DE2807704A1

DE2807704A1 - Piezoresistive druckmesszellen- baueinheit

Info

Publication number: DE2807704A1
Application number: DE19782807704
Authority: DE
Inventors: Hans W Dipl Phys Keller
Original assignee: Keller hans W dipl-Physeth
Current assignee: Keller hans W dipl-Physeth
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1979-09-06
Also published as: CH634147A5

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine piezortsistive Druckmeßzellen-Baueinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einer Baueinheit gemäß dem Stammpatent ist die Druckmeßzelle mit ihrer von dem deformierbaren Schaltungsplättchen abgewendeten Stirnfläche auf dem Sockelscheibchen festgekittext. Wie im Stammpatent ausführlich abgehandelt, ist eine solche Baueinheit zum Einbau in Druckfühler bestimmt. Hierbei wird ganz allgemein das Sockelscheibchen zumindest an seinem Außenumfang von der von der Druckmeßzelle abgewandten Seite her gegen eine ringförmige Anlagefläche gedrückt, gegen welche die auf der Seite der Druckmeßzelle ausgebildete Dichtfläche des Sockelscheibchens anliegt. Hierbei lassen sich trotz sorgfältigster planparalleler Bearbeitung der Anlage-und Dichtflächen nicht immer jegliche Deformationsspannungen in dem Sockelscheibchen vermeiden Derartige Deformationsspannungen übertragen sich indessen da die Druckmeßzelle mit dem Sockelscheibchen verkittet ist, zwangsläufig auch auf die Druckmeßzelle, so daß diese von vornherein mit einer mechanischen Störspannung beaufschlagt wird. Dies kann im Ergebnis zu einer Verfälschung des Meßwertes führen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer gegenüber dem Stammpatent weiter verbesserten Baueinheit, bei welcher die Druckmeßzelle gegenüber mechanischen Spannungen des Sockelscheibchens weitgehend entkoppelt ist. Erreicht wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Durch die gegen die Druckmeßzelle bzw. den diese umgebenden Isolierschlauch anliegenden Zentrierelemente wird eine feste und sichere zentrische Halterung der Druckmeßzelle auf dem Sockelscheibchen erzielt, während wegen des Fehlens einer starren Verbindung zwischen der von dem Schaltungsplättchen abgewendeten Stirnfläche der Druckmeßzelle sowie dem Sockelscheibchen eine nahezu vollständige mechanische Entkopplung herbeigeführt wird, so daß sich mechanische Spannungen von dem Sockelscheibchen auf die Druckmeßzelle nicht übertragen können. Dies umsoweniger, als die Zentrierelemente selbst, welche mit dem Sockelscheibchen starr verbunden sind, eine gewisse Eigenelastizität aufweisen können.
Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgedankens liegt darin, daß wegen des Fehlens einer Verklebung der Druckmeßzelle mit dem Sockelscheibchen die Herstellungszeit und der Herstellungsaufwand wssentlich vermindert werden. Immerhin erfordert das Verkleben der Druckmeßzelle mit dem Sockelscheibchen nach dem Stammpatent eine Erwärmungs- und Härtezeit von etwa zwei Stunden. Bisweilen tritt während des Härtens eine exzentrische Verschiebung zwischen der Druckmeßzelle und dem Schaltungsplättchen auf, was nach dem Aushärten ein Wegbiegen eines oder mehrerer Sockelstifte von der Druckmeßzelle erfordert, um eine Kontaktberührung zu vermeiden. Bisweilen ist die exzentrische Verschiebung auch so stark, daß Ausschuß entsteht. Diese Schwierigkeiten werden indessen durch die vorliegende Erfindung wegen des Fehlens eines besonderen Klebevorganges vermieden.
Durch die Weiterbildungen nach dem Patentanspruch 2 wird ein besonders einfacher und raumsparender Aufbau erreicht Durch die WalweisWeiterbldungrnächidem Pat«ntanprsl3iwird in den Fällen, bei denen die Sockelstifte nur sehr wenig über das Sockelscheibchen hinausragen dürfen, gleichwohl eine zuverlässige, wenn auch etwas aufwendigere Zentrierung erreicht.
Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 4 wird auch in Axialrichtung eine feste Lagerung der Druckmeßzelle auf dem Sockelscheibchen erreicht. Darüberhinaus wirkt bei einem metallischen Sockelscheibchen die Entkopplungsfolie auch noch als Isolator.
Durch die Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 5 und 6 ergibt sich eine besonders günstige Stoffauswahl für den Isolierschlauch bzw. die Entkopplungsfolie Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 7 ergibt sich eine besonders stabile Lagerung der Druckmeßzelle auf dem Sockelscheibchen in Axialrichtung Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmeßzellen-Baueinheit in Draufsicht, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II von FigO 1, Figo 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmeßzellenbaueinheit in Draufsicht, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV von Fig. 3, Figo 5 einen Schnitt längs der Linie V-V von FigO 3e Die in Fig. 1 und 2 dargestellte piezoresistive Druckmeßzellen-Baueinheit umfaßt eine dosenartige Druckmeßzelle 17 deren eine stirnseitige Zellenwand aus einem mehrere aufgeschichtete Widerstände 2 enthaltenden deformierbaren Schaltungsplättchen 1 besteht. Die Druckmeßzelle 17 ist von einem dünnen elastischen Isolierschlauch 101 aus Silikonkautschuk umgeben, der durch seine eigene Elastizität axial unverschieblich gehalten ist. Unter Zwischenlage einer Entkopplungsfolie 102 aus Polytetrafluoräthylen ist die Druckmeßzelle auf ein flaches Sockelscheibchen 10 von einem den Durchmesser der Druckmeßzelle 17 übersteigenden Durchmesser aufgesetzt.
Mehrere elektrische Zuleitungen 19 gehen von der Oberfläche des Schaltungsplättchens 1 aus und sind mit je einem axialen Sockelstift 13 verbunden. Die Sockelstifte 13 verlaufen durch über den Umfang des flanschartig überstehenden Randumfangbereiches des Sockelscheibchens verteilte Leitungsdurchtritte in gasdichten Preßglasdurchführungen 12. Der Randumfangsbereich des Sockelscheibchens 10 außerhalb der Preßglasdurchführungen 12 ist als Dichtfläche ausgebildet und zur Anlage gegen eine entsprechende ringförmige Gegendruckfläche in einem (nicht veranschaulichten) Druckfühler bestimmt, von dem die vorliegend beschriebene Druckmeßzellen-Baueinheit einen Bestandteil bildet.
Die Sockelstifte 13 bilden Zentrierelemente und liegen an ihren dem deformierbaren Schaltungsplättchen 1 zugewendeten Enden spannzangenartig elastisch gegen die Druckmeßzelle 17 an, wobei die Sockelstifte 13 von dem Sockelscheibchen 10 ausgehend zu dem Schaltungsplättchen 17 hin leicht stumpfwinklig gebogen sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3-5 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern, funktionsgleiche Elemente zueätzlich mit einem Indexstrich versehen und nicht mehr besonders erläutert.
Die Sockelstifte 13 ragen nur sehr wenig über das Sockel,.
scheibchen 10 hinaus und bewirken keine Halterung oder Zentrierung der Druckmeßzelle 17.
Als Zentrierelemente dienen zwei mit dem Sockelscheibchen 10 verschweißte Winkelprofilstücke 103.

Claims

Piezoresistive Druckmeßzellen-Baueinheit Patentansprüche ~~~~~~~~~~~~~~~ lO!Piezoresistive Druckmeßzellen-Baueinheit für Absolutdruck, umfassend eine dosenartige Druckmeßzelle, deren eine stirnseitige Zellenwand aus einem zumindest einen aufgeschichteten Widerstand enthaltenden deformierbaren Schaltungsplättchen besteht, ein flaches Sockelscheibchen von einem den Durchmesser der Druckmeßzelle übersteigenden Durchmesser, auf welchem die Druckmeßzelle mit ihrer anderen stirnseitigen Zellenwand angebracht ist, mehrere elektrische Zuleitungen, welche von der Oberfläche des Schaltungsplättchens ausgehend mit je einem axialen Sockelstift verbunden sind, die durch über den Umfang des flanschartig überstehenden Randumfangsbereiches des Sockelscheibchens verteilte Leitungsdurchtr.itte in gasdichten Preßglasdurchführungen verlaufen, wobei der Randumfangsbereich außerhalb der Preßglasdurchführungen als Dichtfläche ausgebildet ist, nach Patent 26 30 640, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche der Druckmeßzelle (17) von einem elastischen Isolierschlauch (101) umgeben ist und daß Zentrierelemente an ihren dem deformierbaren Schaltungsplättchen (1) zugewendeten Enden spannzangenartig elastisch gegen die Druckmeßzelle anliegend ausgebildet sind.
2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sockelstifte (13) selbst als Zentrierelemente ausgebildet sind.
3. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierelemente als Winkelprofilstücke (103) ausgebiL-det sind, welche mit dem Sockelscheibchen (10) fest verbunden, vorzugsweise verschweißt sind.
4. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sockelscheibchen (io) und der von dem deformierbaren Schaltungsplättchen abgewendeten Stirnfläche der Druckmeßzelle eine Entkopplungsfolie (102) mit geringem Reibungsbeiwert angeordnet ist.
5. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschlauch (101) aus Silikonkautschuk besteht.
6 Baueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungsfolie aus Polytetrafluoräthylen besteht, 70 Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sockelstifte (13) von dem Sockelscheibchen (lo) ausgehend zu dem Schaltungsplättchen (1) leicht stumpfwinklig abgebogen sind.