DE4032955A1

DE4032955A1 - Electric pressure sensor with enclosed housing - has several tubes passed through housing wall for liq. filling, or gas venting

Info

Publication number: DE4032955A1
Application number: DE19904032955
Authority: DE
Inventors: Otmar Greisinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1992-04-23

Abstract

An electric pressure sensor has a housing (1), forming a closed inner chamber (4) with a membrane (2) sealing a housing aperture and detecting pressure, which is transferred from the membrane to a pressure receiver (5) inside the housing via a hydraulic oil. Two tube sections (6,7) passed through the housing wall enable filling with the oils and the associated escape of displaced gases or air. The tubes are sealed after filling. ADVANTAGE - Improved mfr. and operation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drucksensor gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Drucksensors gemäß Oberbegriff Patentanspruch 5.The invention relates to a pressure sensor according to The preamble of claim 1 and a method for Manufacture of such a pressure sensor according to the preamble Claim 5.

Drucksensoren bzw. Druckmesser dieser Art sind bekannt und haben den grundsätzlichen Vorteil, daß der Druckaufnehmer, d. h. dasjenige Element, welches den zu messenden oder zu erfassenden Druck in ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzt, geschützt im Inneren des Gehäuses untergebracht ist. Das Medium, dessen Druck gemessen werden soll, kann daher keine nachteiligen Einwirkungen auf den Druckaufnehmer ausüben. Selbst die Messung von Drücken agressiver Medien ist somit möglich. Der Druckaufnehmer weist wenigstens ein Halbleiterelement (piezoelektrisches Element) auf.Pressure sensors or pressure meters of this type are known and have the basic advantage that the pressure sensor, d. H. the element which is the one to be measured or detecting pressure in a corresponding electrical signal is implemented, protected inside the housing. The medium whose pressure is to be measured can therefore no adverse effects on the pressure transducer exercise. Even the measurement of pressures of aggressive media is thus possible. The pressure sensor has at least one Semiconductor element (piezoelectric element).

Nachteilig bei den bekannten Drucksensoren ist, daß diese eine aufwendige Herstellung, insbesondere auch in bezug auf das Verschließen des Gehäuses mit der Membrane zumindest dann erfordern, wenn das flüssige, druckübertragende (bevorzugt Öl) bereits vor dem Verschließen der Gehäuseöffnung mit der Membran in den Innenraum des Gehäuses eingebracht worden ist. Hier sind dann spezielle, aufwendige Schweißtechniken (Laserschweißen) erforderlich, um eine Erwärmung des Druck übertragenden flüssigen Mediums und damit verbunden durch Wärmeausdehnung ein Austreten dieses Mediums aus dem Gehäuse an noch nicht vollständig dicht verschlossenen Bereichen oder aber so hohe Drücke im Innenraum des Gehäuses zu vermeiden, die zu bleibenden Beschädigungen führen könnten.A disadvantage of the known pressure sensors is that they a complex manufacture, especially with regard to at least then closing the housing with the membrane require if the liquid, pressure transmitting (preferred Oil) before closing the housing opening with the Membrane has been introduced into the interior of the housing. Then there are special, complex welding techniques (Laser welding) required to heat the pressure transmitting liquid medium and connected by Thermal expansion an escape of this medium from the housing in areas that are not yet completely sealed or but to avoid such high pressures in the interior of the housing, that could lead to permanent damage.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen in bezug auf seine Herstellungsmöglichkeit verbesserten Drucksensor sowie ein verbessertes Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen. The object of the invention is one in relation to his Manufacturing possibility improved pressure sensor as well to show improved process for its production.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Drucksensor entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung entsprechend dem kenn zeichnenden Teil des Patentanspruches 5 ausgebildet.A pressure sensor is suitable for solving this task the characterizing part of claim 1 and a Process for its production according to the kenn drawing part of claim 5 formed.

Durch die Erfindung ist die Herstellung des Drucksensors mit relativ einfachen Mitteln, insbesondere ist auch durch einfaches Widerstandsschweißen die Befestigung der wenigstens einen Membrane am Gehäuse möglich, da hierbei auftretende Temperaturen nicht kritisch sind. Der Innenraum des Gehäuses ist beim Befestigen der wenigstens einen Membrane durch die wenigstens zwei Rohrstücke nach außen hin für einen Druckaus gleich offen.Through the invention, the manufacture of the pressure sensor is included relatively simple means, in particular, is also through simple resistance welding the attachment of the least a membrane on the housing possible, as this occurs Temperatures are not critical. The interior of the housing is when attaching the at least one membrane through the at least two pieces of pipe outwards for pressure open right away.

Nach dem Verschließen des Gehäuses erfolgt über das eine Rohrstück das Befüllen des Innenraumes mit dem flüssigen, Druck übertragenden Medium, wobei die beim Befüllen ver drängte Luft bzw. das beim Befüllen verdrängte Gas über das andere Rohrstück entweichen kann. Erst wenn der Innenraum des Gehäuses vollständig befüllt ist, werden die beiden Rohr stücke verschlossen, und zwar bevorzugt zunächst das zum Befüllen verwendete Rohrstück und erst anschließend das zum Entlüften verwendete Rohrstück. Das Befüllen und Verschließen nach dem Befüllen ist somit ebenfalls unproblematisch.After closing the housing, one is done Pipe piece filling the interior with the liquid, Pressure-transmitting medium, whereby the ver forced air or the gas displaced during filling over the other pipe section can escape. Only when the interior of the Housing is completely filled, the two pipe pieces closed, preferably first to the Fill used pipe section and only afterwards that for Vent used pipe section. Filling and closing after filling is also unproblematic.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.Further developments of the invention are the subject of the Unteran claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur, die einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckmessers zeigt, näher erläutert.The invention is based on the figure, the one Section through an embodiment of the invention Pressure gauge shows, explained in more detail.

In der Figur ist 1 ein aus Metallblech, beispielsweise aus Stahlblech durch Tiefziehen hergestelltes napfförmiges Gehäuse, welches an seiner offenen Seite durch eine elastisch verformbare Membrane 2 verschlossen ist. Die Membrane 2 besteht ebenfalls vorzugsweise aus einem dünnen Stahlblech und ist beispielsweise durch Widerstandsschweißung mit dem Gehäuse bzw. mit einem die Öffnung des Gehäuses 1 um schließenden Gehäuseflansch 3 verbunden. Im Innenraum 4 des Gehäuses 1 ist ein elektro-mechanischer Druckaufnehmer 5 angeordnet, der wenigstens ein auf Druck ansprechendes Halbleiterelement (piezoelektrisches Element), vorzugsweise in einer Brückenschaltung aufweist. Die Elemente des Druck aufnehmers 5 sind hierbei vorzugsweise auf einem Träger oder Substrat aus Keramik angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Druckaufnehmer 5 an der der Membrane 2 gegenüberliegenden Innenseite des Gehäuses 1 befestigt.In the figure, 1 is a cup-shaped housing made from sheet metal, for example from sheet steel, which is closed on its open side by an elastically deformable membrane 2 . The membrane 2 also preferably consists of a thin steel sheet and is connected, for example by resistance welding, to the housing or to a housing flange 3 which closes the opening of the housing 1 . Arranged in the interior 4 of the housing 1 is an electro-mechanical pressure sensor 5 which has at least one semiconductor element (piezoelectric element) which responds to pressure, preferably in a bridge circuit. The elements of the pressure sensor 5 are preferably arranged on a carrier or substrate made of ceramic. In the embodiment shown, the pressure sensor 5 is fastened to the inside of the housing 1 opposite the membrane 2 .

Weiterhin sind durch diese Seite des Gehäuses 1 zwei Röhrchen oder Rohrstücke 6 und 7 durch die Wandung des Gehäuses 1 nach außen geführt. Bei fertigem Druckmesser bzw. Drucksensor stehen die Rohrstücke 6 und 7 mit ihrem einen Ende zwar mit dem Innenraum 4 in Verbindung, sind jedoch an ihrem über die Außenseite des Gehäuses 1 wegstehenden Ende oder aber in einem zwischen diesem Ende und der Außenfläche des Gehäuses liegenden Bereich verschlossen.Furthermore, two tubes or pipe sections 6 and 7 are guided through the wall of the housing 1 to the outside through this side of the housing 1 . In the finished pressure gauge or pressure sensor, the tube pieces 6 and 7 are connected at one end to the interior 4 , but are at their end projecting beyond the outside of the housing 1 or in an area lying between this end and the outer surface of the housing locked.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Rohrstücke 6 und 7 elektrisch isoliert, allerdings absolut dicht durch die Wandung des Gehäuses 1 hindurchgeführt, so daß diese aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellten Rohrstücke 6 und 7 gleichzeitig die äußeren, elektrischen Anschlüsse für den Druckaufnehmer 5 bilden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, zusätzlich zu den Rohrstücken 6 und 7 äußere, durch das Gehäuse 1 hindurchgeführte Anschlüsse für den Druckaufnehmer 5 vorzusehen.In the embodiment shown, the pipe sections 6 and 7 are electrically insulated, but are passed absolutely tightly through the wall of the housing 1 , so that these pipe sections 6 and 7, which are made of an electrically highly conductive material, simultaneously form the external electrical connections for the pressure transducer 5 . In principle, however, it is also possible, in addition to the pipe sections 6 and 7, to provide external connections for the pressure sensor 5 which are passed through the housing 1 .

In der Praxis wird der Drucksensor so eingesetzt, daß der auf die Außenseite der Membrane 2 einwirkende Druck im Druckauf nehmer 5 in ein entsprechendes, elektrisches Signal umgesetzt wird. Hierfür ist es erforderlich, daß der Innenraum 4 des Gehäuses 1 vollständig mit einem flüssigen Medium gefüllt ist, welches bei höheren und auch tieferen Temperaturen möglichst in gleichem Maße für eine Übertragung des auf die Außenseite der Membrane 2 einwirkenden Druckes an den Druckaufnehmer 5 geeignet ist und insbesondere auch den Druckaufnehmer 5 bzw. dessen Elemente nicht angreift. Als flüssiges Medium eignet sich hierbei insbesondere ein Öl, welches den Innenraum 4 vollständig, d. h. gasfrei ausfüllt. Um Temperatureinflüsse möglichst gering zu halten, ist auch das Volumen des flüssigen Mediums, d. h. das Volumen des Innenraumes 4 möglichst kleingehalten.In practice, the pressure sensor is used so that the pressure acting on the outside of the membrane 2 in the pressure transducer 5 is converted into a corresponding electrical signal. For this it is necessary that the interior 4 of the housing 1 is completely filled with a liquid medium which, at higher and lower temperatures, is as suitable as possible for transmitting the pressure acting on the outside of the membrane 2 to the pressure transducer 5 and in particular also does not attack the pressure sensor 5 or its elements. An oil which fills the interior 4 completely, ie gas-free, is particularly suitable as the liquid medium. In order to keep temperature influences as low as possible, the volume of the liquid medium, ie the volume of the interior 4 , is also kept as small as possible.

Bei der Herstellung des in der Figur dargestellten Druck sensors wird zunächst im Inneren des Gehäuses 1 der Druckauf nehmer 5 montiert und an die durch das Gehäuse 1 nach außen führenden äußeren Anschlüsse angeschlossen. Anschließend wird das Gehäuse 1 an der offenen Seite durch die Membrane 2 verschlossen. Die Membrane 2 kann dabei mit einfachen Techniken, beispielsweise mit einer Widerstandsschweißung, mit dem Gehäuse 1 verbunden werden. Erst nach dem Ver schließen des Innenraumes 4 wird in diesen das flüssige, Druck übertragende Medium bzw. Öl eingebracht, und zwar über das Röhrchen 6, welches einen im Vergleich zum Röhrchen 7 wesentlich größeren Innenquerschnitt aufweist. Der Innen querschnitt des Röhrchens 7 beträgt beispielsweise nur 0,8 mm. Bei Einfüllen des flüssigen Mediums über das Röhrchen 8 in den Innenraum 4 kann die hierbei verdrängte Luft über das Röhrchen 7 entweichen. Sobald der Innenraum 4 vollständig mit dem flüssigen Medium gefüllt ist, d. h. dieses an dem Röhrchen 8 austritt, wird das Röhrchen 6 in geeigneter Weise dicht verschlossen. Bei diesem Verschließen, welches bei spielsweise auch durch Umbiegen des freien Endes des Röhr chens 6 und anschließendes Widerstandsschweißen oder Quetschen erfolgen kann, wird im Innenraum 4 des Gehäuses 1 kein Druck erzeugt, da ein Druckausgleich über das noch offene Röhrchen 7 möglich ist, d. h. insbesondere kann beim Verschließen des Röhrchens 6 verdrängtes flüssiges Medium über das Röhrchen 7 nach außen austreten. Nach dem Ver schließen des Röhrchens 6 wird auch das Röhrchen 7 ver schlossen. Der Innenquerschnitt dieses Röhrchens ist so gering, daß beim Verschließen des Röhrchens 7 allenfalls nur ganz geringe Mengen an flüssigem Medium in den Innenraum 4 des Gehäuses 1 verdrängt werden können, die (Mengen) zu keinen nennenswerten Überdruck im Innenraum 4 des ver schlossenen Gehäuses führen. In the manufacture of the pressure sensor shown in the figure, the pressure transducer 5 is first mounted inside the housing 1 and connected to the external connections leading through the housing 1 to the outside. Then the housing 1 is closed on the open side by the membrane 2 . The membrane 2 can be connected to the housing 1 using simple techniques, for example resistance welding. Only after the interior of the interior 4 is closed is the liquid, pressure-transmitting medium or oil introduced into it, specifically via the tube 6 , which has a substantially larger internal cross section than the tube 7 . The inner cross section of the tube 7 is, for example, only 0.8 mm. When the liquid medium is poured into the inner space 4 via the tube 8 , the air displaced in this case can escape via the tube 7 . As soon as the interior 4 is completely filled with the liquid medium, ie it exits the tube 8 , the tube 6 is tightly sealed in a suitable manner. With this closing, which can also be done in example by bending the free end of the tube 6 and subsequent resistance welding or squeezing, no pressure is generated in the interior 4 of the housing 1 , since pressure compensation via the still open tube 7 is possible, ie in particular When the tube 6 is closed, displaced liquid medium can escape to the outside via the tube 7 . After closing the tube 6 , the tube 7 is also closed. The inner cross section of this tube is so small that when closing the tube 7 only very small amounts of liquid medium can be displaced into the interior 4 of the housing 1 , which (amounts) do not lead to any significant excess pressure in the interior 4 of the closed housing.

Die Verwendung eines Röhrchens 6 mit einem im Vergleich zum Röhrchen 7 wesentlich größeren Innenquerschnitt hat den Vorteil, daß der Innenraum 4 relativ schnell mit dem flüs sigen Medium gefüllt werden kann, wobei der kleine Innen querschnitt des Röhrchens 7 immer noch einen ausreichenden Querschnitt für das Abführen der verdrängten Luft sicher stellt.The use of a tube 6 with a much larger internal cross section compared to the tube 7 has the advantage that the interior 4 can be filled relatively quickly with the liquid medium, the small internal cross section of the tube 7 still having a sufficient cross section for removal the displaced air.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwand lungen möglich sind, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.The invention has been described above using an exemplary embodiment described. It is understood that changes as well as variance lungs are possible without thereby the invention supporting thought is left.

Claims

1. Electrical pressure sensor with a housing ( 1 ) forming a closed interior ( 4 ), with at least one membrane ( 2 ) provided on a housing opening and sealingly sealing this pressure receiving element and with a pressure sensor ( 5 ) accommodated in the interior ( 4 ) of the housing , The interior ( 4 ) of the housing being filled with a liquid, pressure-transmitting medium, preferably with oil for transmitting an external pressure acting on the membrane ( 2 ) to the pressure sensor ( 5 ), characterized in that the wall of the Housing ( 1 ) at least two pipe sections ( 6 , 7 ) are passed, which are used to fill the interior ( 4 ) with the liquid medium or to escape the gas displaced during filling or the air displaced during filling and which after filling the Interior ( 4 ) were closed.

2. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the pressure sensor ( 5 ) has at least one semiconductor element (piezoelectric element).

3. Pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that of the at least two pipe sections ( 6 , 7 ), the one pipe section ( 6 ) has a larger internal cross section than the other pipe section ( 7 ).

4. Pressure sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pipe sections ( 6 , 7 ) consist of an electrically conductive material and form external electrical connections for the pressure sensor ( 5 ).

5. A method for producing an electrical pressure sensor with a closed interior ( 4 ) forming the housing ( 1 ), with at least one provided on a housing opening and sealingly sealing this pressure-absorbing membrane ( 2 ) and housed in the interior ( 4 ) of the housing Pressure sensor ( 5 ), the interior ( 4 ) of the housing being filled with a liquid, pressure-transmitting medium, preferably with oil for transmitting an external pressure acting on the membrane ( 2 ) to the pressure sensor ( 5 ), characterized in that the interior ( 4 ) of the housing ( 1 ) is filled via a first of the two pipe sections ( 6 ), and that the gas displaced during filling or the air displaced during filling escapes via the other pipe section, and that after filling the interior ( 4 ) the pipe sections ( 6 , 7 ) are closed with the liquid medium.

6. The method according to claim 5, characterized in that after the complete filling of the interior ( 4 ) first the first pipe section ( 6 ) and then the second pipe section ( 7 ) are closed.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the filling of the interior ( 4 ) with the liquid medium via a pipe section ( 6 ) which has a larger cross section than the venting second pipe section ( 7 ).