DE1573618B1 - Membrane fuer Druckmesswandler - Google Patents

Membrane fuer Druckmesswandler

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DE1573618B1
DE1573618B1 DE19661573618 DE1573618A DE1573618B1 DE 1573618 B1 DE1573618 B1 DE 1573618B1 DE 19661573618 DE19661573618 DE 19661573618 DE 1573618 A DE1573618 A DE 1573618A DE 1573618 B1 DE1573618 B1 DE 1573618B1
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DE
Germany
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membrane
tensioning
support
pressure
force
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Application number
DE19661573618
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English (en)
Inventor
Sonderegger Dipl-Ing Ha Conrad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kistler Instrumente AG
Original Assignee
Kistler Instrumente AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0044Constructional details of non-semiconductive diaphragms

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Membrane für Druckmeßwandler, die aus einem Wandlergehäuse und einem darin zentral angeordneten Kraftmeßelement bestehen.
  • Bei der Konstruktion von Druckmeßwandlern kommt der Gestaltung der Membrane ausschlaggebende Bedeutung zu. Bekanntlich dient die Membrane in erster Linie zur Trennung des Meßmediums vom Apparateteil des Meßwandlers. Unabhängig davon, ob der Meßwandler entweder nach dem Ohmschen, kapazitiven, induktiven oder piezoelektrischen Prinzip gebaut ist, ist es in allen Fällen aus physikalischen Gegebenheiten notwendig, die Meßteile einwandfrei vom Meßmedium, seien es Gase, Flüssigkeiten oder feste Körper, zu trennen.
  • In vielen Bauarten von Druckmeßwandlern kommt der Membrane nicht nur die erste Aufgabe der Trennung, sondern auch eine zweite der Kraftumsetzung zu. Dabei wird eine flächenförmig verteilte Kraft, z. B. eines Flüssigkeitsdruckes, in eine punktförmig wirkende Einzelkraft umgesetzt. Bei dieser Umsetzung ist es dann wichtig, daß ein bestimmter Zusammenhang zwischen Flächenkraft und Einzelkraft über einen möglichst großen Druck-und Kraftbereich konstant und reproduzierbar bleibt.
  • Zu dieser zweiten Aufgabe kommt bei vielen Meßwandlerbauarten noch eine dritte hinzu, nämlich die der mechanischen Über- oder Untersetzung der Kraftverhältnisse.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranform der letzten Art, die alle drei Aufgaben zu erfüllen hat, nämlich diejenige der Trennung des Meßmediums vom Meßteil, der Umsetzung von Flächenkräften in Einzelkräfte und der mechanischen Übersetzung oder Verstärkung. Dabei wird auf die Konstanz der Kraftmessung sowie auf die Konstanz der mechanischen Verstärkung ein außergewöhnlich hoher Wert gelegt, da es sich bei dem Druckmeßwandler um ein Meßinstrument von hoher Präzision handelt, das hauptsächlich für die Messung niederer Druckwerte Anwendung findet.
  • Dazu wird bei der eingangs genannten Vorrichtung vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß die Membrane aus einer konischen Stützmembrane und einer entsprechend vorgepreßten Spannmembrane besteht, an der die Stützmembrane mit einem Flansch befestigt ist, und daß die Spannmembrane zugleich als Dichtmembrane ausgebildet und ihr Rand auf bekannte Weise mit dem Gehäuse dicht verbunden ist, während die Stützmembrane in ihrer Mitte mit der Druckplatte der Kraftmeßzelle verbunden ist.
  • Der Stand der Technik sowie der Gedanke der Erfindung ist an Hand nachstehender Figuren erläutert. Es zeigt Fig. 1 schematisch einen Druckmeßwandler mit bekannter gewellter Membrane im Querschnitt, F i g. 1 a das Belastungsdiagramm der Membrane von F i g. 1, Fig. 2 schematisch einen Druckmeßwandler mit bekannter Konusmembrane, F i g. 2 a das Belastungsdiagramm der Membrane nach Fig. 2, F i g. 3 schematisch einen Druckmeßwandler mit erfindungsgemäßer Membrane, Fig.4 die beiden Einzelteile der erfindungsgemäßen Membrane vor ihrer Verbindung, F i g. 5 die eingebaute Membrane, Fig. 6 das Belastungsdiagramm der Membrane nach den F i g. 3, 4 und 5, Fig. 7 den Verlauf des Verstärkungswirkungsgrades über einen größeren Druckbereich und F i g. 8 eine Deckplatte zu einer erfindungsgemäßen Membrane mit eingepreßten Vertiefungen.
  • Entsprechend F i g. 1 besteht ein handelsüblicher Druckmeßwandler prinzipiell aus einem Gehäuse 1, einer gewellten Membrane 2, einem Kraftmeßsystem3 und einem elektrischen Anschluß 4. Die Membrane 2, die üblicherweise aus Blech ausgestanzt und mit ringförmigen Wellungen versehen ist, ist mit dem Gehäuse 1 dicht verbunden und liegt in der Mitte ebenfalls fest verbunden auf dem elektrischen Kraftmeßsystem auf. F i g. 1 a zeigt das Belastungsdiagramm der Membrane, welche unter der Flächenkraftp die Deformationslinie 5 ergibt. Die resultierende Einzelmeßkraft Pefl entspricht der einfachen Beziehung Peff =P d, 2/4, in der dwt der wirksame Membrandurchmesser ist.
  • Die theoretische Flächenkraft Ptheor wäre dagegen Ptheor = p D Dw2a 7d/4 mit Dwa gleich dem Innendurchmesser des Wandlergehäuses. Diese Kraft würde erreicht, wenn an Stelle der Wellenmembrane ein genau eingepaßter Kolben mit dem Durchmesser Dwc& ins Wandlergehäuse eingebaut wäre. Ein Kolben hätte jedoch eine viel zu große Masse und eine hohe Reibung, was sich auf die Eigenfrequenz und die Hysteresis des Meßwandlers nachteilig auswirken würde.
  • Der Verstärkungswirkungsgrad x7v ergibt sich aus dem Verhältnis Nv Pei/Ptheor = (dwllDwa)2.
  • Für den erwähnten eingepaßten Kolben wäre = = 1,0.
  • Der Verstärkungswirkungsgrad 71v = (dwE/Dwa) s einer solchen Membrane kann etwa 0,5 betragen und hängt von den Einspann- und Abstützverhältnissen ab.
  • Der Hauptnachteil dieser Konstruktion liegt jedoch in der Tatsache, daß der Verstärkungswirkungsgrad ? v infolge der Deformation der Membrane nur in einem kleinen Teil des möglichen Druckbereiches wenigstens annähernd konstant ist, wie es Linie 77 der F i g. 7 zeigt. Diese mangelnde Konstanz hat eine Unlinearität des Meßwandlers zur Folge. Die Linie 79 zeigt den Idealverlauf, wie er einem eingepaßten Kolben entspricht.
  • Ähnliche Schwierigkeiten treten bei einer Membranform nach F i g. 2 auf. Diese konische Form wird im Bau von Lautsprechern weitgehend verwendet.
  • Der Meßwertgeber besteht wiederum aus einem Körper 21 und einem Kraftmeßelement 23 mit einem elektrischen Anschluß 24. Die konisch gepreßte Membrane 25 ist durch eine Schweißung 26 mit dem Gebergehäuse und weiterhin im Zentrum 27 mit der Deckplatte des Kraftmeßelementes 23 verbunden.
  • Der Verstärkungswirkungsgrad einer solchen Membrane ist wesentlich besser als derjenige einer Membrane nach F i g. 1, da der wirksame Durchmesser dwt wegen der konischen Form wesentlich größer ist.
  • Auch hier hat jedoch die Deformation der Membrane, die zu einer Vergrößerung des Öffnungswinkels x zu x' führt, in einem größeren Druckbereich eine Veränderung des Verstärkungswirkungsgrades rl, zur Folge, wie es die Linie 78 in F i g. 7 veranschaulicht.
  • Demgegenüber bringt eine der Erfindung entsprechende Membrankonstruktion, wie sie in F i g. 3 beispielsweise dargestellt ist, eine bedeutende Verbesserung. Gemäß Fig.3 besteht der Meßwandler aus einem Körper 31, einem Kraftmeßelement 33 und einer Membrane 32, die ihrerseits aus einer Stützmembrane 34 und einer Spannmembrane35 zusammengesetzt ist. Die Spannmembrane ist mit ihrem kreisringförmigen Rand 36 fest mit dem Körper 31 verbunden. An der Stelle 37 ist die Membrane mit der Druckplatte der Kraftmeßzelle 33 verbunden.
  • F i g. 4 zeigt mehr im einzelnen den Aufbau der erfindungsgemäßenKompensationsmembrane aus einer gepreßten Spannmembrane 41 und einer konisch geformten Stützmembrane 42, die längs ihres Flansches 43 mit der Spannmembrane 41 fest verbunden wird. Durch die Vereinigung der Stützmembrane mit der Spannmembrane entsteht ein kreisringförmiger Tragkörper entsprechend F i g. 5, der sich durch eine außergewöhnliche Steifigkeit auszeichnet. In Fig. 6 sind die Kraftverhältnisse an einer solchen Membrane gezeigt. Durch Variation des Abstandes 64 der Mitte der Spannmembrane von einer durch ihren Rand gehenden Ebene, also der Durchbiegung der Spannmembrane, können die radialen Spannkräfte 65 beeinflußt werden, die sich mit den Stützkräften 66 im Gleichgewicht befinden. Durch zusätzliche Veränderung des Winkels B zwischen der Spann- und der Stützmembrane kann erreicht werden, daß der Anlenkpunkt67 sich entweder in Richtung 0 oder 0 bewegt, womit eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Durchmessers dwi verbunden ist. Mit diesen konstruktiven Maßnahmen kann erreicht werden, daß der Verstärkungsgrad der Membrane über einen sehr weiten Druckbereich entsprechend der Linie 76 in F i g. 7 konstant bleibt.
  • Es ist aber auch möglich, durch Veränderung dieser Varianten einen leicht ansteigenden oder absinkenden Verlauf des Verstärkungswirkungsgrades entsprechend den Linien 72 und 73 der F i g. 7 zu erreichen.
  • Durch die Erfindung wird somit eine Membrane geschaffen, die sich durch eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht auszeichnet und die durch ihre geometrische Gestaltung den Einfluß der mit zunehmendem Druck unvermeidlichen Deformation selbst korrigiert und kompensiert und damit über weite Druckbereiche völlig lineare Verhältnisse zwischen Druck und Kraft gewährleistet. Bei Verwendung von Preßstücken wird die Membrane zudem außerordentlich leicht, was für die Beschleunigungsempfind lichkeit des Wandlers von großer Bedeutung ist.
  • Damit die Spannmembrane 35 nicht in niederfrequente Schwingungszustände kommen kann, ist es vorteilhaft, den Raum zwischen derselben und der Stützmembrane 42 mit einem Schaumstoff38 auszufüllen.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Eigenfrequenz der Spannmembrane besteht entsprechend F i g. 8 darin, daß in die Spannmembrane 85 radiale Versteifungsrippen 86 eingepreßt werden.
  • Die Erfindung ermöglicht somit den Bau von Druckmeßwandlern, die sich insbesondere für die Messung sehr niederer Druckwerte eignen, da die Kompensationsmembrane einen sehr großen Verstärkungsfaktor ergibt. Diese Meßwandler können andererseits aber auch über sehr weite Druckbereiche Verwendung finden, wobei sie eine hervorragende Linearität zwischen dem zu messenden Druck und der Meßkraft auf die Meßzelle ausgeübten Kraft ergeben.

Claims (4)

  1. Patentansprüche : 1. Membrane für Druckmeßwandler, die aus einem Wandlergehäuse und einem darin zentral angeordneten Kraftmeßelement bestehen, d adurch gek-ennzeichnet, daß die Membrane aus einer konischen Stützmembrane (34) und einer entsprechend vorgepreßten Spannmembrane (35) besteht, an der die Stützmembrane (34) mit einem Flansch befestigt ist, und daß die Spannmembrane zugleich als Dichtmembrane ausgebildet und ihr Rand auf bekannte Weise mit dem Gehäuse (31) dicht verbunden ist, während die Stützmembrane (34) in ihrer Mitte mit der Druckplatte (37) der Kraftmeßzelle (33) verbunden ist.
  2. 2. Membrane nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmembrane (41) aus dünnem gepreßtem Blech besteht und in der Mitte eine paraboloidförmige Einsenkung mit bestimmter Scheitelhöhe (44) aufweist, welche in einen Ringwulst (45) und einen kreisringförmigen Rand (46) übergeht, und daß die Spannmembrane mit der konischen Stützmembrane (42) längs des Flansches (43) der Stützmembrane durch Schweißung oder Hartlötung verbunden ist.
  3. 3. Membrane nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmembrane (85) im eingesenkten Mittelteil radial verlaufend eingepreßte Rippen (86) aufweist.
  4. 4. Membrane nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen der Stützmembrane (34) und der Spannmembrane (35) mit einem Kunststoffschaum (38) ganz oder teilweise ausgefüllt ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3107891A1 (de) * 1981-03-02 1982-09-16 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur herstellung gefasster metallmembranen und fassungsring zur durchfuehrung des verfahrens
EP0200709A2 (de) * 1985-03-05 1986-11-05 AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH.Prof.Dr.Dr.h.c. Hans List Druckaufnehmer
WO1994029686A1 (de) * 1993-06-09 1994-12-22 Robert Bosch Gmbh Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen
WO2005017479A1 (en) * 2003-08-05 2005-02-24 Honeywell International Inc. Sensor with molded sensor diaphragm cover

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3107891A1 (de) * 1981-03-02 1982-09-16 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur herstellung gefasster metallmembranen und fassungsring zur durchfuehrung des verfahrens
EP0200709A2 (de) * 1985-03-05 1986-11-05 AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH.Prof.Dr.Dr.h.c. Hans List Druckaufnehmer
EP0200709A3 (en) * 1985-03-05 1987-08-26 Avl Gesellschaft Fur Verbrennungskraftmaschinen Und Messtechnik Mbh.Prof.Dr.Dr.H.C.Hans List Pressure transducer
WO1994029686A1 (de) * 1993-06-09 1994-12-22 Robert Bosch Gmbh Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen
WO2005017479A1 (en) * 2003-08-05 2005-02-24 Honeywell International Inc. Sensor with molded sensor diaphragm cover
CN100449288C (zh) * 2003-08-05 2009-01-07 霍尼韦尔国际公司 带模制的传感器隔膜盖子的传感器

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CH436773A (de) 1967-05-31
AT263412B (de) 1968-07-25

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