DE3313260A1 - Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Sensorsensor
Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Drücken, insbesondere hohen Drücken, und Temperaturen 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. Description: The invention relates to a device for measuring of pressures, especially high pressures, and temperatures in a hydraulic or pneumatic system, preferably with the help of a piezoresistive pressure measuring cell and an electronic circuit, which in a housing to form a structural unit is integrated.
Die im Laufe der schnellen technischen Entwicklung komplexer werdenden hydraulischen Systeme stellen zunehmend höhere Anforderungen an die erforderliche Genauigkeit und Schaltgeschwindigkeit der angeschlossenen Systeme. Flieraus ergibt sich die Forderung nach Druck- und Temperaturmeßverfahren, welche nicht nur die aktuellen Mcßwerte 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 Scbwierigkeitsgrad bestimmter Messungen nicht gerecht werden, bieten elektronische Meßeinrichtungen kontinuierliche Meßwertaufnahme und schnelle Verarbeitung der Signale bei hoher Meßgenauigkeit. Those that become more complex in the course of rapid technical development hydraulic systems make increasingly higher demands on the required Accuracy and switching speed of the connected systems. Flieraus results the demand for pressure and temperature measurement methods, which not only the continuously report current measurement values to the electronic circuit, rather occurring faults in the system at an early stage, d. H. display immediately as they arise. In contrast to conventional pressure gauges, which are usually only read at intervals and often do not do justice to the degree of difficulty of certain measurements, electronic measuring devices offer continuous recording of measured values and fast Processing of signals with high measurement accuracy.
Bei den bisher bekannten Druck-Meßzellen der eingangs aufgeführten Art wird das zur Druckaufnahme verwendete piczoresistive Halbleiterelement (Silicium-Chip) mit Hilfe von Bond-Drähten an entsprechende Kontakte angeschlossen. Das gesamte Sensorgeiü'use besteht dabei aus einem von der llalbleiLertechnik her genormten Gehäuse, ähnlich wie diese für Transistoren, Operationsverst,irker o(ler dergleis11cn verwender werden. In the previously known pressure measuring cells, those listed at the beginning Type is the piczoresistive semiconductor element (silicon chip) used to absorb pressure connected to appropriate contacts with the help of bond wires. The entire The sensor housing consists of one standardized by lead technology Housing, similar to these for transistors, operational amplifiers, o (ler dergleis11cn become a user.
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 M((ßvcrfälschung zur Folge hat. The standardized housings are not suitable for use because of their design suitable for measuring high and extremely high pressures, as the pressure influence of the Housing an M ((ßfalsification results.
Ferner halten die Gehäuse höchsten zu messenden Drücken nicht stand, sondern sind Deformationen unterworfen.Furthermore, the housings do not withstand the highest pressures to be measured, but are subject to deformations.
Ein Drucksensor weist eine thermische DriEL auf, welche durch Messung der Temperatur und Kempensation des Drucksensors beseitigt werden kann. A pressure sensor has a thermal DriEL, which by measurement the temperature and compensation of the pressure sensor can be eliminated.
Insbesondere bei schnellen Temperaturätiderungen ist es daher von besonderer Bedeutung den Drucksensor auch Icontinuierlich zu kompensierett.It is therefore of particular use in the case of rapid temperature afflictions It is particularly important to continuously compensate the pressure sensor.
Bisher wird die Temperatur bei einer l)ruckmessung in einem hydraulischen oder pneumatischen System gesondert gemessen und zur Kompensation in bestimmten Temperaturintervallen für die Druckmeßsonde verwendet. Hierdurch treten einmal Fehler auf, weil die Temperaturmessung nicht unmittelbar am Orte der Druckmessung erfolgt und zum anderen weil schnelle Temperaturänderungen, welche nicht am Ort der Druckmessung ermittelt werden, nur mit einer Phasenverschiebung berücksichtigt werden können. Auch dies ergibt wiederum Falschmessungen. Ferner bedingen die Temperaturintervalle eine zu ungenaue Kompensation. So far, the temperature has been measured with a hydraulic pressure or pneumatic system measured separately and for compensation in certain Temperature intervals used for the pressure measuring probe. This causes errors once because the temperature measurement does not take place directly at the location of the pressure measurement and on the other hand, because of rapid temperature changes, which are not at the location of the pressure measurement can only be taken into account with a phase shift. This, in turn, also results in incorrect measurements. Furthermore, the temperature intervals determine too imprecise compensation.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art anzugeben, welche zur Messung hoher Drücke und gleichzeitig von Temperaturen geeignet ist, wobei die Meßgenauigkeit durch eine kontinuierliche Temperaturkompensation erheblich gesteigert werden soll. The invention is therefore based on the object of a device of Specify the type listed at the beginning, which for measuring high pressures and at the same time of temperatures is suitable, the measurement accuracy by a continuous Temperature compensation should be increased significantly.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art ein Schraubgehäuse aufweist, welches in einen den Drucksensor enthaltenden, vom Drucksystem durch eine druckübertragende Membrane getrennten Druckraum und einen durch Bohrungen zur Aufnahme elektrischer Kontakte oder Anschlußpfosten verbundenen, die zugehörige elektronische Schaltung enthaltenden drucklosen Raum aufgeteilt ist, und daß der Druckraum einen Temperatursensor entholt, welcher ebenfalls mit der elektronischen Schaltung verbunden ist, wobei die im Druckraum und damit im System vorherrschende Temperatur fortlaufend meßbar und der Meßwert gleichzeitig zur Temperaturkompensation des Drucksensors verwertbar ist. The solution to this problem is according to the invention that the device of the type mentioned has a screw housing which into a pressure sensor containing the pressure system through a pressure transmitting one Membrane separate pressure chamber and a through holes for receiving electrical Contacts or connecting posts connected to the associated electronic circuit containing pressureless space is divided, and that the pressure chamber has a temperature sensor entholt, which is also connected to the electronic circuit, wherein the temperature prevailing in the pressure chamber and thus in the system can be continuously measured and the measured value can be used simultaneously for temperature compensation of the pressure sensor is.
Gemäß der Erfindung ist die Druckmeßzelle und die Temperaturmeßzelle unmittelbar oder mittelbar auf der Wandung des Schraubgehäuses angeordnet, welche den Druckraum vom drucklosen Raum trennt. According to the invention is the pressure measuring cell and the temperature measuring cell arranged directly or indirectly on the wall of the screw housing, which separates the pressure space from the unpressurized space.
Die elektronische Schaltung im drucklosen Raum des Schraubgehäuses ist zur Verstärkung schwacher Ausgangssignale des Drucksensors und des Temperatursensors in Weiterbildung der Erfindung als Verstärker-Hybrid ausgebildet ist, welche gleichzeitig eine Temperatur-Kompensationsschaltung zur Kennlinienkorrektur des Drucksensors aufweist. The electronic circuit in the pressureless space of the screw housing is used to amplify weak output signals from the pressure sensor and the temperature sensor in a further development of the invention is designed as an amplifier hybrid, which simultaneously a temperature compensation circuit for correcting the characteristic curve of the pressure sensor having.
Die die elektrischen Kontakte aufnehmenden Bohrungen sind in vorteilhafter Weise zur Druckabstützung bei höchsten Dicken konisch ausgebildet, wobei der Bohrungsdurchmesser zum drucklosen Raum hin abnimmt; ferner sind die elektrischen Kontakte zur Bohrungswandung mit Hilfe einer Glasfüllung isoliert. The bores receiving the electrical contacts are more advantageous Way to support pressure at the highest thicknesses conical, the bore diameter decreases towards the pressureless space; furthermore are the electrical contacts to the bore wall isolated with the help of a glass filling.
Das Schraubgehäuse ist ferner in vorteilhafter Weise in einen zur Ankopplung an hyraulische oder pneumatische Systeme ausgelegten Adapter einschraubbar ausgebildet. The screw housing is also advantageously in a to Coupling to hydraulic or pneumatic systems, adapters can be screwed in educated.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung als Handmeßgerät ausgebildet. In one embodiment of the invention, the device is a hand-held measuring device educated.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung ferner durch ein Verfahren zur Messung von hohen Driicken und Temperaturen mit Hilfe der eingangs aufgeführten Vorrichtung, wobei die von dem Temperatursensor kontinuierlich gemessenen Temperaturwerte zur fortlaufenden Kompensation des Temperaturfehlers des Drucksensors und gleichzeitig zur Abgabe eines verstärlcten Temperaturausgangssignals verwendet wird. The problem posed is also achieved according to the invention by a method for measuring high pressures and temperatures with the aid of the Device listed at the outset, the temperature sensor continuously measured temperature values for continuous compensation of the temperature error of the pressure sensor and at the same time to provide an amplified temperature output signal is used.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Hierbei zeigen: I:T(;II1( 1 einen Querschnitt durch das tictlrz Schraubgehäuse, und FlCUi 2 einen teilweisen 1,.ingsschllitt n(l( h In zur 1.The invention is described in more detail with reference to the drawing. Here show: I: T (; II1 (1 a cross section through the tictlrz screw housing, and FlCUi 2 a partial 1, .ingsschllitt n (l (h In to 1.
Die Vorrichtung zur Messung von hohen Drii<;ken und Temperaturen bestelll aus einem Scllrnubgchäusc 1, welche; in einen den Drucksensor 2 und den Temperatursensor 16 cnthalLcndcn, vom 1)rucksystem durch eine druclcübertragerlde Membrane 3 getrenntell Druckraum 4 und einen durch elektrische Kontakte oder Anschlußpfosten r) 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. The device for measuring high pressures and temperatures order from a package 1, which; into one the pressure sensor 2 and the Temperature sensor 16 cnthalLcndcn, from the 1) pressure system through a pressure transducer Membrane 3 separated pressure chamber 4 and one through electrical contacts or connection posts r) connected, the associated electronic circuit 14 containing pressureless Room 6 is divided. The existing for the implementation of the electrical contacts, Bores 7 running approximately parallel to the longitudinal axis of the screw housing 1 are arranged lying on a straight line. This contact arrangement differs from the Device plug standardization and enables the installation of the electronic Circuit 14, which is designed as an amplifier hybrid and for amplifying the weak output signals of the pressure sensor 2 is used.
In der aus Figur 2 ersichtlichen Ausführungsform ist die Membrane 3 zwischen einem Ring 8 und einer Abdeckplatte 11 eingeschweißt. In the embodiment shown in FIG. 2, the membrane is 3 welded between a ring 8 and a cover plate 11.
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 Glas füllung isoliert. Die Konizität beträgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 1:50. The holes 7 in the housing, which the electrical Contacts or connecting posts 5 are used to support the pressure at the highest Pressing is conical, with the bore diameter facing the pressureless space 6 decreases towards. The electrical contacts to the bore wall are used for pressure-tight insulation insulated with the help of a glass filling. The conicity is the one shown here Embodiment 1:50.
Der Drucksensor 2 ist im 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. The pressure sensor 2 is in the pressure chamber 4 on a connection post 5 arranged and fastened, which is provided at its upper end with a "nail head" is. This measure ensures that the pressure sensor is as free from interference as possible can receive the pressure waves that it receives via the separating fluid located in the pressure chamber 4 be transmitted.
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. As can be seen from Figure 2, the membrane 3 is between the ring 8 and one that prevents mechanical damage to the membrane 3 tapered cover plate 11 welded in, which in turn is part of the of the screw housing 1 is.
Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist der durch den Ring 8, die Membrane 3 und das eigentliche Gehäuse 1 gebildete Zwischenraum, nämlich der Druckraum 4, mit einem chemisch inerten, elektrisch isolierenden Trennfluid gefüllt, welches eine 1:1 Druckübersetzung ermöglicht. As has already been stated above, that is through the ring 8, the Membrane 3 and the actual housing 1 formed space, namely the pressure space 4, filled with a chemically inert, electrically insulating separating fluid, which enables a 1: 1 pressure ratio.
In dem Druckraum 4 ist neben dem Drucksensor 2 und dem Temperatursensor 16 ein Druckschalter 13 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. In the pressure chamber 4 is next to the pressure sensor 2 and the temperature sensor 16 a pressure switch 13 is arranged. In the embodiment shown here the pressure switch 13 and the temperature sensor 16 are connected to the bottom of the housing 1 connected in the pressure chamber 4. The electrical contacts of the pressure sensor 2, the pressure switch 13 and the temperature sensor 16 are each through the electrical connecting lines 15 via the connection post 5 with the electronic present in the depressurized space Circuit 14 connected.
Das Gehäuse 1 ist mit einem Einschraubgewinde 17 und einem darüber befindlichen Dichtungsring 18 versehen, so daß es in einen Adapter eingeschraubt werden kann. The housing 1 has a screw-in thread 17 and one above it provided sealing ring 18 so that it is screwed into an adapter can be.
Mit dem analogen Druck- und Temperat ursensor nach der Erfindung werden in Verbindung mit entsprechenden 1L.Iibaumeßgeräten kontinuierlich und gleichzeitig Drücke und Temperaturen gemessen. Dabei wird die physikalische Kenngröße "Druck" mittels des piezoresistiven Drücke sensors und Halbleiter-Chips 2 gemessen und in eine proportionale Kenngröße transformiert und mit einem integrierten Verstärker auf einen besonders störsicheren Signalpegel verstärkt. Die Meßbereiche erstrecken sich bis zu Nenndrücken von 400 bar bei 100% Überlastsicherheit. Es sind Spitzendrücke bis zu 600 bar erfaßbar und der Temperaturbereich erstreckt sich von - 200(; bis + 1200C. With the analog pressure and temperature sensor according to the invention are continuously and simultaneously in connection with the corresponding 1L.Iibaumeßgeräte Pressures and temperatures measured. The physical parameter "pressure" measured by means of the piezoresistive pressure sensor and semiconductor chip 2 and in a proportional parameter transformed and with an integrated amplifier amplified to a particularly interference-free signal level. The measuring ranges extend up to nominal pressures of 400 bar with 100% overload protection. There are peak pressures up to 600 bar can be recorded and the temperature range extends from - 200 (; to + 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. Due to the integrated arrangement of the sensor amplifier in the housing the device results in short electrical connections from the sensors to Amplifier, so that extremely weak signals can be received and amplified can. The device according to the invention is therefore capable of even the smallest To record pressure and temperature changes continuously and fail-safe and to evaluate.
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Claims (7)
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