DE1648505A1

DE1648505A1 - Druckempfindlicher elektromechanischer Wandler

Info

Publication number: DE1648505A1
Application number: DE19671648505
Authority: DE
Inventors: Pierre Prof Huet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-09-22
Filing date: 1967-03-31
Publication date: 1971-12-30
Also published as: FR90886E; GB1180093A

Description

Professor Pierre Huet

Bolbec, Frankreich 1 6 A 8 5 0

Rue Thiers 51 ^vvv

Druckempfindlicher elektromechanischer Wandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckempfindlichen elektromechanischen Wandler mit einem verformbaren Diaphragma, auf dem eine dünne leitende Schicht aufgebracht ist.

Es ist allgemein bekannt, daß der elektrische Widerstand einer derartigen Schicht sich proportional zu einer auf dieselbe ausgeübten Dehnung ändert. Führt man eine relative Dehnung £~ parallel zur Richtung des Meßstroms ein, sowie eine relative Dehnung B, senkrecht zu dieser Richtung, so bestimmt sie die relative Widerstandsänderung aus folgender Gleichung:

■ h h ^{+ k} S

Hierin bedeuten k. und k die den Längseffekt bzw. den Quereff elt kennzeichnenden Koeffizienten.

Dies ist ein für alle Leiter gültiges allgemeines Phenomen. Liegen die Leiter in Form von Drähten oder in Form dünner Bänder vor, so ist k. etwa 2 und k, praktisch vernachlässigbar, wie dies für die klassischen Dehnungsmeßstreifen der Fall ist.

Andererseits nehmen, wenn der Leiter in Form eines Dünnfitaas nieder-

109853/0277

BAD ORIGINAL

geschlagen, z.B. im Vakuum aufgedampft, wird, die Größen k. und k hohe Werte an. Für einen beispielsweise o, 1 Mikron dicken Wismut-Dünnfilm, der auf Mica oder Celluloseacetat niedergeschlagen wird, wurde gefunden, daß k etwa gleich 25 ist und k etwa gleich 45.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wandler zu schaffen, bei dem der vorstehend erwähnte Quereffekt dünner leitender Schichten zur Umsetzung eines Druckes, beispielsweise einer Druckänderung oder einer Druckschwingung, in ein elektrisches Signal ausgenutzt wird, wobei der Wandler empfindlicher als bisherige Wandlerformen ist, eine bessere Wiedergabetreue und Linearität besitzt sowie wesentlich leichter herzustellen und zu gebrauchen ist.

Der Wandler soll sich dabei zum Feststellen, Messen und Regulieren von Drücken, Druckdifferenzen, Höhen, Steuerungsgeschwindigkeiten, Druckänderungen, Unterschall-, Schall- oder Ultraschallschwingungen, Deformationen und Versetzungen eignen, insbesondere auch für statische oder dynamische Druckmessungen. Der W andler soll dabei beispielsweise als Manometer-Kapsel für kleine Abmessungen ausgebildet werden können, so daß quasi punktuelle Drucke in flüssigen (Fluid) Medien erforscht werden können. Auch soll der Wandler eine Messung der Größe einer Flüssigkeitsströmung oder umgekehrt der Verschiebungsgeschwindigkeit eines Körpers in einer Flüssigkeit ermöglichen. Ferner soll der . genannte Quereffekt in Wandlerformen mit sehr dünnen Membranen aus-

109853/0277

BAD OBiOINAL

genutzt werden. Auch soll Vorsorge dafür getroffen werden können, daß das Verhalten des Wandlers nicht durch Nuklearstrahlung, z.B. Neutronenstrahlung, beeinflußt wird. Schließlich soll auch Vorsorge dafür getroffen werden können, daß Relaxationsphenomene nicht in Erscheinung ' treten.

Der elektromechanische Wandler zum Umsetzen von Druckänderungen in entsprechende Änderungen einer elektrischen Kenngröße ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein flexibles Diaphragma mit zumindest einer hierauf aufgebrachten dünnen leitfähigen Schicht, durch eine Diaphragmahalterung, die einen kreisförmigen Teil des Diaphragmas umgrenzt und das Diaphragma längs des Umfangs eines kreisförmigen Teils hiervon fest einspannt, und durch zumindest zwei innerhalb der Diaphragmahalterung vorgesehene Anschlußmittel zum Einfügen der leitenden Schicht in eine äußere Schaltung, wobei die leitende Schicht zwischen den Anschlußmitteln gelegen ist und sich zumindest längs eines Teils des Umfangs auf zumindest einer Seite des kreisförmigen Diaphragmateils erstreckt.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Diaphragma als Kreismembran mit einem kreisförmigen Innenteil und einem ringförmigen Außenteil, die über eine Knicklinie miteinander in Verbindung stehen, ausgebildet, wobei die leitende Schicht auf dem ringförmigen Außenteil aufgebracht ist.

109853/0277

bad diÄ^"

Damit Relaxations effekte nicht in Erscheinung treten kann vorgesehen sein, daß die leitende Schicht in Form einer Mehrzahl miteinander., oder gruppenweise untereinander mit Hilfe der Anschlußmittel, verbundener Streifen vorliegt und daß jeder Streifen gegenüber dem entsprechenden Radius des kreisförmigen Diaphragmateils schräg orientiert ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 den Verformungszustand einer ringförmig eingespannten Platte bei im Mittelteil derselben angreifenden Druck,

Fig. 2 und 3 eine Ansicht von oben bzw. von unten auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten Wandler mit vier aufgebrachten dünnen leitenden Schichten nebst zugeordneten Anschlußschichten,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wandler zur Darstellung der äußeren Anschlüsse innerhalb der Halterung, " Fig. 5 das Schaltbild der Anordnung nach Fig. 2 und 3,

Fig. 6 den erfindungs gemäßen Wandler in Form eines Manometers,

Fig. 7 eine an hohe Drücke angepaßte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers,

Fig. 8 eine als Mikrophon ausgebildete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers,

Fig. 9 den sich unter Druckeinwirkung ergebenden Deformationszustand einer dünnen ebenen Membran,

109853/0277

BADORIGiNAL

Fig. 10 die Abhängigkeit der vom Wandler erzeugten Aus gangs spannung von der am Wandler anstehenden Druckdifferenz,

Fig. 11 eine Ausführungsform, bei der eine dünne Membran mit unterschiedlich geformtem Innen- und Außenteil verssehen ist,

Fig. 12 und 13 je den Verformungszustand der Membran nach Fig. 11 bei einer Druckeinwirkung von unten bzw. von oben,

Fig. 14 die lineare Kennlinienform eines Wandlers der Erfindung mit dünner Membran,

Fig. 15 und 16 verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung der leitenden Schichten bei einem erfindungsgemäßen Wandler mit dünner Membran,

Fig. 17 und 18 zwei Ausführungsformen mit je einer einzelnen leitenden Schicht,

Fig. 19 eine vergrößerte Teilansicht einer Ausführungsform zur Herstellung einer Verbindung zwischen der leitenden Schicht zur äußeren Schaltung,

Fig. 20 eine weiteres Ausführungsbeispiel eines Wandlers mit dünner Membran,

Fig. 21 eine Ausführungsform eines Wandlers mit dünner Membran, die für eine Messung vor Drücke ausgelegt ist,

Fig. 22 eine abgeänderte Ausführungsform mit zwei dünnen Membranen, die eine flüssigkeitsgefüllte Kammer bilden,

Fig. 23 eine Anordnung mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Wandler zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten,

109853/0277

BAD ORIGINAL

Fig. 24 und 25 Kurven zur Erläuterung der Wirkungen des Elastowiderstands auf die mit einem erfindungsgemäßen Wandler gemessenen Widerstandsänderungen, wenn der Wandler schnellen Quer- bzw. Längsdehnungsbeanspruchungen ausgesetzt wird,

Fig. 26 eine Ausführungsform des Wandlers, bei dem die Wirkungen

des Elastowiderstands nicht in Erscheinung treten,

" Fig. 27 ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen

Längs- und Quer deformation, Gesamtdeformation und Winkel Θ, und

Fig. 28 das Ansprechverhalten eines erfindungsgemäßen Wandlers mit Relaxationskompensierung.

In ihrem breitesten Aspekt ist die Erfindung gerichtet auf einen elektromechanischen Wandler zum Umsetzen von Druckänderungen in entspre-. chende Änderungen einer elektrischen Kenngröße. Dieser elektromecha-

nische Wandler zeichnet sich durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Lehre aus.

Wir eine an ihrem Umfang fest eingespannte flache Scheibe durch eine zwischen den beiden Flächen im Mittelteil der Scheibe herrschende Druckdifferenz deformiert, so wird diese Deformation die in Fig. 1 dargestellte Form annehmen, vorausgesetzt, daß die Versetzung des Mittelbereichs kleiner als die Scheibendicke bleibt und daß der Young¹ sehe

109853/0277

BAD ORIGINAL.

Elastizitätsmodul des Scheibenmaterials ausreichend groß ist, damit die Scheibe sich als Platte verhält. Unter diesen Bedingungen .erreichen die radialen Deformationen ihre größten Werte benachbart zum Umfang P der Scheibe und erzeugen hier auf der einen Seite (-} Zugspannungen oder Dehnungen und auf der anderen Seite {+) Druckspannungen oder Stauchungen. Diese Spannungen sind proportional zum anstehenden Druck, der Widerstand dünner leitender Schichten, die in der Umfangszone der Scheibe angeordnet sind, wird daher lineare Änderungen erfahren. Derartige Änderungen werden auf den beiden Seiten der Scheibe unter entgegengesetztem Sinne erfolgen, man hat also die höchstbrauchbare Möglichkeit, die Schichten in Brückenschaltungen anzuordnen.

Anders aber verhalten sich Scheiben, die aus einem Material mit sehr niedrigem Young^lschem Elastizitätsmodul, z. B. Mylar in sehr kleiner Dicke (kleiner als 20 Mikron für Mylar) hergestellt sind. Wenn am Umfang eingespannt, verhalten sie sich nicht länger wie eine Platte und die unter der gleichen Druckeinwirkung wie oben sich ergebende Deformation führt zu einer Kugelkalottenform der Membran (Fig. 9). Untersuchungen über die Verformungen mit Hilfe der Widerstandsänderungen in dünnem, auf eine 6 Mikron dicke Mylar-Membran niedergeschlagenem Wismut-PiIm haben ergeben, daß - als Punktion der anstehenden Druckdifferenz die sich ergebenden Deformationen durch die etwa ρ ar ab eiförmige Kurvenform der Pig. IO wiedergegeben werden können.

109853/0277
BAD ORIGINAL

Es leuchtet ein, daß eine dünne Membran, z. B. die vorstehend beschriebene, die eine dünne leitende Schicht trägt, kein lineares Signal auf Druckänderungen hin erzeugt, und daß. darüberhinaus die Empfindlichkeit der Vorrichtung um den Nullpunkt herum, also bei schwachen Drücken, sehr klein ist. Es kann jedoch gute Empfindlichkeit und ausreichende Linearität für kleine Druckdifferenzänderungen bei einer gegebenen Druckdifferenz erhalten werden. Jedoch treten in derartigen Membranen W die Spannungen auf beiden Membranseiten gleichsinnig auf, was die.Vorteile der gegensinnigen Änderungen bei Verwendung der vorerwähnten Scheiben ausschließt.

Entsprechend der Erfindung ist es aber nichts de st weniger möglich, diese Vorteile auch bei sehr dünnen Membranen in Vorrichtungen der in Rede stehenden Art beizubehalten, wobei das Diaphragma in Form einer Kreismembran mit kreisförmigem Innenteil und ringförmigem . Außenteil vorliegt, wobei diese beiden Membranteile über eine Knicklinie miteinander in Verbindung stehen und die leitende Schicht auf dem ringförmigen Außenteil aufgebracht ist.

Als Beispiele für das Material des Diaphragmas seien Glimmer (Mica), Quarz, Glas, Celluloseacetat, Polyamide, Äthylenglycolterephthalat (Warenzeichen Mylar), Polyimide (Warenzeichen Kapton) usw. genannt.

Entsprechend der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsform sind

1 09853/0277

BAD OFHGJNAL ■

1649505

vier leitende Wismutschichten b , b , b , b. vorgesehen, ihre Dicke liegt in der Größenordnung O₄ 1 Mikron und sie sind längs eines annähernd 180 umfassenden Kreisbogens niedergeschlagen. Etwa 1 Mikron dicke Anschlußschichten c aus Nickel sind je mit ösen A, B, C, D verbunden, die am Diaphragma und dessen Halterung in einer noch zu beschreibenden Weise befestigt sind. Die beiden Seiten des Diaphragmas können mit einer Schutzschicht versehen sein, z. B. mit im Vakuum aufgedampftem Silieiummonoxid.

Die ösen A, B, C, D verbinden die dünnen Schichten b_n, b_o, b , b. so, daß dieselben eine Brückenschaltung bilden, wie diese in Fig. 5 dargestellt ist. Wird daher das Diaphragma in seinem Mittelteil verformt, ändern sich die Widerstände jedes Paares zweier auf gegenüberliegenden Seiten des Diaphragmas gelegener Schichten in entgegengesetztem Sinn, so daß bei Einspeisung einer Spannung V an den Brückenpunkten C und D eine Spannungsänderung Δ V zwischen den Brückenpunkten A und B auftreten wird, die proportional ist zur Änderung Δ R des Widerstands R der Schichten derart daß

A .V/_v - Δ R/_R (2)

gilt. Wegen der identischen Ausbildung jeder der leitenden Schichten b bis b und ihrer getroffenen Anordnung auf dem Diaphragma 1 ist die Brückenschaltung praktisch vollkommen symmetrisch, die Brückenspeisespannung könnte daher auch an den Brückenpunkten A und B zugeführt und die Meflspannung Δ V an den Brückenpunkten C, D abgenommen

¹ "* 109853/0277

BAD ORIGINAL

Fig. 4 zeigt einen Teil des Diaphragmas 1 der Fig. 2 und 3, das zwischen zwei gegenüberstehenden Teilen 3 und 4 einer Halterung 5 eingespannt ist. Die Halterung definiert ein Kreisgebiet 6 für das Diaphragma. Bei dieser Ausführung verlaufen die vorerwähnten ösen innerhalb der Halterung 5. An jeder öse ist ein Anschlußdraht 7 befestigt, beispielsweise angelötet, und ist aus der Halterung 5 zu Anschlußzwecken herausgeführt. Die beiden Teile 3 und 4 der Halterung können beispielsweise Kunststoff-

W ringe sein, die in der dargestellten Form miteinander verbunden sind,

beispielsweise mit Araldit oder einem anderen Klebstoff verklebt sind. Es kann auch jede andere Befestigungsart für die Teile 3 und 4 verwendet werden. Das Diaphragma 1 soll hierbei jedenfalls gleichförmig zwischen die Teile 3 und 4 eingespannt werden. Es ist auch möglich, die Halterung einstückig auszubilden, und zwar durch entsprechendes Umgießen des Diaphragma in einer Spritzgußform.

Die Schichten b,, b_, b , b. haben die aus den Fig. 2 und 3 ersichtliche gegenseitige Anordnung. Sie liegen am Umfang des freien kreisförmigen Diaphragmas 1, wo die radiale Verformung ein Maximum und die tangentiale Verformung gleich Null ist. Es ist die radiale Verformung, die, als Querverformung wirkend, zu einer maximalen Widerstandsänderung in den Schichten b.. bis b. bei einer gegebenen Verformung führen. Es ist die Anordnung der Schichten am Umfang, die zu einer maximalen Empfindlichkeit .führt, und darüberhinaus erlaubt diese Anordnung ein Längen-zu-Breiten~Verhältnis der Schichten das für eine Speisespannung

109853/0277

BAD ORIGINAL

in der Größenordnung 10 Volt ausreichend ist. Die Brückennullzweig-Spannung ist für eine gegebene Verformung proportional zur Brückenspeisespannung, es ist deshalb wünschenswert, daß die letztere zumindest in der Größenordnung 10 Volt liegen soll. Beispielsweise ist bei einem Diaphragma von 20 mm Durchmesser mit hierauf aufgebrachten 2 mm breiten und 0,1 Mikron dicken Wismutschichten die Impedanz jeder Schicht, die gleich der Impedanz zwischen A und B oder C und D ist, etwa gleich 600 Ohm, und die ohne feststellbare Erwärmung des ™

ganzen zu verwendende Brückenspeisespannung liegt in der Größenordnung 10 Volt.

Wenn man die Breite der Schichten b₁ bis b. gegenüber dem Radius des freien Teils des Diaphragmas vernachlässigt, so ergibt sich die Brückennullzweig-Spannung aus folgender Gleichung:

3k .V. P(I-U²Jr²

TT *

Hierin bedeuten k den Querkoeffizienten der leitenden Schichten, der für Wismut etwa 45 ist,

V die Brückenspeisespannung,

P die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Diaphragmas u der Poisson-Koeffizient des Diaphragma-Materials, E der Young*sche Elastizitätsmodul des Diaphragma-Materials r der Radius des freien Teils des Diaphragmas und e die Diaphragmadicke.

109853/0277

Beispielsweise erhält man für die vorstehend erwähnten Wismut schichten, auf einem 0, 01 mm dicken Glimmer-Diaphragma niedergeschlagen, bei einer Brückenspannung von 10 Volt eine Brückennullzweig-Spannung AV von etwa 0,15 mV für eine Druckdifferenz der Größenordnung 1 Pascal.

Für statische Zwecke wird die Brücke der Fig. 5 vorzugsweise mit niederfrequenter Wechselspannung gespeist. Die erscheinende Brückennullzweig-Spannung wird nach Demodulation verwendet, wie dies in der üblichen Extensometrie mit Hilfe von Trägerfrequenz-Brücken der Fall

Für dynamische Anwendungsfälle ist die Brückenspeisespannung eine Gleichspannung, die erhaltene Amplitude der Brückennullzweig-Spannung ist proportional zur Amplitude der anstehenden Druckdifferenz, und die Frequenz jener ist gleich der der abzutastenden Druckänderung oder Dr uc ks chwingung.

Es sei-bemerkt, daß die Brückennullzweig-Spannung AV proportional zur Amplitude des auf das Diaphragma ausgeübten Druck ist und nicht zur Änderungsgeschwindigkeit dieses Druckes, wie dies der Fall für induktive oder kapazitive Meßvorrichtungen ist. Dieser Vorteil erlaubt die Verwendung des Wandlers zur Feststellung von Druckänderungen oder Druckschwingungen sehr niedriger Frequenz. Darüberhinaus beeinflußt die praktisch vernachlässigbare Trägheit der dünnen leitenden Schichten auf dem Diaphragma kaum den Schwingungszustand des letzteren,

1 09853/0277

BAD ORIGINAL

ermöglicht also sehr dünne Diaphragmas (einige wenige Mikron dicke) und dadurch eine Messung auch von vergleichsweise hochfrequenten Schwingungen. Bei Verwendung eines entsprechenden Diaphragmas, das richtig gedämpft ist, ist es möglich, lineare Kennlinien von 0 bis 100 oder 200 Khz zu erhalten.

Es sollte sich verstehen, daß die Verformung der Diaphragma erzeugt werden kann durch den Druck oder die Druckänderung eines Gases oder einer Flüssigkeit, ebenso auch durch die Versetzung oder Schwingung irgendeiner mechanisch mit dem Diaphragma verbundenen Vorrichtung.

Beispiele solcher Anwendungsfälle sind Mikrophone, Manometer (absolute oder Diffferenzialmanometer), manometrische Kapseln, Barometer, Höhenmesser, Ausgangsmesser, Druckmesser mit kurzer Ansprechzeit, Untergrunddruck- oder -Schwingungsmesser, Detektoren für entfernte Explosionen, Druckmesser für die Messung irgendwelcher Kennlinien, z.B. die Arbeitskurven einer Verbrennungsmaschine usw.

Im folgenden sollen verschiedene praktische Anwendungsmöglichkeiten erläutert werden.

Fig. 6 zeigt ein Differenzial- oder ein absolutes Manometer, bei dem die Halterung 5 eine das Diaphragma 1 umgebende Kammer definiert. Das Kammerinnere ist über Rohr anschlüsse 9 und 10 zugänglich, an die

109853/0277

At

flexible Zuleitungen 11 von den entsprechenden Druckquellen angeschlossen werden können. Ein bekannter Druck, beispielsweise atmosphärischer Druck wirkt auf die eine Diaphragmaseite ein, und der zu messende Druck wird zur Einwirkung auf die andere Diaphragmaseite gebracht. Die zwischen den beiden Seiten anstehende Druckdifferenz äußert sich in einer entsprechenden Brückennullzweig-Spannung am Ausgang der Vorrichtung. Die Ausführung nach Fig. 6 kann auch als Druckdifferenzial-Vorrichtung arbeiten, und beispielsweise den Druckabfall oder Strömungsgeschwindigkeitsabfall in einer Leitung messen. Der Durchmesser der Rohre 9 und 10, ebenso der der durch die Halterung 5 definierten Kammer werden so gewählr, daß im betrachteten Frequenzbereich der anstehenden Druckänderungen keine Resonanz auftritt. Außerdem können bekannte Dämpfungssysteme in Verbindung mit solchen Vorrichtungen verwendet werden»

k Bei entsprechender Ausbildung eignet sich der Wandler auch zum Messen

hoher Drücke (vgl. Fig. 7). Es sei bemerkt, daß hohe Drücke daran gehindert werden müssen, direkt auf das Diaphragma 1 einzuwirken, um damit ein Bruch des letzteren vermieden werden kann. Eine Maßnahme dafür ist die in Fig. 7 dargestellte. Der Teil 3 der Halterung 5 ist mit einem Außengewinde versehen, das zum Aufschrauben eines Klemmrings 12 mit Innengewinde 13 vorgesehen ist. Zwischen dem Klemmring 12 und dem Teil 3 der Halterung sitzen eine vergleichsweise kräftige Stahlplatte 14 und ein Dichtungsring 15, z.B. ein Gummiring.

109853/0277

Die von den Teilen 1, 3, 15, 14 umgrenzte Kammer ist mit Flüssigkeit gefüllt, wodurch eine durch Hochdruck-Änderung erzeugte Verformung der Platte 14 über die Flüssigkeit auf das Diaphragma 1 übertragen wird. Diese Bauart ist insbesondere zur Messung von Druckänderungen oder Schwingungen in der Erde geeignet.

In fig. 8 ist eine als Mikrophon ausgebildete Ausführungsform des Wandlers dargestellt. Hier wird nur der Teil 4 der Halterung 5 verwendet, der Teil 4 ist mit einer flachen Kammer 16 versehen, die nach oben durch das Diaphragma 1 abgedeckt ist. Das Diaphragma 1 ist bei 17 angekittet. Die Kammer 16 steht über eine Rohrleitung 18 mit der freien Atmosphäre in Verbindung. Jedes übliche Dämpfungssystem kann entsprechend den im Einzelfall vorgesehenen Abmessungen der Vorrichtung sowie entsprechend der Dicke und Natur der jeweiligen Membran vorgesehen sein. Auch können mehrere miteinander verbundene Kammern hinter dem Diaphragma 1 anstelle der dargestellten einzigen Kammer 16 vorgesehen sein. Man sieht, daß dieser Aufbau ein sehr einfaches Mikrophon ist, das weder hohe Spannungen noch einen Magnetkreis erfordert sowie extrem klein und leicht ausgebildet werden kann. Die Empfindlichkeit des Mikrophons verringert sich zwar mit kleiner werdenden Abmessungen, man erhält aber eine immer noch sehr gute Empfindlichkeit bei einem Durchmesser von etwa 10 mm, wobei dann das Gewicht nur einige wenige Gramm beträgt.

109853/0277

Im Hinblick auf das Rohr oder die Rohre 18 ist eine andere Version der Vorrichtung möglich, deren Funktion nicht auf niedrige Frequenzen beschränkt ist, und die in zweckmäßiger Weise für statische oder dynamische Messungen verwendet werden kann, und zwar beispielsweise als manometrische Kapsel, die quasi - punktuelle Druckmessungen in einem Gas oder einer Flüssigkeit ermöglicht. So können beispielsweise mit Hilfe dieser Vorrichtung die Druckkurven in einer Flüssigkeitsströmung oder einer Gasströmung (Windkanal) Punkt für Punkt gemessen werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die leitenden Schichten aus Wismut und die Anschluß schicht en aus Nickel. Jedoch kann das Wismut durch jeden anderen Leiter oder Halbleiter (dotiert oder nicht) mit ähnlichen Eigenschaften ersetzt werden. Als Beispiel hierfür sei Antimon, Tellur, Germanium, Indiumantimonid, Indiumarsenid und Silicium genannt. Das Nickel kann in den Anschlußschichten ersetzt werden durch Gold, Silber, Aluminium, Kupfer, Platin und insbesondere Chrom.

Wie vorstehend erläutert, ist es nicht möglich,, wenn sehr dünne Diaphragmas, also Membranen, bei Ausbildung der leitenden Schichten als Brückenschaltung verwendet werden sollen, hierfür eine flache Membran zu verwenden. Vielmehr muß hierbei die Membran einen ringförmigen Umfangsteil aufweisen, der über eine Knicklinie in den Innenteil

109853/0277

■■■<

BAD ORIGINAL

der Membran übergeht.

In Fig. 11 ist eine Schnittansicht dieser Ausführungsform dargestellt, wobei wie vorhin eine Halterung 5 mit einem Oberteil 3 und einem Unterteil 4 die Membran einspannt. Bei dieser Ausführungsform hat die Membran einen ringförmigen Umfangsteil 20., auf dessen beiden Seiten die leitenden Schichten 21 liegen, während der Zentralteil der Membran die Form einer Kalotte 22 besitzt. Im übrigen entspricht der Aufbau dem bisher beschriebenen.

In den Fig. 12 und 13 sind die Formen dargestellt, die die Membran der Fig. 11 bei einer Druckeinwirkung von der konkaven bzw. konvexen Seite her. einnimmt. Es ist ersichtlich, daß in beiden Fällen der Druck durch den Kalottenteil 22 auf den ringförmigen Umfangsteil 21 übertragen wird, auf welchem die leitenden Schichten aufgebracht sind.

Fig. 14 zeigt eine Kurve, aus der die lineare Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der anstehenden Druckdifferenz hervorgeht, wenn die Vor-

sch
richtung in der vorstehend betriebenen Weise betrieben wird.

Fig. 15 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 11, und zwar liegen hier die leitenden Schichten über der die beiden Membranteile verbindenden Knicklinie.

In den Fig. 16 bis 18 sind beispielhafte Vorrichtungen dargestellt, in

109853/0277
BAD ORtGfNAt

AZ

denen die soeben beschriebene Membranform verwendet wird. Diese Vorrichtungen können die gleiche Ausbildung haben, wenn man von dem Unterschied zwischen dem ersterwähnten Diaphragma und der geformten Membran absieht.

Die Ausführungen nach den Fig. 16 bis 18 sind jedoch dahingehend vereinfacht, daß nur eine einzige dünne leitende Schicht 23 vorgesehen ist, " die in Fig. 16 in Schnitt ansicht und in Fig. 17 in Draufsicht dargestellt ist.

Die Fig. 17 zeigt ebenfalls die Anschlußschichten 24, beispielsweise aus Nickel, welche die Schicht 23 mit den Anschlüssen 25 verbinden, so daß die Vorrichtung in eine äußere Schaltung eingesetzt werden kann. Die einzelne leitende Schicht 23 kann als ein Brückenzweig verwendet oder in einer entsprechenden Schaltung eingesetzt werden, in der die Widerstandsänderung der Schicht 23 in eine elektrische Spannung umgesetzt wird. ν

Diese Anordnung bietet zahlreiche Vorteile. So würde beispielsweise in einem Mikrophon die aktive Schicht auf der Innenseite der Membran liegen, also gegen jegliche Feuchtigkeit und korrosive atmosphärische Einflüsse geschützt sein. Die Membran, die praktisch chemisch beständig ist, wenn sie beispielsweise aus Mylar besteht, und die keine aktiven Schichten auf der Außenseite trägt, bildet einen ausgezeichneten Schutz für die innere leitende Schicht. Ein derart ausgebildetes Mikrophon oder dynamisches Druckmeßgerät wird gegenüber korrosiven Einflüssen

109853/02 7 7

BAD ORIGINAL

16A8505

unempfindlich sein, es besteht daher keine Notwendigkeit weitere Schutzschichten vorzusehen. Nichtsdestoweniger ist es aber möglich .die Außenfläche der Membran teilweise oder ganz durch einen Niederschlag abzudecken, z. B. durch eine dünne Aluminium- oder Nickelschichi, die im Aufdampfverfahren oder elektrolytisch oder auf irgendeine andere Weise niedergeschlagen wird. Hierdurch erhält man einen Schutz gegen elektrostatische, magnetische und thermische Effekte,

Darüberhinaus können bei dieser Anordnung die Anschlußschichten viel ' kürzer ausgebildet sein, es ist deshalb nicht notwendig dieselben aus einem gutleitenden Metall herzustellen. Sie können im Einzelfall auch ganz weggelassen werden. In diesem Falle hat die leitende Schicht die in Fig. 18 dargestellte Form. Der Anschluß dieser Schicht an eine äußere Schaltung wird, wie in Fig. 19 dargestellt ist, mit einem Hohlniet 26 bewerkstelligt, der durch die Membran, durch die leitende Schicht und die Halterung geführt ist und so das Ganze zusammenhält. Der äußere Anschluß erfolgt dann über eine Lötverbindung am Hohlniet 26. Ein Metalleinsatz 27, beispielsweise aus Nickel, kann vor dem Einsetzen des Hohlniets 26 in die Durchführungsbohrung der Halterung 5 eingesetzt und beizeitig bei 28 umgenietet werden, um eine sichere Kontaktgabe mit der leitenden Schicht 23 zu erhalten. Anstelle des Metalleinsatzes kann auch die Bohrung in der Halterung einschließlich eines Ringbereichs um diese Bohrung auf den beiden Seiten der Halterung metallisiert werden, so daß hierdurch ein guter elektrischer Anschluß zwischen der

109853/0277
BAD ORIGINAL

leitenden Schicht und der äußeren Schaltung sichergestellt ist.

Die Vorrichtungen nach den Fig. 17 und 18 können auch ähnliche leitende Schichten von beiden Seiten der Membran tragen, so daß sie direkt als eine Hälfte einer Brückenschaltung verwendet werden können.

In Fig. 20 ist eine Abänderung der vorstehend beschriebenen Anordnung dargestellt. Neben der bereits erwähnten Schicht 23 ist eine weitere Schicht 35 auf demjenigen Teil der Membran vorgesehen, der ander Halterung festgeklebt oder anderweitig befestigt ist. Diese Schicht 36 ist keinen Verformungen ausgesetzt aber in eine Hälfte einer Brückenschaltung zusammen mit der aktiven leitenden Schicht 23 eingesetzt, sie wirkt daher als thermische Kompensierung der Vorrichtung. Die Schicht 35 kann auch auf irgendeinem anderen Teil der Vorrichtung zum Erhalt des gleichen Effekts angeordnet sein.

) In Fig. 21 ist eine weitere Vorrichtung zum Messen relativ hoher Drücke

dargestellt. Wiederum ist eine vor geformte Membran 36 vorgesehen, die mit Hilfe eines Zapfens 37 mit einem welligen Diaphragma 38 mechanisch verbunden ist. Das Diaphragma 38 ist an der Halterung 5 mit Hilfe eines Ringes 39 festgelegt. Die bei der Anordnung nach Fig. 7 vorgesehene Flüssigkeit ist hier nicht mehr erforderlich, da die Schwingungen des stärker ausgebildeten Diaphragmas 38 mit Hilfe des Zapfens 37 auf die dünnere Membran 3,6 übertragen werden. Dicke, Duchmesser und Form des kräftigeren Diaphragmas 38 werden entsprechend dem

109853/02 7 7

BAD ORJGlNAl

vorgesehenen Druckmeßbereich gewählt. Es sei bemerkt, daß bei dieser Ausführungsform es leichter ist, die beiden Seiten der Membran 26 auf gleicher Temperatur zu halten, wodurch eine bessere thermische Kompensation erreicht wird.

In Pig. 22 ist in Schnittansicht eine Ausführungsform dargestellt, bei der zwei praktisch identische Membranen beispielsweise der in Fig. oder 18 dargestellten Art einander gegenüberstehen und eine flüssigkeitsgefüllte Kammer bilden. Diese Ausführungsform stellt eine genaue thermische Kompensation sicher und kann als statisches oder als Niederfrequenz-Druckmeßgerät verwendet werden. Die beiden Membranen 40 und 41 sind an der Halterung 42 angeklebt oder anderweitig befestigt. Die Membranen tragen auf ihren Innenflächen leitende Schichten der in den Fig. 17 oder 18 dargestellten Art und sind im übrigen möglichst identisch ausgebildet. In Fig. 22 sind die Anschlüsse zu den leitenden Schichten nicht dargestellt, sie haben die vorstehend beschriebene Ausbildung und sind so angeordnet, daß eine in eine äußere Schaltung einsetzbare Brückenhälfte entsteht. Eine gegenüber den leitenden Schichten inerte Flüssigkeit 43, z.B. öl, befindet sich zwischen den Membranen. Hierbei ist es wichtig, daß keinerlei Luftblasen mit eingeschlossen sind. Dies kann durch (nicht dargestellte} Entlüftungslöcher in der Halterung bewerkstelligt werden.

Wenn nun verschiedene Drücke an den beiden Außenflächen der Membran

109853/0277

BAD

40 und 41 angreifen, werden sich die Membranen gegensinnig verformen, und die Widerstandsänderungen der leitenden Schichten werden gegensinnig erfolgen. Da die Schichten in einer Brückenhälfte liegen, erhält man eine gegenseitige Verstärkung der durch die anstehende Druckdifferenz bewirkten Effekte.

Andererseits werden bei Temperatur änderungen die dadurch bewirkte | Ausdehnung der Halterung, der Membranen und der Flüssigkeit zu gleichsinnigen Verformungen der Membranen und daher zu gleichsinnigen Widerstandsänderungen führen. Da aber die Schichten in einer Brückenhälfte liegen, werden sich diese durch Temperatur Schwankungen hervorgerufenen Änderungen gegenseitig auslöschen.

Die thermische Kompensation ist hierbei ausgezeichnet» Dies ist ein sehr wichtiger Paktor für eine statische oder Niederfrequenz-Druckmeßeinrichtung. Die mit dünner Membran versehene Vorrichtung kann in allen erwähnten Anwendungsfällen benutzt werden. Beispielsweise kann sie zur Messung der Steuerüngsgeschwindigkeit oder zur Messung der Geschwindigkeit eines Körpers in einer Flüssigkeit oder in einem Gas verwendet werden.

In Fig. 23 ist in schematischer Darstellung ein Strömungsmeßgerät mit dem Wandler der Fig. 22 dargestellt. Es ist in eine Flüssigkeit 44 eingetaucht und ermöglicht die Messung der Relativbewegung zwischen Meßvorrichtung und Flüssigkeit. Der Wandler sitzt innerhalb eines

109853/0277

BAD

Rohrs 45, das in Strömungsrichtung orientiert ist. Wegen der vorhandenen Relativbewegung zwischen Flüssigkeit und Meßvorrichtung bildet sich eine Druckdifferenz zwischen den Kammern 46 und 47 aus, die eine Funktion der Relativgeschwindigkeit zwischen Meßvorrichtung und Flüssigkeit ist.

Eine derartige Vorrichtung kann zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Flüssigkeits- oder Gasströmung benutzt werden, aber auch als Geschwindigkeitsmesser beispielsweise eines Schiffes oder eines Flugzeuges.

Ferner können im Rohr 45 Durchflußöffnungen 48 mit regelbarem Querschnitt vorgesehen sein, um die Empfindlichkeit der Vorrichtung ändern zu können. Es sei bemerkt, daß diese Vorrichtung, die vollständig symmetrisch ausgebildet werden kann, die gleiche Empfindlichkeit behält, wenn sich die Flüssigkeitsströmung umkehrt. Dies äußert sich in einer entsprechenden Änderung der Aus gangs spannung. Die Vorrichtung ermöglicht also nicht nur eine MessungTsinJBetrage-irach'sonüern auch eine Richtungsmessung. Sie kann sehr klein ausgebildet sein, eignet sich daher auch zur punktweisen Ausmessung eines Strömungsprofils und dergleichen.

Alle Ausführungen können eine oder mehrere !Compensationsschichten aufweisen, die an geeigneter Stelle des Diaphragmas oder der Membran aufgebracht sind, so daß sie keiner durch Druckänderung erzeugten

109853/0277
BAD ORIGINAL

Veränderung unterliegen, wohl aber den gleichen thermischen Einflüssen wie die aktiven Schichten. Werden diese Kompensationsschichten in Brückenhälften oder in der ganzen Brückenschaltung zusammen mit den aktiven Schichten verwendet, so erhält man eine besonders gute thermische Kompensation.

Es.ist möglich, für die Niederschläge Isotopen zu verwenden, um dadurch Druckmeßgeräte zu erhalten, die gegenüber Radioaktivität unempfindlich sind. Verwendet man beispielsweise das Wismut-Isotop 210, so kann man Niederschläge erhalten, deren Kristallstruktur und folglich auch die Aus dehnungseigenschaften die gleichen wie die des natürlichen Wismut-Isotops 209 sind, weil diese Eigenschaften nur von der Elektronenhülle abhängen. Andererseits ist aber das Wismut 210 wesentlich weniger gegenüber Neutronenstrahlung empfindlich als das Wismut 209, da jenes ein neutronisch gesättigtes Isotop ist, das nicht weitere Partikel, insbesondere Neutronen, der Strahlung einfängt.

Schichten aus solchen Isotopen können leicht durch Aufdampfen im Vakuum des entsprechenden Ausgangsmaterials erhalten werden. Demgegenüber wurden bekannte Meßvorrichtungen die gleichen Isotopen in Form dünner Streifen oder Drähte erfordern. Die Metallurgie der Isotopen, insbesondere Legierungsisotopen, ist aber praktisch nicht vorhanden und in jedem Falle sehr schwierig. In dieser Hinsicht sind die erfindungsgemäßen Dünnschichtwandler von besonderer Bedeutung.

109853/0277

BAD

In den Fällen, in denen eine dünne Membran mit einem äußeren Ringteil und einem Innenteil verwendet werden, kann der letztere domförmig gewölbt sein, wie dies in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Fall ist, obgleich auch jede andere zweckmäßige Form verwendet werden kann, z. B. keine gewellte Form, vorausgesetzt daß der Innenbereich der Membran ausreichende Steifigkeit besitzt, um sicherzustellen, daß er sich unter Druckeinwirkung nicht nennenswert verformt und diesen Druck auf den Umfangsteil überträgt.

Eine derartige Nichtverformbarkeit des Innenbereichs der Membran kann mit Vorteil dazu ausgenutzt werden, dort die thermischen Kompensationsschichten aufzubringen, und nicht, wie dies im Vorstehenden gezeigt wurde im Bereich der Membranhälterung. Diese Anordnung führt zu einer besonders genauen thermischen Kompensation, insbesondere wenn die Membran eine Kammer absperrt, deren Druck gemessen werden soll, da sowohl die aktiven wie auch die Kompensationsschichten dann der Atmosphäre innerhalb der Kammer ausgesetzt sind und daher gleichen Temperaturänderungen dieser Atmosphäre unterliegen.

Der Wandler kann auch so ausgelegt sein, daß er sich als Beschleunigungsmesser eignet. Hierzu wjtrd an den deformierbaren Teil des Diaphragmas oder der Membran die Masse befestigt, deren Beschleunigung zu messen ist. Ein derartiger Beschleunigungsmesser ist insbesondere zum Messen sehr kleiner Beschleunigung geeignet und ist lediglich ein Beispiel für

109853/0277

die zahlreichen Anwendungsmögliehkeiten des erfindungsgemäßen Wandlers zum Messen von Verschiebungen»

Im Falle rascher Druckänderungen (größer als ein Herz) oder im Falle sehr langsamer Druckänderungen (weniger als 0, 2 Schwingungszyklen pro Minute) liefert der druckempfindliche Wandler ausgezeichnete Ergebnisse.

Jedoch tritt bei zwischen den vorstehend erwähnten Frequenz grenzen liegenden Frequenzen ein unerwünschtes Relaxationsphenomen infolge des Elastowiderstands der dünnen leitenden Schichten auf.

Diese Phenomena sollen nachfolgend anhand des Beispiels einer auf Kapton niedergeschlagenen 0,12 Mikron dicken Wismut-Dünnschicht erläutert werden. Dieses Beispiel war Gegenstand von der Erfindung vorausgehenden Versuchen.

Wenn Verformungen, deren zeitliche Änderung einer Rechteckkurve folgt, auf den druckempfindlichen Wandler der Erfindung ausgeübt werden, beobachtet man folgendes:

a) ist die Verformung senkrecht zur Flußrichtung des Meßstroms, so führt der Quer-Elastowiderstand zu einer zeitlichen Abhängigkeit der Widerstandsänderung, wie diese in Fig. 24 dargestellt ist. Der Koeffizient K™ des Elastowiderstands hat dann die Form K_T - k_T + k^l _T e '£ (4)

109853/0277

Das Verhältnis k*/k der Amplitude des exponentiellen und des konstanten Terms liegt in der Größenordnung von 7,1 %.

b) Verläuft die Verformung parallel zur Flußrichtung des Meßstroms, so ■ bewirkt der Längs-Elastowiderstand eine zeitliche Abhängigkeit der Widerstandsänderung, wie diese in Fig. 25 dargestellt ist. Der Koeffizient K_T hat dann folgende Form

JLi

^KL " ^kL - ^kIL ^e "* &

Das Verhältnis k* /k_T der Amplituden des exponentiellen und des konstanten Terms liegt in der Größenordnung von 5, 5 %.

Es soll nun im Zusammenhang mit Fig. 26 eine Ausführungsform beschrieben werden, bei der die soeben erläuterten Relaxationsphenomene kompensiert sind.

Fig. 26 zeigt eine Membran oder ein Diaphragma der bereits beispielsweise im Zusammenhang mit den Fig. 16 und 18 beschriebenen Art. Die Membran liegt innerhalb einer Halterung 51, ist mit einem gewölbten Innenteil 52 versehen und trägt auf ihrem ringförmigen Umfangsteil 53 die aktiven Schichten 54. Letzere sind 0, 12 Mikron dicke Wismut-Schichten, und die Membran oder das Diaphragma selbst ist aus Kapton hergestellt.

Damit sich die Quer- und Längs-ElastoWiderstandseffekte gegenseitig

109853/0277

auslöschen, ist die dünne leitende Schicht in eine Mehrzahl im Abstand voneinander liegender Streifen unterteilt, die längs der äußeren Ringzone verteilt sind. Die Längsachse jedes Streifens ist gegenüber dem zugeordneten Radius des Diaphragmas unter einem Winkel geneigt, der so gewählt ist, daß die Längs- und Quer-Komponenten der Dehnung £ (die im ringförmigen Umfangsteil 53 radial verläuft) eine Größe der Art haben, daß die in diesen Richtungen erzeugten Elastowiderstandseffekte entgegengesetzt gleich groß sind. Für die aktiven Schichten der beschriebenen Art wurde gefunden, daß der ideale Winkel für diesen Zweck etwa 37 beträgt.

Anschlußschichten 55, 56 und 57, beispielsweise aus Nickel, die innerhalb der Halterung 51 verlaufen, und ähnliche Anschluß schichten 58, 59, die um den Mittelbereich 52 herum verlaufen, verbinden die Schicht-Streifen gruppenweise (vier Gruppen). Innerhalb jeder Gruppe liegen vier Streifenelemerite parallel zueinander geschaltet, während die Gruppen selbst elektrisch hintereinander geschaltet sind. Es versteht sich, daß die gruppenweise Zusammenfassung der einzelnen Streifen ebenso auch die Art der Verbindung der Streifen in weiten Grenzen geändert werden kann. So können anstelle der Serien-Parallel-Kombination in Fig. 26 die Streifen sämtlich parallel oder sämtlich in Serie geschaltet werden. Man erhält dadurch den Vorteil, daß der Widerstand ohneweiteres auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Ist der Widerstand jenes Streifens R und ist N die Zahl der Streifen,

109853/0277

so kann der Gesamtwiderstand der Anordnung bei entsprechender Wahl der Serien- und Parallels chaltungs gruppierung zwischen R/N und NxR geändert werden.

_χ Im folgenden wird die Art und Weise erläutert, auf die die beschriebenen Relaxationsphenomene kompensiert wird. Betrachtet man wieder das Beispiel der auf Kapton niedergeschlagenen 0,12 Mikron dicken Wismutschicht, so sind die Quer- und Längskoeffizienten des Elastowiderstands eine Punktion der Zeit und ergeben sich aus den Gleichungen 4 und 5. Der Elastowiderstand für eine Schicht, die gleichzeitig einer Querverformung £L, und einer Längsverformung £_T unterliegt, gehorcht dann folgender zeitlicher Abhängigkeit:

TT "^kT S^+kL ^£L ⁺ <^kT ^eT-^k*L ^£L> ^e T <⁶)

Aus Gleichung 6 folgt als Bedingung für ein Verschwinden des Exponentialterms;

ε L " k«_T ⁽⁷⁾

Der gemessene Wert für k* /k¹ ist 0,55.

Wenn die Verformung £ einen Winkel θ mit dem Meßstrom i bildet (Fig. 27), sind die Verformungskomponenten £_L und t™ in bzw. senkrechter Richtung des Stromflusses i gegeben durch die klassischen Gleichungen der Extensometrie:

1093 B3/0277

ε_τ « ε sin² θ (8)

£ * ε cos θ (9)

Zur Erfüllung der vorstehenden Bedingungsgleichung 7 bildet man den Ausdruck -r-=- * tg β (10)

Nach dem obigen ist tg θ * 0, 55. Hieraus ergibt sich θ * 36°40*.

Dieser Wert stimmt mit experimentellen Ergebnissen vollständig überein. Tatsächlich wurde gefunden, daß für die Winkel θ von 36°30' und 37 3O¹ es nicht möglich ist, irgendwelche meßbare Relaxationserscheinungen (kleiner als 0,05 %) festzustellen. Wird daher bei dieser Wandlerausführung der Winkel θ entsprechend sorgfältig gewählt, so zeigt der * Wandler ein völlig relaxationsfreies Ansprechverhalten, wie dies in Fig. 28 dargestellt ist.

Bei einem Winkel von 35 wurde ein leichtes Überwiegen der vom Längseffekt herrührenden Relaxation beobachtet, der gemessene Relaxations wert betrug etwa 0,3 %. Bei einem Winkel von 45 beobachtet man ein leichtes Überwiegen der vom Quereffekt herrührenden Relaxation. Der gemessene Relaxationswert betrug hier etwa 0, 5 %.

Die Empfindlichkeit dieser Wandlerausführung ist kleiner als die Empfindlichkeit von Wandler ausführungsformen, bei denen keine Relaxations kompensierung vorgesehen ist. Der Koeffizient K_L ist kleiner als K„,

109853/0277

hieraus folgt eine kleine Verringerung der Empfindlichkeit, wenn die Streifen, die die aktiven Schichten bilden, in der beschriebenen Weise geneigt werden. Der Empfindlichkeitsverlust ist etwa.25%. Dieser Wert kann angesichts der damit erreichten Vorteile einer erheblich besseren Wiedergabetreue und Linearität ohne weiteres in Kauf genommen werden.

109853/0277

Claims

Patentansprüche

1. Elektromechanischer Wandler zum Umsetzen von Druckänderungen in entsprechende Änderungen einer elektrischen Kenngröße, gekennzeichnet durch ein flexibles Diaphragma mit zumindest einer hierauf aufgebrachten dünnen leitfähigen Schicht, durch eine Diaphragmahalte-" rung, die.einen kreisförmigen Teil des Diaphragmas umgrenzt und das Diaphragma längs des Umfangs des kreisförmigen Teils fest einspannt, und durch zumindest zwei innerhalb der Diaphragmahalterung vorgesehene Anschlußmittel zum Einfügen der leitenden Schicht in eine äußere Schaltung, wobei die leitende Schicht zwischen den Anschlußmitteln gelegen ist und si& zumindest längs eines Teils des Umfangs auf zumindest einer Seite des kreisförmigen Diaphragmateils erstreckt.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzelne leitende Schicht längs des größeren Teils des Umfangs auf einer Seite des kreisförmigen Diaphragmateils verläuft.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß' mittel durch Elektroden gebildet sind, die mit der leitenden Schicht über nie der ohmige Schichten verbunden sind.

4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier leitende Schichten vorgesehen sind, und zwar je zwei auf einer Seite des

109853/0277

Diaphragmateils, daß jede Schicht sich über einen Kreisbogen von annähernd 180 erstreckt und alle Schichten zu einer Brückenschaltung verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei kreisbogenförmige niederohmige Anschlußschichten für jede leitende Schicht konzentrisch zu dieser auf der gleichen Seite des Diaphragmas vorgesehen sind, daß die leitenden Schichten auf der einen Diaphragmaseite symmetrisch zu einem ersten Durchmesser des kreisförmigen Diaphragmateils angeordnet sind, daß die leitenden Schichten auf der anderen Seite symmetrisch zu einem zweiten Durchmesser des kreisförmigen Diaphragmas angeordnet sind und daß die beiden Durchmesser im rechten Winkel zueinander stehen.

6. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma eine Membran ist und der kreisförmige Diaphragmateil gebildet ist durch einen Innenteil und einen ringförmigen Außenteil, die über eine Knicklinie miteinander in Verbindung stehen, und daß die leitende Schicht zumindest auf dem ringförmigen Außenteil aufgebracht ist.

7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht über der Knicklinie gelegen ist.

8. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine den Diaphragmateil umgebende Kammer bildet und daß Ein-

1 09853/0277

und Auslässe auf beiden Seiten des Diaphragmateils in der Kammer für einen Durchtritt des Druckmittels in die Kammer zum Zwecke einer Druckmessung vorgsehen sind.

.9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Diaphragma im Abstand vom ersten Diaphragma an dessen Halterung befestigt ist, und daß Kopplungsmittel zwischen den beiden Diaphragmas zur Übertragung einer Verformung des zweiten Diaphragmas auf das erste Diaphragma vorgesehen sind.

10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel durch eine Flüssigkeitsfüllung zwischen den beiden Diaphrag-

„ mas gebildet sind.

11. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kopplungsmittel ein die beiden Diaphragmas verbindender Zapfen vorgesehen ist.

12. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet·, daß die Halterung eine Kammer bildet, die an einem Ende durch das Diaphragmateil verschlossen ist und am anderen Ende mit einem Rohr versehen ist, über das die Kammer mit der Umgebungsatmosphäre kommuniziert.

13. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung zwei identisch ausgebildete, einander gegenüberstehende Dia-

109853/0277

phragmas trägt und daß der Zwischenraum mit Flüssigkeit ausgefüllt ist.

14. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung im Innern eines Rohres zur Bildung zweier offener Kammern befestigt ist, und daß das Ganze zur Messung einer zwischen diesen Kammern herrschenden Druckdifferenz vorgesehen ist.

15. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Seite des Diaphragmas, welche keine leitende Schicht trägt mit einer aufgedampften metallischen Schutzschicht versehen ist.

16. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmigen Anschlußschichten aus einem oder mehreren der Metalle Nickel, Chrom, Gold, Silber, Kupfer oder Platin bestehen.

17. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten aus Wismut, Antimon, Tellur, Indium, Germanium, Silicium oder deren Legierungen bestehen.

18. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine nicht-aktive leitende Schicht auf einem keinen Verformungen unterliegenden Teil der Vorrichtung angeordnet und zusammen mit zumindest einer leitenden Schicht in einer Brückenschaltung zu Temperaturkompensationszwecken gelegen ist.

10 9853/0277 BAD ORlGlNAl.

19. Wandler nach Anspruch l%_t dadurch gekennzeichnet, daß die öJügM* aktive leitende Schicht auf einem Teil des diaphragma*! angeordnet ist* der von dem die aktiven Schichten trageiüden Öiajpfcl'&giaiaikejl. versehie* den ist*"

20. Wandler nach Anspruch i_# dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten aus einem.oder mehreren neutronisch gesättigten Isotopen besteht.

21. Wandler nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht in Form einer Mehrzahl miteinander oder gruppenweise untereinander mit Hilfe der Anschlußmittel verbundener Streifen vorliegt und daß jeder Streifen gegenüber dem entsprechenden Radius des kreisförmigen Diaphragmateils geneigt ist.

22. Wandler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Streifen gegeben ist durch _„_ . k*

«* c vg !-ι ,

^kT

wenn k* und k* die Amplituden der exponentiellen Anteile der Elasto-J-i JL

Widerstandsänderungen für den Längs- bzw. Quereffekt sind.

23. Wandler nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere in Sektoren unterteilte ringförmige Anschlußschicht auf dem Diaphragma aufgebracht ist, und zwar auf der Innenseite der lei-

109853/0277 BAD ORIGINAL

tenden Schichten, daß jeder Sektor mit den inneren Enden bestimmter der Streifen verbunden ist und daß deren äußeres Ende je mit einem einer Mehrzahl bogenförmiger Anschlußschichten verbunden ist, die außerhalb der leitenden Schicht verlaufen und die ersterwähnte Anschluß« schicht bilden.

109853/0277