DE19847793A1

DE19847793A1 - Pressure sensor element with cup shaped diaphragm and resistance arrangement

Info

Publication number: DE19847793A1
Application number: DE19847793A
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr Giese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2018-10-17
Also published as: DE29718464U1; DE19847793B4

Abstract

The pressure sensor element has a first cup-shaped diaphragm (12,18) and a resistance arrangement (20) applied on base surface of the diaphragm pointing outwards. A second cup shaped diaphragm (16,22) is arranged inverted to the first diaphragm. A pin (10) is arranged between the two base surfaces of the diaphragms, transmitting a bulging of the base surface of the second diaphragm on to the first diaphragm. The pin is designed in two parts, with one section belonging to the first diaphragm and a section belonging to the second diaphragm. A ring body (14) is arranged between the two diaphragms (12,16) connected securely with these.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drucksensorelement mit einer ersten topfförmigen Membran und einem auf die nach außen weisende Rundfläche der Membran aufgebrachten Dehnungs meßstreifen.The invention relates to a pressure sensor element with a first cup-shaped membrane and one on the outside pointing round surface of the membrane applied expansion measuring strips.

Drucksensoren werden in vielfältiger Weise zur Überwa chung von Förder- und Verarbeitungsvorgängen verwendet. Pressure sensors are used in a variety of ways used for conveying and processing operations.

Bei dem bekannten Drucksensorelement bildet sich inner halb der topfförmigen Membran ein Totraum, wodurch seine Verwendung bei einer Mehrzahl von Anwendungsfällen, bei spielsweise in der Lebensmittelindustrie, unmöglich wird.In the known pressure sensor element forms internally half of the cup-shaped membrane, a dead space, making its Use in a variety of use cases for example in the food industry, becomes impossible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drucksenso relement zu schaffen, das kein Totvolumen aufweist.The invention has for its object a pressure sensor to create relement that has no dead volume.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine zweite, zu der ersten umgekehrt angeordnete und mit die ser fest verbundene zweite topfförmige Membran und einen zwischen den beiden Grundflächen der Membrane angeordne ten, eine Wölbung der Grundfläche der zweiten Membran auf die erste Membran übertragenden Stift.According to the invention, this object is achieved by second, the reverse of the first and with the ser firmly connected second cup-shaped membrane and one between the two bases of the membrane ten, a curvature of the base of the second membrane the first membrane transmitting pin.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß der Stift zweiteilig mit einem der ersten Mem bran zugehörigen Abschnitt und einem der zweiten Membran zugehörigen Abschnitt ausgebildet ist.A preferred embodiment is characterized by this from that the pen in two parts with one of the first mem bran associated section and one of the second membrane associated section is formed.

Weiter wird die Vorsehung eines zwischen den beiden Mem branen angeordneten, mit diesen fest verbundenen Ringkör per vorgeschlagen.Providence will continue between the two memes Branches arranged, with these ring bodies firmly connected suggested by.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:The invention is described below with reference to a drawing explained. It shows:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Er findung; und Fig. 1 shows a first embodiment of the invention; and

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Er findung. Fig. 2 shows a second embodiment of the invention.

Fig. 3 eine erste bevorzugte Ausgestaltung des Membranquerschnitts. Fig. 3 shows a first preferred embodiment of the membrane cross section.

Fig. 4 eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des Membranquerschnitts, und Fig. 4 shows a second preferred embodiment of the membrane cross section, and

Fig. 5 eine dritte bevorzugte Ausführungsform des Membranquerschnitts. Fig. 5 shows a third preferred embodiment of the membrane cross section.

Das Drucksensorelement besteht aus einer ersten topfför migen Membran 12, auf deren nach außen weisender Grund fläche eine Widerstandsanordnung aufgebracht ist, bei der es sich um aufgeklebte Dehnungsmeßstreifen oder eine in Druckschichttechnik direkt auf die Metalloberfläche aufgedampfte oder aufgesputterte Isolierschicht und Meß widerstandsanordnung handeln kann.The pressure sensor element consists of a first topfför shaped membrane 12 , on the outwardly facing base surface, a resistance arrangement is applied, which can be glued strain gauges or a vapor-deposited or sputtered insulation layer and sputtered insulation layer and measuring resistor arrangement in pressure layer technology.

Eine zweite topfförmige Membran 16, deren Grundfläche von der ersten Membran 12 weg weist, ist über einen Ringkörper 14 mit der ersten Membran 12 fest verbunden. Der Ringkörper 14 ist dabei mit einem Ringflansch 24 versehen, der zur Befestigung des Drucksensorelements am Meßort dient.A second cup-shaped membrane 16 , the base of which faces away from the first membrane 12 , is firmly connected to the first membrane 12 via an annular body 14 . The ring body 14 is provided with an annular flange 24 , which serves to fasten the pressure sensor element at the measuring location.

Die Membran 16 trägt einen axial verlaufenden Stift 10, der mit der Grundfläche der ersten Membran 12 ver schweißt ist. Ein Druck, der auf die Grundfläche der zweiten Membran 16 aufgebracht wird und dessen Wölbung in Richtung auf die erste Membran 12 hin wirkt, verur sacht eine Verlagerung des Stifts 10 (in der Zeichnung nach oben) und damit eine Wölbung der zweiten Membran 12 und der auf deren Grundfläche aufgebrachten Widerstands anordnung 20.The membrane 16 carries an axially extending pin 10 which is welded to the base of the first membrane 12 ver. A pressure which is applied to the base of the second membrane 16 and whose curvature acts in the direction of the first membrane 12 causes a displacement of the pin 10 (upward in the drawing) and thus a curvature of the second membrane 12 and on the base area applied resistor arrangement 20 .

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stift 10 zweiteilig ausgebildet, wobei der eine Ab schnitt der ersten Membran 18 und der zweite Abschnitt der zweiten Membran 22 zugehörig ist. Die freien Enden der den Stift 10 bildenden Abschnitte liegen spiel frei aufeinander.In the embodiment shown in Fig. 2, the pin 10 is formed in two parts, with a section from the first membrane 18 and the second portion of the second membrane 22 is associated. The free ends of the sections forming the pin 10 lie freely on one another.

Bei der Verwendung solcher Membranen, beispielsweise zur Messung der Verbrennungsdrücke in Kolbenmotoren, ergeben sich jedoch Meßfehler, die durch die instationären ther mischen Verhältnisse vervorgerufen werden. Dieser Fehler wird als Flammenschockfehler bezeichnet. Wird eine ebene Druckmembran schlagartig an der Außenseite beispielswei se durch eine Flamme erhitzt, so wölbt sich diese kurz fristig nach außen, da die heiße Außenseite sich radial ausdehnt und die Innenseite zunächst nicht beeinflußt wird, solange die Erwärmung nicht auf die Innenseite der Membran gelangt ist. Ist die Membran später gleichmäßig erwärmt, so kehrt die Membran in ihre Ruhelage zurück. Temperaturgradienten auf der Membran führen also zu Aus lenkungen der Membran, was temperaturbedingte Meßfehler erzeugt.When using such membranes, for example Measurement of the combustion pressures in piston engines however, measurement errors caused by the transient ther mixing conditions can be called. This mistake is called a flame shock fault. Becomes a level Pressure membrane suddenly on the outside, for example heated by a flame, it bulges briefly timely outwards, since the hot outside is radial expands and initially does not affect the inside as long as the warming is not on the inside of the Membrane has reached. Is the membrane even later? warmed, the membrane returns to its rest position. Temperature gradients on the membrane therefore lead to off steering of the membrane, resulting in temperature-related measurement errors generated.

Die Erfindung betrifft eine Druckmembran, die bei ein seitiger instationärer Erwärmung einen gegenüber der ebenen Membran reduzierten Meßfehler aufweist.The invention relates to a pressure membrane, which at unsteady heating on one side compared to the flat membrane has reduced measurement errors.

Fig. 3 zeigt eine Membran (26), die auf der druckbeauf schlagten Seite nach innen konisch ausgebildet ist. Eine Erwärmung der Außerseite hat eine Temperaturausdehnung der äußeren Materialschicht zur Folge. Bedingt durch die konische Geometrie entsteht dabei eine Kraftkomponente in radialer und axialer Richtung mit einer auf die Mem braninnenseite gerichteten Kraft. Gegenüber der ebenen Membran entsteht bei einem Temperaturschock also gerade eine der Auswölbung entgegenwirkende Kraft zur Membra ninnenseite hin. Fig. 3 shows a membrane ( 26 ) which is conical on the pressurized side inwards. Heating the outside causes the outer layer of material to expand in temperature. Due to the conical geometry, a force component is created in the radial and axial direction with a force directed towards the inside of the membrane. Compared to the flat membrane, a temperature shock creates a force counteracting the bulge towards the inside of the membrane.

Der in Fig. 4 gezeigte Membranquerschnitt (28) zeigt ei ne weitere Ausführung einer solchen Membran mit einer konischen Form auf der Außen- und Innenseite. Eine Erwär mung der Unterseite führt auch hier zu einer nach oben gerichteten Kraftkomponente.The membrane cross section ( 28 ) shown in Fig. 4 shows a further embodiment of such a membrane with a conical shape on the outside and inside. Heating the underside also leads to an upward force component.

Fig. 5 zeigt den Querschnitt einer am Rand nach außen konisch ausgebildeten Membran (30). Bei einer Erwärmung der Außenseite dehnt sich die Kegelabschnittfläche aus und erzeugt eine Kraftkomponente, die axial nach oben gerichtet ist. Fig. 5 shows the cross section of a membrane ( 30 ) which is conical at the edge. When the outside heats up, the conical section surface expands and generates a force component that is directed axially upward.

Durch eine geeignete Ausführung der Membran gemäß der Fig. 3, 4 und 5 oder durch eine geeignete Kombination dieser Geometrien läßt sich eine Druckmembran konstruie ren, die einen minimalen Temperaturschockfehler auf weist.By a suitable embodiment of the membrane according to the Fig. 3, 4 and 5 or by a suitable combination of these geometries can be a pressure diaphragm konstruie ren, which has a minimum temperature shock errors.

Claims

1. Pressure sensor element, with a first cup-shaped membrane ( 12 , 18 ) and an applied to the outwardly facing base surface of the membrane resistance arrangement ( 20 ), characterized by a second, to which it is arranged in reverse and with this firmly connected second cup-shaped Membrane ( 16 , 22 ) and a pin between the two bases of the membranes ( 12 , 16 ; 18 , 22 ) arranged, a curvature of the base of the second membrane ( 16 , 22 ) on the first membrane ( 12 , 18 ) transmitting pin ( 10 ).

2. Pressure sensor element according to claim 1, characterized in that the pin ( 10 ) is formed in two parts with a section associated with the first membrane ( 18 ) and a section associated with the second membrane ( 22 ).

3. Pressure sensor element according to claim 1 or 2, characterized by a between the two membranes ( 12 , 16 ) arranged, with these firmly connected Ringkör by ( 14 ).

4. Pressure sensor element according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pressure-facing cup-shaped membranes ( 16 , 22 ) are designed as membranes ( 26 , 28 , 30 ) with conical surface elements.