DE3313259A1

DE3313259A1 - Sensor

Info

Publication number: DE3313259A1
Application number: DE19833313259
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: ERMETO ARMATUREN GmbH
Current assignee: ERMETO ARMATUREN GmbH
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1984-10-25
Also published as: US4563903A; NL8401168A

Description

EYER Sl LINSER -PATE-NTAN-VVALTE

P ATE NTAN WÄLTE 1 DIPU.-ING. ECKHARDT EVER + PHYSIKER HEINZ LINSE

ROBERT-BOSCH-STR. 12 D-6O72 DREIEICH

U.Z. : Erm 5942

Anmelder:

ERMETO Armaturen GmbH
Am Metallwerk 9

4800 Bielefeld 12

Sensor

EO 5942 Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Drücken, insbesondere hohen Drücken, in einem°!hydraulischen oder pneumatischen System, vorzugsweise mit Hilfe einer-piezoresistiven Druckmeßzelle und einer elektronischen Schaltung, welche in einem Gehäuse zu einer Baueinheit integriert ist.

Die im Laufe der schnellen technischen Entwicklung komplexer werdenden hydraulischen Systeme stellen zunehmend höhere Anforderungen an die erforderliche Genauigkeit und Schaltgeschwindigkeit der angeschlossenen Systeme. Hieraus ergibt sich die Forderung nach Druck- und Temperaturmeßverfahren, welche nicht nur die aktuellen Meßwerte in die elektronische Schaltung kontinuierlich melden, sondern auftretende Störungen der Anlage frühzeitig, d. h. unmittelbar beim Entstehen anzeigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Manometern, die meist nur in Intervallen abgelesen werden und vielfach dem Schwierigkeitsgrad bestimmter Messungen nicht gerecht werden, bieten elektronische Meßeinrichtungen kontinuierliche Meßwertaufnahme und schnelle Verarbeitung der Signale bei hoher Meßgenauigkeit.

Bei den bisher bekannten Druck-Meßzellen der eingangs aufgeführten Art wird das zur Druckaufnahme verwendete piezoresistive Halbleiterelement (Silicium-Chip) mit Hilfe von Bond-Drähten an entsprechende Kontakte angeschlossen. Das gesamte Sensorgehäuse besteht dabei aus einem von der Halbleitertechnik her genormten Gehäuse, ähnlich wie diese für Transistoren, Operationsverstärker oder dergleichen verwendet werden.

Die genormten Gehäuse sind wegen ihrer Bauweise nicht für den Einsatz zur Messung von hohen und höchsten Drücken geeignet, da die Druckbeeinflussung der Gehäuse eine Meßverfälschung zur Folge hat. Ferner halten die Gehäuse höchsten zu messenden Drücken nicht stand, sondern sind Deformationen unterworfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art zu schaffen, welche zur Messung hoher und höchster Drücke geignet ist, welche den robusten Bedingungen bei Meßvorgängen in einem hydraulischen oder pneumatischen System gewachsen ist und welche sich leicht, gegebenenfalls automatisch montieren läßt.

Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, welche sich einfach in ein unter Druck stehendes System zur Druckmessung einbauen bzw. anschließen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die eingangs aufgeführte Vorrichtung ein Schraubgehäuse aufweist, welches in einen den Drucksensor enthaltenden, vom Drucksystem durch eine druckübertragende Membrane getrennten Druckraum und einen durch elektrische Kontakte verbundenen, die zugehörige elektronische Schaltung enthaltenden drucklosen Raum aufgeteilt ist, wobei die zur Durchführung der elektrischen Kontakte vorhandenen, zur Längsachse des Schraubgehäuses etwa parallel verlaufende Bohrungen auf einer geraden Linie liegend angeordnet sind.

Gemäß der Erfindung ist die Membrane zwischen zwei Ringen eingeschweißt, welche ihrerseits Bestandteil des Schraubgehäuses sind.

Die Bohrungen im Gehäuse, welche die elektrischen Kontakte aufnehmen, sind zur Druckabstützung bei höchsten Drücken konisch ausgebildet, wobei der Bohrungsdurchmesser zum drucklosen Raum hin abnimmt, und die elektrischen Kontakte zur Bohrungswandung mit Hilfe einer Glas-füllung isoliert sind. Die Konizität der die elektrischen Kontakte aufnehmenden Bohrungen beträgt dabei vorzugsweise 1:50.

Der durch den Ring, die Membrane und das eigentliche Gehäuse

gebildete Zwischenraum ist mit einem chemisch inerten, elektrisch

isolierenden Trennfluid gefüllt, welches eine 1:1 Druckübersetzung
ermöglicht.

EO 5942

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Membrane zwischen einem Ring und einer mechanische Beschädigungen der Membrane verhindernden konisch zulaufenden Abdeckplatte eingeschweißt, welche ihrerseits Bestandteil des Schraubgehäuses ist.

Die Druckmeßzelle ist in vorteilhafter Weise unmittelbar oder nittelbar auf der Wandung des Schraubgehäuses angeordnet, welche den Truckraum vom drucklosen Raum trennt.

Die elektronische Schaltung ist nach .der Erfindung im drucklosen Raum des Schraubgehäuses angeordnet und dient zur Verstärkung schwacher Ausgängssignale des Drucksensors. Diese Schaltung ist erfindungsgemäß als Verstärker-Hybrid ausgebildet.

Das Schraubgehäuse ist vorzugsweise in einen zur Ankopplung an hyraulische oder pneumatische Systeme ausgelegten Adapter einschraubbar ausgebildet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.
Hierbei zeigen:

FIGUR 1 einen Querschnitt durch das Schraubgehäuse;

FIGUR 2 einen teilweisen Längsschnitt nach Figur 1, und

FIGUR 3 eine Teildarstellung der Membranbefstigung im Längsschnitt.

EO 5942

Die Vorrichtung zur Messung von hohen Drücken besteht aus einem Schraubgehäuse 1, welches in einen den Drucksensor 2 enthaltenden, vom Drucksystem durch eine druckübertragende Membrane 3 getrennten Druckraum 4 und einen durch elektrische Kontakte oder Anschlußpfosten 5 verbundenen, die zugehörige elektronische Schaltung 14 enthaltenden drucklosen Raum 6 aufgeteilt ist. Die zur Durchführung der elektrischen Kontakte vorhandenen, zur Längsachse des Schraubgehäuses 1 etwa parallel verlaufenden Bohrungen 7 sind auf einer geraden Linie liegend angeordnet. Diese Kontaktanordnung weicht von der Gerätesteckernormung vollständig ab und ermöglicht den Einbau der elektronischen Schaltung 14, welche als Verstärker-Hybrid, ausgebildet ist und zur Verstärkung der schwachen Ausgangssignale des Drucksensors 2 dient.

In der aus Figur 2 ersichtlichen Ausführungsform ist die Membrane 3 zwischen einem Ring 8 und einer Abdeckplatte 11 eingeschweißt.

Die im Gehäuse befindlichen Bohrungen 7, welche die elektrischen Kontakte oder Anschlußpfosten 5 aufnehmen, sind zur Druckabstützung bei höchsten Drücken konisch ausgebildet, wobei der Bohrungsdurchmesser zum drucklosen Raum 6 hin abnimmt. Zur druckdichten Isolierung sind die elektrischen Kontakte zur Bohrungswandung mit Hilfe einer Glasfüllung isoliert. Die Konizität beträgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 1:50.

Der Drucksensor 2 ist 'i'irf Druckraum 4 auf einem Anschlußpfosten 5 angeordnet und befestigt, welcher an seinem oberen Ende mit einem "Nagelkopf" versehen ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Drucksensor möglichst störungsfrei die Druckwellen empfangen kann, die ihm über das im Druckraum 4 befindliche Trennfluid übertragen werden.

Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, ist die Membrane 3 zwischen dem Ring 8 und einer die mechanische Beschädigungen der Membrane 3 verhindernden konisch zulaufenden Abdeckplatte 11 eingeschweißt, welche ihrerseits Bestandteil des Schraubgehäuses 1 ist.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist der durch den Ring 8, die Membrane 3 und das eigentliche Genauso 1 gebildete Zwischenraum, nämlich der Druckraum 4, mit einem chemisch inerten, elektrisch isolierenden Trennfluid gefüllt, welches eine 1:1 Druckübersetzung ermöglicht.

Tn dem Druckraum 4 sind neben dem Drucksensor 2 ein Druckschalter 13 •ind ein Temperatursensor 16 angeordnet!.. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Druckschalter 13 und der Temperatursensor 16 mit dem Boden des Gehäuses 1 im Druckraum 4 verbunden. Die elektrischen Kontakte des Drucksensors 2, des Druckschalters 13 und des Temperatursensors 16 sind jeweils durch die elektrischen Verbindungsleitungen 15 über die Anschlußpfosten 5 mit der im drucklosen Raum vorhandenen elektronischen Schaltung 14 verbunden.

Das Gehäuse 1 ist mit einem Einschraubgewinde 17 und einem darüber befindlichen Dichtungsring 18 versehen, so daß es in einen Adapter eingeschraubt werden kann.

Die Figur 3, zeigt eine Ausführungsform einer Druckjustiervorrichtung mit einer Membranbefestigung, welche sich von der Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet. Hierbei ist die Membrane 3 zwischen zwei Gehäuseringen 8 und 9 befestigt, vorzugsweise verschweißt. Die Ringe 8 und 9 sind ihrerseits mit dem Gehäuse 1 befestigt, vorzugsweise ebenfalls verschweißt, so daß sie einen festen Bestandteil des Gehäuses bilden.

Mit dem analogen Druck- und Temperatursensor nach der Erfindung werden in Verbindung mit entsprechenden Einbaumeßgeräten kontinuierlich und gleichzeitig Drücke und Temperaturen gemessen. Dabei wird die physikalische Kenngröße "Druck" mittels des piezoresistiven Drucksensors und Halbleiter-Chips 2 gemessen und in eine proportionale Kenngröße transformiert und mit einem integrierten Verstärker auf einen besonders störsicheren Signalpegel verstärkt. Die Meßbereiche er-

strecken sich bis zu Nenndrücken von 400 bar bei 100% Überlastsicherheit. Es sind Spitzendrücke bis zu 600 bar erfaßbar und der Temperaturbereich erstreckt sich von - 20⁰C bis + 120⁰C.

Durch die integrierte Anordnung des Sensorverstärkers in dem Gehäuse der Vorrichtung ergeben sich kurze elektrische Verbindungen von den Sensoren zum Verstärker, so daß noch äußerst schwache Signale empfangen und verstärkt werden können. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist daher in der Lage bereits kleinste Druck- und Temperaturänderungen kontinuierlich und störungssicher zu erfassen und auszuwerten.

- Leerseite -

Claims

EO 5942 Patentansprüche:

/ 1. ) Vorrichtung zur Messung von Drücken, insbesondere hohen Drücken, in einem hydraulischen oder pneumatischen System, vorzugsweise mit Hilfe einer piezoresistiven Druckmeßzelle und einer elektronischen Schaltung, welche in einem Gehäuse zu einer Baueinheit integriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Schraubgehäuse (9) aufweist, welches in einen den Drucksensor (2) enthaltenden, vom Drucksystem durch eine druckübertragende Membrane (3) getrennten Druckraum (4) und einen durch elektrische Kontakte oder Anschlußpfosten (5) verbundenen, die zugehörige elektronische Schaltung enthaltenden drucklosen Raum aufgeteilt ist, und daß die zur Durchführung der elektrischen Kontakte oder Anschlußpfosten (5) vorhandenen, zur Längsachse des Schraubgehäuses (9) etwa parallel verlaufende Bohrungen (7) auf einer geraden Linie liegend angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3) zwischen zwei Ringen (8 und 9) eingeschweißt ist, welche ihrerseits Bestandteil des Schraubgehäuses (1) sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrischen Kontakte oder Anschlußpfosten (5) aufnehmenden Bohrungen (7) konisch ausgebildet sind, wobei der Bohrungsdurchmesser zum drucklosen Raum hin abnimmt, und daß die elektrischen Kontakte oder Anschlußpfosten (5) zur Bohrungswandung mit Hilfe einer Glasfüllung (10) isoliert sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der die elektrischen Iontakte oder Anschlußpfosten (5) aufnehmenden Bohrungen (7) etwa" 1:50 beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3) zwischen einem Ring (8) und einer mechanische Beschädigungen der Membrane verhindernden konisch zulaufenden Abdeckplatte (11) eingeschweißt ist, welche ihrerseits Bestandteil des Schraubgehäuses (1) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Ring (8), die Membrane (3) und das
Gehäuse (1) gebildete Druckraum (4) mit einem chemisch inerten, elektrisch isolierenden Trennfluid gefüllt ist, welches eine 1:1 Druckübersotzung ermöglicht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßzell"e"'oder der Drucksensor (2) unmittelbar oder mittelbar auf der Wandung-des Druckraumes (4) des Schraubgehäuses (1) angeordnet ist, welche den Druckraum (4) vom drucklosen Raum trennt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung im drucklosen Raum des Schraubgehäuses (1) zur Verstärkung schwacher Ausgangssignale des Drucksensors '(2) als Verstärker-Hybrid ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubgehäuse (1) in einen zur Ankopplung an hyraulische oder pneumatische Systeme ausgelegten Adapter (12) einschraubbar ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Handmeßgerät ausgebildet ist.