DE3937205A1 - Physical parameter e.g. pressure measuring device - with temp. measuring device at active region - Google Patents
Physical parameter e.g. pressure measuring device - with temp. measuring device at active regionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Erfassung einer physi kalischen Größe mit einem Meßfühler und zwei metallischen Elektroden. Derartige Meßeinrichtungen werden zur Erfassung einer Vielzahl physi kalischer Größen eingesetzt, beispielsweise Druck, Länge, pH-Wert, elektrische Spannung, und dergleichen. Je nach Ausbildung der Meßein richtung werden physikalische Effekte des Meßfühlers ausgenutzt, die auf die zu messende Größe schließen lassen.The invention relates to a measuring device for detecting a physi calical size with a sensor and two metallic electrodes. Such measuring devices are used to detect a variety of physi Kalische sizes used, for example pressure, length, pH value, electrical voltage, and the like. Depending on the training of the Messein direction physical effects of the sensor are exploited, which on close the size to be measured.
Allerdings ändern sich bei zahlreichen Meßfühlern deren Eigenschaften nicht nur in Abhängigkeit von der zu messenden Größe, sondern darüber hinaus auch in Abhängigkeit von der Temperatur. Um hieraus entstehende Fehler zu erkennen beziehungsweise den Temperatureinfluß auf die Messung zu kompensieren, muß entweder die Temperatur konstant gehalten oder kom pensiert werden, was jedoch in vielen Fällen aufgrund des Meßproblems nicht möglich ist, oder aber die Temperatur getrennt gemessen werden. Dies läßt sich grundsätzlich durch einen weiteren, auf den vorliegenden Temperaturbereich abgestimmten Temperaturmeßfühler oder -sensor errei chen, stößt jedoch in der Praxis häufig auf Schwierigkeiten.However, the properties of numerous sensors change not only depending on the size to be measured, but above it also depending on the temperature. To emerge from this Detect errors or the temperature influence on the measurement to compensate, the temperature must either be kept constant or com be pensated, which in many cases due to the measurement problem is not possible, or the temperature can be measured separately. This can basically be done by another, on the present one Achieved temperature range coordinated temperature sensor or sensor However, it often encounters difficulties in practice.
Zunächst einmal ist in vielen Fällen eine Temperaturmessung in unmittel barer Nähe des Meßfühlers für die eigentlich interessierende physikali sche Größe nicht möglich, da die Messung der physikalischen Größe durch einen weiteren Sensor beeinflußt werden kann. Darüber hinaus benötigt der Temperatursensor einen bestimmten Raum, der häufig dort nicht zur Verfügung steht, wo die eigentlich interessierende physikalische Größe gemessen werden soll, beispielsweise im Falle von Druckmessungen, bei denen in den seltensten Fällen am Ort der Druckmessung noch ein zusätz licher Temperatursensor angeordnet werden kann.First of all, in many cases a temperature measurement is immediate close proximity of the sensor for the physi size is not possible because the physical size is measured by another sensor can be influenced. Beyond that needed the temperature sensor a certain room that is often not there Is available where the physical quantity that is actually of interest should be measured, for example in the case of pressure measurements, at which in the rarest of cases an additional one at the location of the pressure measurement Licher temperature sensor can be arranged.
Darüber hinaus können in der Hinsicht Probleme auftauchen, daß bei einer sich zeitlich schnell ändernden physikalischen Größe kein Temperatursen sor zur Verfügung steht, der ebenso schnell der sich ändernden Tempera tur folgt.In addition, problems may arise in that rapidly changing physical size no temperature changes sor is available, which just as quickly changes the tempera door follows.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß - über die voranstehend angegebenen Probleme hinaus - durch eine getrennte Tempera turmessung mit einem Temperatursensor in den seltensten Fällen tatsäch lich die Temperatur dort gemessen wird, wo sie eigentlich interessiert, nämlich direkt am Ort des Meßfühlers für die zu erfassende physikalische Größe, beispielsweise den Druck. Zwar mißt der Temperatursensor eine Temperatur, jedoch nicht unbedingt die Temperatur am eigentlich interes sierenden Ort, nämlich dem Ort des Meßfühlers für die physikalische Größe.The present invention is based on the knowledge that - about the problems mentioned above - by a separate tempera door measurement with a temperature sensor in the rarest cases actually the temperature is measured where it actually interests you, namely directly at the location of the sensor for the physical to be detected Size, for example the print. The temperature sensor measures one Temperature, but not necessarily the temperature that is actually of interest sizing location, namely the location of the sensor for the physical Size.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zur Ver fügung zu stellen, welche direkt die Bestimmung des Temperatureinflusses auf den Meßfühler für die interessierende physikalische Größe gestattet.The invention has for its object a measuring device for Ver to provide, which directly determines the influence of temperature allowed on the sensor for the physical quantity of interest.
Die Aufgabe wird durch eine Meßeinrichtung zur Erfassung einer physika lischen Größe, beispielsweise des Drucks, gelöst, die einen Meßfühler zur elektrischen Bestimmung der physikalischen Größe und zwei elektrisch leitende Elektroden des Meßfühlers aufweist, wobei im aktiven Bereich des Meßfühlers eine elektrische Temperaturmeßeinrichtung ausgebildet ist.The task is performed by a measuring device for recording a physica lischen size, for example the pressure, solved a sensor for electrical determination of the physical quantity and two electrical Has conductive electrodes of the sensor, being in the active area of the sensor, an electrical temperature measuring device is formed is.
Hierdurch wird sichergestellt, daß direkt im aktiven Bereich, in welchem der Meßfühler auf die zu erfassende physikalische Größe anspricht, gleichzeitig die Temperatur gemessen werden kann. This ensures that directly in the active area, in which the sensor responds to the physical quantity to be recorded, at the same time the temperature can be measured.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im aktiven Bereich eine auf einer der Elektroden angebrachte Zusatzelek trode zur Ausbildung einer elektrischen Temperaturmeßeinrichtung vor gesehen. Die ohnehin für den Meßfühler erforderliche eine Elektrode wird daher zusammen mit der Zusatzelektrode als elektrische Temperaturmeß einrichtung genutzt. Vorteilhafterweise bilden die Elektrode und die Zusatzelektrode ein Thermoelement. Falls sich die Zusatzelektrode im wesentlichen über den gesamten Verlauf der Elektrode erstreckt, so ist dies zwar herstellungstechnisch besonders einfach, allerdings führt diese starke Überlappung, nämlich sowohl im aktiven Bereich des Meß fühlers als auch darüber hinaus, dazu, daß bei einem starken Temperatur gradienten die Temperatur nicht nur im eigentlichen interessierenden aktiven Bereich, sondern über den gesamten Verlauf des Meßfühlers gemes sen wird. Beim Auftreten starker Temperaturgradienten wird daher vor zugsweise eine Ausführungsform der Erfindung eingesetzt, bei welcher sich die Elektrode und die Zusatzelektrode, die zusammen das Thermoele ment bilden, nur im aktiven Bereich des Meßfühlers überlappen.According to a particularly advantageous embodiment of the invention active area an additional electrode attached to one of the electrodes trode to form an electrical temperature measuring device seen. An electrode that is required for the sensor anyway therefore together with the additional electrode as an electrical temperature measurement facility used. Advantageously, the electrode and the Additional electrode a thermocouple. If the additional electrode in the extends essentially over the entire course of the electrode this is particularly simple in terms of production technology, but leads this strong overlap, namely both in the active area of the measurement feelers as well as beyond that at a strong temperature gradient the temperature not only in the actual interest active area, but measured over the entire course of the sensor will. When strong temperature gradients occur, therefore, before preferably used an embodiment of the invention, in which the electrode and the additional electrode, which together form the thermocouple Form ment, only overlap in the active area of the sensor.
Statt ein Thermoelement auszubilden können die Elektrode und die Zusatz elektrode zusammen auch einen Widerstands-Temperatursensor bilden. Um auch in diesem Fall sicherstellen zu können, daß nur eine Messung im eigentlich interessierenden aktiven Bereich des Meßfühlers erfolgt, weist vorteilhafterweise die Zusatzelektrode im aktiven Bereich des Meß fühlers einen dessen eine Elektrode im wesentlichen umschließenden Be reich auf.Instead of forming a thermocouple, the electrode and the additive can Electrode together also form a resistance temperature sensor. Around in this case too, to be able to ensure that only one measurement in the active area of the sensor that is actually of interest, advantageously has the additional electrode in the active area of the measurement feelers one of which essentially surrounds an electrode get rich.
Besondere Vorteile bietet die erfindungsgemäße Anordnung dann, wenn der Meßfühler eine Meßfühlerfolie aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufweist. Eine derartige Meßfühlerfolie weist auf jeder Seite je eine Elektrode auf, und dies läßt dem Konstrukteur große Freiheiten bei der Art der Anbringung der Zusatzelektrode.The arrangement according to the invention offers particular advantages if the Sensor has a sensor film made of polyvinylidene fluoride (PVDF). Such a sensor foil has one electrode on each side on, and this gives the designer great freedom in the type of Attachment of the additional electrode.
Allerdings kann der Meßfühler auch ein Druckmeßfühler aus einem Quarz körper mit an dessen beiden Enden angebrachten Elektroden sein, und auf einer seiner Elektroden eine Zusatzelektrode aufweisen. However, the sensor can also be a quartz pressure sensor body with electrodes attached to both ends thereof, and on one of its electrodes has an additional electrode.
Es ist ebenfalls möglich, einen vorzugsweise als Druckmeßfühler mit einem Quarzkörper ausgebildeten Meßfühler mit an dessen beiden Enden angebrachten Elektroden vorzusehen, wobei an eine dieser Elektroden ein Temperaturmeßwiderstand angeschlossen ist.It is also possible to use one preferably as a pressure sensor a quartz body formed sensor with at both ends Provide attached electrodes, one of these electrodes Temperature measuring resistor is connected.
Vorzugsweise sind in sämtlichen voranstehend beschriebenen Fällen die Elektroden und/oder die Zusatzelektrode des Meßfühlers als vorzugsweise aufgesputterte dünne Metallfilme ausgebildet.Preferably, in all of the cases described above, the Electrodes and / or the additional electrode of the sensor as preferred sputtered thin metal films formed.
Beispielsweise kann die Elektrode als Kaltleiter ausgebildet sein, also aus einem reinen Material bestehen wie vorzugsweise Platin, aber auch Nickel oder Kupfer, bei welchen der elektrische Widerstand mit der Tem peratur anwächst. Ebenso kann aber auch für die Elektrode zumindest im aktiven Bereich des Meßfühlers ein Material auf Oxidbasis zur Ausbil dung eines Heißleiters vorgesehen werden, bei welchem der Widerstand mit steigender Temperatur sinkt.For example, the electrode can be designed as a PTC thermistor, that is consist of a pure material, such as preferably platinum, but also Nickel or copper, in which the electrical resistance with the tem temperature increases. But also for the electrode at least in active area of the sensor a material based on oxide for training a thermistor can be provided, in which the resistance with rising temperature drops.
Zur Ausbildung der Temperaturmeßeinrichtung als Thermoelement werden das Material der Elektrode und der Zusatzelektrode so aufeinander abge stimmt, wie es an sich für Thermoelemente bekannt ist. Thermoelemente gestatten eine besonders trägheitsarme Messung auch von sich zeitlich schnell ändernden Temperaturen und sind daher besonders für derartige Anwendungsfälle geeignet, bei denen sich die eigentlich interessierende physikalische Größe, beispielsweise der Druck, schnell ändert.To form the temperature measuring device as a thermocouple Material of the electrode and the additional electrode so abge true, as it is known for thermocouples. Thermocouples allow a particularly low-inertia measurement of its own time rapidly changing temperatures and are therefore particularly suitable for such Suitable applications in which the actually interested physical size, such as pressure, changes quickly.
Hiermit steht im Zusammenhang, daß vorzugsweise als Meßfühler zur Messung insbesondere sich zeitlich schnell ändernder Drucke ein piezo elektrischer Druckmeßfühler eingesetzt wird. Derartige Druckmeßfühler können sowohl hohe Drucke im Bereich von kbar und - etwa für Ultra schallmessungen - niedrige Drucke im Bereich von mbar messen. Der Meß fühler kann, wie voranstehend erwähnt wurde, eine Meßfühlerfolie aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufweisen, oder einen Druckmeßfühler aus einem Quarzkörper, etwa mit zwei an dessen beiden Enden angebrachten Elektroden.This is related to the fact that preferably as a sensor for Measurement, in particular, of rapidly changing pressure of a piezo electrical pressure sensor is used. Such pressure sensors can handle both high pressures in the range of kbar and - for example for Ultra sound measurements - measure low pressures in the range of mbar. The meas sensor can, as mentioned above, a sensor foil Have polyvinylidene fluoride (PVDF), or a pressure sensor a quartz body, approximately with two attached at both ends Electrodes.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Aus führungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. The invention is described below with reference to drawings management examples explained in more detail from which further advantages and Characteristics emerge.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 in Fig. 1a eine Aufsicht und in Fig. 1b eine Seitenansicht eines Druckmeßfühlers nach dem Stand der Technik; Fig. 1 in Figure 1a is a plan view and Figure 1b is a side view of a pressure sensor according to the prior art..;
Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Druckmeßfühlers mit integriertem Temperaturmeßfühler gemäß einer ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung; FIG. 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a pressure sensor with an integrated temperature sensor according to a first embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung; . Fig. 3 is a representation corresponding to Figure 2 a second embodiment of the present invention;
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Pt-Meßwiderstand, wobei Fig. 4a eine Aufsicht und Fig. 4b einen Schnitt entlang der in Fig. 4a angegebenen Schnittlinie zeigt; FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention with a Pt measuring resistor, FIG. 4a showing a plan view and FIG. 4b a section along the section line indicated in FIG. 4a;
Fig. 5 eine vierte Ausführungsform der Erfindung mit einem Temperatur meßfühler, der im gleichen Gehäuse angeordnet ist wie ein Druckmeßfühler, jedoch von diesem getrennt; Fig. 5 shows a fourth embodiment of the invention with a temperature sensor, which is arranged in the same housing as a pressure sensor, but separated from this;
Fig. 6 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 6 shows a fifth embodiment of the present invention;
Fig. 7 eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Fig. 7 shows a sixth embodiment of the present invention; and
Fig. 8 eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 8 shows a seventh embodiment of the present invention.
In Fig. 1 ist ein piezoelektrischer Druckmeßfühler nach dem Stand der Technik dargestellt, und zwar in Fig. 1a in einer Aufsicht und in Fig. 1b in einer Seitenansicht. Der bekannte Meßfühler weist eine Folie 4 aus PVDF auf, auf deren Oberseite eine erste Elektrode 2 und auf deren Unterseite eine zweite Elektrode 3 angeordnet ist. Wie aus Fig. 1b her vorgeht, ist das eigentliche aktive Volumen oder der aktive Bereich, in welchem die Druckmessung stattfindet, in dem Überlappungsbereich der Elektroden 2, 3 angeordnet. Anschlußleitungen für die metallischen Elektroden 2, 3 sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Die in Fig. 1 gezeigte Meßeinrichtung ist, wie eingangs erwähnt wurde, aufgrund nicht feststellbarer Temperatureinflüsse ungenau; hier soll die vorliegende Erfindung Abhilfe schaffen. In Fig. 1, a piezoelectric pressure sensor is shown according to the prior art, in Fig. 1 in a plan view and in Fig. 1b in a side view. The known sensor has a film 4 made of PVDF, on the top of which a first electrode 2 and on the underside of which a second electrode 3 is arranged. As is evident from FIG. 1b, the actual active volume or the active area in which the pressure measurement takes place is arranged in the overlap area of the electrodes 2 , 3 . Connection lines for the metallic electrodes 2 , 3 are not shown in FIG. 1. The measuring device shown in FIG. 1 is, as mentioned at the beginning, inaccurate due to undetectable temperature influences; the present invention is intended to remedy this.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Meßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und zwar in Fig. 2a in einer Aufsicht und in Fig. 2b in einer Seitenansicht. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geht aus von dem in Fig. 1 dargestellten Stand der Technik. FIG. 2 shows a first embodiment of a measuring device according to the present invention, specifically in FIG. 2a in a top view and in FIG. 2b in a side view. This embodiment of the present invention is based on the prior art shown in FIG. 1.
Die in Fig. 2 dargestellte Meßeinrichtung weist eine erste metalli sche Elektrode 12, eine zweite metallische Elektrode 13 und eine dazwi schen angeordnete Meßfühlerfolie 14 aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) auf und unterscheidet sich insoweit nicht vom Stand der Technik. Gemäß der Erfindung ist eine Zusatzelektrode 10 vorgesehen, die ebenfalls aus Metall besteht (wie die Elektroden 12, 13), und im wesentlichen parallel zur Elektrode 12 verläuft, jedoch diese im aktiven Bereich 15 überdeckt. Die Form der Elektroden kann den jeweiligen Erfordernissen angepaßt sein, die Parallelität ist für die Funktion nicht erforderlich.The measuring device shown in FIG. 2 has a first metallic electrode 12 , a second metallic electrode 13 and an intermediate sensor foil 14 made of polyvinylidene fluoride (PVDF) and in this respect does not differ from the prior art. According to the invention, an additional electrode 10 is provided, which also consists of metal (like the electrodes 12 , 13 ) and runs essentially parallel to the electrode 12 , but covers it in the active region 15 . The shape of the electrodes can be adapted to the respective requirements, the parallelism is not necessary for the function.
Die Elektroden 10, 12 bilden zusammen eine elektrische Temperaturmeß einrichtung aus. Je nach Material der Elektrode 12 beziehungsweise der Zusatzelektrode 10 kann die Temperaturmeßeinrichtung 10, 12 beispiels weise als Thermoelement oder aber als Widerstandstemperatursensor ausge bildet sein. Die Elektroden, insbesondere die Elektrode 12 und die Zu satzelektrode 10, sind vorzugsweise in einem Sputteringverfahren auf die Meßfühlerfolie 14 aufgedampft. Hierdurch werden gut reproduzierbare Ei genschaften der Temperaturmeßeinrichtung 10, 12 erhalten. Dadurch, daß sich die Elektrode 12 und die Zusatzelektrode 10 nur im aktiven Bereich 15 überlappen, ist sichergestellt, daß die Temperaturmessung genau dort und nur dort stattfindet, wo die Messung der physikalischen Meßgröße, nämlich des Druckes, stattfindet.The electrodes 10 , 12 together form an electrical temperature measuring device. Depending on the material of the electrode 12 or the additional electrode 10 , the temperature measuring device 10 , 12 can be formed, for example, as a thermocouple or as a resistance temperature sensor. The electrodes, in particular the electrode 12 and the set electrode 10 , are preferably vapor-deposited onto the sensor foil 14 in a sputtering process. Characterized easily reproducible egg properties of the temperature measuring device 10 , 12 are obtained. The fact that the electrode 12 and the additional electrode 10 overlap only in the active region 15 ensures that the temperature measurement takes place exactly there and only where the measurement of the physical measured variable, namely the pressure, takes place.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung. Die in Fig. 3 gezeigte Meßeinrichtung weist eine Meßfühlerfolie 34, eine erste Elektrode 32 und eine zweite Elektrode 33 auf und bildet so einen piezo elektrischen Drucksensor. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, sich über den überwiegenden Bereich der Elektrode 32 erstreckend, eine auf dieser angeordnete Zusatzelektrode 31 vorgesehen.Another embodiment of the present invention is shown in FIG. 3, in a representation corresponding to FIG. 2. The measuring device shown in FIG. 3 has a sensor foil 34 , a first electrode 32 and a second electrode 33 and thus forms a piezoelectric pressure sensor. According to the present invention, an additional electrode 31 arranged thereon is provided, extending over the predominant area of the electrode 32 .
Weiterhin sind in Fig. 3b eine Anschlußleitung 37 für die Elektrode 33, eine Anschlußleitung 38 für die Elektrode 32 und eine Anschlußleitung 36 für die Zusatzelektrode 31 dargestellt. Der aktive Bereich der Meßein richtung, in welchem die Druckmessung stattfindet, ist mit der Bezugs ziffer 35 bezeichnet.Further, a connection line 37 for the electrode 33, a lead 38 for the electrode 32 and a lead 36 are illustrated in Fig. 3b for the auxiliary electrode 31. The active area of the measuring device, in which the pressure measurement takes place, is designated by the reference number 35 .
Aufgrund der Tatsache, daß sich die Zusatzelektrode 31 über den im we sentlichen gesamten Verlauf der Elektrode 32 erstreckt, ist die Anord nung aus der Elektrode 32 und der Zusatzelektrode 31 nicht als Wider standstemperatursensor geeignet, sondern als Thermoelement ausgebildet. Dies wird durch entsprechende Materialwahl der Elektrode 32 einerseits und der Zusatzelektrode 31 andererseits erreicht.Due to the fact that the additional electrode 31 extends over the substantially entire course of the electrode 32 , the arrangement of the electrode 32 and the additional electrode 31 is not suitable as a resistance temperature sensor, but is designed as a thermocouple. This is achieved by a corresponding choice of materials for the electrode 32 on the one hand and the additional electrode 31 on the other.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung ist besonders einfach herstellbar. Da sich jedoch das aus Elektrode 32 und Zusatzelektrode 31 gebildete Thermoelement nicht nur über den aktiven Bereich 35, sondern entsprechend der Ausdehnung der Elektrode 32 weit darüber hinaus erstreckt, ist diese Ausführungsform nur dann sinnvoll einsetzbar, wenn keine allzu starken Temperaturgradi enten (vom aktiven Bereich 35 aus zu den Enden der Elektrode 32 hin) auftreten.The embodiment of a measuring device according to the invention shown in FIG. 3 is particularly easy to manufacture. However, since the thermocouple formed from the electrode 32 and the additional electrode 31 extends not only over the active area 35 , but far beyond it in accordance with the expansion of the electrode 32 , this embodiment can only be used expediently if there are no excessive temperature gradients (from the active area) 35 towards the ends of the electrode 32 ) occur.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meß einrichtung gezeigt, bei welcher mit einem Widerstandstemperatursensor nur unmittelbar am aktiven Bereich, in welchem die Druckmessung der Meßeinrichtung stattfindet, die Temperatur bestimmt wird.In FIG. 4, a further embodiment of the measuring device according to the invention is shown, wherein with a resistance temperature sensor only takes place directly on the active region, in which the pressure measurement of the measuring device, the temperature is determined.
Fig. 4a zeigt eine Aufsicht auf die Meßeinrichtung und Fig. 4b einen Schnitt entlang der Ebene durch die in Fig. 4a angegebene Schnittlinie. FIG. 4a shows a top view of the measuring device and FIG. 4b shows a section along the plane through the section line indicated in FIG. 4a.
An der Unterseite einer Druckmeßfühlerfolie 44 aus PVDF ist eine Elek trode 43 angeordnet und an der Oberseite der Meßfühlerfolie eine Elek trode 42. Insoweit stellt dies einen Druckmeßfühler der in Fig. 1 be schriebenen Art dar.On the underside of a pressure sensor film 44 made of PVDF, an electrode 43 is arranged and on the top of the sensor film an electrode 42 . In so far as this represents a pressure sensor of the type described in FIG. 1.
In einem Umschließungsbereich 46 der Elektrode 42 ist eine die Elektrode 42 im aktiven Bereich 45 (Fig. 4b) umschließende Zusatzelektrode 41 an gebracht, die sich ansonsten etwa parallel zur Elektrode 42 und von dieser getrennt erstreckt. Nur im Umschließungsbereich 46, also im we sentlichen im aktiven Bereich 45, in welchem die Druckmessung statt findet, wird durch die Elektrode 42 und die Zusatzelektrode 41 ein Widerstandstemperatursensor ausgebildet. Hierdurch wird sichergestellt, daß im eigentlich interessierenden Bereich, nämlich dem aktiven Bereich 45, in welchem die elektrische Druckmessung stattfindet, auch die Tem peraturmessung erfolgt, und zwar bei der in Fig. 4 dargestellten Aus führungsform durch einen Widerstandstemperatursensor.In an enclosing area 46 of the electrode 42 , an additional electrode 41 is placed around the electrode 42 in the active area 45 ( FIG. 4b), which otherwise extends approximately parallel to and separately from the electrode 42 . A resistance temperature sensor is formed by the electrode 42 and the additional electrode 41 only in the enclosing area 46 , that is to say essentially in the active area 45 , in which the pressure measurement takes place. This ensures that in the area of interest, namely the active area 45 , in which the electrical pressure measurement takes place, the temperature measurement also takes place, specifically in the embodiment shown in FIG. 4 by a resistance temperature sensor.
Die bislang beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung gingen von einem Stand der Technik aus, wie er anhand von Fig. 1 beschrieben wurde, nämlich einem piezoelektrischen Druckmeßfühler mit einer PVDF- Folie. In den folgenden Fig. 5 bis 8 sind Ausführungsformen der vor liegenden Erfindung erläutert, welche einen piezoelektrischen Druckmeß fühler verwenden, der einen Quarzkörper (oder einem Körper aus einem an deren geeigneten Material) mit je einer endseitig angeordneten Elektro de aufweist.The previously described embodiments of the invention were based on a prior art as was described with reference to FIG. 1, namely a piezoelectric pressure sensor with a PVDF film. In the following FIGS. 5 to 8 embodiments of the present invention are explained, which use a piezoelectric pressure sensor, which has a quartz body (or a body made of a suitable material), each with an end electrode arranged de.
Fig. 5a erläutert hierzu den Stand der Technik. Ein zylindrischer Quarzkörper 51 weist an seinem oberen Ende eine scheibenförmige Elektro de 52 und eine hierauf angebrachte elektrische Anschlußleitung 53 auf. Am unteren Ende des Quarzkörpers 51 sind entsprechend eine scheiben förmige Metallelektrode 52′ und eine zugeordnete elektrische Anschluß leitung 53′ vorgesehen.This Fig. 5a illustrates the prior art. A cylindrical quartz body 51 has at its upper end a disk-shaped electrical de 52 and an electrical connecting line 53 attached thereon. At the lower end of the quartz body 51 a disk-shaped metal electrode 52 'and an associated electrical connection line 53 ' are correspondingly provided.
Bei der in Fig. 5b dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind dem in Fig. 5a gezeigten Stand der Technik entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Darüber hinaus ist bei dem in Fig. 5b ge zeigten Druckmeßfühler auf der scheibenförmigen Metallelektrode 52 eine metallische Schicht als Zusatzelektrode 54 vorgesehen. Auf der Zusatz elektrode 54 ist eine elektrische Anschlußleitung 55 angebracht. Da sich der aktive Bereich des Druckmeßfühlers 51 zwischen den Elektroden 52, 52′ befindet, wird durch die elektrische Temperaturmeßeinrichtung (Thermoelement) 52, 54 eine Temperaturmessung unmittelbar am aktiven Bereich ermöglicht. In the embodiment of the invention shown in FIG. 5b, parts corresponding to the prior art shown in FIG. 5a are designated with the same reference numbers. In addition, it is provided in which in Fig. 5b showed ge pressure sensor on the disk-shaped metal electrode 52, a metallic layer as an additional electrode 54. On the additional electrode 54 , an electrical connection line 55 is attached. Since the active area of the pressure sensor 51 is located between the electrodes 52 , 52 ', the electrical temperature measuring device (thermocouple) 52 , 54 enables temperature measurement directly on the active area.
Eine ähnliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Ein piezoelektrischer Quarzkörper 61 von zylindrischer Ge stalt ist an einem Ende mit einer scheibenförmigen Metallelektrode 62 und am anderen Ende mit einer entsprechenden scheibenförmigen Metall elektrode 62′ versehen. Elektrische Anschlußleitungen 63, 63′ sind mit der Elektrode 62 beziehungsweise 63 verbunden.A similar embodiment of the present invention is shown in FIG. 6. A piezoelectric quartz body 61 of cylindrical shape is provided at one end with a disc-shaped metal electrode 62 and at the other end with a corresponding disc-shaped metal electrode 62 '. Electrical connecting lines 63 , 63 'are connected to the electrodes 62 and 63 , respectively.
Mit der oberen Elektrode 62 ist ein elektrischer Meßwiderstand 66 ver bunden, der eine elektrische Anschlußleitung 65 aufweist. Die unmittel bare Anbringung des elektrischen Meßwiderstands 66 an der Elektrode 62 sorgt für eine Temperaturerfassung unmittelbar am aktiven Bereich des piezoelektrischen Druckmeßfühlers 61, 62, 62′ .With the upper electrode 62 , an electrical measuring resistor 66 is connected, which has an electrical connecting line 65 . The immediate bare attachment of the electrical measuring resistor 66 to the electrode 62 ensures temperature detection directly at the active area of the piezoelectric pressure sensor 61 , 62 , 62 '.
In den Fig. 7 und 8 sind zwei weitere Ausführungsformen der vorlie genden Erfindung dargestellt, bei welchen - im Unterschied zu den in den Fig. 5, 6 gezeigten Ausführungsformen - elektrische Temperaturmeß einrichtungen nicht den Elektroden zugeordnet sind, sondern davon ge trennt unmittelbar am aktiven Bereich eines piezoelektrischen Quarz körpers angebracht sind.In Figs. 7 and 8 show two further embodiments of the vorlie constricting the invention are illustrated in which - in contrast to those shown in Figures 5, 6 embodiments -. Electrical temperature sensing not devices the electrodes are allocated, but it ge separates directly on the active Area of a piezoelectric quartz body are attached.
Der in Fig. 7 gezeigte piezoelektrische Druckmeßfühler weist einen zy lindrischen Quarzkörper 71 mit einer endseitigen scheibenförmigen Metallelektrode 72 und zugeordneter Anschlußleitung 73 auf sowie eine weitere, scheibenförmige metallische Elektrode 72′ am entgegengesetzten Ende, die mit einer elektrischen Anschlußleitung 73′ versehen ist. Im mittleren Bereich des Quarzkörpers 71 sind an dessen Außenseite zwei Zu satzelektroden 76, 78 mit zugeordneten Anschlußleitungen 75 beziehungs weise 77 angebracht, wobei die Zusatzelektroden 76, 78 ein Thermoelement ausbilden. Auch bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wird daher die Temperatur unmittelbar am aktiven Bereich des Quarzkörpers 71 gemessen.The piezoelectric pressure sensor shown in Fig. 7 has a zy-cylindrical quartz body 71 with an end disc-shaped metal electrode 72 and associated connecting line 73 and a further, disc-shaped metallic electrode 72 'at the opposite end, which is provided with an electrical connecting line 73 '. In the central region of the quartz body 71 , two additional electrodes 76 , 78 with associated connecting lines 75 or 77 are attached to the outside thereof, the additional electrodes 76 , 78 forming a thermocouple. In the embodiment shown in FIG. 7, too, the temperature is therefore measured directly at the active region of the quartz body 71 .
Hiervon unterscheidet sich die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform der Erfindung im wesentlichen nur dadurch, daß hier statt eines Thermo elements ein Pt-Meßwiderstand 86, 88 vorgesehen ist. Ein zylindrischer Quarzkörper 81 weist eine Metallelektrode 82 mit zugeordneter Anschluß leitung 83 an einem Ende auf und am anderen Ende eine entsprechende Elektrode 82′ mit zugehöriger elektrischer Anschlußleitung 83′. Zwei Elektroden 86, 88 aus geeignetem Material bilden einen Pt-Meßwiderstand, dessen Anschlußleitungen mit den Bezugsziffern 85, 87 bezeichnet sind. Der Pt-Meßwiderstand 86, 88 ist auf der Außenseite des Quarzkörpers 81 etwa in der Mitte zwischen den Elektroden 82, 82′ angeordnet. Auch hier erfolgt daher eine Temperaturbestimmung bei dem piezoelektrischen Druck meßfühler 81, 82, 82′ unmittelbar an dessen aktivem Bereich.The embodiment of the invention shown in FIG. 8 differs essentially only in that a Pt measuring resistor 86 , 88 is provided here instead of a thermocouple. A cylindrical quartz body 81 has a metal electrode 82 with an associated connection line 83 at one end and at the other end a corresponding electrode 82 'with associated electrical connection line 83 '. Two electrodes 86 , 88 made of a suitable material form a Pt measuring resistor, the connecting lines of which are designated by the reference numbers 85 , 87 . The Pt measuring resistor 86 , 88 is arranged on the outside of the quartz body 81 approximately in the middle between the electrodes 82 , 82 '. Here too, therefore, a temperature determination is carried out at the piezoelectric pressure sensor 81 , 82 , 82 'directly at its active area.
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