DE2827274C2

DE2827274C2 -

Info

Publication number: DE2827274C2
Application number: DE19782827274
Authority: DE
Inventors: Takeshi Tokio/Tokyo Jp Yasuhara; Mitsuru Tama Tokio/Tokyo Jp Tamai; Tadanori Tachikawa Tokio/Tokyo Jp Yuhara
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1988-08-04
Also published as: DE2827274A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a pressure measuring device according to the preamble of claim 1.

Bei einer bisherigen Druckmeßvorrichtung sind zwei Membranen an gegenüberliegenden Zylinderöffnungen so befestigt, daß eine Meßzelle zur Aufnahme einer nicht kompressiblen Füllflüssigkeit gebildet wird. Die eine Membran wird dabei vom Atmosphärendruck oder einem Unterdruck als Bezugsdruck beaufschlagt, während die andere Membran mit einem zu messenden Druck beaufschlagt wird. Der Druckunterschied wird dabei als Größe des Membranausschlages gemessen.In a previous pressure measuring device there are two Membranes attached to opposite cylinder openings so that a measuring cell for receiving a non-compressible filling liquid is formed. One membrane is from Applied atmospheric pressure or a negative pressure as a reference pressure, while the other membrane with one to be measured Pressure is applied. The pressure difference is as Size of the membrane deflection measured.

Die in Fig. 1 dargestellte, bisherige Druckmeßzelle besteht, genauer gesagt, aus einem Hohlzylinderelement 2 aus Metall, dessen beide Enden durch je eine Membran 10 und 10A verschlossen sind. Im Zylinderelement 2 ist ein isolierender Füllkörper 3 angeordnet, dessen Stirnflächen 4 und 4 A sphärisch konkav ausgebildet und mit Metallfolien 5 bzw. 5 A belegt sind. Die Umfangsränder der Membranen 10 und 10 A sind unter Erhaltung ihres flachen Zustands an den betreffenden planen Stirnflächen des Zylinderelements 2 angeschweißt. Kleine Flüssigkeitskammern, die jeweils durch die Membran 10 und die Gegenfläche 4 bzw. die Membran 10 A und die Gegenfläche 4 A gebildet werden, sind durch eine den Isolier- oder Füllkörper 3 durchsetzende Leitung 6 miteinander verbunden. Die Membranen 10, 10 A und die Metallfolien 5, 5 A wirken dabei als variable bzw. Regelkondensatoren. Die Metallfolien sind mit Zuleitungen 8 verbunden, die über eine Bohrung 9 im Zylinderelement 2 nach außen geführt sind.The previous pressure measuring cell shown in FIG. 1 consists, more precisely, of a hollow cylindrical element 2 made of metal, the two ends of which are closed by a membrane 10 and 10 A. In the cylinder element 2, an insulating packing 3 is arranged, the end faces 4 and 4 A spherical concave and with the metal foils 5 and 5 A are occupied. The peripheral edges of the membranes 10 and 10 A are welded to their respective flat end faces of the cylinder element 2 while maintaining their flat state. Small liquid chambers, which are each formed by the membrane 10 and the counter surface 4 or the membrane 10 A and the counter surface 4 A , are connected to one another by a line 6 passing through the insulating or filling body 3 . The membranes 10, 10 A and the metal foils 5, 5 A act as variable or control capacitors. The metal foils are connected to feed lines 8 , which are guided to the outside via a bore 9 in the cylinder element 2 .

Die bisherige Vorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau ist mit gewissen Nachteilen behaftet. Insbesondere ist bei ihr ein thermischer Meßfehler zu beobachten.The previous device with the described Construction has certain disadvantages. In particular is to observe a thermal measurement error with her.

Wenn sich nämlich die Füllflüssigkeit bei einem Temperaturanstieg ausdehnt, werden die Meßmembranen nach außen ausgelenkt, so daß sich die Kapazitäten der durch Folie 5 und Membran 10 bzw. Folie 5 A und Membran 10 A gebildeten Kondensatoren verändern. Wenn sich dagegen die Füllflüssigkeit bei einem Temperaturabfall zusammenzieht, kann in den Flüssigkeitskammern 12 und 12 A ein gewisser Unterdruck - als Torricellisches Vakuum bekannt - entstehen, wenn die Einwärtsauslenkung der Membranen dieser Kontraktion nicht zu folgen vermag; hierdurch wird aber die Meßgenauigkeit der Vorrichtung verschlechtert. If the filling liquid expands when the temperature rises, the measuring membranes are deflected outwards, so that the capacitances of the capacitors formed by film 5 and membrane 10 or film 5 A and membrane 10 A change. If, on the other hand, the filling liquid contracts when the temperature drops, a certain negative pressure - known as a Torricellic vacuum - can arise in the liquid chambers 12 and 12 A if the inward deflection of the membranes cannot follow this contraction; this, however, deteriorates the measuring accuracy of the device.

Eine Druckmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der US-PS 40 86 815 bekannt. Dort sind vier Kammern vorgesehen, die jeweils paarweise miteinander verbunden sind und insgesamt zwei durch die Meßmembran getrennte, symmetrisch zur Meßmembran angeordnete Kammerpaare bilden. Die Meßmembran wird dort von beiden Seiten her über eine geschlossene Flüssigkeitskammer beaufschlagt; sie befindet sich also im Inneren des Gehäuses, und sie bildet mit den beiden gegenüberliegenden Elektroden zwei Kapazitäten, welche sich entsprechend einer Auslenkung der Meßmembran entgegengesetzt zueinander verändern. Für die Ermittlung des Differenzdrucks ist also bei der bekannten Vorrichtung eine Berechnung mit zwei veränderlichen Kapazitäten vorzunehmen. Außerdem ist die Anordnung verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, denn die doppelte Ausgestaltung des Flüssigkeitssystems mit zwei Abdichtmembranen erfordert entsprechend viele Teile, wobei die Montage und Justierung ebenfalls schwierig ist. Durch die innenliegende Meßmembran ergibt sich zusätzlich das Problem, daß das Gehäuse von innen, ggf. unter einen hohen Druck gesetzt wird, so daß sich die beiden Meßkammern ausdehnen, wodurch das Meßergebnis unter Umständen verfälscht wird. Außerdem ist der Meßbereich von vorneherein dadurch begrenzt, daß sich die Meßmembran bei einem bestimmten Überdruck an die eine Meßelektrode anlegt und nicht mehr weiter verstellt werden kann. Abgesehen von Isolationsproblemen besteht dabei auch die Gefahr, daß sich die Meßmembran in die Verbindungsbohrung im Gehäuse hinein bleibend deformiert und somit für weitere Messungen beschädigt wird.A pressure measuring device according to the preamble of Claim 1 is known from US-PS 40 86 815. There are four chambers, each in pairs are connected and a total of two by the Measuring membrane separated, arranged symmetrically to the measuring membrane Form chamber pairs. The measuring membrane is there from both sides via a closed liquid chamber acted upon; so it is in Inside of the case, and it forms with the two opposite electrodes two capacities, which oppose each other in accordance with a deflection of the measuring membrane change to each other. For the investigation the differential pressure is in the known device a calculation with two variable capacities to make. In addition, the arrangement is proportional complicated structure, because the double Design of the liquid system with two sealing membranes requires a corresponding number of parts, the Assembly and adjustment is also difficult. By the internal measuring membrane also results in that Problem that the housing from the inside, possibly under one high pressure is set so that the two measuring chambers expand, which may result in a measurement is falsified. In addition, the measuring range is right from the start limited by the fact that the measuring membrane at a certain overpressure to which a measuring electrode applies and can no longer be adjusted. Except there are also insulation problems Danger that the measuring membrane in the connecting hole permanently deformed into the housing and thus for further measurements is damaged.

Eine weitgehend ähnlich aufgebaute Druckmeßvorrichtung ist in der GB-PS 13 84 226 beschrieben. Auch dort ist eine Meßmembran symmetrisch zwischen zwei Flüssigkeitssystemen mit zwei metallischen Elektroden angeordnet, wobei die Kapazitätsänderungen gemessen werden. Um die Linearität zwischen einem Differenzdruck und der Kapazität zu erreichen, ist die Meßmembran dort in besonderer Weise ausgestaltet. Sie besitzt nämlich einen zentrischen Abschnitt mit normaler Dicke, welcher gegenüber einem ringförmigen Befestigungsrand mittels eines in der Dicke verminderten Abschnitts verbunden ist. Der als eigentliche Meßmembran dienende Mittelabschnitt kann dabei über einen hohen Druckbereich funktionieren, ohne daß er über Gebühr deformiert wird, weil er über den in der Dicke verminderten Ringbereich aufgehängt ist. Im wesentlichen besitzt aber die dort beschriebene Anordnung die gleichen Nachteile wie die vorher genannte.A largely similarly constructed pressure measuring device is described in GB-PS 13 84 226. Is there too a measuring membrane symmetrical between two liquid systems arranged with two metallic electrodes, the changes in capacity being measured. To the Linearity between a differential pressure and the capacity to achieve, the measuring membrane is special there Wise designed. It has a centric one Section of normal thickness which is opposite one ring-shaped mounting edge by means of a in thickness reduced section is connected. The real one Measuring section serving the middle section can work over a high pressure range without it is deformed unduly because it is over the in the Thickness reduced ring area is suspended. Essentially but has the arrangement described there same disadvantages as the aforementioned.

Aus der DE-OS 27 18 873 ist ferner ein Druckwandler mit einem Druckaufnehmer und einer Differenzdruck-Fühlerkapsel bekannt, wobei der Druckaufnahmer die Anordnung einer mittigen Membran im Inneren eines Gehäuses zwischen zwei Flüssigkeitskammern ähnlich der obengenannten US-PS 40 86 815 zeigt. Mit dieser Membran wird aber weder eine Kapazität noch überhaupt der Druck gemessen, vielmehr wird lediglich der jeweilige Druck zu der Fühlerkapsel weitergeleitet, welche ein Fühlerelement mit einer Silizium-Trägerplatte enthält. Die Druckmessung erfolgt dort an der Fühlerplatte, so daß ein anderes Meßprinzip als das eingangs genannte vorliegt.From DE-OS 27 18 873 is also a pressure transducer a pressure sensor and a differential pressure sensor capsule known, the pressure transducer the arrangement a central membrane inside a housing between two liquid chambers similar to the above U.S. Patent 40 86 815 shows. With this membrane, however neither a capacity nor the pressure measured at all, rather, only the respective pressure becomes the sensor capsule forwarded, which a sensor element with contains a silicon carrier plate. The pressure measurement takes place there on the sensor plate, so that another Measuring principle is present than that mentioned at the beginning.

Die US-PS 25 90 324 beschreibt ein Druckmeßsystem mit zwei Federbalgen, die in einem Gehäuse zu beiden Seiten einer Trennplatte angeordnet und mit einer gemeinsamen Zugstange gekoppelt sind. Die Druckdifferenzmessung erfolgt dadurch, daß beide Balgen entgegengesetzt mit dem jeweiligen Druck beaufschlagt werden, so daß die Druckdifferenz sich in einer entsprechenden Verstellung der Stange bemerkbar macht. Eine Temperaturkompensation ist dort in der Weise vorgesehen, daß an dem einen Balgen eine ausdehnbare Hilfskammer vorgesehen ist, die jedoch nicht ohne weiteres mit einer Dichtmembran bei dem hier vorliegenden System gleichgesetzt werden kann. Im übrigen liegt dort überhaupt kein kapazitives Meßsystem vor, so daß diese Schrift auch keine Anregung für die Lösung der hier vorliegenden Probleme geben kann.The US-PS 25 90 324 describes a pressure measuring system with two bellows in a housing on both sides arranged a partition plate and with a common Drawbar are coupled. The pressure difference is measured in that both bellows are opposed to the respective pressure are applied so that the pressure difference in a corresponding adjustment of the Rod makes noticeable. There is a temperature compensation provided there in such a way that on the one bellows an expandable auxiliary chamber is provided, however not easily with a sealing membrane in this one present system can be equated. Furthermore there is no capacitive measuring system at all, so that this document is also no suggestion for the solution of the problems can arise here.

Aus der US-PS 40 06 640 ist weiterhin ein System bekannt, das eine Druckmessung mit Hilfe eines Silizium-Drucksensors durchführt. Dieser Drucksensor ist mittels einer Dichtmembran nach außen abgeschlossen, welche ihrerseits auf einer Stützplatte liegt. Die dort beschriebene Temperaturkompensation betrifft jedoch nicht diese Dichtmembran, sondern eine Kompensation der temperaturbedingten Gehäuseausdehnung; zum Zwecke dieser Temperaturkompensation werden die einzelnen Gehäuseteile in einer bestimmten Anordnung und Gestaltung ineinandergefügt. Auf das hier vorliegende System ist diese Temperaturkompensation jedoch nicht anwendbar.From US-PS 40 06 640 a system is also known the pressure measurement using a silicon pressure sensor carries out. This pressure sensor is by means of a Sealing membrane closed to the outside, which in turn lies on a support plate. The temperature compensation described there does not affect this sealing membrane, but a compensation of the temperature-related Housing expansion; for the purpose of this temperature compensation the individual housing parts in a certain Arrangement and design merged. To this the present system is this temperature compensation however not applicable.

Schließlich beschreibt die FR-OS 22 33 618 eine Druckdifferenzmessung über gegeneinander wirkende Membranen, die einen mechanischen Hebel verstellen. Zur Temperaturkompensation wird dort vorgeschlagen, von den Membranen mit großem Durchmesser die äußeren Bereiche abzugrenzen, um die temperaturbedingten Druckänderungen auf diese peripheren Zonen einwirken zu lassen und dabei die Temperatureinflüsse auf die zentralen Bereiche der Membranen, die das eigentliche Meßsignal erzeugen, möglichst klein zu machen. Somit liegt dort keine Meßanordnung entsprechend der eingangs genannten vor, und die dort beschriebene Temperaturkompensation kann auch bei dem hier gegebenen System mit kapazitiver Messung nicht angewendet werden.Finally, FR-OS 22 33 618 describes a pressure difference measurement via opposing membranes, that adjust a mechanical lever. For temperature compensation is proposed there by the membranes delimit the outer areas with a large diameter, about the temperature-related pressure changes on this to allow peripheral zones to act and the temperature influences on the central areas of the membranes, that generate the actual measurement signal, as small as possible close. There is therefore no corresponding measuring arrangement there the aforementioned, and the one described there Temperature compensation can also be given here System with capacitive measurement cannot be used.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, die auf einfache Weise eine genaue und temperaturkompensierte Messung in einem weiten Meßbereich ermöglicht. The object of the invention is a pressure measuring device to create according to the preamble of claim 1, which is easily accurate and temperature compensated Measurement in a wide measuring range possible.

Diese Aufgabe wird durch Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This task is accomplished by applying the distinctive Features of claim 1 solved.

Zu einer bevorzugten Ausgestaltung der Druckmeßvorrichtung ist weiterhin vorgesehen, daß die elastische Steifigkeit oder Festigkeit der Meßmembran um das 10- bis 100fache größer ist als diejenige der Dichtmembran. To a preferred embodiment of the pressure measuring device it is also provided that the elastic rigidity or strength of the measuring membrane around 10 to Is 100 times larger than that of the sealing membrane.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe following is a preferred embodiment the invention compared to the prior art based on the Drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Schnittansicht einer bisherigen Druckmeßvorrichtung und Fig. 1 is a sectional view of a previous pressure measuring device and

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Druckmeßvorrichtung gemäß der Erfindung. Fig. 2 shows a section through a pressure measuring device according to the invention.

In Fig. 2 ist ein Druckmeßteil 13 dargestellt, der ein metallenes, hohles Zylinderelement 16, eine feste oder Spannplatte 17, eine Aufnahme- oder Gegenplatte 18 und eine Dichtmembran 19 aufweist. Diese drei Bauteile sind sämtlich am einen Ende des Zylinderelements 16 angeordnet, an dessen anderem Ende sich eine Meßmembran 20 befindet. Im Zylinderelement 16 ist ein Isolierkörper 21 mit zwei End- oder Stirnflächen 22 und 22 A angeordnet, die sphärisch konkav ausgebildet sind und an denen aus Metallfolie bestehende Elektroden 23 bzw. 23 A befestigt sind. Die aus Metall bestehende Spannplatte 17 ist luftdicht an der planen Fläche des einen Endes des Zylinderelements 16 angeschweißt. Wahlweise können ein Isoliermaterial bzw. -körper mit flachen Stirnflächen und eine Meßmembran mit einer spährisch konkav gekrümmten Innenfläche vorgesehen werden. Eine erste Flüssigkeits-Kammer 24 wird durch die eine Fläche 22 des Isolierkörpers 21 und die Spannplatte 17 festgestellt. Die Kammer 24 besitzt einen größten Abstand d₀ zwischen dem Isolierkörper und der Spannplatte. Die Innenfläche der Aufnahme- bzw. Gegenplatte 18 ist um den Umfang herum luftdicht mit einer Außenfläche der Spannplatte 17 verschweißt, während die Dichtmembran 19 unter Bildung einer zweiten Flüssigkeits-Kammer 25 um den Umfang herum luftdicht mit dem Rand der Außenfläche der Aufnahmeplatte 18 verschweißt ist. Die Aufnahmeplatte 18 dient als Dämpfer zur Verhinderung einer übermäßig großen Verformung der Membran 19 unter dem Einfluß eines zu hohen Drucks. In Fig. 2, a pressure measuring part 13 is shown, which has a metal, hollow cylinder element 16 , a fixed or clamping plate 17 , a receiving or counter plate 18 and a sealing membrane 19 . These three components are all arranged at one end of the cylinder element 16 , at the other end of which there is a measuring membrane 20 . In the cylinder element 16 there is an insulating body 21 with two end or end faces 22 and 22 A , which are spherically concave and to which electrodes 23 and 23 A made of metal foil are fastened. The metal clamping plate 17 is welded airtight to the flat surface of one end of the cylinder element 16 . An insulating material or body with flat end faces and a measuring membrane with a spherically concavely curved inner surface can optionally be provided. A first liquid chamber 24 is determined by the one surface 22 of the insulating body 21 and the clamping plate 17 . The chamber 24 has a greatest distance d ₀ between the insulating body and the clamping plate. The inner surface of the receiving or counter plate 18 is circumferentially hermetically with an outer surface of the clamping plate 17 is welded, while the sealing membrane airtight around the circumference to form a second liquid chamber 25. 19 is welded to the edge of the outer surface of the receiving plate 18 is . The receiving plate 18 serves as a damper to prevent excessive deformation of the membrane 19 under the influence of too high a pressure.

Am Außenumfang der Meßmembran 20 ist ein ringförmiger Fortsatz 40 ausgebildet, dessen Innenfläche luftdicht am Zylinderelement 16 angeschweißt ist. Der zwischen der Meßmembran 20 und dem Isolierkörper gebildete Zwischenraum stellt eine dritte Flüssigkeits-Kammer 26 mit einem größten Abstand d₀ zwischen diesen Teilen dar. In der Aufnahmeplatte 18, der Spannplatte 17 und dem Isolierkörper 21 sind Durchgänge 27, 28 bzw. 29 ausgebildet, die eine Flüssigkeits-Verbindung zwischen den Kammern 24, 25 und 26 herstellen, welche ihrerseits mit einer inkompressiblen Füllflüssigkeit, wie Silikonöl, gefüllt sind. An die Elektroden 23 und 23 A angeschlossene Zuleitungen 30 sind über im Zylinderelement 16 ausgebildete Bohrungen 31 nach außen geführt. Der auf diese Weise gebildete Druckmeßteil ist in Deckel- bzw. Gehäuseteile 14 und 15 eingesetzt, die durch Schraubbolzen 32 miteinander verbunden sind. Der Deckel 14 ist mit einer Bohrung 33 versehen, die eine Verbindung zwischen dem Umgebungsraum und einer Druckmeßkammer 34 herstellt, welche durch die Innenumfangsfläche des Deckels 14 und die Membran 19 festgelegt ist, um einen zu messenden äußeren Druck P₁ an die Dichtmembran 19 anlegen zu können.On the outer circumference of the measuring membrane 20 , an annular extension 40 is formed, the inner surface of which is welded airtight to the cylinder element 16 . The intermediate space formed between the measuring membrane 20 and the insulating body represents a third liquid chamber 26 with a greatest distance d ₀ between these parts. Passages 27, 28 and 29 are formed in the receiving plate 18 , the clamping plate 17 and the insulating body 21 , which establish a liquid connection between the chambers 24, 25 and 26 , which in turn are filled with an incompressible filling liquid, such as silicone oil. Supply lines 30 connected to the electrodes 23 and 23 A are led to the outside via bores 31 formed in the cylinder element 16 . The pressure measuring part formed in this way is inserted into cover or housing parts 14 and 15 , which are connected to one another by screw bolts 32 . The cover 14 is provided with a bore 33 which creates a connection between the surrounding space and a pressure measuring chamber 34 which is defined by the inner peripheral surface of the cover 14 and the membrane 19 in order to apply an external pressure P 1 to be measured to the sealing membrane 19 can.

Durch die Meßmembran 20 und die an ihrem Fortsatz 40 befestigte Deckelplatte 15 wird eine Bezugsdruckkammer 35 gebildet. Diese Bezugsdruckkammer 35 ist bei Verwendung der Vorrichtung als normale Druckmeßvorrichtung zur Außenluft hin offen, während sie bei Verwendung der Vorrichtung als Absolutdruck- Meßvorrichtung evakuiert ist. Die Vorrichtung ist durch je einen zwischen dem Druckmeßteil 13 und die Deckel 14 und 15 eingefügten O-Ring 36 luftdicht abgedichtet.A reference pressure chamber 35 is formed by the measuring membrane 20 and the cover plate 15 attached to its extension 40 . This reference pressure chamber 35 is open to the outside air when the device is used as a normal pressure measuring device, while it is evacuated when the device is used as an absolute pressure measuring device. The device is airtightly sealed by an O-ring 36 inserted between the pressure measuring part 13 and the covers 14 and 15 .

Wenn im Betrieb der Eingangsdruck P₁ an die Druckkammer 34 angelegt wird, verformt sich die Dichtmembran unter Übertragung des Drucks über die Füllflüssigkeit auf die Meßmembran 20. Gleichzeitig besteht in der Bezugsdruckkammer 35 ein Bezugsdruck P₂, so daß ein Differential- bzw. Wirkdruck (P₁-P₂) die Meßmembran 20 beaufschlagt und verformt. Infolge dieser Verformung bzw. Auslenkung verändert sich der Abstand zwischen der Meßmembran 20 und dem Isolierkörper, wodurch sich wiederum die elektrostatische Kapazität C₂ zwischen der Elektrode 23 A und der Meßmembran 20 verändert.If, during operation, the inlet pressure P 1 is applied to the pressure chamber 34 , the sealing membrane deforms while the pressure is transferred via the filling liquid to the measuring membrane 20 . At the same time, there is a reference pressure P ₂ in the reference pressure chamber 35 , so that a differential or differential pressure (P ₁- P ₂) acts on the measuring diaphragm 20 and deforms it. As a result of this deformation or deflection, the distance between the measuring membrane 20 and the insulating body changes, which in turn changes the electrostatic capacitance C ₂ between the electrode 23 A and the measuring membrane 20 .

Da andererseits die Strecke bzw. der Abstand d₀ zwischen der Spannplatte 17 und der Elektrode 23 konstant bleibt, bleibt auch die dazwischen gebildete elektrostatische Kapazität C₁ konstant. Infolgedessen gelten die folgenden Bedingungen:On the other hand, since the distance or the distance d ₀ between the clamping plate 17 and the electrode 23 remains constant, the electrostatic capacitance C ₁ formed therebetween also remains constant. As a result, the following conditions apply:

worin bedeuten:in which mean:

e= dielektrische Konstante der Füllflüssigkeit,A= Effektivfläche der Elektrode,d₀= Abstand zwischen der Elektrode 23 A und Meßmembran 20, Δ d= Größe des Ausschlags der Meßmembran unter dem Einfluß des Wirkdrucks (P₁-P₂). e = dielectric constant of the filling liquid, A = effective area of the electrode, d ₀ = distance between the electrode 23 A and measuring membrane 20 , Δ d = size of the deflection of the measuring membrane under the influence of the differential pressure (P ₁- P ₂).

Aus den obigen Formeln (1) und (2) läßt sich folgende Gleichung ableitenFrom the above formulas (1) and (2) can be derive the following equation

Wenn der Bezugsdruck P₂ gemäß Gleichung (3) ein Unterdruck ist, gibt der Eingangsdruck P₁ den Absolutdruck an, während er einen Normaldruck angibt, wenn P₂ der Atmosphärendruck ist. Wahlweise kann der Bezugsdruck durch einen anderen zu messenden Druck ersetzt werden, so daß die Vorrichtung als Differenzdruck- bzw. Wirkdruck-Meßvorrichtung benutzt werden kann.When the reference pressure P ₂ is a negative pressure according to equation (3), the input pressure P ₁ indicates the absolute pressure, while it indicates a normal pressure when P ₂ is the atmospheric pressure. The reference pressure can optionally be replaced by another pressure to be measured, so that the device can be used as a differential pressure or differential pressure measuring device.

Die Dichtmembran 19 besitzt nur eine so große mechanische Festigkeit, daß sie die Druckübertragung auf die Meßmembran 20 auszuhalten und gleichzeitig ein Ausfließen von Füllflüssigkeit zu verhindern vermag. Dagegen sollte die Meßmembran 20 eine so große mechanische Festigkeit besitzen, daß sie einen größeren Bereich von Meßdrücken auszuhalten vermag; aus diesem Grund ist die Meßmembran 20 um das 10- bis 100fache fester als die Meßmembran 19. Da sich außerdem der Fortsatz 40 am Umfang der Membran 20 nicht verformt, bleibt die einer Verformung unterworfene Fläche der Membran eine bekannte Konstante. Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion kann eine auf Temperaturänderungen zurückzuführende Expansion oder Kontraktion der Füllflüssigkeit kompensiert oder durch die stark flexible Dichtmembran ausgeglichen werden, so daß in der Meßmembran keine Verformung auftritt und daher der Abstand d₀ zwischen der Meßmembran und dem Isolierkörper unabhängig von thermisch bedingter volumetrischer Änderung der Füllflüssigkeit stets konstant bleibt. Hierdurch wird auch die elektrostatische Kapazität C₂ zwischen der Meßmembran 20 und der Elektrode 23 konstant gehalten, so daß eine außerordentlich hohe Meßgenauigkeit des Eingangsdrucks gewährleistet wird. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für Normaldruckmessung durch Anlegung von Atmosphärendruck an die Bezugsdruckkammer kann ein Meßbereich von 20 bis 1000 kg/cm² realisiert werden.The sealing membrane 19 has only such a high mechanical strength that it can withstand the pressure transfer to the measuring membrane 20 and at the same time is able to prevent the filling liquid from flowing out. In contrast, the measuring membrane 20 should have such a high mechanical strength that it can withstand a larger range of measuring pressures; for this reason the measuring membrane 20 is 10 to 100 times stronger than the measuring membrane 19 . In addition, since the extension 40 does not deform on the periphery of the membrane 20 , the surface of the membrane subjected to deformation remains a known constant. With the construction described above, an expansion or contraction of the filling liquid due to temperature changes can be compensated for or compensated for by the highly flexible sealing membrane, so that no deformation occurs in the measuring membrane and therefore the distance d ₀ between the measuring membrane and the insulating body is independent of thermally induced volumetric Changing the filling liquid always remains constant. As a result, the electrostatic capacity C ₂ between the measuring membrane 20 and the electrode 23 is kept constant, so that an extraordinarily high measuring accuracy of the inlet pressure is ensured. When using the device according to the invention for normal pressure measurement by applying atmospheric pressure to the reference pressure chamber, a measuring range of 20 to 1000 kg / cm² can be realized.

Obgleich die Elektroden 3 und 23 A bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zur Messung der Änderungen der elektrostatischen Kapazität vorgesehen sind, können statt dessen auch Induktionsspulen an den betreffenden Stirnflächen 22 und 22 A des Isolierkörpers 21 verwendet werden. Jede dieser Induktionsspulen kann dabei den einen Arm oder Zweig einer Meßbrücke zur Messung von Wechselstrom bilden. In diesem Fall wird für die Meßmembran 20 und die Spannplatte 17 ein Material hoher bzw. niedriger magnetischer Durchlässigkeit verwendet. Wenn eine Meßmembran mit hoher magnetischer Permeabilität bzw. Durchlässigkeit verwendet wird, wird durch einen Ausschlag der Meßmembran die effektive Impedanz des Magnetkreises verändert, während bei Verwendung einer Meßmembran mit niedriger magnetischer Permeabilität die Meßmembran einen Kurzschlußkreis bildet, durch den Streuströme erzeugt werden. Die Streuströme bewirken eine Dämpfung des Induktionsspulenstroms und somit eine Impedanzänderung der Induktionsspule.Although the electrodes 3 and 23 A are provided in the embodiment described above for measuring the changes in the electrostatic capacitance, induction coils on the relevant end faces 22 and 22 A of the insulating body 21 can also be used instead. Each of these induction coils can form one arm or branch of a measuring bridge for measuring alternating current. In this case, a material of high or low magnetic permeability is used for the measuring membrane 20 and the clamping plate 17 . If a measuring membrane with high magnetic permeability is used, the effective impedance of the magnetic circuit is changed by a deflection of the measuring membrane, while when using a measuring membrane with low magnetic permeability, the measuring membrane forms a short circuit through which stray currents are generated. The stray currents dampen the induction coil current and thus change the impedance of the induction coil.

Das Zylinderelement 16 und der Isolierkörper 21 brauchen nicht unbedingt die Form gemäß Fig. 2 zu besitzen, vielmehr kann der Isolierkörper auch eine Blockform mit zwei isolierenden Wänden besitzen, an denen die betreffenden Ausschlagmeßelemente angebracht werden können.The cylinder element 16 and the insulating body 21 do not necessarily have to have the shape according to FIG. 2, rather the insulating body can also have a block shape with two insulating walls, to which the relevant deflection measuring elements can be attached.

Claims

1. Pressure measuring device with
a block body ( 16 ) with two insulating surfaces ( 22, 22 A) , each of which is covered with a surface electrode ( 23, 23 A) ,
a first liquid chamber ( 24 ) which is delimited on one side by the first insulating surface ( 22 ),
a second liquid chamber ( 25 ) which is delimited on one side by a sealing membrane ( 19 ) and which is connected to the first liquid chamber ( 24 ), the sealing membrane ( 19 ) being able to be subjected to an inlet pressure,
a metal measuring membrane ( 20 ) spanning the second insulating surface ( 22 A) and forming a third liquid chamber ( 26 ) with a reference pressure and forming a variable electrostatic capacitance (C 2 ) with the surface electrode on the second insulating surface, whereby the sealing membrane is extremely flexible compared to the measuring membrane, and
with an incompressible fluid that fills the three chambers with sealing,
characterized,
that a metal clamping plate ( 17 ) is provided which covers the first insulating surface ( 22 ), with this the first liquid chamber ( 24 ) and with the surface electrode ( 23 ) on the first insulating surface forms a constant electrostatic capacity (C 1 ) that the sealing membrane ( 19 ) spans the clamping plate and forms the second liquid chamber ( 25 ) with it and that in the block body ( 16 ) a first hole ( 29 ) for establishing a connection between the first and third chamber and in the clamping plate a second hole ( 28 ) are provided for establishing the connection between the first and second chamber. 2. Device according to claim 1, characterized in that the elastic rigidity or strength of the measuring membrane ( 20 ) is 10 to 100 times greater than that of the sealing membrane ( 19 ).