DE29601562U1

DE29601562U1 - Fluiddruck-Meßfühler

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Publication number: DE29601562U1
Application number: DE29601562U
Authority: DE
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2006-01-31
Also published as: FR2730055B1; FR2730055A1; ITRM960059A0; IT1283903B1; ITRM960059A1

Description

Flux ddruck-Meßfühler

Die vorliegende Erfindung betrifft Druckaufnehmer, welche dazu bestimmt sind, ein für den Druck eines Fluids repräsentatives elektrisches Signal zu liefern. Sie ist insbesondere im Automobilbereich anwendbar, wo preiswerte Meßfühler benötigt werden, die in der Lage sind, ein für den Druck eines Hydraulikfluids oder Schmieröls repräsentatives Signal zu liefern. Derartige Fluide sind häufig korrosiver Natur oder weisen erhöhte Temperatur auf.

Es wurden schon für diese Verwendung bestimmte Meßfühler vorgeschlagen. Häufig verwenden sie eine Membran, über welche der zu messende Druck auf ein anderes Fluid übertragen wird, welches auf einen Detektor wirkt. Somit bewahrt man den Detektor vor der Wirkung des ersten Fluids. Die Gegenwart der Membran hat jedoch eine nachteilige Wirkung auf die Qualität der Messung. Da diese Membran zudem sehr dünn sein soll, um keinen Fehler einzuführen, besteht folglich das Risiko, daß sie reißt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fluiddruck-Meßfühler bereitzustellen, welcher besser als

die vorbekannten den Anforderungen der Praxis genügt, insbesondere dahingehend, daß er die aktiven Elemente, welche leicht durch die Wirkung des Fluids, dessen Druck zu messen ist, beschädigt werden, vor dieser Wirkung bewahrt.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung insbesondere einen Fluiddruck-Meßfühler gemäß dem Anspruch 1 vor.

Der Detektor ist im allgemeinen durch ein Plättchen aus Quarz oder häufiger aus Silizium gebildet, dessen zentraler Bereich derart ausgespart ist, daß er eine deformierbare Wandung bildet, und dessen Umfang mit dem Gehäuse verbunden ist. Ein Problem, das sich dabei stellt, ist das der Festigkeit der Verbindung zwischen dem Umfangsbereich des Plättchens aus Silizium und dem Gehäuse, welches häufig aus Metall ist. Dieses Problem kann gemäß einem Aspekt der Erfindung dadurch gelöst werden, daß der Detektor auf einem rohrförmigen Zwischenstück aus einem Material mit einem vergleichbaren Ausdehnungskoeffizienten befestigt ist, welches in einer ringförmigen Aussparung des Gehäuses angeordnet ist und mit dem Gehäuse durch Klebung an seinem Umfangsbereich verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Zwischenstück und dem Gehäuse wirkt somit unter Scherung und nicht mehr unter Zug, und sie kann somit extrem widerstandsfähig sein.

Im allgemeinen umfaßt der Durchlaß zur Verbindung mit dem Fluid einen verengten Endbereich, welcher dazu bestimmt ist, plötzliche Druckänderungen zu dämpfen. Dieser verengte Endbereich kann in einem kaminartigen Ansatz geringen Durchmessers des Gehäuses angeordnet sein, welcher die Innenfläche der ringförmigen Ausnehmung bildet.

Weitere Merkmale sind durch die Ansprüche 2 bis 11 definiert.

Die obigen sowie andere Merkmale werden beim Lesen der

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nachfolgenden Beschreibung von speziellen Ausführungsformen klarer werden, welche als nicht einschränkende Beispiele angegeben sind. Die Beschreibung bezieht sich auf beiliegende Zeichnungen, in welchen
Figur 1 eine Schnittansicht eines Meßfühlers gemäß einer

ersten Ausführungsform der Erfindung ist, Figur 2, ähnlich eines Teils der Figur 1, eine Ausführungsvariante zeigt,

Figur 3, ebenfalls ähnlich der Figur 1, eine andere Ausführungsform zeigt und
Figur 4 eine Ausführungsvariante zeigt.

Der in Figur 1 gezeigte Meßfühler umfaßt ein Gehäuse aus zwei Teilen 10 und 12, welche mittels Schrauben 14 verbunden sind und einen Hohlraum begrenzen. Das eine der Teile 10 ist von einem Durchlaß 22 durchsetzt, durch welchen das Fluid, dessen Druck zu messen ist, zur Einwirkung auf einen Detektor 16 kommt, um dort eine für den Druck repräsentative Spannung bzw. Dehnung auszuüben. Hierzu kann das Teil eine Verlängerung 26 umfassen, in welcher der Durchlaß angeordnet ist und welche dazu bestimmt ist, die Wandung eines (in der Figur 1 strichpunktiert dargestellten) Behälters, an dem der Druck zu messen ist, durchsetzend montiert zu sein.

Der Detektor trennt einen dem zu messenden Druck ausgesetzten Bereich des Hohlraums von einem Bereich des Hohlraums, der einem Referenzdruck ausgesetzt ist, im allgemeinen dem Atmosphärendruck. Die von dem Fluid abgewandte Fläche des Detektors trägt ein Dehnungsmeßgerät 18, welches somit vor der korrosiven oder thermischen Wirkung des durch den Durchlaß kommenden Fluids bewahrt ist. Es können mehrere Meßgeräte vorgesehen sein, welche verschiedenen Spannungen bzw. Dehnungen auf dem Detektor unterworfen sind.

Der Durchlaß 22 umfaßt im allgemeinen einen verengten Bereich, welcher dazu bestimmt ist, einen die plötzlichen

Druckschwankungen schwächenden Belastungsabfall zu erzeugen. Im allgemeinen ist es der Endbereich des Durchlasses 22, welcher verengt ist. Es ist folglich möglich, daß der verengte Bereich einen kaminartigen Ansatz 26 geringen Durchmessers durchsetzt und in dem Teil 10 einen ringförmigen Hohlraum 24 um diesen kaminartigen Ansatz bildet.

Die Gegenwart des ringförmigen Hohlraums 24 ermöglicht es, den Detektor 16 durch eine widerstandsfähige Verbindung an dem Teil 10 zu befestigen, welches im allgemeinen aus einem Metall mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist, welcher von dem des Grundmaterials des Detektors 16 sehr verschieden ist. Häufig wird dieser Detektor dann aus einem Plättchen aus monokristallinem Silizium gebildet sein, welches einer Mikro-Materialbearbeitung derart unterzogen wurde, daß es einen sehr dünnen Zentralbereich aufweist, welcher das Dehnungsmeßgerät 18 mit elektrischem Ausgang trägt. Der Umfangsbereich des Detektors, kann, beispielsweise durch Anodenverschmelzung, auf einem rohrförmigen Zwischenstück 28 befestigt sein, welches in dem ringförmigen Hohlraum 24 angeordnet ist. Das rohrförmige Zwischenstück 28 mit einem Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist, als der des ringförmigen Hohlraums 24, kann an der Wandung des letzteren durch einen Film aus weichem Kleber 30 befestigt sein, welcher von der Art ist, daß er dem Fluid, dessen Druck zu messen ist, widersteht. Wenn dieses Fluid heißes öl ist, kann man insbesondere einen weichen Fluorsilikonkleber verwenden. Der Film des Klebstoffs wird auf Scherung und nicht auf Zug belastet und ist somit extrem widerstandsfähig. Der Umfangsbereich des Detektors 18 kann seinerseits auf einer großen Oberfläche des Zwischenstücks 28, welches aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe dem des Silizium gebildet ist, befestigt sein.

Die elektrischen Ausgänge des Meßgeräts 18 oder der Meßgeräte 18 können mittels angeschweißter bzw. angelöteter

feiner Drähte 32 aus Gold oder Aluminium mit Kontaktbereichen einer gedruckten Schaltungsplatine 34 verbunden sein, welche mittels beliebiger herkömmlicher Mittel in dem Gehäuse befestigt ist. Die Karte kann aktive oder passive Komponenten 3 6 zur Vorverarbeitung der Ausgangssignale und zur Versorgung des Meßgeräts oder der Meßgeräte tragen. Das Meßsignal und der Versorgungsstrom werden durch die Wandung durchsetzende Mittel übertragen. In dem in Figur 1 dargestellten Fall umfassen sie Zungen 38, welche mit Leitern verbunden sind, welche wiederum mit einem oder mehreren Ausgangsdurchlässen 42 verbunden sind. Diese Durchlässe durchsetzen das Teil 10 durch eine Drahtdurchführung 44 aus Elastomermaterial. Die Dichtheit und das Zugaufnahmeverhalten können durch eine Ummantelung 46 vervollständigt werden.

Der Bereich des Hohlraums, dem das Meßgerät 18 ausgesetzt ist, soll bei der dargestellten Ausführung dem Atmosphärendruck unterworfen sein. Es ist jedoch im allgemeinen wünschenswert, Leckagen des unter Druck stehenden Fluids nach auswärts im Falle des Bruchs oder des Ablösens des Detektors zu vermeiden. In dem in der Figur 1 dargestellten Fall wird dies erzielt, indem der Atmosphärendruck, welcher den Referenzdruck bildet, über eine nachgiebige Membran 48 aus einem Elastomermaterial übertragen wird. Der Umfang dieser Membran 48 ist auf dicht verschließende Weise zwischen die Teile 10 und 12 geklemmt. Die Membran weist Falten auf, welche zum einen ihre Flexibilität erhöhen und es ihr zum anderen ermöglichen, eine Trennfunktion zu erfüllen, wie man weiter unten sehen wird. Der Zentralbereich der Membran bildet einen pilzförmigen Körper 50, welcher in einem Zentralloch des Teils 12 einrastet. Eine oder mehrere Radialausnehmungen 52 ermöglichen es dem Druck, sich auf beiden Seiten der Wandung des Teil 12 auszugleichen, solange sich kein Überdruck in dem in Kontakt mit dem Meßgerät 18 befindlichen Bereich des Hohlraums einstellt. Wenn sich hingegen ein derartiger Überdruck einstellt, drückt er

die Membran 48 um den pilzförmigen Körper und bringt sie derart zur Anlage gegen einen den pilzförmigen Körper umgebenden ausgebauchten Bereich 54, daß die Radialaussparungen 52 verschlossen werden und somit die Leckagen vermieden werden. Zugleich stützt der Boden des Teils 12 die Membran und verhindert, daß sie reißt.

Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel weicht von dem der Figur 1 im wesentlichen durch die Art der gegenseitigen Befestigung der zwei Teile 10 und 12 ab, welche hier mit. Hilfe elastischer Klauen 56 ineinander gerastet sind, deren Zahl 3 beträgt, und welche vorteilhafterweise einteilig mit dem Teil 12 sind.

Es sind offensichtlich noch andere Befestigungsarten möglich, beispielsweise mit Hilfe eines Flansches.

Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorangegangen in der Art der Mittel, welche dazu bestimmt sind, Leckagen im Falle des Bruchs oder des Ablösens des Detektors zu vermeiden.

Der in Figur 3 (wo die Elemente, welche Elementen der Figur 1 entsprechen, durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind) gezeigte Meßfühler umfaßt keine nachgiebige Membran 48.

Der Boden des Teils 12 bildet einen kaminartigen Ansatz 58, welcher mit einer Gelmasse belegt ist, welche ausreichend nachgiebig ist, um den Druck zu übertragen. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht diese Masse aus mehreren Bereichen. Ein innerer Bereich 60 ist durch ein Silikongel gebildet, welches keine Elemente aufweist, welche das Meßgerät oder den Detektor schädigen können. Es gibt derartige Gele auf der Grundlage von Silikon, welche praktisch keine alkalischen Elemente aufweisen. Ein Außenbereich 62 der Masse ist aus einem Material gewählt, welches

in der Lage ist, äußeren Angriffen zu widerstehen. Im Fall der Verwendung am Fahrzeug wird man ein Gel verwenden, welches Benzin, Schwefelsäure, die aus Batterien spritzen kann, ölen und Salzsprühnebel widersteht. Ein Zwischenbereich 64 zur Druckübertragung kann zudem vorgesehen sein. Die Bereiche 62 und 64 bilden einen Pfropfen, welcher dem Außendruck unterworfen ist und diesen auf den deformierbaren Innenbereich 60 überträgt.

Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere beim Einsatz des Meßfühlers in einer aggressiven Umgebung vorteilhaft.

Um zu verhindern, daß die Masse aus Gelen im Fall des Bruchs des Detektors nicht verdrängt wird, kann ein Sicherheitsverschluß vorgesehen sein. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist er durch eine Kugel 66 gebildet. In Ruhe liegt diese Kugel an einem Widerlager 68 an. Im Fall des Bruchs des Detektors wird sie durch die Druckdifferenz aus der Position, in der sie strichpunktiert dargestellt ist, in die Position, in der sie in durchgezogenen Linien in der Figur 3 dargestellt ist, geschleudert. Sie liegt somit an einem den Durchlaß 22 verschließenden Sitz an.

Als Beispiel kann angegeben werden, daß ein Meßfühler der in Figur 1 gezeigten Art dazu ausgeführt wurde, um den Druck des Öls in einem Automatikgetriebe zu messen. Der Meßfühler wies einen Durchmesser von einigen Zentimetern auf. Der Detektor war durch ein Plättchen aus monokristalinem Silizium mit einer Stärke von 400 &mgr;&idiagr;&eegr; am Rand gebildet. Es war auf einem rohrförmigen Stück aus hartem Glas, "Pyrex" genannt, mit einer radialen Stärke von 1 mm befestigt. Der verengte Durchlaß wies einen Durchmesser von 1,5 mm auf. Der Meßfühler erlaubte es, Differenzdrücke von einigen Bar zu messen.

Eine weitere andere Ausführungsvariante ist in Figur 4 gezeigt. Bei diesem Aufbau ist ein Pfropfen 66a aus elastischem Material zwischen einer Anschlagverengung 68a und einem Sitz eingesperrt. Seine Ruhegestalt ist derart, daß er Passagen 70 bestehen läßt, welche beispielsweise durch Abflachungen begrenzt sind. Im Fall des Bruchs des Detektors deformiert sich dieser elastische Pfropfen durch den Druck und verschließt den Durchlaß 22 auf irreversible Weise.

Die Erfindung sieht somit einen Fluiddruck-Meßfühler vor, welcher insbesondere im Automobilbereich verwendbar ist und ein Gehäuse 10, 12 umfaßt, das einen Innenraum begrenzt, welcher mit einem Durchlaß 22 zur Verbindung mit dem Fluid, dessen Druck zu messen ist, versehen ist und von einem einem Referenzdruck unterworfenen Bereich durch einen Festkorperdetektor 16 getrennt ist, dessen dem Referenzdruck ausgesetzte Fläche ein Dehnungsmeßgerät 18 mit elektrischem Ausgang trägt.

Claims

13936G DE/PRFSjd SAGEM SA 6, avenue d'Iena 75016 Paris Frankreich ANSPRÜCHE

1. Fluiddruck-Meßfühler mit einem Gehäuse (10, 12) , das einen Innenraum begrenzt, welcher mit einem Durchlaß (22) zur Verbindung mit dem Fluid, dessen Druck zu messen ist, versehen ist und von einem einem Referenzdruck unterworfenen Bereich durch einen Festkörperdetektor (16) getrennt ist, dessen dem Referenzdruck ausgesetzte Fläche ein Dehnungsitießgerat (18) mit elektrischem Ausgang trägt, wobei der Detektor an einem rohrförmigen Zwischenstück (28) befestigt ist, welches in einem einen verengten Endbereich des Durchlasses umgebenden ringförmigen Hohlraum (24) angeordnet ist.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des ringförmigen Hohlraums durch einen den verengten Endbereich umgebenden kaminartigen Ansatz gebildet ist.

3. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Zwischenstück (28) aus einem Material ist, welches einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der mit dem des Detektors vergleichbar ist, und daß es durch Klebung an seinem Umfangsbereich mit dem Gehäuse verbunden ist.

4. Meßfühler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich durch eine nachgiebige

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Membran (48) begrenzt ist, wobei der Umfang der Membran (48) an dem Gehäuse befestigt ist und die Fläche der Membran (48), welche der den Bereich begrenzenden Fläche entgegengesetzt ist, dazu vorgesehen ist, Atmosphärendruck ausgesetzt zu sein.

5. Fluiddruck-Meßfühler mit einem Gehäuse (10, 12), das einen Innenraum begrenzt, welcher mit einem Durchlaß (22) zur Verbindung mit dem Fluid, dessen Druck zu messen ist, versehen ist und von einem einem Referenzdruck unterworfenen Bereich durch einen Festkörperdetektor (16) getrennt ist, dessen dem Referenzdruck ausgesetzte Fläche ein Dehnungsmeßgerät (18) mit elektrischem Ausgang trägt, wobei der Bereich durch eine nachgiebige Membran (48) begrenzt ist, wobei der Umfang der Membran (48) an dem Gehäuse befestigt ist und die Fläche der Membran (48), welche der den Bereich begrenzenden Fläche entgegengesetzt ist, dazu vorgesehen ist, Atmosphärendruck ausgesetzt zu sein.

6. Meßfühler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (48) eine derartige Form aufweist, daß sie gegen Durchlässe (52) zur Verbindung mit der Atmosphäre zur Anlage kommt, wenn das unter Druck stehende Fluid in den normalerweise dem Referenzdruck ausgesetzten Bereich eindringt.

7. Meßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran einen zentralen pilzförmigen Körper (50) aufweist, welcher in ein Loch des Gehäuses eingefügt ist und welcher Radialausnehmungen (52) zum Druckausgleich aufweist.

8. Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Referenzdruck ausgesetzte Bereich von der Atmosphäre durch einen Pfropfen aus deformierbarem Gel getrennt ist.

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9. Meßfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen aus deformierbarem Gel einen nachgiebigen Innenbereich (60) in Kontakt mit dem Meßgerät und einen Außenbereich (62) aus gegenüber äußeren Angriffen widerstandsfähigem Material umfaßt.

10. Meßfühler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Durchlaß (22) ein Verschluß oder Pfropfen (66, 66a) zum automatischen Schließen im Falle des Bruchs des Detektors angeordnet ist.

11. Meßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ausgänge des Meßgeräts (18) mittels Drähten (32) an Kontaktbereichen einer gedruckten Schaltungsplatine (34) angeschlossen sind, welche in dem Gehäuse befestigt ist und welche Komponenten zur Vorverarbeitung von Ausgangssignalen trägt.

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