DE2659376A1 - Differenzdruck-messzelle - Google Patents
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen 2659376
Berlin und München VPA 7ß ρ 3 5 7 4 BRD
Die Erfindung bezieht sich auf eine Differenzdruck-Meßzelle mit an den Stirnflächen angeordneten, mit den Meßdrücken beaufschlagten
Trennmembranen, mit einer inkompressiblen Füllflüssigkeit im Innern zur hydraulischen Übertragung der Meßdrücke auf eine
schwach überlastbare Halbleiter-Meßmembran, mit Mitteln zur Umformung ihrer differenzdruckproportionalen Auslenkung in eine
elektrische Größe und mit Mitteln zum Schutz der Meßmembran vor starker Überlastung.
Halbleiter-Meßmembranen, z. B. aus Silizium, mit sehr kleinem Durchmesser im Millimeterbereich lassen sich um das 6- bis
10-fache ihres Meßbereichsendwertes überlasten, ohne Schaden · zu nehmen. Bei Differenzdruck-Meßumformern sind jedoch häufig
relativ hohe statische Meßdrücke zu verarbeiten, die um zwei bis vier dezimale Größenordnungen größer sind als der auf die Meßmembran
wirkende Differenzdruck. Es müssen deshalb Mittel zum Schutz der Meßmembran vor starker Überlastung vorgesehen werden.
Bei einem bekannten Differenzdruck-Meßumformer (DT-AS 22 61 664) ist zum Schütze der dort verwendeten Silizium-Meßmembran ein von
einem Balg betätigtes Ventilsystem vorgesehen, welches bei Überlast den von dem hohen Druck beaufschlagten, flüssigkeitsgefüllten
Druckraum von der Meßkammer mit der Meßmembran abschließt. Weiter ist noch ein durch einen weiteren Balg unterteiltes Ausgleichsvolumen
vorgesehen, welches die beim Schließvorgang des Ventilsystems im Überlastfall verdrängte Füllflüssigkeit auf-
Sp 23 Bz / 23. 12.
nimmt. Dieser Aufbau bedingt einen relativ hohen Raumbedarf bei großem herstellungstechnischem Aufwand.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Differenzdruck-Meßzelle der eingangs genannten Art in kompakter, einfach herzustellender Bauart
mit möglichst kleinem Füllflüssigkeitsvolumen zu schaffen.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Differenzdruck-Meßzelle gesehen,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stirnflächen dieser Meßzelle in bekannter Weise als Anlageflächen (Membranbetten)
für die Trennmembran im Überlastfall ausgebildet sind und daß jede der zwei jeweils von Trennmembran und Stirnfläche begrenzten
Vorkammern druckleitend verbunden ist mit je einem Ausgleichsvolumen, das von jeweils einer festen und einer gemeinsamen, federnd
verschiebbaren Mittelwand einer Ausgleichskammer in der Meßzelle gebildet ist und daß die Halbleiter-Meßmembran vorzugsweise
zentrisch in der verschiebbaren Mittelwand angebracht ist und einen Teil ihrer Wandfläche bildet.
Die Federcharakteristik der verschiebbaren Mittelwand ist dabei ' derart auf die Überlastbarkeit der in ihr angebrachten Meßmembran abzustimmen, daß ihre Ansprechschwelle zwischen dem dem Meßbereichsendwert entsprechenden Druck und dem für die Meßmembran , noch erträglichen Überlastdruck liegt.
Als Ansprechschwelle für die federnde Mittelwand ist eine Druckstufe anzusehen, unterhalb derer die Mittelwand wie eine starre Wand wirkt und oberhalb derer die Mittelwand dem Druck nachgebend ausweicht, so daß die im Überlastfall aus der entsprechenden Vorkammer verdrängte Füllflüssigkeit in dem angeschlossenen Ausgleichsvolumen ohne für die Meßmembran schädliche Druckerhöhung^ aufgenommen werden kann.
Die Federcharakteristik der verschiebbaren Mittelwand ist dabei ' derart auf die Überlastbarkeit der in ihr angebrachten Meßmembran abzustimmen, daß ihre Ansprechschwelle zwischen dem dem Meßbereichsendwert entsprechenden Druck und dem für die Meßmembran , noch erträglichen Überlastdruck liegt.
Als Ansprechschwelle für die federnde Mittelwand ist eine Druckstufe anzusehen, unterhalb derer die Mittelwand wie eine starre Wand wirkt und oberhalb derer die Mittelwand dem Druck nachgebend ausweicht, so daß die im Überlastfall aus der entsprechenden Vorkammer verdrängte Füllflüssigkeit in dem angeschlossenen Ausgleichsvolumen ohne für die Meßmembran schädliche Druckerhöhung^ aufgenommen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die federnd verschiebbare
Mittelwand eine in einer Radialebene der Aüsgleichskammer in der zylindrischen Meßzelle eingespannte Ausgleichsmembran,
deren Durchmesser um eine bis zwei dezimale Größenordnungen größer ist als der der Halbleiter-Meßmembran.
Es ist so möglich, mit einfachen Mitteln eine kompakte Meßzelle
mit Halbleiter-Meßmembran und Wirkungsvollem Überlastschutz aufzubauen.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel
rein schernatisch dargestellt und im folgenden beschrieben.
Die mit einer inkompressible]! Flüssigkeit gefüllte Differenzdruck-Meßzelle
1 setzt sich aus zwei gleichartigen, spiegelbildlich zusammengefügten, zylindrischen Formteilen 2 und 2' zusammen.
Die äußeren Stirnflächen der Meßzelle 1 sind als Membranbetten 3 und 3' für die mit ihrem Rand verbundenen Trennmembranen
4 und 41 ausgebildet, auf welche von außen die Meßdrücke P^ und
Pp wirken.
Die Trennmembranen 4 und 4' und die als Membranbetten 3 und 31
ausgebildeten Stirnflächen der Meßzelle 1 begrenzen Vorkammern 5 und 5', die über zentrische Bohrungen 6 und 6' mit je einem Ausgleichsvolumen
7> 7' einer Ausgleichskammer 8 druckleitend verbunden sind.
In den zusammenstoßenden Flächen der Formteile 2 und 21 sind feste
Wände' 9 und 9' der Ausgleichskammer 8 bildenden Ausnehmungen
angebracht, wobei die Ausgleichskammer 8 durch eine in einer Radialebene angeordnete, federnd verschiebbare Mittelwand 10, hier
einer Federmembran, unterteilt ist. Die federnde Mittelwand 10 trennt die Ausgleichsvolumen 7 und 7' voneinander. In ihr ist
zentrisch ein Meßsystem 11 mit einer Halbleiter-Meßmembran 12 derart angeordnet, daß die Halbleiter-Meßmembran 12 einen Teil
der Wandflache der verschiebbaren Wand 10 bildet. Da alle Hohlräume
innerhalb der Meßzelle 1 mit einer inkompressiblen Füllflüssigkeit gefüllt sind, werden die auf die Trennmembranen 4
und 41 gegenläufig wirkenden Meßdrücke P,, und Pg hydraulisch auf
die Meßmembran 12 übertragen. Dabei wird eine der Druckdifferenz der Meßdrücke proportionale Auslenkung der Meßmembran durch in
der Membran befindliche piezoresistive Zonen in bekannter Weise in ein elektrisches Signal umgeformt.
Die Federcharakteristik der verschiebbaren Wand 10 ist, wie bereits
erwähnt, so auf die Überlastbarkeit der Halbleitermembran 12 abgestimmt, daß noch vor Auftreten eines die Überlastbarkeit
der Meßmembran überschreitenden Drucks in einem der Ausgleichsvolumen 7 oder 7' der Ausgleichskammer 8 die verschiebbare Wand
ausweicht, so daß die beispielsweise aus der Vorkammer 5 verdrängte Flüssigkeit ohne weitere Druckerhöhung in dem Ausgleichsvolumen 7 aufgenommen werden kann.
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76 P 3 5 7 4 BRD
Das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel ist etwa im Maßstab 5 : 1
gezeichnet, d. h. der Durchmesser der Meßmembran 12 beträgt etwa 1 mm, der Durchmesser der Meßzelle 1 etwa 23 mm, woraus zu erkennen
ist, daß sich auf die erfindungsgemäße Weise Differenzdruck-Meßzellen
sehr kompakter Bauart mit wirkungsvollem Überlastschutz herstellen lassen.
3 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
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Leerse ite
Claims (1)
- 76 P 3 57 4 BRDPatentansprüche "Differenzdruck-Meßzelle mit an Stirnflächen angeordneten, mit den Meßdrücken beaufschlagten Trennmembranen, mit einer inkompressiblen Füllflüssigkeit im Innern zur hydraulischen Übertragung der Meßdrücke auf eine schwach überlastbare Halbleiter-Meßmembran, mit Mitteln zur Umformung ihrer differenzdruckproportionalen Auslenkung in eine elektrische Größe und mit Mitteln zum Schutz der Meßmembran vor starker Überlastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Meßzelle (1) in bekannter Weise als Membranbetten (3» 3') für die Trennmembranen (4, 4') im Uberlastfall ausgebildet sind und daß jede der zwei jeweils von Trennmembran und Membranbett (4, 3; 4', 3') begrenzten Vorkammern (5» 51) druckleitend verbunden ist mit je einem Ausgleichsvolumen (7, 7')i das von jeweils einer festen (3» 3') und einer gemeinsamen, federnd verschiebbaren Mittelwand (10) einer Ausgleichskammer (8) in der Meßzelle (1) gebildet istund daß die Halbleiter-Meßmembran (12) vorzugsweise zentrisch in der verschiebbaren Mittelwand (10) angebracht ist und einen Teil ihrer Wandfläche bildet.Differenzdruck-Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Mittelwand (10) eine in einer Radialebene der Ausgleichskammer (8) in der zylindrischen Meßzelle (1) eingespannte Membran ist, deren Federcharakteristik derart auf die Überlastbarkeit der zentrisch in ihr angebrachten Meßmembran (12) abgestimmt ist, daß ihre Ansprechschwelle zwischen dem den Meßbereichsendwert entsprechenden Druck und dem für die Meßmembran (12) erträglichen Überlastdruck liegt.Differenzdruck-Meßzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser von Meßmembran (12) und Mittelwand (10^ sich um eine bis zwei dezimale Größenordnungen unterscheiden.009827/0339
Priority Applications (4)
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