einem Draht zum Empfang von Signalen von dem Sensor verbunden sind.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 8, die weiterhin ein Elektronik-Gehäuse umfasst, das an dem Sensor-Gehäuse befestigt ist und eine Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe enthält, die mit dem Heizeinrichtungen des Heizmantels gekoppelte Bauteile zur Steuerung der Heizeinrichtungen einschließt.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 9, die weiterhin eine Eingangs-/Ausgangs-Elektronik-Baugruppe umfasst, die in dem Elektronik-Gehäuse angeordnet und elektrisch mit der Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe und der Sensor-Elektronik-Baugruppe verbunden ist, und bei der die Eingangs-/Ausgangs-Elektronik-Baugruppe einen Steckverbinder-Anschluss einschließt, der sich aus dem Elektronik-Gehäuse heraus erstreckt.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 10, bei der das Elektronik-Gehäuse an dem Sensor-Gehäuse über ein Verbindungselement befestigt ist, das eine zwischen dem Elektronik-Gehäuse und dem Sensor-Gehäuse angeordnete Wand aufweist.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 11, die weiterhin eine Schicht aus thermischer Isolation umfasst, die zwischen der Wand des Verbindungselementes und der Heizeinrichtungs-Elektronik-Baugruppe angeordnet ist.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der der Sensor einen kapazitiven Drucksensor einschließt, und die Baugruppe weiterhin ein Rohr einschließt, das mit dem Drucksensor verbunden ist und sich aus dem Heizmantel und dem Sensor-Gehäuse für eine Verbindung mit einer Strömungsmittel-Quelle heraus erstreckt.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der sich die Arme in Radialrichtung von der Befestigungsplatte aus nach außen erstrecken und umgebogen sind, so dass jeder Arm einen ersten Abschnitt vor der Biegung und einen zweiten Abschnitt nach der Biegung einschließt.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 14, bei der jeder Arm unter einem rechten Winkel gebogen ist.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 14, bei der die zweiten Abschnitte der Arme jeweils eine Gewindebohrung einschließen und die Arme an den Seitenwänden des Sensor-Gehäuses mit Schrauben befestigt sind, die sich durch Bohrungen in der Seitenwand hindurch erstrecken und in die Gewindebohrungen der Arme einschraubt sind.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Öffnungen der Befestigungsplatte kreisförmig sind und in zwei versetzten Reihen vor jedem Arm angeordnet sind.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Öffnungen langgestreckt sind, in konzentrischen Kreisen um einen Mittelpunkt der Befestigungsplatte herum angeordnet und in aufeinander folgenden Kreisen gegeneinander versetzt sind.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Befestigungsplatte kreisförmig ist.
Wandler-Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Befestigungsplatte aus Edelstahl hergestellt ist.