DE1448030A1

DE1448030A1 - Druckwandler

Info

Publication number: DE1448030A1
Application number: DE19611448030
Authority: DE
Inventors: Kooiman Robert R
Original assignee: Rosemount Engineering Co Ltd
Current assignee: Emerson Process Management Ltd
Priority date: 1960-04-14
Filing date: 1961-04-11
Publication date: 1968-10-24
Also published as: DE1448030B2; GB961852A

Description

"Druckwandler" sie Erfindung bezieht sich auf einn integralen Druckwa@@ler insbesonders aul Einrichtungen, welche geeinnet sind, unter Spannung durch Fläs@igkeitsdruch gesetzt zu erden unci dabei ihren elektrischen @iderstand oder andere elektrische Ei @nschafter. in£ole uer Druckbeeinflussung @ ndern.
Sei Druckwandlern mit Abgabe eines elekttischen @ignals entspr@@hend dem angewandten Druck wurden bischer Druckempfindli@@@e körper zur Abgabe einer stellbewegung auf eine getrennte Einrichtung, wie einen elektrischen widerstand, verwandt, wobei der Wert des letz-teren durch eine solche Bewegung Verstellt wurd@. Solche Einrichtungen haben den Nachteil, dass cie mehrfache Teile erfodern, dass sie häufig, einen @echnaismes zur Bewegungsvervielfachung benötigen, dass sie nicht im ausreichenden @aße stabil sind und dass @ie kostspieltig im Bau sind. sie Erfidnung bezweckt nun die Ausbildung eines Druckwandlers, welcher zur Aurname von Flussigkeitsderuck geei;net ist und dabei beeinflusst wird, wobei eine solche Beeinflussung seine elektrischen Eigenschaften zur Erzeungung einer elektrischen Anzeige selbst ändert. din anderer Gegenstand der Erfindung betrifft dabei die Ausbi).dun£' eines Druckwandlers und bzw. oder eines Druckwanldersystems zur Aufnahme von Flüssigkeitsdruck, entweder inner-oder ausserhalb oder in beiden Fallen zur elektrischen dignalanzeige entsprechend dem Druck.
Ferner soll ein solcher integraler Druckwandler von s-tabiler Konstruktion aufgebaut sein, welche mit niederen Kosten ausgefuhrt werden kann. eiterin bezweckt die erfindung die ausbildung solcher Druckwandlersysteme zur Verwendung unter extrem entgegengesetzten. Bedingungen der Temperatur, ues Druckes, von Erschütterungen usw.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung erstreckt sich darauf, solche integralen Druckwandler in einer Vielzahl von Ausfuhrungen auszubilden, wobei das Wandlermaterial @etall oder Halbleiter oder behandelter halbleiter sein kann.
Weiterhin bezweckt die Erfindung die Ausbildung von Druckwandlern, unter Verwendung eines Halbleiterszur Erzeugung von signalen mit optimalem Effekt oder, falls gew@nscht, von en-tgegengesetzter Art bei Druckanwendung. an Rand der beifolgenden eichnungen sollen der Getgenstand der Erfidnung in terschiedenen Ausführungsformen und noch weitere xinzelheiten beispielsweise erläutert werden.
Der Mechanimus wird dabei in verschiedenen Abbildungen erläutert, wobei gleiche Teile gleiche Bezugszeichen haben.
Fig. 1 ist eine masstabliche ansicht eines Rohrteiles zur Erörterung der theorie der Erfindung; zeigt 2 und ) sind maßstabliche Langsschnitte von Ausfürhungsformen, ebenso Fig. 4 jedoch letztere zusammen mit der entsprechneden Schaltung ; zeigt 5 - 14 zeigen Längsschnitte; ig. 15 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform unter Verwendung eines Halbleiterdruchwandlerelementes mit starrer Randfassung; Fig. 16 ist eine teilweise Unteransicht der Fig. 15 in Richtung der pfeile 16/16, Fig. 17 ist ein Querschnitt durch eine andere Ausfährungsform unter Verwendung von Halbleiterscheiben; Fig. 18 ist eine Teilansicht der Fig. 17 von unten in dicht tung der Pfeile 1-18; Fig. 19 ist eine ähnliche Ansicht wie nach Fig. 18, zeigt jedoch eine weitere Ausführungsart; Fig. 20 ist ein @@ngsquerschnitt durch eine weitere Ausfuhrungsform des Halbleiterwandlerelementes; Fig. 21 zeigt eine andere Ausführungsform unter Verwendung eines Halbleiterrohres als Gefäß; rig. 22 ist eine mabstäbliche Ansicht im @angsschnitt entsprechend der Fig. 2, jedoch von einer anderen Ausbildung und dazugehöriger Schaltung; Fig. 25 ist ein Querschnitt der Fig. 22 in Richtung der ffeile 23-23, und Fig. 24 in Richtung der Pfeile 24-24 gesehen; Fig. 25 ist eine Ansicht entsprechend der Fig. 19, jedoch liner weiteren Ausfuhrungsform; Fig. 26 ist ein Schnitt entsprechend der Fig. 15 einer anderen Ausführungsform; Fig. 27 ist eine @ursicht nach den Pfeilen 27-27 der Fig. 26; illig. ab ist der Schnitt eincr weiteren Ausführungsform eines Druckvaandlers ; Fig. 29 ist ein Ausschnitt aer Fig. 28 in Aufscht nach den @feilen 29-29.
Die erfindung besteht in ihrer einfachsten orm aus einem Druckgefäß, welches nach einer Reihe der Auführungsformen zylinderartig sein kann oder aus einem Druckgefaß, welches runde Teile, wie eine Scheibe oder Scheiben oder eine Kugel oder eine Halbkugel oder Halbkugeln nach einer anderen Reihe von Ausführungsformen aufweist. hierbei werden das gesamte Gefäß oder ausgewahlte Teile desselben bei Anwendung von Flüssigkeitsdruck gespannt. Der Zug in dem Material, aus welchem der Kessel oder eile desselben zusammengesetzt sind, verursacht Änderungen des Widerstandes, welche kennzeichnend für die Druckanderung sind. blach der erfindung verursacht die Anwendung von Aussen-oder Innendruck auf das gefäß Dimensionsänderungen entsprechend der Druckbelastung und enderungen des "iderstandes des Kessels oder von Teilen.
Zur Verwendung bei der Herstellung von integralen Druck wandlern nach der Erfindung sind verschiedenartige Werkstoffe geeignet. Bevorzugte Werkstoffe sind Metallegierungen wie Manganin, eine Legierung von 42% Nickel, 58fo Eisen und verschiedene halbleiterelemente &nd Verbindungen wie Germanium, Silicum, Diamant, silicumarbid, Indiumantimonid, Zinktellurid, C-alliumphosphid und RatilO Ein Werkstoff wie aus Legierung Manganin zeigt sehr günstige Sigenschaften bei der Herstellung von langen zylinderartigen- und halbkugelartigen Äusbildungen des einheitlichen Druckwandlers. kianganin als Erläuterungsbeispiel hat einen hohen ayidertstand und einen niederen Wärmekoeffizienten des "iderstandes. Halbleiterstoffe zeigen im allgemeinen einen viel größeren Druckkoeffizienten des Widerstandes als Metalle, während jedoch andererseits ihr Wärmekoeffizient des Wider standes auch dementsprechend hoher ist0 Halbleiter, welche im allgemeinen wenig er leicht als Metalle verarbeitet werden können, sind am besten für einfache Ausbildungen des Druckwandlers, wie kurze Zylinder, Scheiben und Hohlormen geeignet.
In ihrer einfachen Form kann die Erfindung zur Messung eines gleichmäßigen Druckes verwendet werden, wobei der Druck wandler aus einem Zylinderteil oder-teilen besteht, in oder auf welches der Flüssigkeitsdruck zur Anwendung kommt4 Figur 1 zeigt einen kurzen Abschnitt eines zylinderartigen Druckwandlerelementes, in welchem der Zylinder mit 10 und die Wanddicke mit 11 bezeichnet sind. Nach der Erfindung kann sowohl der Druck innerhalb des Rohres angewandt werden oder das Rohr kann verschlossen sein, sodass der Druck auf die Außenwandung des Zylinders zur Anwendung kommt. Wenn das Zylihdermaterial so einem Aussen- oder Innendruck unterworfen wird, wird jedes Teilchen in dem Rohr gespannt und einer Widerstandsänderung unterworfen. Wenn man so ein Teilchen 12 des Materials der Zylinderwandung betrachtet, wird es Spannungen nach drei Achsen, wie es in der £ig. 1 dargcstellt ist, erhalten, namlich nach der Achse xx, welche parallel zur Mittellinie des Zylinders bzw. in LCingsrichtung des zylinders luft.
Weiterhin nach der Achse yy, die tangential zum Kreis 13 um die Mittellinie, auf welchem sich das leilechen 12 befindet, gerichtet ist; diese kann man als Kreisspannung auf das teilchen 12 bezeichnen, Schließlich verbleibt als dritte Druckrichtung die Achse zz, welche radlal von der Mittellinie CL auswdrts durch das Teilchen 12 verlauft.
Dies selbe Theorie besteht auch dann, wenn das werkstoffteilchen Teil eines Rohres entsprechend den Fig. 1 bis 9 oder ob es Teil einer Scheibe entsprechend den Fig. 10 bis 20 ist.
Nach Fig. 2 besteht der Druckwandler aus einem Zylinder 20 mit einem Stopfen 21 am linken Ende und einem Stopfen 22 am rechten Ende. Beide Stopfen sind dicht in das Rohr eingesetzt. Der Stopfen 22 ist zur Aufnahme eines Rohres 13 durchbohrt, durch welchen der Blüssigkeitsdruck in den Zylinder gegeben werden kann. Die Stopfen 21 und 22 sind Verschwießt oder anderweitig in den Lylinder 20 eingedichtet. An den Enden des @ohres 20 sind elektrische Leitungen mit Anschlüssen 24 und 25 angebracht. Dementsprechend wird sich, wenn der Zylinder 20 im Inneren mit Druck beschickt wird, eine Änderung des Widerstandes zwischen den Anschlüssen 24 und 25 ergeben, wodurch ein signal zur Anzeige der Druckanderung erzeugt wird.
Bei der @usführungsform nach Fig. 3 ist der Zylinder 30 mit festen Stopfen 31 und 32 an den gegenüberliegenden Enden versehen, wobei diese Stopfen durch Verschweißen oder Verlöten oder auch anderweitig dicht mit dem Iviaterial der Zylinder wandungen verbunden sind. Der an jedem @nde mti Stopfen versehene Zylinder bildet so eine Kapsel, welche auch beim Verschluss evakuiert werden kann. iese Kapsel wird innerhalb eines druckdichten Behalters 35 mit der Einlassverbindung 36 angeordnet. Die Leitungsanschlüsse 33 und 34 an den gegenüberliegenden Enden des Zylinders 30 werden in druckdichten, isolierten Druchfürunge 33 A und 34 A in der Wandung des Beih@lters 35herausgefurt.
Bei dieser Form der Erfidung wird der Druck durch die Zuleitung 36 entsprechend dem Pfeil 37 aufgegeben, und der IlLissigkeitsdruck wirkt daher insgesamt auf die Aussenfläche des Zylinders 30 und natürlich auch auf die Stopfen 31 und 32.
Der Zylinder 30 wird dementsprechend unter Spannung gesetzte woraus sich eine Widerstandsänderung ergibt, Nach Fig. 4 ist ein System unter Verwendung eines Paares von einheitlichen oder integralen Druckwandlern der erwähnten Art vorgesehen. Dieses Wandlerpaar besteht aus gleichen Zylindern, von denen der linke in der Figur identisch mit dem Zylinder 20 der Figur 2 ist. Dieser Zylinder hat einen Stopfen 21 an einem Ende und den Stopfen 22 an dem anderen Ende, welcher die Einlassverbindung 13 zur Einleitung des Druckes in das Innere des Zylinders 20 aufweist Der zweite ylinder 40 ist in seinen physikalischen Abmessungen mit dem Zylinder cX identisch und hat einen Stopfen 41 an dem einen Ende, welcher dem Stopfen 21 entspricht und einen Stopfen 42 an dem anderen Ende, welcher dem Stopfen 22 entspricht Der Stopfen 42 hat jedoch nicht eine Zuführung entsprechend 159 sondern ist nur mit einer Luftöffnung 43 versehen. Elektris@he Verbindungen bestehen mit der Leitung 26 zur Verbindung 45 und dann durch einen @iderstand 46 zur Verbindungsstelle 47 9 weiter durch die Batterie 48 und die Leitung 49 zur Verbindungsstelle 50, 9 von wo aus eine Verbindung zum Anschluss 25 geht, ebenso wie von der Verbindung 50 eine Leitung zum Anschluss 51 am Ende des Zylinders 40 nahe dem Stopfen 41 führt. Von der Verbindunge stelle 47 erstreckt sich weisterhin der Kreis über den widerstand 52 zur Verbindungsstelle 53 und schließlich zum Anschluss 54 am gegenüberliegenden @nde des Zylinders 40 An den Verbindunbsstellen 53 und 54 ist das Galvaw1ometer 55 angeschlossen. Bei Zufuhrung von Druck entsprechend des pfeil 56 durch die Zuleitung 15 in das Innere des Zylinders 20 erhält dieser Spannung, und der Widerstand zwischen den Anschlüssen 24 und 25 wird dementsprechend geändert. Da die Zylin der 20 und 40 nahe zueinander liegen und dementsl, rechend der gleichen Temperatur ausgesetzt sind, wird eine Widerstandsminderung infolge Temperaturänderungen durch das dargestellte Netzleitungswerk kompensiert. Der Netzkreis bewirkt daher eine Ablesung des Galvanometers, welches eine reine Anzeige des auf den Zylinder 20 gegebenen Druckes ist.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform ähnlich derjenigen der Fig. 4 dargestellt, bei welcher die Zylinder 20 und 40 indentisch sind, jedoch mit der Ausnahme, dass der Stopfen 42 der Big, 4 mit einer Offnung 42 versehen ist, wahrend der entsprechende Dopen 42 A der Fig. 5 dicht und mit keiner Öffnung versehen ist. Dementsprechend bildet das Kohr 40 zusammen mit den Stopfen 41 und 42 eine geschlossene Kapsel ähnlich der Fig. 3.
Nach Fig. 5 ist weiterhin ein Aussenbehälter 35 entsprechend der Fig. 3 vorgesehen. Bei diesem Sysrem ist die Zufuhrung 13 zum Stopfen 22 des Zylinders 20 mit einem T-Stück 1-j A versehen, zu welchem die Leitung 36 des Behälters 35 führt. Bei Anwendung von Druck entsprechend dem Pfeil 56 in die Zuführung 13 wirkt dieser nicht nur auf das Innere des Zylinders 20, sondern auch über die Leitung 36 auf den Behälter 35 und so auf die Außenfläche des verichlossenen Zylinders 40. Die elektrische Schaltung der Fig. 5 entspricht dagegen vollkommen derjenigen der pig. 4.
Wenn also entsprechend dem Pfeil 56 der Zuleitung 13 Druck zugeführt wird, wirkt dieser auf das Innere des Zylinders 20 und spannt diesen von innen, während gleichzeitig der Zylinder 40 in entgegengesetzter Richtung, d.h. von aussen, gespannt wird0 Diese Spannungen verursachen Widerstandsänderungen von entgegengesetztem Charakter, wodurch sich in der dargestellten Schaltung der Fig. 5 ein stärkeres Signal an dem Galnanometer 35 als nach Fig. 4 ergibt.
Fig. 6 erläutert ein System ähnlich der gig. 4 mit den Unterschied, daß anstelle von kurzen Zylindern 20 und 40 mit verhältnismäßig weitem Durchmesser der Fig. 4 nach Fig.
6 eine große Länge eines Kapillarrohres von geringerem Durchmesser vorgesehen ist, welches mit der Klammer 60 bezeichnet und aus gleichen eilen 60 A und 60 B zusammengesetzt ist. Das Kapillarrohr hat einen gleichmäßigen durch messer und an dem einen Ende des Abschnittes 60 A einen 7erbreiterten Druckanschluss 61 mit einem Leiteranschluss 24 entsprechend der Fig. 4. Die gesamte Länge des Kapillarrohres 60 ist von gleichem urchmesser, wobei im Mittelpunkt des @ohres der dichte Ahschluss 60@und der Leiteranschluss 50 vorgesehen sind, der elektrisch die Teile 60 A und 60 B erfasst. Das gegenüberliegende Ende 60 B des Rohres ist bei 62 offen und mit dem elektrischen Leiteranschluss 54 entsprechend der Fig. 4 verseheh. Der Teil 60 A des Rohres von dem Druckanschluss 61 zum Abschluss 60 Q bildet somit eine verschlossene Kapillarkammer von der halben Dimension der Gesamtlänge des Rohres 60 vom Anschluss 24 bis zum Anschluss 54, während der Teil 60 B vom Abschluss 60 C und dem Anschluss 50 zu dem offenen Ende 62 und dem Anschluss 54 in gleicher Weise eine Kapillarkammer von gleidher Größe und Länge des anderen Teiles jedoch mit dem Unterschied, daß sie bei 62 zur Atmosphäre offen it, bildet. Die elektrische Schaltung dieser Ausführungsform entspricht vollkommen derjenigen nach Fig. 4.
Wenn Druck entsprechend dem Pfeil 56 durch das Einlaßrohr 61 aufgegeben wird, erhält der Teil des Kapillarrohres von dem Einalss bis zum Abschluss 60 C Spannung, während der Teil des Rohres von 60 a bis 62, der die gleichen physikalischen Abmessungen aufweist und der gleichen Temperatur unterworfen ist, keine Spannung erhält. Das reine Ergebins ist, daß die angegebene Schaltung ein Signal oder eine Anzeige des Galvanometers 55 bewirkt, welche die Anzeige des angewandten Druckes entsprechend dem Pfeil 56 durch den Einlass 61 ist. Das Kapillarrohr nach Fig. 6 ist besonders zur Anwendung an solchen stellen geeignet, wo ein Rohr von kleinerem Durchmesser zu anderen mechanischen Struktur passt. ilig. 7 entspricht der ig. 6 mit der ausnahme, aass das Kapillarrohr am mittleren Abschlus 60 C und Anschluss 50 umgefaltet ist und dass das offene nie 62 zurück in die @ähe des Einlasses 61 gekommen ist. Diese Struktur kann/ auch aus zwei Stücken Kapillarrohr zusammengesetzt werden, welche bei 60 C untereinander verbunden und verschlossen bind, wo der Anschlup 50 vorgesehen ist. Die beiden Abschnitte des Kapillarrohres erstrecken sich längs nebeneinander und können so, falls gew@nschet, zu einer Spirale, wie es unter der Klammer 60 der ig.
7 dargestellt ist, geformt sein. Die spirale ist in diesem Falle aus zvJei Teilen 60 A und 60 B zusammengesetzt, welche parallel zueinander liegen und durch ein geeignetes elektrisches Isoliermaterial voneinander getrennt zur Spirale verbunden sind0 Diese Fairm der mechanischen ausbildung ermöglicht die Anbringung der Doppelspirale an irgendeinem zentralem mechanischem Träger.
Die Funktion der Einrichtung ist in elektrischer Hinsicht die gleiche wie diejenige der ig. 6.
Nach Fig. 8 sind zwei Rohre 95 und 96 vorgesehen, von denen jedes eine Widerstansanderung bei Druckanwendung ergibt0 Das @ohr 95 ist mit einem Stopfen 97 an einem Ende verschlossen, durch welchen sich das Einlassrohr 98 erstreckt. Das Rohr 98 und der Stopfen 97 sind hermetisch miteinander und-dem Rohr 15 verbunden0 Am anderen Ende des Rohres 95 sitzt der Stopfen 99, durch welchen sich das Rohr 96 hermetisch mit ihm verbunden erstreckt, während der Stopfen 99 weiterhin dicht in dem Rohr 95 angebracht ist. Das Ende 96 A des Rohres 96 ist mit einem Stopfen 96 B versehen, sodass es auch an diesem Ende verschlossen ist.
An jedem Ende der Rohre 95 und 96 sind, wie dargestellt, elektrische Anschlüsse angebracht. Der Stromkreis geht von dem Anschluss 101 des Rohres 95 über den Draht 102 zur Versindungsstelle 103, über dem Draht 104 zur Batterie 105, und übder den Draht 106 zur Verbindungstelle 107. Von der Verbindungstelle 107 erstreckt sich der Kreis durch den Widerstand 108 zur Verbindungsstelle 109 und dber den Draht 110 zum Anschluss 111 am entgegengesetzten Ende des Rohres 95. Vom nnschluss 112 an dem einen sunde des Rohres 96 verlauft der Kreis über den Draht 113 zur Verbindungsstelle 103. Das andere Ende des Rohres 9o steht mit seinem Anschluss 114 über den Draht 115 mit der Verbindungsstelle 116 in Ferbindung, von wo aus der Kreis wieder zurück über einen widerstand 117 zur Verbindungsstelle ver- verlJuft. Das Galvanometer 118 ist an den Verbindungsstellen 109 und 110 angelegt. Druckdichte isolierte Druckführungen 113 a und 115 A sind für den Durchgang durch die Wand des Rohres 95 vorgesehen.
In Fig. 9 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, in welcher die Rohrteile entsprechend den Rohren 95 und 9o der Fig.
8 einstickig ausgebildet sind Diese Konstruktionsform ist dann besonders geeignet, wenn der Werkstoff zur Erstellung der Einrichtung eine halbleiter, wie Germanium oder Silicum, oder eine Halbleiterverbindung, wie Siliciumkarbid, ist. @ach Fig. 9 hat die einheitliche Struktur einen Grundteil 120 und sine Ringflanke oder einen Zylinder 121, welcher mit der Grundfldche eine hohlform bildet Innerhalb der Ringflanke bzw. das Z@linders 121 ist koaxial eine kleinere innere Ringflanke oder ein Innenzylinder 122 angebracht. kiese beiden Flanken 121 und 122 sind konzentrisch und erstrecken sich nach links von dem Grundteil 120, wie in der Fig. 9 dargestellt ist. @eiterhin weisen sie ungefähr gleiche Längenabstände von dem Grundteil 120 auf 0 Die beiden Flanken bilden so zwischen sich einen @ingraum 124, welcher mittels eines ringförmigen Glasverschlusses 125 abgeschlossen ist. Letzterer ist zur hermetischen abdichtung mit den Flanden 1 21 und 122 verschmolzen, Der Glasabschluss 125 ist an einer Stelle von einem in den Raum 124 gehenden Rohr durchsetzt. Das Rohr 126 ist mit einer Druckquelle entsprechend dem Pfeil 127 verbunden, sodass die Druckflüssigkeit in den Raum 124 eintreten kann, wobei dementsprechend die Zylinder 121 und 122 gespannt werden0 blektrische Anschlüsse sind bei 128, 129 und 130 vorgesehen. Die Schaltung der Sinrichtung nach ig. 9 kann die gleiche sein wie diejenige der m'ig. b. Der Anschluß 130 wird mit der Leitung 104 verbunden, und die Anschlüsse 128 und 129 entsprechend mit den Leitungen 110 und 115.
Liner oder beide der in der Schaltung liegenden Widerstande 46 und 52 nach den Fig. 4,5,6 und 7 oder der tiiderstande 1C7 und 108 nach ig. 8 können veränderlich sein, wenn es zur eine entsprechende Einstellung gewänscht ist.
In den Fig. 2 bis 9 wird der lektrische Anschluss an den Enden der Wandlerelemente dargestellt. Selbstverstandlich können diese Anschlüsse oder auch zusätzliche Anschlüsse auch noch nahe dem sunde oder an Zwischenstellen, wenn andere oder verschiedene Spannungen oder Spannungsteile zur @nzeige gewünscht werden, angebracht werden. Dies ist besonders zweckmäßig im Hinblick auf Wandler aus Halbleitern, bei welchen die Orientierung der Kristallebenen des Halbleitermaterials eine Wirkung auf die stellen mit dem maximalen Wandlereffekt hat.
Dementsprechend liegt im Bereich der arSindung, die elektrischen Anschlüsse an voneinander getrennten Stellen der Blemente zur erzielung eines optimalen Signaleffektes anzuordnen.
Nach Fig. 10 besteht die Druckwandlereinrichtung aus einem Behälter, welcher in geeigneter weise die Porm einer Halbkugel 210 oder jedes anderen schalenförmigen Behälters mit einem Rand oder einer Kante 211 haben kann. kiese Kante kann eben sein, um die kreisförmige Scheibe 212 durch Verlöten, Hartlöten oder in anderer weise druckdicht zu der hantenflache 211 des Behälters 210 zu befestigen. Die Scheibe ist im Verhältnis zu ihrem durch messer verhaltnismäßig dünn ausgebildet, sodass unter Belastung Membrankräfte vorherrschen. Der behalter hat eine Druckeinlaßverbindung 214, welche in sein Inneres führt. Ein kleines Metallteil 215 ist als elektrischer Ansctiluss in der Mitte der Scheibe 212 angebracht, während der behälter selbst, sofern er aus Metall besteht, als Anschluss der weiteren elektrischen Leitung wirkt.
Wenn die @chale 210 nicht metallisch ist, wird ein getrennter Ringanschluss entsprechend 240 A und 241 A der Fig. 12 verwendct, Der @eitungsdraht 217 verlauft von dem Anschluss 215 zu einem Anschluss 218 des Brückenkreises mit dem allgemeinen Bezugszeichen 220. Der Leiter 219 geht von dem Anschluss 216 zum Anschluss 221 des Brückenkreises 220. Der Brückenkreis weist weistere Anschlüsse 222 und 223 auf. Die Batterie liegt auf 218 und 223. Zwischen 218 und 222 liegt der Widerstand 226, zwischen 222 und 223 der Widerstand 227 und zwischen 221 und 223 liegt der Widerstand 228. Die Widerstände 226,227 und 228 oder auch einer von diesen können, falls gewüngscht, verstellbat sein. min durch den Anschluss 214 des Gefäi3es 210 in das Innere gegebener Druck bewirkt somit, daß die Kreismembran 212 aus ihrer ebenen Lage ausgebogen wird. Wenn der durch das Rohr aufgegebene Druc1 positiv ist, wird die Membran 212 nach aussen bzw. nach rechts der Fig. 10 ausgelenkt. @in negativer Druck dagegen wird die Membran 212 nach innen, d.h. nach links in der Fig. 10 einbiegen. Die Biegung nach jeder @ichtung verursacht eine Spannung der Membran 212 und damit tritt eine änderung des Widerstandes zwischen Mittelanschluss 215 und dem Randanschluss 216- auf, welche als Anzeige des Galvanometers 225 des Output-Kreises in Erscheinung tritt. Dementsprechend wird das Signal unmittelbar durch ein Teil des Drucksystems, auf welches der Druck angewandt wird, dargestellt.
Fig. 11 ist ähnlich wie Fig. 10 mit der Ausnahme, dass der Behälter 210 keinen minlass 214 hat und dass der Behälter 210 durch die Kreisscheibe 212 dicht verschlossen ist. Der gesamte geschlossene Kessel 210-212 ist in dem druckdichten Behälter mit dem allgemeinen Bezugazeichen 230, welcher den Druckeinlass 231 aufweist, angeordnet. Sie Leitungsdrähte 217 und 219 werden mittels geeigneter druckdichten Druckisolatoren 217 A und 219.A in der Wand des Druckbehälters 230 durchgeführt. Der äussere Stromkreis ist identisch mit demjenigen der Fig. 10.
Bei Druckaufgabe durch den Einlass 231 wird die kreisförmige Membran 212 gebogen und gespannt wodurch sich der Widerstand entsprechend ändert; diese Widerstandsänderung wirkt sich als Anzeige in dem Messkreis aus.
In Fig. 12 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher ein Par von Membranen 240 und 241 von identischer Form druckdicht mit einem Ring 242 aus isoliermaterial, wie keramischem Material, verbunden sind. Jede Kembran 240 und 241 ist bei 2t0 A und 241 A mit einem Anschlussring und weiterhin mit mittleren Anschlüssen 240 B und 241 B versehen. Die gesamte aus den Scheiben 240 und 241 und dem dazwischenliegenden Ring 242 aus elektrisch nicht leitfähigem Material druckdicht zusammengesetzte Kapsel ist in dem Druckbehälter 244 mit dem Druckanschluss 245 angeordnet. Der Druckbehälter besitzt isolierte Druckfährungen 246 - 249. Der Stromkreis verläuft von der Batterie AjO über den Leiter 251 zur Verbindungsstelle 2)2 und dann über den Leiter 253 zum Anschluss 241 B. Vom Verbindungspunkt 252 verläuft der Leiter 254 aber den "iderstand 255 zur Verbindung 256 und dann über den Leiter 257 zum Anschluss 240 B. Von der Verbindungesteile 256 verläuft der Leiter 258 zum Galvanometer und weiter zur Verbindungsstelle 260. Zwischen der Verbindungsstclle 260 und der Verbindungsstelle 263 liegt der widerstand 262. Die Verbindungsstelle 26) ist mit dem Anschluss 240 A durch den Leiter 264 verbunden. Von der Verbindung 263 geht weiterhin der Leiter 265 zum anderen Anschluss der batterie 250, welche an den Leiter 252 angeschlossen ist. Der Leiter 261 verbinaet den Anschluss 241Amit dem Knoten 260.
Bei Druckaufgabe entsprechend dem rfeil 260 durch den Einlass 245 werden die Membrane unter der Einbiegung gespannt. Dies ergibt wiederum eine "iderstandsanderung, welche als Anzeige auf dem Galvanometer 259 abgelesen wird. ts ist zu erwähnen, dass in diesem System die beiden Membrane 240 und 24. zwei Arme des Bruckenkreises darstellen, während die anderen Arme aus den riderstanden 255 und 262 bestehen. Dementsprechend wird bei dieser Anordnung ein doppeltes @ignal im Vergleich @u der Anordnung nach den Fig9 10 und 11 erzeugt, In Fig. 13 wird eine andere Ausführungsform erläutert, welcne aus einer Metallscheibe 270 in druckdichter Befestigung an dem Innernrand der flalbkugel 271 besteht ; Dies kann in b licher "eise durch Verlöten, Versch, eissen oder nartlöten des @andes 270 A der Scheibe mit der Innenfläche der anliegenden @albkugel 271 erreicht werden. @in Metallstückt 271 A als @nschluss ist in der Achse auf der Halbkugel 271 angebracht, wyxh rend die scheibe 270 den anderen Anschluss darstellt. Der Anzeigekreis verläuft vom Anschluss 270 A der Scheibe 270/ über den Leiter 272 zu dem einen Anschluss 273 des Brückenkreises 274. In diesem Brückenkreis liegt zwichen dem Anschluss 273 und dem Anschluss 276 der widerstand 275, von wo der Leiter 277 zur Dattcrie 278 fürhrt. Von hier aus geht der Leiter 279 zum zweiten Anschlusspunkt 2U0 des Brückenkreises, der mit dem Leiter 281 mit dem Anschluss 271 A des Wandlers verbunden ist. Zwischen dem Anschluß 276 des Brückenkreises und dem nschluss 280 liegen die Widerst@nde 2828 und 284, deren Mittelpunkt ebenso wie der Anschluss 273 zum Galvanometer führt.
Die Scheibe 270 hat den Druckeinlass 286 zum Inneren des Kessels, welcher von der scheibe 270 und Halbkugel 271 gebildet wird0 Bei Druckanwendung entsprechend pfeil 287 durch den ninlass 236 in das Innere des kessels 270 - 271 wird daher eine spannung auf der halbkugel 271 ausgeübt, welche dementsprechend den iderstand zwischen den Anschlüssen 270 A 271 A @ndet. Sie Anderung stellt das Signal zur Ablesung druch das Galvanometer in dem Brückenkreis 274 darO @ine andere Ausführungsform wird in @ig. 14 dargestellt, bei welcher zwei Halbkugeln in die Struktur 290 eingebaut sind, sie Achse dieser Struktur verläuft nach der Linie 293 und durchsetzt die Halbkugeln an ihren Polen 297 und 298. sie : @albugeln 291 und 292 sind durch einen Ring 295 verbunden0 um eine dichte Verbindung zwischen den Halbkugeln 291 und 292 und dem Ring 295 zu erzielen, ist letztere mit zwei Nuten 295 A und 295 B versehen, in welche die Kanten der Halbkugeln eingesetzt und dann verlötet oder verschweisst werden. er Ring 295 ist somit der flüssigkeitsdichte Abschluss zwischen den Halbschalen 291 und 292 und dient als elektrischer Anschluss an deren Kanten. Der Ring 295 bildet einen elektrischen Anschluss, der in einer Ebene rechtwinklig zur Achse 293 und elektrisch mittwegs ischen den Polen 297 und 298 der Halbkugel liegt. An den Polen 297 und 298 sind Anschlüsse 291 A und 292 A angebracht, und zwar ftir die Halbkugel 291 der Pol anschluss 291 A und für die Halbkugel 292 der jolanschluss 292 A. er letztere ist durchbohrt zur Aufnahme des Druckanschlusses 299, welcher in dem inneren Zwischenraum s zwischen den Halbschalen fuhrt. Von dem Anschluss 291 A geht der Leiter 300 zur Verbindungsstelle 301, weiter durch den Widerstand 302 zur Verbindungsstelle 303, dann durch den Widerstand 304 zur Verbindungsstelle 305, von wo der Leiter 306 zum Anschluss 292 A verläult. Von dem Ring 295 verläuft der Leiter 307 durch das aalvanometer 308 zum Anschluss 303. Die Batterie 310 ist an den Verbindungsstellen 201 und 305 angelegt Bei Druckaufgabe entsprechend dem Pfeil 311 durch den @inlass 299 in den Innenraum S der Halbkugel wirkt der Druck gleichmlßig auf die gesamte Innenfläche der rialbkugel 292, wobei deren 11-tterial zugespannt wird. In gleicher "eise wirkt der Druck auf die @ussenfläche der halbkugel 291, welche dabei unter Druckspannung kommt, Diese Druckeinwirkungen verändern die @iderstände der beiden Halbkugeln 291 und 292, wobei der Widerstand der Halbkugel 291 zwischen dem polaren Anschluss 291 A und dem äuatorialen Anschluss 295 im gewissen Maße geandert wird. In ähnlicher "eise wird der @iderstand der Halbkugel 292 zwischen ihrem polaren Anschluss 291 A und ihrem äquatorialen Anschluss 295 verändert. Jedoch ergeben sich dabei iderstandsänderungen von entgegengesetzter Wirkung in den Brückenkreis, wodurch eine Verstärkung oder Verdoppelgung des Signals entsprechend der Fig. 13 erfolgt. ilig. 15 beschreibt eine weitere husführungsform, bei welcher zder Druckkelssal 320 mit einem Einlass 321 und einer von der Fassung 325,325 begrenzten Offnung versehen ist0 In der Fassung ist der dicke Rand 323 einer Halbleiterscheibe 322 starr befestigt Die Scheibe 322 und ihr Rand 323 sind einstückig. Bei 326, 327 und 328 sind, wie aus i. 16 ersichtlich ist, Anschlüsse auf ein Teil der scheibe 322 angebracht.
Bei Verwendung von Halbleiterwandlern ist es öfters wünschenswet, dass die Oberfläche des Halbleiters in der "eise behandelt ist, dass er mit einem element, welches den elektrischen widerstand der behandelnden Teile ändert, imprägniert und kombiniert ist. @iese Maßnahme ist als "Dopen" bekannt, Der. sich vom Mittelanschluss 326 nach aussen zum nschluss 32<5 erstreckende Bogenabschnitt umfasst die Teile A und B. dieser gesamte bogenförmige oder keulenartig geformte Abschnitt kann durch Dopen der ursprünglichen Oberfläche der Ealbeiterscheibe 320 mit einem ihm nicht verwandten material behandelt werden. Dies ergibt eine Verbindung oder Verunreinigung, welche die Leitfähigkeit des behandelten Abschnittes vergrößert. Z.B. kann der Halbleiter aus Silicium, Indiumantimonidoder Germanium bestehen. Es wurde gefunden, dass ein Halbleiterdruckwandlerelement, dessen Oberfläche teilweise gedopt ist, in vielen Fällen einen erhöhten Signaloutput unter der Spannungsbedingung im Druckwandlerelement ergibt, Z.B. hat eine Scheibe 322 aus höchst seinem N-Typ jailicium einen iderstand in der Größenordnung von 1000 bis 4 000 Ohm pro cm. urch Aussetzen der Oberfläche unter hohen Temperaturen einer oxydierenden Atmosphäre wird eine dicke Schicht Silicium -dioxyd erzeugt. Diese Oxydschicht wird dann auf der Fläche des Ausschnittes, der gedopt werden soll, und welche nach h'ig.
16 einen keulensrtigen Ausschnitt unter Einschluss der Flächen der Anschlüsse 326 bis auswärts zum Anschluss 328 darstellt, abgeätzt. Dann wird das Halbleiterelement mit der Oxydschicht, welche auf,,der zu dopenden Fläche freigelegt ist, einer Arsenatmosphäre unter hohen Temperaturen ausgesetzt. Das Arsen diffundiert leicht in das Silicium, aber im viel geringeren Maße durch die Schutzschicht des biliciumdioxydes. Nach dem die Diffusion bis zur gewünschten tiefe, z.B. bis zur Tiefe von 0,oool bis 0,005 Zoll oder mehr fortgesfhritten ist, wird die Behandlung angehalten und die Scheibe geglüht und gealtert.
Demnach werden die elektrischen kontakte 27,28 an den angegebenen Stellen angebracht. er diffusionsprozess kann in Abhängigkeit von Ziet, dem peratur und Menge und Art des Dopmaterials geregelt werden, um so eine Dicke und einen "iderstand über aie keulenartig geformte Fläche in der Größemordnung von 1 Ohm/cm zu erhalten. Die @ahl der zu dopenden Fläche kann einfach vorbestimmt erden nach der bekannten Technik, in den das nalbleiterstück auf eine bestimmte Anordnung in Bezug auf die Kristallisationsebenen geprüft oder dementsprcchend geschnitten wird. @ie zu behandelnde Flächle kann auch durch ein Experiment ausgewähtl werden, indem mehrere Flächen, und zwar m@hr als benötigt, behandelt und mit Anschlüssen versehen werden. @ruktisch alle diese gedopten Flächen weorden oin @ignal ergeben, einen der Wandler unter Druck gesetzt wird. @essungen der Signalempfindlichkeit ergeben dann die Fläche mit optimaler Signalabgabe. s werden somit also mehr ?lächen al benötigt von verschiedenfacher Orientierung bearbeitet und die besten ausgowählt. Dies ist eine ganz empirische @uswahl.
Das Grundmaterial, z. z.B. in Form der ursprünglichen Siliciumscheibe 322 wirkt im wesentlichen als ein Isolator zu den gedopten Ausschnitten von niedrigem Widerstand. In gewissen Fällen kann man ein N-Typ Dopmaterial auf ein P-Typ Grundmaterial verwenden, wobei sich eine Glcichrichtigungskontakt in der Grenzschicht der beiden stoffe ergibt. ie Gleichrichtigungswirkung erhbht die Isoliereigenschaften des Grundmaterials.
Das Dopen einer ausgwählten Fläche des halbleitelrmaterials kann auch durch klattieren oder Aufbringen eines Vakuumniederschlages in dönner Schicht des Dopmaterials über dem zu behandelnden Bereicht erfolgen, wobei dann die Diffusion des Dopmaterials bei höheren Temperaturen mit nachherigem Glühen und Altern der einheit durchgeführt wird; danach werden dann die elektrischen Kontakte in der beschriebenen @eise angebracht0 Nach i?ig. 15 und 16 wird der elektrische Kreis an drei Anschlußstellen angelegt. denn Druck durch den Zuflu@ 321 aufgegeben wird, ird die scheibe 322 gebogen, wobei die dünne Materialschicht der Felder A und B der Fig. 16 gespannt wird, und zwar die eine unter Zug und die andere unter Zusammendrückung.
In einem solchen Fall wird sich der Widerstand zwischen den Anschlüssen 326, 327 und den Anschlüssen 327, 328 ändern, aber nicht mit demselben Wert oder Größenordnung. Durch geeignete Instrumentierung kann das sich ändernde elektrische Signal in @erten des aufgegebenen Druckes geeicht @erden.
Nach Fig. 15 und 16 ist das scheibenarti@e Element 322 durch die diecke Randkante 323 starr gehalten, welche eine @usbiegung zwischen der Kante 42) und dem Ilittelteil ermöglicht. Dies ergibt jedoch eine Verschiedenheit der Sigale zwischen den Kontakten 326-327 und 327-328. Dagegen ist nacn der Ausführungsform der Fig. 17 und 18 das Wandlerelement eine Scheibe, welche mit freien Kanten durch O-Ringe 333-334, die leicht in die Fassung 332-332 A - 332 B eingeklemmt sind, gehalten ist. Bei Aufgabe von Druck in den Benälter 330 durch den @inlass 331 wird die Scheibe 335 fest gegen den O-Ring 334 gehalten und durchgebogen. Die Biegung ist in diesem Falle eine solche mit freien Kanten, da ein Anlagedruck gegen die scheibe nur durch den O-Ring 334 erfolgt, und da ja die Kate nicht gegen Biegung gefasst ist Der O-Ring 333 wird nur leicht gegen die Oberfläche 335 gehalten und beeinträchtigt nur in nicht messbarem Ver@@ltnis die Biegung der Scheibe unter Druck. die in den ag. 16 und 19 dargestellt ist, kann die Oberfläche er scheibe 335 in verschiedenen Mustern gedopt seine in Fig. 18 sind es zwei keulenartig geformte segmente CD, die vom mittleren Anschluss 326 6 ausgehen und an den Anschlüssen 337 - 338 enden. Diese keulenartig geformten Segmente sind durch Behandlung des zunächst reinen Halbleitermat@rials durch Imprägnierung und bzw. oder Umsetzung mit einer Verbindung, welche zusammen mit dem reinen Halbleitermaterial eine Erniederingung des Widerstandes im vergleich zu dem reinen Material ergibt, hergestellt, Die Behandlung der Felder C und D entperticht der oben beschriebenen, wodurch die Felder verhätnismäßig besser leitend als das susgangs-nalbleitermaterial der Scheibe 335 sind.
Die Leiter 339 sind mit den Anschlüssen 336 - 338 verbunden, sodass bei Druckaufgabe auf die Scheibe unter Biegung der "iderstand zwischen den Anschlüssen 336-337 und 336, 338 jedoch im entgegengesetzten Sinne, geändert wird. Dieses dignal kann dann in einem cntsprechenden Brüchenkreis der mehrfach erwähnten Art zur Anzeige des aufgegebenen Druckes ausgenutzt werden.
"ie aus 1<1ig. 19 hervorgeht, braucht das gedopte Feld sich nicht keulenartig vom Mittelpunkt aus zu erstrecken, sondern es önnen auch ein oder mehrere zufllig angeordnete Felder auf der gleichen Scheibe zur anwendung @ommen. bzw kann auch eine größere Anzahl yon feldern gedopt werden, und eines oder mehrere durch Messung in der vorerwähnten reise ausgewählt werden. Die zufallige Anordnung der Felder beruht auf der @ristallstruktur des Halbleitermaterials, aus welchem die Scheibe geschnitten wird und zeigt verschiedene Leitfähigkeiten nach der Beziehung der Ebene der Scheibe zu der Kristallebene des ausgangsmatcrials.
Die günstigste Orientierung der Schnittebene der gedopten Felder, welche zum Dopen für die ilerstellung einer einheit mit optimaler Empfindlichkeit ausgewählt werden, kann vor dem Schneiden und Dopen durch langwierige und komplizierte Berechnungen vorbestimmt werden. Eine solche Methode kann natürlich angewandt werden, aber zur Herstellung eines brauchbaren Produktes können auch durchaus gute und brauchbare Ergebnisse durch Versuche empirisch in der vorbeschriebenen Weise erhalten werden.
Diese allgemeinen Regeln finden auf alle Ausführungsformen von Halbleiterwandlern der Erfindung Anwendung.
Nach Fig. 19 ist so das Feld E gedopt und mit Anschlüssen 341-342 versehen, welche mit Leitern 343 zum Auswertekreis führen.
Fig. 20 beschreibt eine Ausführungsform der Scheibe aus Halbleitermaterial mit freier Randbiegung des wirksamen mittleren Teiles der Scheibe, wobei jedoch eine feste Einspannung des Randes des Wandlerelementes möglich ist. Zu diesem Zweck ist die scheibe 350 mit konzentrischen Nuten 351, 352 von geringeren, abweichenden Radien versehen, welche genügend tief sind, um dazvischen eine Flanke 354 des Ausgangsmaterials stehen zu lassen, welche zu Halterung des Mittelteiles der Scheibe an dem Handteil 357 dient. Diese Flanke ist ausreichend dünn, sodass die Biegung bei Druckanwendung auf die Scheibe in Richtung der Pfeile355-56 erfolgen kann, ohne dass die Randhalterung die Durchbiegung des Mittelteiles behindert wie einer eingespannten Scheibe. ie gedopten flächen auf dem Mittelteil werden in de oben erwfthnten weise ausgewählt und hergestellt0 Fig. 21 zeigt einen rohrartige-n wandler 360 aus Halbleitermaterial mit gedopten Feldern in zufelliger Anordnung.. Beispielswiese werden die Felder K, L zur vorerwähnten Behandlung mathematisch vorbestimmt oder in der weise durch Experiment ausgewählt, dass sich eine optimale Änderung des Widerstandswertes für eine gegebene Druckänderung auf die @ohrstruktur ergibt. Jedes dieser Felder ist mit Anschlüssen versehen, und zwar K mit den Anschlüssen 361-362 und L mit den Anschlüssen 364-365. Diese können als Zweige der gleichen Brückenordnung zur Anzeige verwendet werden, wobei die Brücke in @erten des angewandten Druckes auf die Innen-oder Aussenfläche des Rohres entsprechend den Fig. 2,3 usw. geeicht werden kann, In jedem der beschriebenen Brückenkreise können einer oder mehrere der Br@ckenwiderstände zur Einstellung veränderlich sein.
In üblicher Weise wird man vorzugsweise den Brückenkreis auf einen Nullausschlag des Galvanometers bei nicht gespannten Wandlerelementen einstellen und das Galvanometer oder einen @iderstand in den angewandten Druckwerten eichen.
Bei den @usführungsformen nach Fig. 22 - 29 verläuft ein konstanter Strom durch den Halbleiter, während die Ausgangsspannung senkrecht zum Stromfluss bei Anwendung von Flüssigkeitsdruck unter Hervorrufung einer Spannung des Halbleiters gemessen wird. Durch anordnung der Anschlüsse zur Messung, der Spannung im Abstand relativ zu den Anschlüssen, an welche der Strom angelegt wird und senkrecht zueinander und selbst im Abstand voneinander, wird kein Spannungssignal abgegeben, wenn der Halbleiter im umgespannten Zustand ist. Jedoch bei Anwendung einer pannung durch Einleitung von Flüssigkeitsdurck in einen Behälter mit einem Halbleiter oder in einen teilweise daraus bestehenden Behalter wird der Halbleiter gespannt, sodass eine Messung des angewandten Druckes unter Verwendung der beschriebenen Einrichtungen erhalten werden kann, da die elektrische Spannung eine Funktion der Druckspannung in dem system und des senkreckht zur Meßspannung verlauf enden stromes ist.
Nach den Fig. 22 bis 24 besteht der integrale Druckwandler aus einem Behälter 400, der in seiner Ausbildung ähnlich dem Behälter 20 der Fig. 1 ist. Der Behälter 400 besteht aus einem Rohr 401 aus fia]bleitermaterial wie Silicium und ist an jedem Ende durch Stopfen 402 und 403 dicht verschlossen. Der durchbohrte Stopfen 402 enthält das Zuflussrohr 404 zur Aufgabe des Pllissigkeitsdruckes in das Innere des Behälters.
Ein Ringanschluse bzw. eine Leitelektrode Lr'06 ist an der einen Stirnseite des Rohres konzentrisch zur Längsachse, und ebenso ein zweiter Ringanschluss 407 an der entgegengesetzten Stirnkante des Rohres angebracht. Leiter 408 und 410 führen von den Ringanschlüssen 406 und 407 zu einem gce igneten Spannungsmesser 409.
: Cin dritter Ringanschluss bzw. eine Anschlusselektrode 411 ist auf der Innenwandung über dem Umfang des rohres 4o1 angebracht und ebenso ein vierter Ringanschluss 4-l2 auf dem äusseren Umfang konzentrisch zum dritten. Die Kurzanschlüsse 406, 407, 411 und 412 sind vorzugsweise aus einem Material wie Mickel hergestellt. Diese Anschlüsse sind symmetrisch angeordnet. Die Ringanschlüsse4o6 und 407 sind so zur Messung der Spannung senkrecht zum Stromfluss zwischen den Anschlüssen 411 und 412 angeordnet.
Für den Stromfluss zwischen den beiden lezterwähnte Anschlüssen geht der Kreis vom Anschluss 412 durch einen veränderlichen Widerstand 414 mit dem Leiter 415 zur Batterie 416 hindurch über den Leiter 417 zum Amperemeter 418, hindurch und über den Leiter 412 durch eine druckdichte Isolierdurchführung 420 zum inneren Ringanschluss 411. bei Durchgang eines konstanten Stromes durch den Anschluss 411, 412 wird ohne Druckaufgabe durch den Einlass 404 keine Spannung zu den Anschlüssen 406 und 407 angezeigt. Bei Druckaufgabe auf den Beilter 400 mit sich ergebender Spannung wird dann dementsprechend eine elektrische Messpannung als Anzeige des Druckes von den Anschlussen 406 und 407 angegeben.
@elbstverstandlich kann die Stromquelle auch an die An-Anschlüsse 406 und 407 angelegt werden, wahrend ie Spannungsmessung zwischen den Anschlüssen 411 und 412 erfolgt. @eiterhin könne aucn die Ringanschlüsse 411 und 412, falls es gewünscht wird, sich axial beiderseitig breiter bis zu den btopfen 402 und 403 erstrecken.
Eine weitere Ausführungsform eines Druckwandlers Init vorbehandelter Halbleiterscheibe mit dem allgemeinen Bezugszeichen 425 ist teilweise in der ii. zi) erläutert. Die scheibe 426 dieser Ausführungsform 425 hat das gedopte Feld 427, das entsprecnend den Fig. 15 bis 19 vorbehandelt wurde. ie scheibe 426 mit dem gedopten Feld 427 ist als Teil eines @eh@lters entsprechend der Scheibe 212 der @ig. 10 oder 12 oder an ei@en Be-@älter 320 der Fig. 15 oder einen Behälter 330 der Fig. 17 montiert. Die Scheibe 426 itt in diesem Falle @elbstverständlich aus halbleitermaterial hergestollt. An den gegenüberliegenden @nden des Feldes 427 sind Anschlüsse 428 und 429 angebracht, welche mit Leitern 430 mit einem Kreis entsprechende der Fig.
22 zur Druchletiung von strom verbunden sind.
Zwischen den Anschlüssen 428 und 429 sind an den anliegenden gegenüberliegenden Seiten des gedopten Feldes weiterhin Anschlüsse 431 und und 432 zur Spannungsmessung angebracht, und zwar wiederum senkrecht zum Stromfluss durch die Anschlüsse 428 und 429. Diese Anschlüsse sind symmetrisch angeordnet. Sie Leiter 434 verbinden, die Anschlüsse 431 und 432 mit einem geeigneten Spannungsmesser.
Dementsprechend wird, falls kein Druck auf die Scheibe 426 gegeben wird, und ein konstanter Strom über die Anschlüsse 428 und 429 verläuft, keine Spannung an den Anschlüssen 431 und 432 erhalten. Bei Druckaufgabe wird jedoch eine Anzeige entsprechend der Ausführung 400 er Zeigt 22 erhalten.
Wie in Sig. 28 und 29 dargestellt ist, können auch die gedopten Felder auf einem halbleiter auf anderen als ebenen Flächen angeordnet sein0 Z.B. liegt die gedopte Fläche 441 der Ausführung 440 der Fig. 28 und 29 auf der Halbkugel 442 aus Halbleitermaterial. In Fig. 28 ist die Dicke zum Zwecke der Darstellung stark erhöht. An der Kante der halbkugel ist eine Scheibe 444 druckdicht angebracht. Der Einlass 445 fahrt in das Innere des Behälters ähnlich der Fig. iOo Selbstverständlich kann der behälter der Ausführung 440 auch innerhalb eines weiteren, geschlossenen Behälters entsprechend der Fig. 11 angeordnet sein, in welchem Falle das Zuflußrohr 445 in den Behälter 440 entfallt.
An den gegenüberliegenden Seiten des Feldes 441 sind Stromanschlüsse 446 und ebenso an den anderen gegenüberliegenden Seiten Spannungsanschlüsse 447 entsprechend der Anordnung 425 der zeigt 25 vorgesehen. Die spannung wird über die Leiter 449 der Anschlüsse 447 in der gleichen eise wie nach Fig. 22 abgenormen, während über die Leiter 450 bzw. die Anschlüsse 446 die Stromquelle angeschlossen ist.
Selbstverständlich kann auch eine Scheibe 426 zusammen mit dem Anzeigekreis die Scheibe 444 ersetzen. In solch einem Falle ist es nicht erforderlich, dass die Halbkugel aus einem Halbleitermaterial besteht. weiterhin kann auch die Ausführung 440 durch Verwendung einer Halbkugel aus Halbleitermaterial ohne eine gedopte Fläche 441 geändert werden, wobei ein Signal der oben erwähnten Art durch Spannung des Behälters erzielt wird, falls Anschlüsse zur Halbkugel im Abstand entsprechend Fig. 29 vorgesehen sind.
Eine andere Ausführungsform, welche mit dem allgemeinen Bezugszeichen 4-75 in den ttig. 26 und 27 erläutert wird, besteht aus einer Halbkugel aus Halbleitermaterial. Eine Kreisscheibe 477 bildet mit der Kante 476 A der Halbkugel den flüssigkeitsdichten Abschluss. Der Zulass 478 fahrt durch die Scheibe in das Innere zur Anwendung von Druck des so gebildeten Behälters.
In der achse der halbkugel sitzt als Anschluss 479 ein Metallteil. Ein Ringanschluss oder Leiterelektrode 480 ist auf der @albkungelflache konzen-lrisch zu der erwähnten Achse und im Winkelabstand vom Anschluss 479 angeordnet. Leiter 481 verbinden die Anschlüsse 479 und 480 mit einer geeigneten Stromquelle entsprechend der Fig. 22.
Ein Weiterer Ringanschluss 483 ist auf der Aussenflache der Halbkugel 476 konzentrisch zur Achse und im Winkelabstand zu den Anschlüssen 479 und 480, und zwar zwischen diesen Anschlüssen angeordnet. Ein zweiter Ringanschluss 484 ist in entsprechender Weise auf der Innenfläche der Halbkugel angeordnet9 und zwar auf den gleichen Badius, welcher sich von dem Krümmungsmittelpunkt C der @albkugel durch den Anschluss 483 erstreckt, wodurch diese Anschlüsse senkrecht zum Stromfluss der beiden anderen Anschlüsse liegen.
Der Leiter 485 verbindet den Anschluss 483 mit einem Anschluss eines geeigneten Spannungsmessers der oben erwähnten Art, während von da ein zweiter Leiter 486 zum entgegengesetzten Anschluss führt. Der Leiter 486 verläuft durch eine druckdichte isolierte Druchführung 488 in der Membran 474 zum Allschluss 484.
An den weitern 485 und 486 ist eine konstante Stromquelle entsprechend Fig. 22 angelegt. Im wesentlichen ergibt sich die Anordnung und Wirkungsweise der Ausführung 475 aus der vorhergehenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen.
Selbstverständlich kann die Ausführung 475 anch in der vYeise abgeändert werden, dass die Scheibe keinen Zufluss hat und der gewchlossene Behälter in einem weiteren Behälter 430 nach Fig. 11 angeordnet ist. In solch einem Falle wirkt sich der angewandte Druck auf der Aussenfläche der Halbkugel aus. In dem umschließenden Behälter sind entsprechende druckdichte Isolierdurchführungen für die entsprechenden Leiter der Stromquelle und der Spannungsmesser vorgesehen.
In jedem Fall der verschieden beschriebenen Ausführungsformen hat der Behälter im ungespannten Zustande ein @andteil von einer gegebenen elektrischen Leiteigenschaft. Bei @nwendung von Spannung auf dieses Wandteil wird diese Leiteigenschaft geandert und die Messung dieser Änderung gibt die Anzeige des Flüssigkeitsdruckes, der zur erzielung der Spannung ausgeubt wurde. Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind auch noch weitere Anusführungsformen, gegebenenfalls f@r besondere Zwecke, möglich.

Claims

Anapruehel 1.) @ruckwandler zer @@@@@@@ von auf@@@@@@en Druekanderungen, inabeaondere durch hydraullschen @ruck, in einem @lektri@@hon @@@@-krela, gekennsoichnet durch sinen ßeh@ltor mit andungen oder @andungsteilen am werksteff mit unter @ruoke annung zwischen zwei getrennten anschl@@@en Ver@nderlichen indertend.

2.) Druckwandler nöch @@@@ruch 1. geken@@@@@@@@@ durch einen zylinder-@rtigen Beh@iter (20, Fig. 2) aus elektrischen @@@@@@terial mit in Achsonrichung su@@inderlie@@@@@@ @@schldssen (24,25).

3.) Druckwandler nach @@@@ruch 1, dadruch gekern@@@chnet, dase ein kreisförmiger aus @@@@@@@@@@ial bewtehender druokbeinflussberer Leil (Fig. 10-14) mit @@@@@@@@@@@@ vorgesenen ist.

4.) @@@@@@@@@@ler nach @@@@@@@@ 1-3, dadruch gelenraelchenit, dase der schalter verschlo@@@@ (Fig. 2) mit eine@ @ruekleitung (13) zum inneren nusgebildet ist.

5.) Bruck@@ndler nach @@@@ruch 1-3, dudurck @@@@@@@@@ohnet,dase dur @@@@@@@@ verschlossen (Fig. 3) suegebildet ist and in ei@@@ @@@@@@@-bchalter mit @rueksufuhrung (36) engeordnet iet.

6.) Druckwandier nach "naprceh 1-5, dadruch geken@@@@@@@@@@@,dase sin @@@@ von @ruckwnndierslementen (Fig. 5, 20,40) mit verschiedier @@@@becindlunanung - von innen oder au@@@@@-in den @@@@@@@@@@@@@ @@ seinen Anschläsen ge@@@@@@@@@@ iet.

7.) @@@@@@@@@@@@@ n@@h "@@@@@@@ 1-5, dadruch @@@@@@@@@@lchnet, daes ein @aar von gleichen @@@@@@@@dlerelenerten (Fig. 4, @@,@@), von dener, eines den Druekunderungen susdesstet ist, in des @@@@@@@-kreie aur @emperaterkompensation geuchaltet ist.

8.) druckwarndier nach "nspruch 1-2 und 3-7, dadurch geksnnzeishment. dase das ader die @ruckwandleral@@@@@@ aus @mpillarrohr (60.

Fig. 6) gegebenenfalle in @@@ralform bestehen.

9.) @usfuhrungsforz nach "@@,ruch B, dadruch gerennzeichnet, dase das andleralementernpar aus parallolen Kapillarrchren (Fig. 7, 60) mit verachluse (50) an einen nds besteht. wahrend die entgegengesatzten -nden des einen @ohres (60 B) effec (@2) und d@@ anderen @obres (60 A) mit doz zufluse (61) verbunden sind.

10.) @usfuhrungsform nach @nsoruch 1,2 und 4-7, dadruch gekennzeichnet, dass der andlerköper (Fig. 8,9) and ineinandergreifenden hohrteilen (95,96) oder einstackig aus konsentrischen Zylindeteilen (128, 129) ausgebildet iat.

11.) Druckwanlder nach "napruch 1 und 3 bis 7, dadruch gekennzeichnet, dasn der kreiförmige Teil das @ehalters als @cheibe (212,Fig. 10) vorzugzweies membranartig, ausgebildet ist, und ein @nschluas im Mittol, unkt der @cheibe liegt.

12.) druckwandler nach @@@pruch 1 und 3 bis 7, dadruch gekennzeichnzt, dass der kreimf rmige @eil den @@hulters halbkugelartig (271, Fig. 13) au@@ebildet ist und dase sie "nachluse im fol der Helbkugel liegt.

13.) @usführungsform nach "napruch 11, dadurch gekonnseichnet, dase xwei @@@brmnartige @ebeiben (240, 241, Fig. 12) zwischen einem xing (242) aus nichtileitenden @@terial gehalten sind.

14.) Ausf@hrungsferen asch ns@ruch 11, dadruch gekennseichnet, dase eine mesbransertige @eheibe (322) mit veretärktem @and (323) im einer Fas@mng (325, Fig. 13) gehalten ist.

15.) A@@führungsform nach "nsprcoh 11, dadurch gekenn@@@chmet, dase eime bige@@@@ @@heibe (335) in einer F@@@ung (322, Fig. 17) mittels biegemmer @@@@-@inge aur freien Kantenbiegung gehalten ist.

16.) @@@fchrumgeform nach @nspruch 11, dadruch gekannmeieknet, dase der mittlers @@il (350, Fig. 20) einer @sheibe mit einem durch @imgmmten (351,352) gegenäber des @and (337) bisgesemen Zwischenteil (354) zur freien Durehbiegung gehalten let.

17.) ausführungsferm nach @nepraeh 12, dadruch gekennzeiehmet, dasa zwei @@@@@@@@ @@@@bku@@in (@@@, 292) durch einen "ingteil (294) ve@@@@@@@@@. bind.

1.) ruo@@@@@@@@@ nach Ard, @@@@ 1 bis 17, dudurch gekennzeichnct, da@@ auf dem druchtbeinfluseberen Fei swei "nechläser in "botn d der "nlegung @@ner tramquelle und in Abztand davon, vorzugswei@@ mit @@nrrechtem tromverlauf zwicd @@@ohlüeue zur @@annungemcssung vor@@@@@@@@@ symmetrisch zucinander angerdnet sind, 19.) Sruckw@@dler @@ch einen der @@@@@@che 1 bie 18, dadruch gekennzeichnet, dass der drucklccinflussbere Leil aus kalbleiter@@terial besteht.

20.) ausfünrungsfern @@@@ @@@@ruch 19, dadruch gekennzeichnet, dase ein @ald oder mehrere Folder (Fig. 16-19) für die @nschlässe aui dem @albleiterm@terial in ar sich berannter neise durch verunreinigung mit @@deiementen oder @@@en behend@lt sind.

@1.) @usfuhrun@sferm sseh den beider @@tzten @naprscher, dadruch gekennzeichnet, dass die Orenzachleit das gedepten Feldes auf den kalbieiter in an eich be@ arneter eise mit Gleichrichter-Wirkung oder als @icktwidereiand @@@gebildet ist.

@2.) Ausfuhrungsform nach den letaten dret Anspruchen, dadruch gekcnnzeichnet, dasse das gedo: te Feld mit zwei symnetrisch zusinanderangerodneten @@schlus-/paaren nur "nlegung einer Stromquelle und zur @easung einer @pennung bei Druckbeeinflunsung (Fig. 25) aungebildet ist.

3.) Ausfuhungsform nach anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dsas mehrere inschlüzse, gegebenenfalls mit verschiederen Amzeigewerten, vorgesehen und @nteprechend in den Mesakrein eingeächaltet sind.

4.) @uzführungeform nach Anspruch 1 bis 23, dadruch gekennsslchnet, dszs mchrere @@schlussfelder, gegebenanfalle beiderseitig der @andung, vorgesshen und enteprechend in dem Messkreis eingeschaltet sind.

25.) @uef @@rungefors nacn "napruch 1 bis 24, dadruch @@@@@@@@@@@@@@, duss bei Versendung von halbkugelf rmigon @ @@@@@ @@@ dem cmfung dinganschlässe @ymmotrisch zum ol@@@@@@@@@@, @@@@@@@@@@@@ beidermeitig der @andeng, @ngeeridrnt cind.

26.) @@@@@@rumgsferm nach "nz,ruch 19 bis 25, dadruch @@kenn@elchnet, der Kristallebene dese gedo@te @elde in @@@@@@@@ k@i/des Kalbl@ltere @ngccrdnet sind.