DE1259600B

DE1259600B - Device for measuring the pressure by means of a membrane forming one layer of an electrical capacitor and a method for partially manufacturing the device

Info

Publication number: DE1259600B
Application number: DEO8134A
Authority: DE
Inventors: Rene Andre Lenfant
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1960-07-01
Filing date: 1961-06-30
Publication date: 1968-01-25

Description

Vorrichtung zum Messen des Druckes mittels einer den einen Belag eines elektrischen Kondensators bildenden Membran und Verfahren zur teilweisen Herstellung der Vorrichtung Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Messen des Druckes mittels einer den einen Belag eines elektrischen Kondensators bildenden Membran, die zwischen den Berührungsflächen zweier Gehäuseteile eingespannt ist, von denen einer einen eingesetzten Teil trägt, der eine der Membran gegegenüberliegende, konkave, den anderen Kondensatorbelag darstellende Fläche aufweist.Device for measuring the pressure by means of a covering of one electrical capacitor-forming membrane and method of partial manufacture of the device The invention relates first of all to a device for measuring the Pressure by means of one of the layers of an electrical capacitor forming Membrane, which is clamped between the contact surfaces of two housing parts, one of which carries an inserted part, the one opposite to the membrane, has concave, the other capacitor plate representing surface.

Bei Druckmeßgeräten, die eine elektrisch leitfähige Membran enthalten, welche sich in ihrer Form verändert, sobald der Druck auf das Innere der sie begrenzenden Einfassung variiert wird, also sich die Kapazität des elektrischen Kondensators ändert, ist es unbedingt erforderlich, daß solche Meßgeräte sehr empfindlich arbeiten, wenn die Anderungen von Kapazitäten gemessen werden. For pressure gauges that contain an electrically conductive membrane, which changes in shape as soon as the pressure is exerted on the inside of them limiting Edging is varied, so the capacitance of the electrical capacitor changes, it is imperative that such measuring devices work very sensitively, when the changes in capacities are measured.

Bekannt sind mehrteilige Druckmeßgeräte, wobei mindestens ein Teil eine feste Elektrode mit konkaver Polfläche trägt, während eine ebene Membran mit ihrem Rand zwischen schmalen Ringbünden oder eingelegten Ringen von zwei oder mehreren Gehäuseteilen eingespannt ist. Eine solche Ausführung zeigt noch die Besonderheit, daß die Membran noch zusätzlich unter Spannung gesetzt wird dadurch, daß die aus Glas bestehende feste Armatur unter dem Druck von Federklammern sich mit ihrer Randkante unter Zwischenschaltung der planliegenden Membran auf einen Ringbund des unteren Gehäusesockels abstützt. Um die Gegenelektrode elektrisch wirksam zu machen, muß bei einer solchen Ausführung die konkave Polfläche dieser Elektrode noch mit einer metallischen Haut überzogen werden. Eine solche Bauweise ist nicht nur sehr kompliziert, sie ist auch sehr kostspielig, ohne daß der Grad ihrer Präzision überragend groß ist. Multipart pressure gauges are known, with at least one part carries a fixed electrode with a concave pole face, while a flat membrane with their edge between narrow ring collars or inlaid rings of two or more Housing parts is clamped. Such a design still shows the peculiarity, that the membrane is additionally put under tension by the fact that the Glass existing fixed armature under the pressure of spring clips with their peripheral edge with the interposition of the flat membrane on an annular collar of the lower one Housing base supported. To make the counter electrode electrically effective, must in such an embodiment, the concave pole face of this electrode still has a metallic skin. Such a construction is not only very complicated, it is also very expensive without the degree of its precision being overwhelmingly great is.

Bei einem anderen bekannten Differentialdruckmeßgerät wird die Einspannung der Membran von Gummiringen, die gleichzeitig der Abdichtung der beiden Druckkammern dienen, bewerkstelligt. Es ist natürlich nicht verwunderlich, daß durch dieVerformbarkeit der in diesem Fall verwendeten Einspannmittel keine extrem hohe Genauigkeit in der Positionierung der Membran in bezug auf die wirksame Polfläche der festen Elektrode zu erzielen sein wird. In another known differential pressure measuring device, the restraint the membrane of rubber rings, which simultaneously seal the two pressure chambers serve, accomplished. It is of course not surprising that due to the deformability the clamping means used in this case do not have extremely high accuracy in the Positioning of the membrane in relation to the effective pole face of the fixed electrode will be achieved.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei solchen Druckmessern die Weiterentwicklung dahin zu richten, einerseits ein Höchstmaß an Empfindlichkeit in der Anzeige von Anderungen der elektrischen Kapazität zu erzielen, andererseits eine weitgehende Vereinfachung der dazu erforderlichen technischen Bauelemente zu schaffen, und zwar mit vorbestimmten elektrischen Charakteristiken. The object of the invention is therefore, in such pressure gauges To direct further development towards, on the one hand, a high degree of sensitivity in the display of changes in electrical capacitance, on the other hand an extensive simplification of the technical components required for this with predetermined electrical characteristics.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Berührungsflächen und die konkave Fläche an Teilen einer gemeinsamen, geschliffenen Kugelfläche vorgesehen sind. According to the invention, this object is achieved with the device mentioned at the beginning solved in that the contact surfaces and the concave surface on parts of a common, ground spherical surface are provided.

Eine weitere Ausbildung ist dabei darin zu sehen, daß der die konkave Fläche aufweisende Teil sich in einer Aussparung des einen Gehäuseteiles befindet und das Kopfstück eines in diesem Gehäuseteil fest eingesetzten Bolzens bildet. Another training is to be seen in the fact that the concave The area having the part is located in a recess of the one housing part and forms the head piece of a bolt firmly inserted in this housing part.

Gemäß einem weiteren Ausbildungsmerkmal ist der Gehäuseteil, der dem die konkave Fläche aufweisenden Teil gegenüberliegt, mit einer gegenüber der Aussparung in dem einen Gehäuseteil im Durchmesser kleineren, jedoch gleichachsigen Aussparung versehen. According to a further training feature, the housing part is the facing the part having the concave surface, with one facing the Recess in one housing part smaller in diameter but equiaxed Provide recess.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der konkaven und der konvexen Berührungsflächen einschließlich der konkaven Flächen die der Membran gegenüberliegen; sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu bearbeitenden Teile im vorgefertigten und vormontierten Zustand mittels eines konvexen bzw. konkaven rotierenden Schleifkörpers hohlkugelig bzw. kugelig geschliffen werden wobei beide Schleifkörper den gleichen Kugelradius aufweisen. The invention also relates to a method for producing the concave and the convex contact surfaces including the concave surfaces are those of the diaphragm opposite; it is characterized in that the parts to be machined in the prefabricated and pre-assembled state by means of a convex or concave rotating grinding tool hollow-spherical or spherical are ground, both Grinding wheels have the same spherical radius.

In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, F i g. 2 eine Teilansicht dieser Vorrichtung in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine Stufe des Herstellungsverfahrens von Einzelteilen, Fig.4 eine Stufe des Herstellungsverfahrens von anderen Einzelteilen und F i g. 5 eine schematische Darstellung eines abgewandelien Ausführungsbeispieles. In the following description there are various exemplary embodiments explained in detail and shown in the drawing. 1 shows a schematic Representation of a device, FIG. 2 is a partial view of this device on an enlarged scale Scale, Fig. 3 a stage of the manufacturing process of individual parts, Fig.4 a Stage of the manufacturing process of other individual parts and F i g. 5 a schematic Representation of a modified embodiment.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 besteht die Druckmeßvorrichtung in der Hauptsache aus einem ersten Gehäuseteil 10 aus leitendem Material und aus einem zweiten Gehäuseteil 11 aus Isoliermaterial. Referring to Figures 1 and 2, there is the pressure measuring device mainly from a first housing part 10 made of conductive material and from a second housing part 11 made of insulating material.

Der erste Gehäuseteil 10 weist eine zylindrische Außenform auf und besitzt eine axial durchlaufende zentrische Aussparung 12, die vom Meßdruck beaufschlagt wird. Diese Aussparung wird auf der dem anderen Gehäuseteil 11 zu gelegenen Seite durch eine dünne metallische Membran 13 abgeschlossen, welche zwischen der konvexen Innenfläche 17 des Gehäuseteiles 10 und der anliegenden konkaven Innenfläche 18 des zweiten Gehäuseteiles 11 eingespannt ist.The first housing part 10 has a cylindrical outer shape and has an axially continuous central recess 12 which is acted upon by the measuring pressure will. This recess is on the side facing the other housing part 11 completed by a thin metallic membrane 13, which between the convex Inner surface 17 of the housing part 10 and the adjacent concave inner surface 18 of the second housing part 11 is clamped.

Diese Membran bildet den Belag eines Kondensators und arbeitet kapazitiv zusammen mit der konkaven Fläche 14, die die andere Elektrode darstellt und auf einem festen Teil 15 im zweiten Gehäuseteil 11 vorgesehen ist. Die aufeinanderliegenden Berührungsflächen 17 und 18 der beiden Gehäuseteile 10 und 11 bilden zusammen mit der konkaven Fläche 14 des festen Teiles 15 die Konturen ein und derselben Kugeloberfläche. Der feste Teil 15 bildet das Kopfstück eines Bolzens 19, der im Gehäuseteil 11 verankert ist; sein dem Kopfstück gegenüberliegendes Ende ist an einen Stromkreis 20 angeschlossen, der gleichzeitig mit dem Gehäuseteil 10 aus leitendem Material in Verbindung steht und mit Hilfe dessen die elektrische Kapazität des Kondensators bzw. die Veränderungen der Kapazität gemessen werden können.This membrane forms the coating of a capacitor and works capacitively together with the concave surface 14 which is the other electrode and on a fixed part 15 is provided in the second housing part 11. The superimposed Contact surfaces 17 and 18 of the two housing parts 10 and 11 form together with the concave surface 14 of the fixed part 15 has the contours of one and the same spherical surface. The fixed part 15 forms the head piece of a bolt 19 which is anchored in the housing part 11 is; its end opposite the head piece is connected to a circuit 20, which is at the same time in connection with the housing part 10 made of conductive material and with the help of this the electrical capacitance of the capacitor or the changes the capacitance can be measured.

Eine Aussparung 21 im Gehäuseteil 111 dient zur Aufnahme des festen Teiles 15. Die innere Kontur 22 des Gehäuseteiles 10 ragt in die Aussparung 21 hinein. Der Gehäuseteil 11 besitzt wie der Gehäuseteil 10 zylindrische Gestalt; die Außenflächen 23 und 24 dieser beiden Teile sind bündig, wodurch das Zusammenpassen des Meßgeräts wesentlich erleichtert wird. Die erfindungsgemäße Bauweise gewährleistet eine extrem genaue Lageeinstellung des mittleren wirksamen Teiles 13 der Membran und der konkaven Fläche 14, die die andere Elektrode bildet. Die Abdichtung der zentrischen Aussparung 12 wird durch einfaches Kontaktzusammenwirken der sphärischen Flächen 17 und 18 sowie der Membran erhalten. A recess 21 in the housing part 111 is used to accommodate the fixed Part 15. The inner contour 22 of the housing part 10 protrudes into the recess 21. The housing part 11, like the housing part 10, has a cylindrical shape; the outer surfaces 23 and 24 of these two pieces are flush, making the meter fit together is made much easier. The construction according to the invention ensures an extremely precise position adjustment of the central effective part 13 of the membrane and the concave Area 14 that forms the other electrode. The sealing of the central recess 12 is made by simple contact interaction of the spherical surfaces 17 and 18 as well as the membrane.

Die Fig.3 stellt eine Phase der Herstellung der hohlkugeligen Flächen am Gehäuseteil 11 und am festen Teil 15 dar, der zu diesem Zweck in den Teil 11 bereits fest eingesetzt ist. Mit Hilfe eines sphärisch konvexen Schleifkörpers 25 werden durch gemeinsames Schleifen der Teile 11 und 15 gleichzeitig die Berührungsfläche 18 und die konkave Fläche 14 geschaffen. The Fig.3 represents a phase in the production of the hollow spherical surfaces on the housing part 11 and on the fixed part 15, which for this purpose is in part 11 is already firmly inserted. With the help of a spherically convex grinding wheel 25 By grinding the parts 11 and 15 together, the contact surface is created at the same time 18 and the concave surface 14 is created.

Die F i g. 4 veranschaulicht eine andere Phase der Herstellung, gemäß welcher ein konkav sphärischer Schleifkörper 26 verwendet wird, um durch Schleifen der Innenfläche des Gehäuseteiles 10 die konvexe Berührungsfläche 17 zu erlangen. The F i g. 4 illustrates another phase of manufacture according to FIG which a concave spherical grinding wheel 26 is used to grind through the Inner surface of the housing part 10 to achieve the convex contact surface 17.

In der Variante eines erfindungsgemäßen Druckmeßgeräts nach F i g. 5 wird eine gleiche metallisierte Membran 30 zwischen die zwei Gehäusehälften 31 und 32 mit ihren sphärischen Berührungsflächen 33 und 34 gespannt, wobei diese Berührungsflächen ebenfalls den gleichen Kugelhalbmesser aufweisen. In the variant of a pressure measuring device according to the invention according to FIG. 5, an identical metallized membrane 30 is placed between the two housing halves 31 and 32 with their spherical contact surfaces 33 and 34 tensioned, these contact surfaces also have the same radius of the sphere.

Wie im zuerst dargestellten Fall sind auch hier die beiden Gehäusehälften außen zylindrisch und weisen mit ihren Außenflächen 35 und 36 den gleichen Außendurchmesser auf. Durch zwei Bohrungen 37 und 38 im Gehäuseteil 31 werden zwei Kammern 39 und 40 gebildet, die ein Druckmedium enthalten, dessen Druckveränderungen zu messen oder zu vergleichen sind. Die beiden Bereiche 41 und 42 der Membran 30, die eine verformbare Wand der Kammern 39 und 40 bilden, arbeiten kapazitiv wechselseitig mit den konkaven Flächen 43 und 44 zusammen, welche einen Teil der gleichen sphärischen Oberfläche darstellen wie jene der Berührungsflächen 33 und 34. Analog wie im ersten Ausführungsbeispiel werden sie auf den festen Teilen 45 und 46, die mit ihren Bolzen im Gehäuseteil 32 verankert sind, hergestellt. Die genaue Lageeinstellung der wirksamen Bereiche 41 und 42 in bezug auf die konkaven Flächen 43 und 44 gestattet die Herstellung von Kondensatoren, die in ihrer Empfindlichkeit alle bisher bekannten Meßgeräte weit übertreffen, wobei nicht unberücksichtigt werden darf, daß Druckmeßgeräte der einen wie der anderen erfindungsgemäßen Bauweise sich zusätzlich durch ihre einfache Konstruktion, durch leichte Bearbeitung der einzelnen Organe und unkomplizierte Montage derselben vorteilhaft auszeichnen.As in the case shown first, the two halves of the housing are also here cylindrical on the outside and have the same outer diameter with their outer surfaces 35 and 36 on. Through two bores 37 and 38 in the housing part 31, two chambers 39 and 40 formed, which contain a pressure medium to measure the pressure changes or to be compared. The two areas 41 and 42 of the membrane 30, the one form deformable wall of the chambers 39 and 40, work capacitively reciprocally with the concave surfaces 43 and 44 together which are part of the same spherical Represent surface like that of the contact surfaces 33 and 34. Analogous to the first one Embodiment they are on the fixed parts 45 and 46, which with their bolts are anchored in the housing part 32 is made. The exact position setting of the effective Areas 41 and 42 in relation to the concave surfaces 43 and 44 allow manufacture of capacitors, the sensitivity of all previously known measuring devices far exceed, whereby it must not be disregarded that pressure gauges of the one like the other construction according to the invention is additionally characterized by its simple Construction, through easy processing of the individual organs and uncomplicated The assembly of the same is advantageous.

Claims

Claims: 1. Device for measuring the pressure by means of a the membrane forming a coating of an electrical capacitor between the contact surfaces of two housing parts is clamped, one of which is one used part carries, one of the membrane opposite, concave, the other Has an area representing the capacitor deposit, d a d u r c h g e -I, that the contact surfaces (17, 18 or 33, 34) and the concave surface (14 or 43, 44) on parts (10, 11 and 15 or 31, 32 and 45, 46) of a common, ground Spherical surface are provided.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the the concave surface (14) having part (15) in a recess of the one housing part (11) is located and the head piece of a bolt firmly inserted in this housing part (19) forms.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the housing part (10), which the concave surface (14) having part (15) opposite, with one opposite the recess (21) in the housing part (11) in diameter smaller, but coaxial recess (12) is provided.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that that the housing parts (10, 11 and 31, 32) are designed as cylindrical parts and have the same outer diameter.

5. Device according to claims 1, 2 and 4, characterized in that that the part having the concave surface (43,44) is composed of two equal, symmetrical in the one housing part (32) inserted bolts, the head pieces (45, 46) lie in recesses of this housing part and with their concave surfaces one and the same membrane interact capacitively.

6. Method of making the concave and convex mating surfaces including the concave surfaces facing the membrane, according to a Device according to claim 1, characterized in that the working parts in the prefabricated and pre-assembled state by means of a convex or concave rotating grinding tool (25 or 26) are ground hollow spherical or spherical, both grinding wheels have the same spherical radius.

Considered publications: German Patent Specifications No. 154421, 503 949, 574 873; French Patent No. 964 108; U.S. Patents No. 2667786, 2751 530; "Vacuum technology", 1958, issue 8, pp. 177 to 184.