DE3142387A1 - Kapazitiver druckfuehler - Google Patents
Kapazitiver druckfuehlerInfo
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Description
Setra Systems, Inc. Natick, Massachusetts oI76o, V.St.A.
Kapazitiver Druckfühier
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckfühler des Typs', bei dem Druckänderungen durch Änderungen der Kapazität
angezeigt werden.
Kapazitive Druckfühler sind bekannt. Typischerweise umfassen sie ein ortsfestes Element mit einer unbiegsamen ebenen
leitfähigen Fläche, das eine Platte eines Kondensators mit im wesentlichen parallelen Platten bildet. Ein verformbares
leitfähiges Element, z. B. eine Metallfolien-Membran, bildet die andere Platte des Kondensators. Normalerweise
ist die Membran an ihrem Rand gehaltert, so daß ein Mittenabschnitt im wesentlichen parallel zu der ortsfesten Platte
dieser gegenüberliegt. Da der Fühler im allgemeinen in Form eines Parallelplattenkondensators ausgebildet ist,
ist die charakteristische Kapazität des Fühlers zu dem Abstand d zwischen dem Mittenabschnitt der Membran und der
leitfähigen Fläche des ortsfesten Elements umgekehrt proportional. Damit sich eine Druckdifferenz über die Membran
ausbilden kann, ist der Bereich auf einer Seite der Membran in bezug auf den Bereich auf der entgegengesetzten Seite
hermetisch dicht.
In der Praxis wird die Elastizität der Membran so gewählt, daß Druckdifferenzen an der Membran innerhalb eines bestimmten
interessierenden Bereichs Verschiebungen des Mittenabschnitts der Membran bewirken. Diese durch eine
Druckdifferenz bewirkten Verschiebungen resultieren in entsprechenden Änderungen des Abstands d zwischen den
beiden Kondensatorplatten und damit in Kapazitätsänderungen des Fühlerkondensators. Um eine relativ hohe Empfindlichkeit
zu erzielen, sind bei diesen Druckfühlern große Kapazitätsänderungen aufgrund relativ geringer Abstandsänderungen erforderlich. Um diese Empfindlichkeit zu erreichen, müssen
bei jeder Druckfühlereinheit die Soll-Abstandsmaße und die Parallelität der Platten gut kontrolliert sein. Infolgedessen
ist es bei diesen Druckfühlern erforderlich, daß ihre Bauelemente innerhalb sehr enger Fertigungstoleranzen
hergestellt werden, so daß sich die erforderlichen Größenbeziehungen ergeben. Außerdem müssen die Konstruktion und
die Werkstoffe diese Beziehungen über einen erwünschten Temperaturbereich aufrechterhalten können.
Bei einem bekannten Druckfühler (Meßgrößenumformer Modell der Setra Systems, Inc.) ist die ortsfeste metallische Elektrode
in bezug auf die Membranhalterung durch einen elektrisch nichtleitfähigen, hochtemperatur-Glasteil gehalten. Wegen
der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases
und der Metallelektrode sowie der Membranhalterung haben Temperaturänderungen Änderungen des Abstands zwischen der
ortsfesten Elektrode und der Membran (d. h. den Kondensatorplatten) zur Folge, was fehlerhafte Druckanzeigen zur Folge
hat. Außerdem kann eine wirksame hermetische Dichtung zwiden Bereichen auf gegenüberliegenden Seiten der Membran in
wirtschaftlicher Weise nur über einen relativ kleinen Temperaturbereich
unterhalten werden. Solche Druckfühler liefern
also nur über einen relativ Tcleinen Temperaturbereich
zuverlässige Druckanzeigen·
Während der Herstellung solcher Druckfühler muß ferner die ortsfeste Elektrode in den Glasteil eingesetzt werden, und
anschließend muß der die leitfähige Platte aufweisende Teil normalerweise z. B. durch Läppen so passend gemacht werden,
daß der erforderliche Abstand und die Parallelität erhalten werden. Infolgedessen ist die Herstellung dieser mit
Kapazitätsänderungen arbeitenden Druckfühler relativ teuer.
Ferner wird bei der Herstellung dieser Druckfühler die ortsfeste Elektrode normalerweise in den Glasteil eingesetzt,
während sich das Glas im geschmolzenen Zustand befindet. Beim Abkühlen der Baugruppe entwickeln sich mechanische
Spannungen, die typischerweise die erwünschte ursprüngliche Abstandsdimension ändern oder die Parallelität zwischen den
kapazitiven Platten verschlechtern. Nach dem Abkühlen der Baugruppe kann es notwendig sein, die ortsfeste Elektrode
z. B. durch Läppen passend zu machen, so daß der kritische Abstand und die Parallelität wieder hergestellt werden. Angesichts
dieser Bearbeitungsschritte ist die Herstellung dieser Druckfühler relativ schwierig und dementsprechend teuer.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines kapazitiven
Druckfühlers, der die Nachteile bekannter Druckfühler vermeidet und über einen großen Temperaturbereich eine relativ
hohe Empfindlichkeit unterhält, der ferner sehr zuverlässig
arbeitet und einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Der kapazitive Druckfühler nach der Erfindung umfaßt ein becherförmiges oder konkaves metallisches Grundglied, das
in der Mitte seiner Unterseite mit einer Grundgliedhalterung
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verbunden ist. Das Grundglied umfaßt einen Flansch, der von seinem Rand ausgeht, wobei dieser Flansch mit Ausnahme
einer Umfangsvertiefung im wesentlichen eben ist. Eine
relativ dünne verformbare leitfähige Membran ist über dem Flansch des Grundglieds angeordnet. Ein Einspannring mit
einer Fläche, die zu dem Flansch des Grundglieds komplementär ausgebildet ist, ist auf dem Rand der Membran und dem
Flansch befestigt, .so daß die Membran unter mechanischer Spannung mit dem Flansch verspannt ist.
Auf der Grundgliedhaiterung ist innerhalb des durch das
Grundglied und die Membraneinheit gebildeten geschlossenen Raums eine Elektrodeneinheit befestigt. Diese umfaßt eine
leitende Elektrode mit einem ebenen Abschnitt und eine dielektrische Elektrodenhalterung. Die Elektrodenhalterung
ist mit der Grundgliedhalterung so verbunden, daß der ebene
Abschnitt der Elektrode im wesentlichen parallel zu dem Flansch des Grundglieds und mit einem vorbestimmten Abstand d dazu
verläuft. Bei dieser Konfiguration bilden die Membran und
der ebene Abschnitt der Elektrode einen Parallelplattenkondensator. Infolge von Druckdifferenzen wird die Membran bewegt,
was entsprechende Kapazitätsänderungen zur Folge hat. Die elektrische Verbindung zu dem Kondensator kann durch
direkten Anschluß an das Grundglied für die eine Platte und
eine Durchführungsverbindung zu der durch den ebenen Teil der
Elektrode gebildeten zweiten Platte erfolgen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verläuft die Grundgliedhalterung durch das Grundglied zu einem Bereich
außerhalb des durch das Grundglied und die Membraneinheit gebildeten geschlossenen Volumens. Dabei führt ein erster
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Druckkanal durch die Grundgliedhalterung zum Inneren des geschlossenen Volumens, so daß der Druck, der die
Innenfläche der Membran beaufschlagt, regelbar ist. Ferner ist ein Gehäuse vorgesehen, das die gesamte
aus Grundglied und Membraneinheit bestehende Baugruppe
umgibt und einen zweiten Druckkanal aufweist, so daß der die Außenfläche der Membran beaufschlagende Druck
regelbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung gibt es nur sehr wenig innerhalb enger Fertigungstoleranzen gearbeitete Teile und komplizierte Montagevorgänge, wobei der einzige Montagevorgang, bei dem
kritische Dimensionen einzuhalten sind, die ursprüngliche Ausrichtung der Elektrode relativ zu dem Flansch
des Grundglieds ist. Da dieser Schritt jedoch nur mit Feststoffen bei Raumtemperatur durchgeführt wird,
entstehen dabei nur minimale mechanische Spannungen.
Da ferner keine Verbindungen zwischen Glas und Metall herzustellen sind, ergeben sich keine Probleme infolge
von nicht aufeinander abgestimmten Temperaturkoeffizienten. Somit wird durch die vorliegende Erfindung ein
hochempfindlicher kapazitiver Druckfühler, der innerhalb eines weiten Temperaturbereichs zuverlässig
arbeitet, geschaffen. _ ' ■
Gemäß einem bevorzugten Fertigungsverfahren werden die dielektrische Elektrodenhalterung und die Elektrode
zuerst mit dem Grundglied und der Grundgliedhalterung verbunden, wobei der ebene Abschnitt der Elektrode
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11 -
parallel zu dem Plansch des Grundglieds und mit einem vorbestimmten Abstand d davon verläuft. Dann
wird die Membran über dem Plansch des Grundglieds in Kontakt mit demselben so angeordnet, daß sie über
der Flanschvertiefung liegt. Der Einspannring wird dann mit dem Flansch in Verbindung gepreßt, wodurch
die Membran wirksam zwischen dem Flansch und dem Einspannring festgelegt wird. Dann wird der
Einspannring z. B. durch eine Serie von Punktschweißstellen an dem Plansch befestigt. Be.i einigen
Ausführungsformen der Erfindung wird zwischen der
Membran und dem Flansch auch ein Dichtmaterial vorgesehen.
Somit ist die Membran an ihrem Rand über dem Grundglied festgelegt und gehaltert und wird
unter radialer Spannung gehalten.
Eine weitere Ausführungsform des kapazitiven Druckfühlers weist die Hauptelemente der bereits erläuterten
Ausführungsform auf sowie ein konkaves oberes Glied mit einem Randflansch, der zu dem Flansch des
Grundglieds komplementär ausgebildet ist. Die Flansche können entweder eine Umfangsvertiefung
aufweisen oder sie können im wesentlichen eben sein.
Anhand der Zeichnung wird1 die Erfindung beispielsweise
näher erläutert.- Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispieis
des kapazitiven Druckfühlers nach der Erfindung-; -und
Fig. 2. Querschnittsansichten weiterer Ausführungsund 3 beispiele der Erfindung.
Nach Fig. 1 umfaßt der kapazitive Druckfühler 10 ein ihn umschließendes Druckgehäuse 11, bevorzugt aus rostfreiem
Stahl. Das Gehäuse 11 weist eine Drucköffnung 12 auf, die mit dem Gehäuseinneren in Verbindung steht. Ein Regelkondensator
13 ist im Gehäuse 11 angeordnet und damit gekoppelt. Dieser Kondensator 13 weist ein becherförmiges Grundglied
14 auf. Das Grundglied 14 ist mit einer Grundgliedhalterung 16 in der Mitte des Grundglieds 14 an dessen Unterseite verbunden.
Die Grundgliedhalterung 16 verläuft längs einer Mittenachse 14a des Grundglieds 14. Der Kondensator 13 ist
innerhalb des Gehäuses 11 mit Muttern 15a und 15b an einem ein Außengewinde tragenden Abschni-t der Grundgliedhalterung
16 gesichert. Das Grundglied 14 umfaßt einen Flansch 18, der von seinem Rand ausgeht.. Der Flansch 18 ist im wesentlichen
eben mit Ausnahme einer Umfangsvertiefung 18a. Bei anderen Ausführungsformen kann die Vertiefung 18a "negativ" sein,
d. h. sie kann ein Steg sein, oder sie kann von dem eigentlich ebenen Teil des Flanschs 18 nach oben verlaufen. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Grundglied 14 aus rostfreiem Preßblech mit einem Abschnitt, die die Form
eines Kugelsektors hat. Dadurch ergibt sich ein kostengün- ' stiges steifes Grundglied. Bei anderen Ausführungsformen
kann das Grundglied 14 z. B. als gerader kreiszylindrischer Becher, der z. B. durch maschinelles Bearbeiten herstellbar
ist, ausgebildet sein.
Eine relativ dünne verformbare leitfähige Membran 20
ist über das Grundglied 14 gespannt derart, daß ihre Ränder über dem Flansch 18 liegen.
Die Membran 20 kann aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke im
Bereich von 0,005-0,76 mm bestehen. Alternativ kann die Membran 20 entsprechend der am gleichen Tag eingereichten
DE-Patentanmeldung P ausgebildet sein. Die Membran kann eine Metallfolie oder ein nichtleitfähiges Material
mit einem leitfähigen Abschnitt, z. B. durch einen abgeschiedenen leitfähigen Film gebildet, sein.
Der Druckfühler umfaßt ferner einen Einspannring 24, dessen Unterseite komplementär zu der Oberseite des Flanschs 18 einschließlich
dessen Vertiefung 18a ausgebildet ist. Der Einspannring 24 wird auf dem Rand der Membran 20 und des Flanschs
18 befestigt, wodurch innerhalb der durch da« Grundglied 14 und die Membran 2O gebildeten Baugruppe ein geschlossener
Raum 26 entsteht. Bei anderen Ausführungsformen kann zwischen
der Membran 20 und dem Flansch 18 eine konventionelle Dichtmasse verwendet werden.
Ein Schutz-"Gehäuse" für die Membran 20 kann alternativ durch ein oberes Element gebildet werden, das eine Metallplatte
sein kann, deren Radius dem Außenradius des Flanschs 18 entspricht,
wobei diese Platte von einem Ringkörper aus Elastomer (z. B. RTV der Dow Corning) abgestützt ist, der auf der Oberfläche
des Einspannrings 24 befestigt ist.
Der Druckfühler umfaßt ferner innerhalb des geschlossenen Raums 26 eine Elektrodenhalterung 30, die mit der Grundgliedhalterung
16 verbunden ist, und eine zugehörige Elektrode 32 mit einer ebenen Oberfläche. Die Elektrodenhalterung 30 ist ein
Dielektrikum, z. B. Keramik, mit einer ebenen ringförmigen
Oberfläche. Die Elektrode 32 ist ein metallischer Dünhfilm
auf dieser Oberfläche. Der Film kann z. B. durch Thermoabscheidung
oder durch Aufdampfen auf die dielektrische Elektrodenhalterung 30 aufgebracht sein. Bei dem erläuterten
Ausführungsbeispiel umfaßt die Elektrodenhalterung 30 eine mittige vertiefte bzw. versenkte Zone zur Aufnahme
eines Anschlags 34 der Grundgliedhalterung 16, und der leitfähige Film ist· ringförmig, so daß während des Betriebs
Nichtlinearitäten aufgrund der allgemein kugeligen Form des Mittenbereichs der Membran 20 minimierbar sind.
Die Grundgliedhalterung 16 weist ein Außengewinde auf und
umfaßt einen oberen Anschlag 34. Mit dieser Ausbildung kann zwischen der Elektrode 32 und der Membran 20 ein Soll-Spalt
d (längs der Achse 14a) eingestellt werden mittels einer Mutter 35 sowie mit Abstandselementen (falls erforderlich)
zwischen dem Grundglied 14 und der Elektrodenhalterung 30.
Die Elektrodenhalterung 30 und die Membranhalterung (Grundglied
14) sind mittig auf der Grundgliedhalterung 16 montiert, wodurch die Auswirkung einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung
auf die Abmessungen des Spalts d minimierbar sind. Bevorzugt ist der Kontaktbereich zwischen 14, 16 und 3O klein,
um die Auswirkung einer Wärmeausdehnung auf den Spalt sowie
die Wärmespannung weiter zu minimieren.
Eine Zuleitung 36 sorgt für einen externen elektrischen Kontakt zur Elektrode 32 über isolierende Durchführungsanschlüsse
38 und 40. Der externe elektrische Kontakt zur Membran 2O wird durch die Grundgliedhalterung 16 (über das Grundglied 14)
hergestellt. Diese beiden elektrischen Kontaktstellen sind mit herkömmlichen Kapazitäts-Meßschaltungen verwendbar zur Erzeugung
eines Signals, das der der Elektrode 32 und der Membran 20 zugeordneten Kapazität entspricht.
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- 15 -
Bei anderen Ausführungsformen kann die elektrische Kopplung
zu der Membran 2O und der Elektrode 32 unterschiedlich
sein. Z. B. können die Elektrode 32, ihre Elektrodenhalterung 30 und die Grundgliedhalterung 16 eine einstückige
metallische Einheit sein, wobei das Grundglied 14 in bezug auf die Grundgliedhalterung 16 isoliert ist. Dabei kann
der elektrische Kontakt mit der Grundgliedhalterung 16 und dem Grundglied 14 erfolgen. Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel weist die Grundgliedhalterung 16 einen mittigen
Kanal 16a auf, der einen Druckkanal zu dem geschlossenen Raum 26 bildet.
Die Membran 2O ist an ihrem Rand unter radialer mechanischer
Spannung gehaltert. Es ist hierbei möglich, die Membran 20 mit einem einzigen Schritt zu befestigen und zu spannen. Bei
dem bevorzugten Fertigungsverfahren werden das Grundglied
und die Elektrodenhalterung 30 zuerst so zusammengesetzt, daß
der ebene Teil der Elektrode 32 parallel zu und in einem bestimmten
Abstand d von dem ebenen Flansch 18 verläuft. Dann wird die Zuleitung 36 eingeführt. Anschließend wird die Membran
20 über den Flansch 18 gespannt, und der Einspannring 24 wird in Verbindung mit dem Flansch und dessen Vertiefung 18a gedrückt.
Dann wird der Einspannring durch Punktschweißen oder ein anderes geeignetes Verfahren festgelegt. Beim Verbinden
des Einspannrings 24 mit der Vertiefung 18a wird die Membran 20 derart verformt, daß sie radial gespannt wird. Bei anderen
Ausführungsformen, insbesondere solchen mit im wesentlichen
ebenen Membranen, können der Flansch 18 und der Einspannring 24 im wesentlichen ebene gegenüberliegende Flächen (d. h.
ohne die Umfangsvertiefung) aufweisen. Es ist auch möglich, daß die komplementären Flächen von Flansch 18 und Einspannring
24 z. B. konisch geformt sind.
·:Λ.:'\.: .:. 3H2387
Bei einem anderen Montageverfahren kann die Membran, wenn
der Flansch 18 eben ist, mit dem Flansch 18 unter radialer
Spannung mit folgenden Schritten verbunden werden. Zuerst wird das Grundglied 14 in eine Einspannvorrichtung eingespannt,
die den Flansch 18 von unten haltert und die Grundgliedhalterung 16 nach unten zieht, so daß diese gering verformt
wird. Dann wird die Membran 2O über dem Flansch 18 positioniert, und der Einspannring 24 wird über der Membran
20 und dem Flansch 18 positioniert. Dann wird der Einspannring 24 mit dem Flansch 18 verschweißt, so daß die Membran
festgelegt ist. Wenn dann die Grundgliedhalterung 16 freigegeben wird, kehrt sie zu ihrer Ausgangsform zurück und
bringt dabei die Membran 20 unter radiale Spannung.
Bei einigen Ausführungsformen (z. B., wenn die Membran 20
eine ebene Metallfolie mit Faltenmuster entsprechend der genannten DE-Patentanmeldung ist) braucht die Membran 20.
nicht unter radialer Spannung über dem Flansch 18 festgelegt zu werden, sondern wird einfach über dem Flansch 18 positioniert
und daran befestigt.
Der Druckfühler 48 nach Fig. 2 ist ähnlich demjenigen nach
Fig. 1 ausgebildet. Er umfaßt ein konkaves oberes Element 50, das einen ringförmigen Umfangsflansch 52 mit einer Unterseite
aufweist, die zu der Oberseite des Flansche 18 des Grundglieds 14 komplementär ist. Die gegenüberliegenden
Flächen der Flansche 18 und 52 sind eben, sie können aber auch komplementäre Umfangsvertiefungen oder -stege aufweisen.
Die Muttern 15a und 15b sichern den Druckfühler 48 (über den Druckkanal 12) an einer externen Halterung 60. Die Halterung
60 dient gleichzeitig als Gehäuse für den Druckfühler und umfaßt eine Eingangsleitung 61 zum Zuführen eines Eingangsdrucks
(durch den Kanal 16a) in den Bereich zwischen Membran
31
20 und Grundglied 14. Dabei kann die Zuleitung 36 mit
einer Meßschaltung 62 gekoppelt sein, die innerhalb des Gehäuses 60 angeordnet ist. Es ist nicht notwendig,
Durchführungsverbindungen entsprechend den Verbindungen
38 und 40 von Fig. 1 vorzusehen. Das obere KIemenL 50
bildet einen einstückigen eingangsseitigen Hohlraum. Ferner bildet das obere Element 50 einen Schutz in bezug auf
zu hohen Unterdruck,, einen physischen Schutz für die Membran sowie ein Organ zum Befestigen der Vorrichtung, wodurch die
empfindlichen spaltbildenden Elemente des Druckfühlers isoliert werden. Die Elektrodenhalterung 30 und die Elektrode
32 bilden einen Schutz gegen positiven Überdruck.
Wenn die Fühler 10 und 48 als Differenzdruckfühler arbeiten
sollen, wird der Kanal 12 an eine erste Druckversorgung und der Mittenkanal 16a innerhalb der Grundgliedhalterung
an die zweite Druckversorgung angeschlossen. Jede Druckdifferenz bewirkt ein Durchbiegen der Membran 2O entweder
zu der Elektrode 32 oder davon weg. Eine solche Abstandsänderung zwischen der Membran 20 und der Elektrode 32 bewirkt
eine Änderung der Kapazität zwischen diesen beiden Elementen. Diese Kapazität kann dann zwischen der Zuleitung
36 und der Grundgliedhalterung 16 durch konventionelle Kapazitätsmeßeinrichtungen (nicht gezeigt) erfaßt werden.
Die Druckfühler 10 und 48 können auch als Absolutdruckfühler eingesetzt werden, wobei dann entweder der Kanal 12
oder der Kanal 16a der Grundgliedhalterung 16 dicht abgeschlossen wird, während der offene Kanal mit der Zone verbunden wird, deren Druck zu erfassen ist. Ebenso wie vorher
wird der Druck durch Erfassen der Änderung der dem Spalt zwischen Membran 2O und Elektrode 32 zugeordneten Kapazität
bestimmt. Aufgrund der mittigen Befestigung, wobei sowohl
die Elektrode 32 als auch ihre Elektrodenhalterung 30 und das Grundglied 14 mittig von der Grundgliedhalterung 16 ge-
halten sind (mit einem relativ kleinen Kontaktbereich zwischen dem metallischen Grundglied 14 und der.Keramik-Elektrodenhalterung
30), werden aus Montagespannungen resultierende Verformungen beseitigt, so daß Montagespannungen
sowie durch unterschiedliche Wärmeausdehnung
hervorgerufene mechanische Spannungen als Fehlerquellen ausgeschaltet werden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Druckfühlers
70. Dieser gleicht dem Druckfühler 48 von Fig. 2, wobei jedoch das obere Element 50 des Druckfühlers 48 durch
eine obere Elementeinheit ersetzt ist, die im wesentlichen der Grundeinheit des Fühlers 48 gleicht. Elemente der
oberen Einheit des Fühlers 70, die Elementen in der unteren Einheit des Fühlers 48 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen,
gefolgt von einem "a", bezeichnet. Der Fühler 7O umfaßt eine leitfähige mittige Membran 2O, die zwischen
zwei ebenen leitfähigen (einstellbar positionierten) Flächen 32 und 32a angeordnet und davon durch Zwischenräume d und
d_ beabstandet ist. Die elektrischen Zuleitungen 36 und 36a sowie eine mit dem Rand der Membran 20 gekoppelte Zuleitung
können mit kapazitiven Meßinstrumenten, ζ. Β. entsprechend der US-PS 4 054 833, verwendet werden.
Somit wird also die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst
und ein kapazitiver Druckfühler angegeben, der einfach herstellbar ist und zuverlässig arbeitet. Ferner ist der angegebene
Druckfühler weniger anfällig für Fehler, die durch thermische Änderungen und mechanische Montagespannungen hervorgerufen
werden.
Leerseite
Claims (15)
1. Kapazitiver Druckfühler,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
A) eine Membran (20) mit einem elektrisch leitfähigen
Mittenabschnitt,
Mittenabschnitt,
B) ein konkaves Grundglied (14), das um eine erste Mittenachse
verläuft und einen in einer ersten Ebene liegenden Rand aufweist, wobei die erste Ebene senkrecht zu der
Mittenachse verläuft und das Grundglied (14) einen von seinem Rand ausgehenden Flansch (18) aufweist,
C) Befestigungsmittel zum Sichern des Rands der Membran
(20) an dem Flansch (18), so daß der Membran-Außenrand
im wesentlichen in der genannten Ebene liegt,
D) eine Grundgliedhalterung (16), die durch die Mitte
des Grundglieds (14) verläuft und mit diesem verbunden ist, und
des Grundglieds (14) verläuft und mit diesem verbunden ist, und
E) eine erste Elektrode (32), die mit der Grundgliedhalterung (16) verbunden ist und eine im wesentlichen ebene
leitfähige Oberfläche aufweist, die zu der Membran (20)
im wesentlichen parallel und in einem Abstand (d) dazu verläuft.
2. Druckfühler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
65-SET 112-SchÖ
daß der Mittenabschnitt der Membran (20) radial gespannt ist, daß der Flansch (18) des Grundglieds (14) eine Vertiefung
(18a) am Umfang aufweist und
daß die Befestigungsmittel aufweisen: einen Einspannring (24·) mit einer zum Flansch (18) komplementär ausgebildeten Oberfläche und Mittel zum Verbinden der komplementären Oberflächen des Flanschs (18) und des Einspannrings (24) mit entgegengesetzten Seiten des Membranrands.
daß die Befestigungsmittel aufweisen: einen Einspannring (24·) mit einer zum Flansch (18) komplementär ausgebildeten Oberfläche und Mittel zum Verbinden der komplementären Oberflächen des Flanschs (18) und des Einspannrings (24) mit entgegengesetzten Seiten des Membranrands.
3. Druckfühler nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
ein konkaves oberes Glied .(5O), das um eine zweite Mittenachse
verläuft und einen in einer zweiten Ebene liegenden Rand aufweist, wobei die zweite Ebene senkrecht zu der
zweiten Mittenachse verläuft und das obere Glied (5O) einen von seinem Rand ausgehenden Flansch (52) aufweist und dieser
Flansch (52) und der Flansch (18) des Grundglieds (14) komplementäre Oberflächen aufweisen, und wobei die Befestigungsmittel
Mittel zum Verbinden der komplementären Flächen der Flansche (52, 18) mit gegenüberliegenden Seiten
des Membranrands aufweisen, so daß die Membran (20) eingeschlossen
ist, und die erste und die zweite Achse koaxial sind. ·
4. Druckfühler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Grundgliedhaiterung (16) längs der Mittenachse
des Grundglieds (14) innerhalb des geschlossenen Raums verläuft und daß Elemente (15a, 15b) vorgesehen sind
zum einstellbaren Positionieren der ebenen Fläche der ersten Elektrode (32) längs der ersten Mittenachse.
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— 3 —
5. Druckfühler nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
eine obere Elektrodenhalterung (30a), die längs der zweiten Mittenachse von der Mitte des oberen Glieds verläuft,
und eine mit der oberen Elektrodenhalterung (30a) verbundene zweite Elektrode (32a) mit einer Un wesentlichen
ebenen leitfähigen Oberfläche, die zu der Membran (20) im wesentlichen parallel und in einem Abstand (d1) davon
verläuft
(Fig. 3).
(Fig. 3).
6. Druckfühler nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Element (35a) zum einstellbaren Positionieren der
ebenen Fläche der zweiten Elektrode (3 2a) längs der zweiten Mittenachse.
7. Druckfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrodenhalterung (30a) elektrisch
nichtleitend ist.
8. Druckfühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (11; 60), das mit der Grundgliedhalterung (16) verbunden ist und das Grundglied (14) und die
Membran (20) umschließt.
9. Druckfühler nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch Mittel zum Halten des Bereichs zwischen der Membran (20) und dem oberen Glied (50) auf einem vorbestimmten Druck,
10. Druckfühler nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flansch (18) des Grundglieds (14) eine Umfangs-
vertiefung aufweist. !
11. Druckfühler nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, !
daß die erste Elektrode (32) eine dielektrische Elektro- f
denhalterung (3O) und einen relativ dünnen leitfähigen - jj
Film, der auf einer im wesentlichen ebenen Fläche der- |
selben positioniert ist, aufweist zur Bildung der . \
ebenen leitfähigen Fläche.
12. Kapazitiver Druckfühler,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
eine druckempfindliche Membran (20) mit einem mittigen
elektrisch leitfähigen Abschnitt,
eine Einheit zur Halterung der Membran (20), wobei diese
Einheit im wesentlichen konkav (14) ist und ein Organ
(18) aufweist, dessen Rand zum Halten der Membran (20)
zwecks Bildung eines geschlossenen Raums (26) ausgebildet
eine Elektrodeneinheit mit einem im wesentlichen ebenen leitfähigen Teil (32) und einem Isolierorgan (30) als
Halterung, wobei die Elektrodeneinheit (30, 32) innerhalb ■ des geschlossenen Raums (26) angeordnet ist, und
Mittel zum Verbinden der Elektrodenhalterung (30) mit dem
konkaven Glied (14) im wesentlichen in der Mitte desselben, so daß der leitf.ähige Abschnitt der Elektrodeneinheit (30,
3 2) im wesentlichen parallel zu dem leitfähigen Abschnitt der Membran (20) und im Abstand davon in kapazitiver Beziehung
liegt und die den leitenden Abschnitten der Elektrode (32)
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und der Membran (20) zugeordnete Kapazität zu der Druckdifferenz über die Membran (20) im wesentlichen umgekehrt
proportional ist.
13. Druckfühler nach Anspruch 12,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
Mittel zum Halten der Membran (20) unter radialer Spannung,
umfassend einen Flansch (18) am Rand des Halteglieds (14),
der im wesentlichen eben ist, sowie einen ringförmigen Einspannring
(24) mit einer mit dem Plansch (18) komplementären Fläche, so daß die Membran (20) radial gespannt wird, wenn
der Einspannring (24) und der Flansch (18) mit der dazwischen
befindlichen Membran (20) miteinander durch Druck verbunden werden, sowie Mittel zum Sichern des Einspannrings
(24) und des Flansche (18) an gegenüberliegenden Flächen des Membranrands.
14. Druckfühler nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flansch (18) eine Umfangsvertiefung (18a) aufweist.
15. Druckfühler nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Einspannring (24) ein konkaves oberes
Glied (50) aufweist, das mit einem Rand des ringförmigen Einspannrings (24) verbunden ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/200,788 US4358814A (en) | 1980-10-27 | 1980-10-27 | Capacitive pressure sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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