DE3918818B4 - Drucksensor - Google Patents

Abstract

Drucksensor aus einer biegsamen, randfest eingespannten keramischen Trägerplatte, die auf der einen Seite einen metallischen Filmwiderstand als Dehnungsmeßstreifen und über dem Filmwiderstand eine keramische Isolationsschicht trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Isolationsschicht aus einer dichten keramischen Isolationsplatte (4) mit den gleichen geometrischen Abmessungen wie die Trägerplatte (1) besteht, mit dieser Trägerplatte (1) mittels einer Glaslotschicht fest verbunden ist und eine Dicke von mindestens 60 μm aufweist, wobei die Dicke der Isolationsplatte (4) nicht mehr als das 0,8-fache der Trägerplatte betragen darf.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Drucksensor aus einer biegsamen, randfest eingespannten keramischen Trägerplatte, die auf der einen Seite einen metallischen Filmwiderstand als Dehnungsmeßstreifen und über dem Filmwiderstand eine keramische Isolationsschicht trägt.
• Die biegsame keramische Trägerplatte wird in einem entsprechenden Gehäuse randfest eingespannt und von beiden Seiten mit unterschiedlichen Drucken beaufschlagt. Die Druckdifferenz ruft eine Verformung der Trägerplatte und des Dehnungsmeßstreifens hervor, aus dessen elektrischer Widerstandsänderung über externe Meßkreise die Druckdifferenz meßtechnisch bestimmt werden kann.
• Zur Druckmessung in korrosiven, abrasiven und elektrisch leitfähigen Medien ist es erforderlich, den metallischen Dehnungsmeßstreifen von diesen Medien getrennt zu halten. Dies erfolgt auf der einen Seite durch die keramische Trägerplatte, die meist aus Aluminiumoxid besteht, die ihre elastischen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen in agressiven Medien beibehält. Die andere Seite des Dehnungsmeßstreifens wird durch eine dünne keramische Isolationsschicht abgedeckt, die auf der Trägerplatte aufgebracht ist und den Dehnungsmeßstreifen vollständig bedeckt.
• Aus der DE 38 40 703 A1 ist ein gattungsgemäßer Drucksensor bekannt. Auf den dort dargestellten Dehnungsmessstreifen ist eine Isalationsschicht aufgebracht, die als Schutzschicht dient.
• Aus der DE-OS 27 41 055 ist es bekannt, den Dehnungsmeßstreifen und die Zuleitungen mit einer 2 μm bis 6 μm starken Schicht aus isolierendem Material zum Schutz gegen Korrosion und Erosion abzudecken. Diese dünne Schichten enthalten jedoch zahlreiche Poren, die die elektrische Durchschlagfestigkeit vermindern und nicht genügend stabil gegen abrasiv wirkende Teilchen im Meßmedium sind.
• In der DE-OS 37 07 077 wird vorgeschlagen, den Dehnungsmeßstreifen und die Zuleitungen durch eine Schutzschicht aus einem dielektrischen Material abzudecken, die mittels Dickfilmtechnik aufgebracht und vorzugsweise aus einem glasartigen Matrixmaterial oder einem elektrisch isolierenden Harz besteht. Diese recht dünnen Überzüge sind gegenüber korrosiven Medien chemisch unbeständig und besitzen daher nur eine beschränkte Lebensdauer. Eingebrannte Glasschichten werden z.B. von Wasserdampf angegriffen und verlieren ihre Haftfestigkeit.
• Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Drucksensor aus einer biegsamen, randfest eingespannten keramischen Trägerplatte zu schaffen, die auf der einen Seite einen metallischen Filmwiderstand als Dehnungsmeßstreifen und über dem Filmwiderstand eine keramische Isolationsschicht trägt, wobei die Isolationsschicht sehr beständig gegen korrosive und abrasive Meßmedien sein muß.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die keramische Isolationsschicht aus einer dichten keramischen Isolationsplatte mit den gleichen geometrischen Abmessungen wie die Trägerplatte besteht,
  mit dieser Trägerplatte fest verbunden ist und eine Dicke von mindestens 60 μm aufweist, wobei die Dicke der Isolationsplatte nicht mehr als das 0,8-fache der Trägerplatte betragen darf.
• Die Dicke dieser Isolationsplatte darf nicht mehr als das 0,8-fache der Dicke der Trägerplatte sein, da das Dickenverhältnis dieser beiden keramischen Platten die Dehnung festlegt, die auf den Dehnungsmeßstreifen wirkt. Je unterschiedlicher dick die beiden Platten sind, desto empfindlicher ist der Drucksensor. Andererseits muß die Isolationsplatte mindestens eine Dicke von 60 μm aufweisen, da darunter die elektrische Durchschlagfestigkeit, der korrosive und der abrasive Schutz nicht ausreichend sind.
• Die Befestigung der Isolationsplatte auf der Trägerplatte bzw. dem Dehnungsmeßstreifen kann mit Hilfe eines Glaslotes oder direkt durch Laminieren und Sintern von Keramikfolien erfolgen.
• Beispielsweise wird auf der Filmwiderstandsseite der keramischen Trägerplatte ganzflächig mittels Siebdrucktechnik eine wenige μm dicke Glaslotschicht aufgetragen und eingebrannt. Anschließend wird die keramische Isolationsplatte aufgelegt und in einem zweiten Temperaturschritt unter Erweichung des Glaslots befestigt. Die Dicke des Glaslots muß hierbei in die Dickenverhältnisbeziehung zur keramischen Isolationsplatte hinzugezählt werden, da sie das Dehnungsverhalten beeinflußt.
• Die keramische Isolationsplatte kann auch aus Keramikfolien aufgebaut werden, die neben dem Keramikmaterial ein organisches Bindemittel enthalten, das bei höherer Temperatur entweicht und das Keramikmaterial zusammensintern lässt. Entsprechend der gewünschten Dicke der Isolationsplatte werden mehrere Keramikfolien übereinanderlaminiert.
• Die erfindungsgemäße keramische Isolationsplatte besitzt eine sehr geringe Porosität und damit eine große elektrische Durchschlagfestigkeit. Außerdem ist sie sehr beständig gegen mechanischen Abrieb und chemischen Angriff durch das Meßmedium.
• Die Abbildung zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors. Auf einer Trägerplatte (1) aus Keramik ist der metallische Dehnungsmeßstreifen (2) aufgebracht. Mit dieser Trägerplatte (1) ist über ein Glaslot (3) die keramische Isolationsplatte (4) haftfest verbunden.

Claims (1)

1. Drucksensor aus einer biegsamen, randfest eingespannten keramischen Trägerplatte, die auf der einen Seite einen metallischen Filmwiderstand als Dehnungsmeßstreifen und über dem Filmwiderstand eine keramische Isolationsschicht trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Isolationsschicht aus einer dichten keramischen Isolationsplatte (4) mit den gleichen geometrischen Abmessungen wie die Trägerplatte (1) besteht, mit dieser Trägerplatte (1) mittels einer Glaslotschicht fest verbunden ist und eine Dicke von mindestens 60 μm aufweist, wobei die Dicke der Isolationsplatte (4) nicht mehr als das 0,8-fache der Trägerplatte betragen darf.