DE3047276C2 - Differenzdruckmesser - Google Patents

Description

— daß die Meßfühlereinheit (100) aus einem Verbindungsteil (102) und einem Dichtungsteil (103) aufgebaut ist, wobei letzterer eine Kammer für die Aufnahme eines Stützelementes (107) und des darauf aufgesetzten Halbleitermeßfühlers (108) aufweist, und

— daß die auf der gegenüberliegenden Seite des Stützelementes (107) angeordneten Widerstandselemente des Halbleitermeßfühlers (108) von einer keramischen Schutzabdeckung (110) abgedeckt sind.

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Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmesser mit drei fluchtend zueinander angeordneten Membranen, von welchen die außen liegenden Flächen der beiden außen angeordneten Dichtmembranen über entsprechende Anschlüsse den beiden Druckmedien für die Bestimmung der Druckdifferenz ausgesetzt sind, während zwischen den Innenflächen der außen angeordneten Dichtmembranen und den beiden Flächen der steifer ausgebildeten mittleren Hauptmembrane in einer Meßfühlereinheit zwei mit einer Schutzflüssigkeit gefüllte Kammern gebildet sind, die über entsprechende Kanäle mit zwei beidseitig von einem HalbleitermcB-fühler mit Widerstandselementen angeordneten Kammern in Verbindung stehen, wobei aus der Meßfühlereinheit mit dem Halbleitermeßfühler verbundene elektrische Leiter dicht über Zuleitungsdrähte zu Außenanschlüssen herausgeführt sind.

Einen derartigen Differenzdruckmesser zeigt die US-PS 41 35 408. Zur Verbindung der Klemmen im Bereich des Halbleitermeßfühlers mit den am Gehäuse starr befestigten Außenklemmen sind relativ lange biegsame Drähte vorgesehen, die mit einer Isolierung versehen sein müssen. Das Isoliermaterial löst sich in der Füllflüssigkeit auf und führt zu Verunreinigungen, wodurch das Widerstandsmuster auf dem Halbleitermeßfühler beeinflußt wird.

Die DE-OS 27 18 873 betrifft einen Druckaufnehmer mit wenigstens zwei durch eine Trennmembran getrennten Kammern. Die Trennmembran ist dabei als flache Membran hergestellt, die im eingebauten Zustand durch ein von einer Seite einwirkendes Medium eine durchgebogene Form erhält Auch hier sind im Bereich des Halbleitermeßfühlers Leitungen vorgesehen, die relativ lang sind und ebenso der Füllflüssigkeit ausgesetzt sind, wie O-Ringe, mit denen die Membranen abgedichtet sind.

Die DE-OS 26 57 933 betrifft einen Differenzdruck-Meßumformer mit Oberlastschutz. Auch hier sind O-Ringdichtungen erforderlich, die Anlaß zu Verunreinigungen geben können.

Die DE-OS 26 23 993 betrifft ein Druckdifferenzmeßgerät mit einem als Meßfeder wirkenden Biegerohr und mit einem innerhalb des Biegerohrs verlaufenden Steuerstab, der fest mit einem Ende des Bieperohrs verbunden ist Der Steuerstab wird von einem im Durchmesser reduzierten Stück des zylindrischen Bauteils gebildet wobei das Biegerohr mit dem einen Ende an einem Absatz des zylindrischen Bauteils durch eine umlaufende Elektronenstrahlschweißnaht befestigt ist.

Um Differenzdruckmesser mit gleichmäßiger Leistungsfähigkeit und kompaktem Aufbau zu erhalten, sind folgende Forderungen zu stellen:

Erstens dürfen in dem mit der Füllflüssigkeit gefüllten Bereich keine organischen Materialien wie O-Dichtringe, Isolierungen, biegsame Leiterplatten od. dgl. vorhanden sein.

Wenn zur Abgabe des elektrischen Signals vom HaIbleitenneßfühler nach draußen eine biegsame gedruckte Leiterplatte verwendet wird, löft sich das organische Material der Leiterplatte unerwünschterweise in der Füllflüssigkeit auf. Ebenso werden in diesem mit Füllflüssigkeit ausgefüllten Bereich vorhandene O-Dichtringe durch die Flüssigkeit aufgelöst. Die Flüssigkeit, in der sich das organische Material auflöst, verschmutzt oder beeinflußt anderweitig das Widerstandsmuster auf dem Halbleitermeßfühler, so daß die Güte des vom Meßumformer abgegebenen elektrischen Signals verschlechtert wird.

Die zweite Forderung besteht darin, daß die Auswirkung eines einseitigen Drucks und des statischen Drucks minimiert werden müssen. Angenommen, daß der maximale Fluidbetriebsdruck abwechselnd nacheinander auf die jeweiligen Seiten des Halbleitermeßfühlers einwirkt, also nur jeweils eine Seite des Meßfühlers zu einem Zeitpunkt beaufschlagt, so verbleibt nach Beseitigung des Drucks eine Nullpunktsverschiebung. Die Größe dieser Verschiebung auf jeder Seite wird als einseitiger Druckeffekt bezeichnet. Die Bezeichnung »statischer Druckeffekt« wird im vorliegenden Fall so verwendet, daß sie die Nullpunktsverschiebung bezeichnet, wenn die maximalen Betriebsdrücke gleichzeitig beide Seiten beaufschlagen, gegenüber dem Nullpunkt, wenn beide Seiten des Halbleitermeßfühlers nicht mit Druck beaufschlagt werden.

Die dritte Forderung besteht im Vorsehen eines ge-

eigneten Überlastungsschutzes; d. h. der Halbleitermeßfühler, auf den von beiden Seiten innerhalb weiter Bereiche schwankende Drücke wirken, muß vor Schaden oder Bruch infolge einer übergroßen Verformung durch Anlegen eines übermäßig hohen Fluiddrucks geschützt sein.

Die vierte Forderung besteht darin, daß der Druckaufnahmeteil und der Meßfühlerteil des Meßumformers aus gesondert gefertigten Teilen bestehen sollen, die lösbar verbunden sind, um dadurch die Aufnahme des elektrischen Signals und die Hersteilung zu erleichtern und den Meßumformer insgesamt kompakt auszubilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Differenzdruckmesser der im Oberbegriff des Hauptanspruchs geschilderten Art dahingehend zu verbessern, daß bei kompakter Bauweise eine hohe Stabilität und Meßgenauigkeit gewährleistet ist

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Der erfindungsgemäße Differenzdruckmesser bietet den Vorteil, daß in dem mit der Schutzflüssigkeit ausgefüllten Raum keine organischen Materialien, somit auch keine Leiterplatte aus organischem Material, vorgesehen sein müssen. Auch ermöglicht der erfindungsgemäße Differenzdruckmesser bauliche Ausgestaltungen, bei denen die Auswirkungen eines einseitigen Drucks und des statischen Drucks minimal sind und der Halbleitermeßfühler gegen Überlastung geschützt ist

In den Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 sine Gesamt-Schnittansicht;

F i g. 2a und 2b Einzelheiten des Fühlerteils des Differenzdruckmessers nach F i g. 1;

F i g. 3a und 3b Einzelheiten eines Dichtelements in dem Differenzdruckmesser nach Fig. 1;

Fig.4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils eines Druckaufnahmeabschnitts des Differenzdruckmessers nach F i g. 1;

F i g. 5 die Beziehung zwischen der Schweißtiefe und den Fehlerprozenten;

Fig.6 die Beziehung zwischen der Schweißbreite und der mechanischen Spannung in der Membranmitte; und

F i g. 7 den Hauptteil des Druckaufnahmeteils ohne die hochdruckseitige Dichtmembran.

Nach Fig. 1 umfaßt der Differenzdruckmesser eine Druckaufnahmeeinheit 1 und eine Meßfühlereinheit 100, die jeweils aus Einzelteilen bestehen, die lösbar miteinander verbunden sind. Die Druckaufnahmeeinheit 1 umfaßt zwei Druckaufnahmeabschnitte 2, 3, die z. B. aus korrosionsfreiem Stahl bestehen. Wie aus der F i g. I hervorgeht, hat der Druckaufnahmeabschnitt 2 im wesentlichen U-Querschnitt, und der Druckaufnahmeabschnitt 3 ist in den Druckaufnahmeabschnitt 2 eingepaßt. Eine gewellte biegsame mittige Membran 4 ist zwischen den beiden Druckaufnahmeabschnitten 2 und 3 eingespannt, so daß zwischen diesen zwei getrennte Kammern 5, 6 gebildet sind. Die mittige Membran 4 besteht aus einem rostfreien Stahl, der eine größere Steifigkeit als die hochdruckseitige Dichtmembran 7 und die niederdruckseitige Dichtmembran 8, die noch erläutert werden, hat. Die mittige Membran 4 ist an ihrem Rand durch Elektronenstrahlschweißen an dem Druckaufnahmeabschnitt 2 befestigt. Ferner ist der Druckaufnahmcabschnitt 4 durch Elektronenstrahlschweißen in dem Druckaufnahmeabschnitt 2 mit diesem verschweißt

Die hochdruckseitige Dichtmembran 7 und die niederdruckseitige Dichtmembran 8, die ebenfalls gewellt und biegsam sind, sind an der Außenseite der Druckaufnahmeabschnitte 2, 3 angeordnet Zwischen der hochdruckseitigen Dichtmembran 7 und dem Druckaufnahmeabschnitt 2 ist eine Hochdruckaufnahmekammer 9 gebildet während zwischen der niederdruckseitigen Dichtmembran 8 und dem Druckaufnahmeabschnitt 3 eine Niederdruckaufnahmekammer 10 gebildet ist Beide Membranen 7, 8 bestehen aus rostfreiem Stahl mit hoher Korrosionsfestigkeit und sind an ihrem Rand mit den zugehörigen Druckaufnahmeabschnitten durch Elektronenstrahlschweißen verbunden. Die isolierte Kammer 5 auf der Hochdruckseite ist mit der Hochdruckaufnahmekammer 9 durch einen Kanal 11 verbunden. Ebenso ist die isolierte Kammer 6 auf der Niederdruckseite mit der Niederdruckaufnahmekammer 10 durch einen Kanal 12 verbunden. Ein festgelegtes Dämpfungselement 13 ist in dem Kanal 11 auf der Hochdruckseite angeordnet und unterdrückt sowohl eine abrupte Änderung des Drucks der Hochdruckflüssigkeit als auch eine Pulsation derselben.

Die die drei Membranen 4, 7 und 8 aufweisenden Druckaufnahmeabschnitte sind über Dichtungen 30,31 mittels Schrauben 16 und Muttern 17 an einem hochdruckseitigen und einem niederdruckseitigen Flansch 14 bzw. 15 befestigt.

Der hochdruckseitige Flansch 14 weist eine Einlaßbohrung 18 für Hochdruckflüssigkeit auf, durch die die Hochdruckflüssigkeit in den Druckaufnahmeabschnitt einleitbar ist, er definiert teilweise eine Hochdruckflüssigkeits-Kammer 19, in die die Hochdruckflüssigkeit durch die Einlaßbohrung 18 eingeführt wird. Die in die Kammer 19 gelangende Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt die Dichtmembran 7 mit Druck. Ebenso bildet der niederdruckseitige Flansch 15, der eine Einlaßbohrung 20 für Niederdruckflüssigkeit aufweist, teilweise eine Niederdruckflüssigkeits-Kammer 21. In den Druckaufnahmeabschnitten 2, 3 sind ein Hochdruckkanal 22 und ein Niederdruckkanal 23 ausgebildet, durch die der Druck in den isolierten Kammern 5, 6 zu dem Halbleitermeßfühler 108 übertragen wird, der noch erläutert wird.

Wie erwähnt, hat der Druckaufnahmeabschnitt 2 im wesentlichen U-Querschnitt, und der Druckaufnahmeabschnitt 3 paßt in den Abschnitt 2. Außerdem sind der hochdruckseitige Flansch 14 und der niederdruckseitige Flansch 15 nur an dem Druckaufnahmeabschnitt 2 befestigt. Es ist ersichtlich, daß durch diese Ausbildung nachteilige Erscheinungen wie ein Verziehen oder Werfen der mittigen Membran 4 infolge einer ungleichmäßigen oder übergroßen Befestigungskraft minimiert werden. Eine nichtkompressible Füllflüssigkeit mit Isoliereigenschäften, z. B. Silikonöl, ist in den Kammern 5, 6, 9, 10 eingeschlossen, die durch die Druckaufnahmeabschnitte 2,3 und die drei Membranen 4,7,8 gebildet sind, sowie auch in den Kanälen 11, 12, 22 und 23 und zu beiden Seiten des Halbleitermeßfühlers 108 enthalten. Diese Flüssigkeit wird durch Einfüllkanäle 24,25 eingefüllt, die nach dem Einfüllen durch Stopfen 26, 27 verschlossen und abgedichtet werden. In dem Teil des hochdruckseitigen Einfüllkanals 24, der der mittigen Membran 4 zugewandt ist, ist eine Stahlkugel 28 angeordnet.
Der Durchmesser der Stahlkugel 28 ist größer als derjenige des Einfüllkanals 24.

Nachstehend wird die Meßfühlereinheit 100 erläutert. Diese umfaßt drei HauDtteile: ein metallisches Verbin-

dungsteil 102, ein metallisches Dichtungsteil 103 und ein Gehäuseteil 104 zur Aufnahme von Anschlußelenienten u. dgl. Das Verbindungsteil 102 weist Kanäle 105, 106 auf, die mit dem hochdruckseitigen Kanal 22 und dem niederdruckseitigen Kanal 23 der Druckaufnahmeab- s schnitte 2, 3 in Fliiidverbindung stehen. Das Verbindungsteil 102 besteht aus rostfreiem Stahl und ist durch Elektronenstrahlschweißen an dem Druckaufnahmeabschnitt 2 befestigt.

Zum Aufsetzen des Differenzdruckmessers an eine Vielzahl unterschiedlicher Rohre werden nur die Flansche 14, 15 ausgetauscht, um eine Anpassung an den Durchmesser des Rohres zu erreichen, mit dem der Differenzdruckmesser zu verbinden ist Somit ist die Größe des Verbindungsteils 102 entsprechend dem Höchstdurchmesser der zur Verwendung kommenden Rohre zu bestimmen.

Die F i g. 2a und 2b zeigen Einzelheiten des Dichtungsteils 103. Dabei ist F i g. 2a eine größere Ansicht des Dichtungsteils 103 von F i g. 1, während F i g. 2b eine Endansicht des Dichtungsteils in Richtung des Pfeils Hb von F i g. 2a ist.

An einem hohlen Stützelement 107 aus einer Fe-Ni-, einer Fe-Ni-Co-Legierung od. dgl. ist ein Halbleitermeßfühler 108 aus einem Siliziumeinkristall befestigt Die Befestigung des Halbleitermeßfühlers 108 an dem Stützelement 107 kann durch Verwendung eines Klebstoffs, z. B. einer eutektischen Gold-Silizium-Legierung, erfolgen. Vom Gesichtspunkt der Gasdichte, des statischen Druckeffekts und des einseitigen Druckeffekts ist jedoch bevorzugt zwischen dem Stützelement 107 und dem Halbleitermeßfühler 108 eine dünne Glasschicht angeordnet, und der Halbleitermeßfühler 108, die Glasschicht und das Stützelement 107 sind mit einem Anoden-Haftverbindungsverfahren miteinander verbunden.

Ferner wird als Werkstoff für das Stützelement 107 bevorzugt ein solcher Werkstoff verwendet dessen Wärmedehnzahl und Elastizitätsmodul im wesentlichen denjenigen des Werkstoffs des Halbleitermeßfühlers 108 entsprechen. Der Halbleitermeßfühler 108 ist an seinem Rand, der an dem Stützteil 107 zu befestigen ist und in der Mitte dicker. Das Widerstandsmuster ist auf dem dünnwandigen Abschnitt nahe dem dickwandigen Mittenabschnitt und dem dünnwandigen Abschnitt nahe dem dickwandigen Randabschnitt auf der Seite des Halbleitermeßfühlers 108 gebildet die zu dem Stützelement 107 entgegengesetzt ist also auf der der keramischen Schutzabdeckung 110 benachbarten Seite. Der Halbleitermeßfühler 108 besteht aus einem n-leitfähigen Siliciumeinkristall mit einer 110-Kristallebene oder einer 211-Kristallebene. Bevorzugt ist das Widerstandsmuster längs der Radialrichtung der 111-Achse-Richtung gebildet in der mit einem p-leitfähigen Meßinstrument die höchste Empfindlichkeit erzielt wird. Die Verdrahtung des Widerstandsmusters erfolgt durch ein torusförmiges Keramiksubstrat 109, das auf dem Dichtelement 103 so angeordnet ist daß es den Halbleitermeßfühler 108 umgibt, und zwar derart, daß eine Wheatstone-Brücke gebildet ist Die Verdrahtung zwischen dem Halbleitermeßfühler 108 und dem Keramiksubstrat 109 ist mit einem befestigten Zuleitungsdraht 111 durchgeführt Zuleitungsdrähte 113 zur Übertragung des elektrischen Signals vom Keramiksubstrat 109 zur Außenseite verlaufen durch das Dichtelement 103 und treten teilweise nach außen. In dem Durchgang, durch den sich die Zuleitungsdrähte 113 erstrecken, ist eine hermetische Dichtung 114 vorgesehen, so daß der Innenraum des Dichtelements 103 gegen die Außenseite abgedichtet ist. Die Zuleitungsdrähte 113 sind mit ihren anderen Enden mit dem Keramiksubstrat 109 verlötet. Die keramische Schutzabdeckung 110, die zum Schutz des Widerstandsmusters des Halbleitermeßfühlers 108 und des Zuleitungsdrahts 111 vorgesehen ist, ist mit einem Sicherungsstift 112 an dem Dichtelement 103 befestigt.

Das Dichtungsteil 103, an dem der Halbleitermeßfühler 108 in der erläuterten Weise befestigt ist, ist durch Elektronenstrahlschweißen mit dem Verbindungsteil 102 verbunden. Danach wird die Platte 115 durch Elektronenstrahlschweißen mit dem Dichtungsteil 103 verbunden. Das Dichtungsteil 103 und die Platte 115 bestehen bevorzugt aus rostfreiem Stahl.

Damit sind die zu beiden Seiten des Halbleitermeßfühlers 108 gebildeten Zwischenräume, die von den Drücken der Hochdruck- und der Niederdruckflüssigkeit beaufschlagt werden, vollständig voneinander getrennt und ebenfalls vollständig zur Außenseite abgedächtet. Wie bereits erwähnt, sind beide Zwischenräume mit Füllflüssigkeit gefüllt.

Der niederdruckseitige Flüssigkeitsdruck wird durch den Kanal 106, den Kanal 116, der durch das Dichtungsteil 103 und die Platte 115 gebildet ist, und den Inncnhohlraum des Stützteils 107 eingeleitet und beaufschlagt die eine Seite des Halbleitermeßfühlers 108. Der hochdruckseitige Flüssigkeitsdruck wird durch den Kanal 105, den durch das Verbindungsteil 102 und die keramische Schutzabdeckung 110 definierten Raum sowie den durch die keramische Schutzabdeckung 110 und die andere Seite des Halbleitermeßfühlers 108 definierten Raum eingeleitet und beaufschlagt die andere Seite des Halbleitermeßfühlers 108.

Bei dieser Ausbildung ist in den mit der Füllflüssigkeit angefüllten Räumen kein organisches Material vorhanden, so daß nachteilige Auswirkungen auf den Halbleitermeßfühler 108 infolge einer Auflösung des organischen Materials in die Füllflüssigkeit vollständig vermieden werden. Aus den nachstehenden Gründen werden auch der einseitige Druckeffekt und der statische Druckeffekt stark vermindert und zwar aufgrund des Vorhandenseins des dickwandigen Abschnitts in der Mitte des Halbleitermeßfühlers 108. Wenn also der Halbleitermeßfühler 108 mit einem statischen Druck beaufschlagt wird, werden in dem Widerstandsmuster eine Druckbeanspruchungs-Komponente und eine in Radialrichtung auftretende mechanische Spannungs-Komponente erzeugt Diese Beanspruchungskomponenten heben sich jedoch gegenseitig auf, so daß der statische Druck keine Änderung des Ausgangswerts bewirkt Selbstverständlich trifft dasselbe auch im Fall einer einseitigen Druckbeaufschlagung zu.

Der Halbleitermeßfühler mit dem dickwandigen Mittenabschnitt weist den folgenden Vorteil auf, wenn er in dem Differenzdruck-Meßumformer verwendet wird. In manchen Fällen müssen die Hoch- und Niederdruckseiten des Meßumformers umgekehrt werden, indem die Hochdruckflüssigkeits-Einlaßbohrung bzw. die Niederdruckflüssigkeits-Einlaßbohrung mit der Nieder- bzw. der Hochdruckflüssigkeit verbunden werden. In solchen Fällen benötigt der herkömmliche Differenzdruckmesser eine geeignete Ausgangswert-Justiervorrichtung, um die Änderung der Ausgangscharakteristik nach dem Umschalten auszugleichen. Außerdem ist es schwierig und zeitraubend, die Justiervorrichtung zu betätigen. Dieses Problem wird in vorteilhafter Weise vermieden, weil sich bei dem Differenzdruckmesser keine wesentliche Änderung der Ausgangscharakteristik des Halblei-

termeßfühlers ergibt, wenn die Anschlüsse an die Hoch- und Niederdruckseiten umgekehrt werden, so daß die Justiervorrichtung entfallen kann und der dafür erforderliche zeitaufwendige Betätigungsvorgang vollständig entfällt.

Nachstehend wird der Überlastungsschutz erläutert. Die Steifigkeit der mittigen Membran 4 ist groß genug, um ein Aufsitzen der Membran auf dem Druckaufnahmeabschnitt 2 oder 3 auch dann zu verhindern, wenn entweder die hoch- oder die niederdruckseitige Dichtmembran 7 bzw. 8 infolge einer übergroßen Druckbeaufschlagung auf dem Druckaufnahmeabschnitt 2 oder 3 aufsitzen. Dadurch wird die Beaufschlagung einer Seile des Halbleitermeßfühlers mit überhohem Flüssigkeitsdruck durch die Füllflüssigkeit verhindert; somit kann der Haibieitermeßfühier 108 weder beschädigt noch zerstört werden.

Auch dann, wenn das Dichtungsteil 103 aus einem hochkorrosionsfesten Werkstoff wie rostfreiem Stahl besteht (vgl. das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1), wird die Korrosionsfestigkeit infolge der hohen Temperatur vermindert, denen das Dichtungsteil 103 während der Bildung der hermetischen Dichtung 114 oder durch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Schweißstellen ausgesetzt ist. Da Differenzdruckmesser häufig unter ungünstigen Bedingungen eingesetzt werden, z. B. in chemischen Anlagen od. dgl, muß der Differenzdruckmesser eine ausreichend hohe Korrosionsfestigkeit haben. Die Dichtungsteil-Abdeckung 117 von Fig. 1, die aus rostfreiem Stahl besteht, hat die Funktion, das Innere vor Korrosion zu schützen.

Die F i g. 3a und 3b zeigen Einzelheiten der Dichtungsteilabdeckung 117. Dabei ist Fig.3a eine Schnittansichl, und Fig.3b ist eine Ansicht in Richtung des Pfeils HIb. Die Dichtungsteilabdeckung 117 hat einen dickwandigen und einen dünnwandigen Abschnitt. Der dickwandige Abschnitt weist eine Nut zur Aufnahme eines O-Dichtrings 122 auf. Ein Endabschnitt des dünnwandigen Abschnitts ist mit dem Verbindungsteil 102 von F i g. 1 durch Elektronenstrahlschweißen verbunden.

Nach Fig. 1 ist eine Verbindungsteilabdeckung 118 mit dem Ende des dünnwandigen Abschnitts der Dichtungsteilabdeckung 117 durch Elektronenstrahlschweißen verbunden, so daß die Verbindungsteilabdeckung 118 das vorgenannte Gehäuseteil 104 bildet, das die Anschlußelemente etc. einschließt. Das Gehäuseteil 104 umschließt den Zuleitungsdraht 113, ein Ausgleichssubstrat 120, auf dem ein Heißleiter od. dgl. befestigt ist, der einen Temperaturausgleich des elektrischen Signals, das durch den Zuleitungsdraht 113 vom Halbleitermeßfühler 108 abgeleitet wird, herbeiführt, eine biegsame gedruckte Leiterplatte 119 zum elektrischen Anschluß dieser Elemente und ein Verbindungselement 121 zum Verbinden dieser Elemente mit einem (nicht gezeigten) Verstärkerteil. Der Verstärkerteil ist in einem Verstärkergehäuse 200 untergebracht und verstärkt das dem Differenzdruck zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckflüssigkeit entsprechende, vom Haibieitermeßfühier 108 erfaßte elektrische Signal zur Bildung des Signals, das einem Meßgerät zur Anzeige des Signalpegels zugeführt wird. Der Verstärkerteil kann auch ein Ausgangssignal erzeugen, das nach draußen abgegeben wird.

Das Verstärkergehäuse 200 ist an dem Verbindungsteil 102 mit Befestigungsschrauben 201 so befestigt, daß der O-Dichtring 122 zwischen beiden liegt

F i g. 4 zeigt eine Einzelheit des Druckaufnahmeabschnitts. Wie erwähnt, weist der Druckaufnahmeabschnitt 2 im wesentlichen U-Querschnitt auf, und der Druckaufnahmeabschnitt 3 ist in den Abschnitt 2 eingesetzt und damit durch Elektronenstrahlschweißen verschweißt. Das Elektronenstrahlschweißen wird angewandt, um eine Verzerrung oder Verschiebung der Druckaufnahmeabschnitte beim Anlegen eines statischen Drucks und eines einseitigen Drucks zu verhindern, d. h., um die Steifigkeit der Druckaufnahmeabschnitte zu erhöhen. Daher werden die Druckaufnahmeabschnitte nicht verformt, und es ergibt sich kein wesentliches Problem, während der einwirkende Druck niedrig ist. Mit zunehmendem Druck werden jedoch die Ober- und die Unterseite der Druckaufnahmeabschnitte, insbesondere des Abschnitts 2, verformt, so daß sich ein gewisser Fehler einstellt. Dieser Fehler kann dadurch vermieden werden, daß die Steifigkeit erhöht wird, indem die Dicke des Druckaufnahmeabschnitts größer gemacht wird. Dies ist jedoch nachteiligerweise mit einer zunehmenden Größe verbunden.

Als Ergebnis von Untersuchungen der Beziehung zwischen der Schweißtiefe und der Steifigkeit wurde nun gefunden, daß die Steifigkeit auf einen befriedigenden Pegel erhöht wird, wenn gemäß F i g. 5 eine große Schweißtiefe D angewandt wird. Ferner wurde gefunden, daß bei einer Schweißtiefe D von mindestens 4 mm der Fehler innerhalb von 0,2% gehalten wird, was für einen gleichmäßigen Betrieb des Differenzdruckmessers über lange Zeit erforderlich ist.

Nachstehend wird die Befestigung der mittigen Membran 4 erläutert.

Die mittige Membran 4 muß bei Beaufschlagung mit Drücken gleichen Pegels auf der einen und der anderen Seite dieselbe Kennlinie aufweisen. Zu diesem Zweck müssen folgende Probleme gelöst werden:

(1) Die beweglichen Bereiche der mittigen Membran 4 auf der Hochdruck- und der Niederdruckseite müssen abgeglichen werden.

(2) Die mittige Membran 4 muß mit einer mechanischen Spannung versehen werden, um jedes Verziehen oder Werfen auszuschalten.

Das unter (1) genannte Problem wird gelöst, indem der Druckaufnahmeabschnitt 3 mit einem Vorsprung 3/4 versehen wird, der gegen die Innenseite des verschweißten Teils der mittigen Membran 4 gedrückt wird. Durch diese Ausbildung ist die bewegliche Fläche der mittigen Membran 4 durch den Vorsprung 3/4 bestimmt, so daß auf der Hochdruck- und auf der Niederdruckseite der mittigen Membran 4 eine gleiche bewegliche Fläche erhalten wird.

Das unter (2) genannte Problem wird gelöst indem die Schweißnahtbreite W der Schweißstelle zwischen der mittigen Membran und dem Druckaufnahmeabschnitt 2 optimiert wird. Nach F i g. 6 erhöht sich die mechanische Spannung in der mittigen Membran mit zunehmender Schweißnahtbreite W. Im Idealfall beträgt die mechanische Spannung in der mittigen Membran 4 5—10 kg/mm². Um die mechanische Spannung in den genannten Bereich zu bringen, wird die Schweißnahtbreite W bevorzugt gleich der Dicke B der mittigen Membran 4 gewählt Das heißt die mechanische Spannung fällt in den idealen Bereich entsprechend F i g. 6, wenn die Schweißnahtbreite IVdas 04—2fache der Dikke B der mittigen Membran beträgt

Wie aus der vorstehenden Erläuterung hervorgeht können bei dem Differenzdruckmesser nach der Erfin-

dung die Druckaufnahmehälfte 1, umfassend die Druckaufnahmeabschnitte 2, 3, und die Meßfühlerhälfte 100, umfassend das Verbindungsteil 102, das Dichtungsteil 103 und das Verbindergehäuse 104, jeweils für sich konstruiert und aufeinandergesetzt werden, so daß sie den Differenzdruckmesser bilden. Der Differenzdruckmesser ist somit räumlich gedrängt ausgebildet und leicht herstellbar.

F i g. 7 zeigt die Druckaufnahmeseite des Druckaufnahmeabschnitts 2 ohne die hochdruckseitige Dichtmembran. Eine Nut 29 ist so ausgebildet, daß sie diametral durch das Dämpfungselement 13 und den Flüssigkeitseinfüllkanal 24 verläuft.

Angenommen, die Nut 29 ist nicht vorgesehen, so stehen die hochdruckseitige Druckaufnahmekammer 9 is und die hochdruckseitige isolierte Kammer 5 ausschließlich über die in der Mitte des Druckaufnahmeabschnitts 2 gebildete Leitung 11 in Fluidverbindung, so daß die Übertragung eines Drucks durch die Füllflüssigkeit in der Druckaufnahmekammer 9 verzögert werden kann, wodurch die Ansprechkennlinie verschlechtert wird. Um dies zu vermeiden, wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Verzögerung der Druckübertragung dadurch ausgeschaltet, daß die Nut 29 in dem Druckaufnahmeabschnitt 2 entsprechend F i g. 7 vorgesehen ist.

Selbstverständlich kann eine ebensolche Nut zur Verbesserung der Druckübertragungs-Kennlinie in dem Druckaufnahmeabschnitt 3 der Niederdruckseite vorgesehen sein, auch wenn F i g. 7 nur die Nut 29 im Druckaufnahmeabschnitt 2 der Hochdruckseite zeigt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

35 40 45 50 55 60 65

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Differenzdruckmesser mit drei fluchtend zueinander angeordneten Membranen, von welchen die s außen liegenden Rächen der beiden außen angeordneten Dichtmembranen über entsprechende Anschlüsse den beiden Druckmedien für die Bestimmung der Druckdifferenz ausgesetzt sind, während zwischen den Innenflächen der außen angeordneten to Dichtmembranen und den beiden Flächen der steifer ausgebildeten mittleren Hauptmembrane in einer Meßfühlereinheit zwei mit einer Schuteflüssigkeit gefüllte Kammern gebildet sind, die über entsprechende Kanäle mit zwei beidseitig von einem Halb- is leitermeßfühler mit Widerstandselementen angeordneten Kammern in Verbindung stehen, wobei aus de? Meßfühlereinheit mit dem Halbleitermeßfühler verbundene elektrische Leiter dicht über Zuleitungsdrähte zu Außenanschlüssen herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Meßfühlereinheit (100) der plättchenförmige Halbleitermeßfühler (108) von einem ringförmigen Keramiksubstrat (109) umgeben ist, dessen starr aufgebrachte Leiterbahnen über Leiterbrücken (Ul) hinweg eine Verbindung mit dem Halbleitermeßfühler (108) und den nach außen führenden Zuleitungsdrähten (113) herstellen.

2. Differenzdruckmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlereinheit (100) an einer mit den beiden Dichtmembranen (7,8) und der Hauptmembrane (4) versehenen, getrennt herstellbaren Druckaufnahmeeinheit (1) befestigt ist.

3. Differenzdruckmessor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,