DE3004031C2

DE3004031C2 - Druckaufnehmer

Info

Publication number: DE3004031C2
Application number: DE19803004031
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 2081 Ellerbek Bethe
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-02-05
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1990-03-29
Also published as: DE3004031A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckaufnehmer für niedrige Drücke mit einer aus einer dünnen, weichen Deckschicht bestehenden Membrane, die auf einem starren Rand aufliegt, der üoet zwei als Biegebalken wirkende Stege mit einem Kolben mechanisch verbunden ist. auf den der zu messende Druck einseitig einwirkt, wobei auf den Stegen Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung der Verformung der Stege aufgebracht sind.

Aus der DE-OS 25 49 001 ist ein Druckaufnehmer eingangs genannter Art bekannt, der aus einem plattenförmigen Siliziumkristall hergestellt ist, in den eine ringförmige Ausnehmung eingearbeitet ist, so daß sich ein starrer Rand und ein kolbenförmiger Mittenteil ergeben, die über eine dünne membranartige Siliziumschicht miteinander verbunden sind. Auf der Siliziumschicht sind Dehnungsmeßstreifen aufgebracht, die eine druckbedingte Verformung der Siliziumschicht in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Empfindlichkeit eines solchen Druckaufnehmers ist aber oftmals nicht ausreichend, um niedrige Drücke zu messen.

Aus der DE-AS 22 63 901 ist ein Druckaufnehmer mit einem runden plattenförmigen Kolben bekannt, um den ein ringförmiger, starrer Rand angeordnet ist. Der Rand und der Kolben sind von einer Membrane abgedeckt und über mehrere scheibenförmige, senkrecht zur Membrane angeordnete Biegebalken miteinander verbunden, auf denen Dehnungsmeßstreifen angebracht sind. Die Biegebalken werden bei einer druckbedingten Membranauslenkung auf Scherung beansprucht, so daß hierbei ein hoher Druck erforderlich ist. um die Biegebalken zu verformen. Der Druckaufnehmer ist somit ungeeignet zur Erfassung niedriger Drücke.

Aus der DE-AS 22 42 222 ist eine zur Druckmessung geeignete, aus mehreren Kreisscheiben unterschiedlichen Durchmessers bestehende Biegefeder bekannt, bei der jeweils eine Kreisscheibe mit einem geringeren Durchmesser über einen Steg mit einer Kreisscheibe mit einem größeren Durchmesser verbunden ist. Die Stege sind hierbei durch Einschnitte in die Randbereiche der Kreissdiciben gebildet und können mit Dehnungsmeßstreifen versehen sein. Wirkt ein zu erfassender Druck auf eine der Kreisscheiben ein. ergibt sich eine unsymmetrische Verformung der Biegefedern, so daß die auf den Siegen angebrachten Dehnungsmeßstreifen ein fehlerhaftes Druckmeßergebnis liefern.

Aus der US-PS 41 16 075 ist ein Druckaufnehmer mit einer auf einem starren Rand aufliegenden Mer,;branc bekannt. Die Empfindlichkeit des Druckaufnehmers kann hierbei vergrößert werden, indem die Dicke der Meßmembrane verringert wird. Dadurch wird der Druckaufnehmer um so ungenauer, je dünner die Membrane und je niedriger damit der vom Diuckaufnehmer erfaßbare Druck is^f

Aus der US-PS 38 18 765 ist ein Druckaufnehmer bekannt, dessen Druckmeßmembrane von einer dünnen Plastikschicht abgedeckt ist. Eine derartige Plasti.kschicht ist aber nich dazu geeignet, eine Diffusion von Fremdstoffen zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Druckaufnehmer eingangs erwähnter Art die Empfindlichkeit zu erhöhen und ihn damit zum Messen niedriger Drücke geeignet zu machen.

Diese Aufgabe wird bei einem Druckaufnehmer eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß zur Verlängerung der Stege parallel zr ifeoen geführte Einschnitte beidseitig der Stege in den Kolben eingearbeitet sind.

Durch die Einschnitte v/erden die Stege praktisch verlängert, wodurch sich deren Empfindlichkeit erhöht.

Vorteilhaft ist es, wenn der Rand, die Stege und der Kolben aus einem Stück schichtförmigen Bleches herausgearbeitet sind, das aus einer Schicht CuBe und einer weiteren Schicht AgPd besteht, da aus einem derartigen Material bestehende Druckaufnehmer durch selektive Ätzung herstellbar sind.

Zur Verhinderung einer Diffusion von Fremdstoffen ist es vorteilhaft, wenn die Deckschicht aus einer einseitig dünn mit Metall beschichteten Kunststoffolie besteht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Dnickaufnehmers,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Druckaufnehmer entlang der Linie A-C in Fig. 1 und

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Aufnehmers nach Fig. 2.

Konzentrisch zu dem in Fig. 1 dargestellten starren Rand R ist in der gleichen Ebene eine als Kolben K ausgebildete Platte angeordnet, die über zwei als Bicgcbalken ausgebildete Stege B₁ und B₂ mit dem Rund Ii verbunden ist. Auf dem Rand R, dem Kolben K und den Stegen B_x und S₂ >st eine in Fig. 1 nicht dargestellte dünne weiche Deckschicht D angeordnet. Auf den beidseitig eingespannten Stegen B\ und B₁ sind Dehnungsmeßstreifen angebracht.

Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt durch den Aufnehmer entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Linie A-C zeigt den Kolben K und den starren Rand R. auf dem die Deckschicht D angeordnet ist.

Der in Fig. 3 dargestellte Steg B weist auf Zug uml nut Druck beanspruchbare Dehnungsmeßstreifen I)MS- und DMS+ auf. die über elektrische Leitungen miteinander verbunden sind. Der Steg B ist hierbei durch parallel liegende Hinschnitte in den Kolben K verlangen worden.

Je nach Anwendungszweck kann der Druckiiufnchmcr mehr oder weniger als zwei mit DchnunnsnieUstailen versehene Stege aufweisen. Der K:ind Ii. der Kolben K und die Stege B können hierbei aus einem Stück μοΓιτίίμΙ sein. Als Ausgangsmaterial kann hierzu beispielsweise

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Blech verwendet werden, aus dem der Drucksufnehmer durch Stanzen oder durch Ätzen herstellbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druckaufnehmer ims mehrschichtigem Blech hergestellt wird, das z. B. aus einer Schicht CuBe und einer weiteren Schicht AgPd bestehen kann. Hierbei wird der aus dem Kolben K, den Stegen B und dem Rand R besehende Federkörper durch selektive Ätzung aus der CuBe-Blechschicht hergestellt. Die AgPd-Schicht bleibt bei dem Ätzprozeß vollständig erhalten und bildet die Deckmembrane D. Wird zur Erzeugung der Dehnungsmeßstreifen ein bei einer hohen Temperatur ablaufendes Herstellungsverfahren angewandt, ist es vorteilhaft, wenn der Kolben K, der Rand R und die Stege B mit einer dünn mit Metall beschichteten Kunststoffolie bedeckt sind. Die dünne Deckschicht D hat die Aufgabe zu verhindern, daß der zu erfassende Druck P auf die Innenseite des Kolbens und das Innere des Druckaiifnehmers einwirkt. Hierzu kann der Druckaufnehmer auch in einem Gehäuse angeordnet sein.

Ein praktisch erprobter Druckaufnehmer zur Messung von Drücken von ungefähr I bar weist die folgenden Abmessungen auf:

Dicke der Stege = 0,2 mm.

Länge der Stege = 3 mm,

Breite der Stege = 1 mm,

Dicke der Deckschicht = 50 μπι.

Die Dehnungsmeßstreifen werden hierbei in Dünnfilmtechnik hergescllt, wobei ein polykristalliner Siiiziumfilm auf die Stege aufgetragen wird. Mit einem derart ausgebildeten Druckaufnehmer können Drücke von wenigen Millimeter Wassersäule problemlos gemessen werden.

liin derartiger Druckaufnehmer hat außerdem die Vorteile, kompakt aufgebaut und unempfindlich gegen Ί unipuruturüchwankungen und mechanische Erschütterungen zu sein. Außerdem bereitet seine Herstellung keine fertigungstechnischen Schwierigkeiten.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Druckaufnehmer für niedrige Drücke mit einer aus einer dünnen, weichen Deckschicht (D) bestehenden Membrane, die auf einem starren Rand (R) aufliegt, der über zwei als Biegebalken (A₁, B₂) wirkende Stege mit einem Kolben (K) mechanisch verbunden ist, auf den der zu messende Druck einseitig einwirkt, wobei auf den Stegen Dehnungsmeßstreifen Ό zur Erfassung der Verformung der Stege aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlängerung der Stege parallel zu ihnen geführte Einschnitte beidseitig der Stege in den Kolben (K) eingearbeitet sind.

2. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (R), die Stege und Jer Kolben (K) atü einem Stück schichtförmigen Bleches herausgearbeitet sind, das aus einer Schicht CuBe und einer weiteren Schicht AgPd besteht.

3. Druckaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (D) aus einer einseitig dünn mit Metall beschichteten Kunststoffolie beseht.

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