DE2608382A1

DE2608382A1 - Aufnehmer mit einer membran

Info

Publication number: DE2608382A1
Application number: DE19762608382
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Dr Ort
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1976-03-01
Filing date: 1976-03-01
Publication date: 1977-10-06

Description

Aufnehmer mit einer Membran
Die Erfindung betrifft einen Aufnehmer mit einer mit der zu messenden mechanischen Größe beaufschlagten Membran, deren Verformung mittels Dshnungsmeßstreifen in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und die einen verdickten Einspannrand auÇweist, wobei die Dehnongsmeßstreifen an der AuNenseite der Membran oder einer mit der Membran verbundenen biegefeder angebracht sind.
Bei bekannten Druckeufnehmern befindet sich auf der einen Seite der Membran ein Hohlraum, in dem der zu messende druck herrscht. Auf der anderen Membranseite, nachfolgend als außenseite der Membran bezeichnet, sind die Dehnungsmeßstreifen bzw. die die Dehnungsmeßstreifen tragend Biegefeder angeordnet. Von dieser Außenseite der Membran her werden die Anschlußleitungen zu den Dahnungsmeßstreifen geführt.
m die Membran vor euR=ren Einflçissen zu schützen, ist sie üblicherweise an ihren Außenseiten mit einer Abdeckung versehen, durch die die Anschlußleitungen für die Dehnungsmeßstreifen hindurchgeführt werden. Mach dem Anbringen der Anschlußleitungen sind die Dehnungsmeßstreifen nicht mehr zuginglich, so daß alle Maßnahmen zum Abgleich der DahnungsmeRstreiten vorher vorgenommen werden müssen.
Die Bauhöhe darartiger bekannter Druckaufnehmer ist verhältnismößig hoch, weil sich auf der einen Membranseite der Schraubenanschluß fr die Druckleitung und auf der anderen Membranseite der elektrische Anschluß für die zu den Dehnungsmeßstreifen führenden Leitungen befinden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Aufnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Dehnungsmeßstreifen auch nach dem Anbringen der Anschlußleitungen zum Abgleich und zur Überprüfung noch einfach zugënvlich sind und dessen Bauhöhe gering ist.
fliese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelnst, daß der Einspannrand der Membran einen nach außen vorspringenden Bund bildet und daß die Anschlußleitungen der Behaungsmeßstreifen durch den Rund des Einspannrandes hindurch zu den @ehnungsmeßstreifen geffihrt sind, die auf der Außenseite der Membran bzw. auf der der Membran abgekehrten Seite der Biegefeder angebracht sind.
nie durch den Einspannrend hindurchgefrihrtnn Anschlüsse konnen unmittelbar mit den Dehnungsmeßstreifen verbunden werden, wobei die flehnungsmeßstreifen auch nach dem Anschluß der Leitungen noch vollständig zuginglich bleiben, so daß erfindungsgemäß ein Abgleich an den Dehnungsmeßstreifen oder an einem damit verbundenen Kalibrierwiderstand oder an mindestens einem weiteren abgleichbaren Widerstand auch dann noch vorgenommen werden kann, wenn die Membran bereits der zu messenden mechanischen Grobe ausgesetzt wird, beispielsweise dem tlenndruck. Die Rauhöhe des Aufnehmers ist gering, weil auf der Außenseite der Membran keine Anschlußleitungen weggeführt werden. lurch die Ausführung des Einspannrandes als nach außen vorspringender Rund wird zugleich erreicht, daß der Einspannrand und damit die Membran weitgehend von Kräften unbeeinflußt bleiben, die am Anschluß für die Druckleitung, beispielsweise einem Schraubanschluß, eingeleitet werden können. Die Laitungsanschlisse sind durch den vorspringenden Rund schon gut zeschötzt, so daß besondere zusätzliche mechanische Abschirmungen entfallen können.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die die Dehnungmeßstreifen tragende bzw. mit der Biegefeder verbundene Außenseite der Membran mit einem den Einspannrand dichtend umgreiçenden deckel abgedeckt ist. Da dieser fleckel keinerlei Durchführungen aufweist, kann er als einfaches napfförmiges Ziehteil aus Blech hergestellt sein.
Als besonders vorteilhaft fir die Herstellung und die Funktionsfähigkeit des Aufnehmers hat es sich erwiesen, wenn die Membran in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens mit dem als vorspringenden Rund ausgeführten Einspannrand und einem Anschlußstück für den Anschluß einer Druckzuleitung einstückig als Drehteil ausgebildet ist.
Dabei entfallen alle Dichtungsprobleme weitestgehend; das Drehteil ist mit geringen Kosten und hoher Genauigkeit herzustellen.
rier erfindungsgemäße Aufnehmer mit einer Membran ist bei der Messung von Druck, Kraft, Beschleunigung und D@@hmoment uneingeschränkt einsetzbar. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
nie Erfindung wird an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Druckaufnehmer im Löngsschnitt, Fi. 2 eine Draufsicht auf die die Dehnungsmeßstreifonrosette tragente Außenseite der Membran, Fig. 3 einen arfindungsgemäßen Kraftaufnehmer im Lëngsschnitt, Fi. 4 eine draufsicht auf die die Dehaungsmeßstreifen tragende AuSenseite der ringFnrmigen Membran bei dem Kraftaufnehmer nach Fig. 3, Fig. 5 im vergrößerten Teilschnitt eine Leitunsdurchführung, Fig. 6 Teile eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers für geringe Drücke im Längsschnitt und Fig. 7 eine Draufsicht auf die in Fi. gezeigten Teile eines Druckaufnehmers.
Per in Fig. 1 gezeigte Druckaufnehmer wnist eine Membran 1 in Form einer kreisförmigen Plattenfeder auf, deren verdickter Einspannrand als nach außen vorspringender Bund 2 ausgebildet ist. Ein Einstich 3 hinter dem Bund 2 trennt den Sund von einem zylindrischen Teil 4 mit Gewinde 5 zum Anschluß einer Druckleitung für das Medium, dessen Druck gemessen werden soll. Auf der Außenseite der Membran 1 sind Dehnungsmeßstreifen 6 aufgebracht, beispielsweise als Rosette aufgeklebt oder aufgedampft.
Anschlußleitungen 7 sind durch achsparallele Bohrungen 8 im Bund 2 isoliert hindurchgeführt und mit den Anschlüssen der Dehnungsmeßstreifen 6 verbunden, beispielsweise durch leiten.
oder die Dehnungsmeßstreifen 6 mit ihren Anschlfissen aunehmende Raum auf der Außenseite der Membran 1 ist durch einen napffcirmigen Deckel 9 verschlossen, der den Pund 2 dichtend übergreift.
Die Membran 1, ihr als Rund 2 ausgebildeter Finsnannrand und das zylinderförmige Anschlußstück 4 sind einstückig als Drehteil ausgeführt.
Die Dehnungsmeßstreifen 6 können in Dünnfilmtechnik oder als Folienrosette aufgebracht werden, wobei diese entweder nach dem Aufbringen auf die Membranaußenseite fertiggestellt werden kann oder als Blatt fertiggestellt wird, das aufgeklebt wird. In diesem Fall werden Löcher in die AnschluMfahnen der Dehnungsmeßstreifen gestanzt.
Nie Anschlußsticte 7, die um einen ringen trae über die Ebene der Membranaußenseite hinausragen, dienen dabei als Paßstifte und fixieren die Rosette bei der @efestigung.
beispielsweise mittels der sogenannten Heißapplikation.
Per Aufwand zum Herstellen der Schaltuncr ist sehr gering und besteht nur darin, die vier Stifte mit den Lötfahnen der Dehaungsmeßstreifen (Fig. 2) zu verlöten.
Wie in Fig. 2 dargestellt, tragt die Außenseite der Membran 1 außer den Dehnungsmeßstreifen 6 auch mindestens einen Kalibrierwiderstand 10. Außerdem besteht bei der dargestellten Ausffihrungsform eines Druckaufnehmers hz. Kraftaufnehmers auch die Möglichkeit, den Kalibrierwiderstand weitestgehend im Bereich des Bundes 2 anzuordnen, der keiner Verformung unterworfen ist.
Weiterhin wird durch die Anordnung mindestens eines weiteren abgleichbaren Wiclerstandes 22 erreicht, daß an diesem in einfachster Weise der Temperaturfehler des Nullpunktes und der Temperaturfehler der Fmpfindlichkeit abgeglichen werden können.
Pas in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Netzwerk aus Dehnungsmeßstreifen, Kalibrierwiderstand und Nullabgleichwiderstand und die diese verbindenden Leiterbahnen können in einfachster Form in einem einzigen Arbeitsgang aus einer Folie ausgeätzt oder durch Aufdampfen hervestellt werden.
Die Kalibrierung mittels des Kalibrierwiderstandes 10 kann erfolgen, wenn der Druckaufnehmer mit seinem Nenndruck beaufschlagt wird, da die Dehnungsmeßstreifen 6 und der Kalibrierwiderstand 19 auch nach der Fertigstellung der Anschlüsse zugänglich bleiben. Bei Nenndruck verändert man den Kalibrierwiderstand, bis das Mennsignal erreicht wird. Falls notwendig, kann im gleichen Arbeitszang auch die @inearitätsabweichung bei halbem Nenndruck geprüft werden. AnschlieRend wird der fleckel 9 aufgebracht, ohne daß dadurch die @iganschaften des Aufnehmers nachträglich verändert werden.
Per erfindungsgemäße ufnehmer kann mit geringen Abwandlungen gegenäber der in den Figuren 1 und 2 pezeigten Ausführungsformen auch als Kraftaufnehmer (Figuren 3 und 4) ausgeführt werden. Pazu ist ein zur Krafteinleitung dienender zentraler Zapfen 11 an der Außenseite der Membran 1 angebracht, beispielsweise einstückig mit dieser ausgeführt, wie in Fig. 3 gezeigt.
Die Membran 1 wird durch die zu messende Kraft verformt.
Per Deckel 9 ist hierbei mit dem zentralen Zapfen 11 dicht verbunden und sehr dünn ausgeführt, damit er keinen Kraftnebenschluß zur Membran 1 bildet.
Eine besonders geringe Linearitätsabweichung der Membran 1 erhalt man dadurch, daß das Mittelteil 1.1 der Membran verdickt ist, so daß der die Dehnungsmeßstreifen in der Anordnung nach Fig. 4 tragende, verformbare Teil der Membran kreisringförmig ist.
Bei sogenannten Dünnfilm-Applicationen können die Anschlußstifte 7 (Fig. 5) mit einer Pruckglasisolierung 12 in die bohrungen 8 des Bundes 2 einveschmolzen werden. ner Stift 7 und die Glasisolierung 12 stehen dabei zunächst etwas über die Ebene der Membranaußenseite hinaus. Der @ berstand wird später abgeschliffen. Die Kontaktierung erfolgt dann durch einfaches Aufdampfen mit entsprechend ausgebildeten Masken ohne zusitzliche Schweiß- oder Lötarbeit. Man erkennt aus Fig. 5, daß die aufgedampfte Leiterbahn 6.1 des flehnungsmeßstraifens auf einer Isolierschicht 6.2 liegt, die nur im Bereich des abgeschliffenen Stiftes 7 unterbrochen ist.
Die Figuren 6 und 7 zeigen einen Druckaufnehmer für @iedrige Dräcke. Die Membran 1 ist hierhei als sehr dänne Wellmemhran 19 ausgeführt. damit sie durch die geringen Drücke noch ausreichend verFormt werden kann. Eine die flehntingsmeßstreifen @ tragende @@sgefeder 13 ist mit einem verdickten Mittelstück 13.1 mit der Membran 1 verbunden. Die beiden Enden der Biegefeder 13 sind einstückig mit dem Dund 2 ausgeführt, der den Einspannrand für die Membran 1 bildet.
nurch die beiderseitige Einspannung der Biegefeder 13 wird eine genaue Führung des verdickten Mittelstficks 13.1 in Acherichtung bei der Verformung der Membran 1 erreicht.
Gegenüber einseitig eingespannten Biegefedern erhält man eine sehr gute Linearität des Meßsignals.

Claims

P a t e n t a n 5 p r c h e 1. aufnehmer mit einer mit der zu messenden mechanischen Bröße beaufschlaaaten Membran, deren Verformung mittels QehnungsmeSstreifen in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und die einen verdickten Einspannrand aufweist, wobei die Dehnungsmaßstreifen an der Außenseite der Membran oder einer mit der Membran verbundenen Biegefeder angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannrand der Membran (1) bzw. Biegefeder (13) einen nach auRen vorspringenden Bund (2) bildet und daß die Anschlußleitungen (7) der Dehnungsmeßstreifen (6) durch den Bund (2) des Einsoannrandes hindurch zu den Dehnungsmeßstreifen (6) zeführt sind, die auf der Außenseite der Membran (1) bzw. auf der der membran (19) abgekehrten Seite der Biegefeder (13) angebracht sind.
2. aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die DehnungsmeBstreifen (6) tragende bzw.

mit der Biegefeder t133 verbundene Außenseite der Membran (1 bzw. 19) mit einem den Hinspannrand (2) dichtend umareifenden Deckel (9) abgedeckt ist.
3. Aufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gskennzeichnet, daß die Membran (1) bzw. der Biegefeder (13) auf der Außenseite außer den Dehnungsmaästreifen (6) mindestens einen Kalibrierwiderstand (10) trat.
4. ausnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch kennzeichnet, daß die Membran (1) bzw. die Siegebolken (13) auf der I\ußenseite auger Dehnungsmeßstreifen (6) und Kalibrierwiderstand (10) mindestens einen weiteren abgleichharen Widerstand (22) trägt.
5. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergebenden Anspriche, dadurch gekennzeichnet, daß Dehnungsmeßstreifen (6), Kalibrierwiderstand (10), abgleichbarer Widerstand (22) und die diese verbindenden Leiterbahnen (25) ein einsttickiges Bauteil darstellen.
6. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (6) und gegebenenfalls der/die Kalibrisrwiderstand/stände t10) auf der Außenseite der Membran (1) aufgedampft sind.
7. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung ftir die Anschlußleitungen Anschlußstifte (7) aufweisen, die mit Glasisolierungen (12) in Bohrungen (13) im Bund (2) des Bispannrandes eingeschmolzen sind.
8. Aufnehmer nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anschlußstifte (7) und die Glasisolierungen (12) über die Membran (1) bzw. Biegebalken (13) überstehen und nach dem Einschmelzen auf der Membran außenseite abgeschliffen werden, so daß Elasisolierung, Anschlußstift und Memhranaußenseite eine Ebene bilden.
9. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Krafteinleitung dienender zentraler Zapfen (11) an der Außenseite der Membran (1) bzw.

Biegefeder (13) angebracht ist.
10. Aufnehmer nach Ansprüchen 2 und 8, dadurch gskennzeichnet, da der necl (9) mit dem zentralen Zapfen (11) dicht verbunden und sehr dnn ausgeführt ist.
11. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) bzw. biegefeder (133 mit dem als vorspringender Bund (2) ausgeführben Finspannrand und einem Anschlußstück (4) für den Anschluß einer Druckzuleitung einstückig als Drehteil ausgebildet ist.