Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz eines
Drucksensors, insbesondere eines piezoresistiven Drucksensors,
gegen kurzzeitige Überdruckbelastungen. Es ist bei
Differenzdruck-Meßumformern üblich, die als Meßorgan dienende,
mit piezoresistiven Elementen versehene empfindliche
Siliziummembran dadurch gegen Überlastungen zu schützen, daß
man beidseitig den Druckeinlässen jeweils eine mit einer
Druckübertragungsflüssigkeit gefüllte Vorkammer vorschaltet
und ggf. bei Überschreiten eines vorgegebenen Überdruckwertes
ansprechende Entlastungsventile vorsieht, vgl. DE-AS 14 98 205
und 22 61 664. Derartige Schutzeinrichtungen sind relativ aufwendig und
benötigen viel Platz.
The invention relates to a device for protecting a
Pressure sensor, in particular a piezoresistive pressure sensor,
against short-term overpressure loads. It is at
Differential pressure transmitters are customary, the serving as measuring organ
sensitive with piezoresistive elements
Protect silicon membrane against overloads in that
one on each side of the pressure inlets with one
Pre-chamber filled with pressure transmission fluid
and if necessary when a predetermined overpressure value is exceeded
provides appropriate relief valves, cf. DE-AS 14 98 205
and 22 61 664. Such protective devices are relatively complex and
take up a lot of space.
Aus DE-AS 12 31 462 ist eine Schutzvorrichtung für die
Druckmessung an radioaktiven Medien bekannt, bei der der
Drucksensor über eine zu einer Spule aufgewickelte lange
Kapillare mit dem Druckbehälter verbunden ist. Die Länge der
aufgewickelten Kapillare ist so bemessen, daß die
Radioaktivität des im Druckbehälter befindlichen Gases beim
Durchströmen der vielen Windungen so weit herabgesetzt wird,
daß keine Gefahr einer radioaktiven Beschädigung des
Drucksensors besteht.DE-AS 12 31 462 is a protective device for the
Pressure measurement on radioactive media known, in which the
Pressure sensor over a long wound into a coil
Capillary is connected to the pressure vessel. The length of the
wound capillary is dimensioned so that the
Radioactivity of the gas in the pressure vessel at
Flowing through the many turns is reduced so far
that there is no risk of radioactive damage to the
Pressure sensor exists.
Weiterhin zeigt die GB-PS 3 31 033 eine pneumatische
Füllstands-Meßeinrichtung, bei der ein Rohr von oben in den
Flüssigkeitsbehälter hineinragt und sein offenes Ende zu
einer flach auf dem Behälterboden liegenden Spirale gewickelt
ist. Der Füllstand wird dadurch gemessen, daß man mit Hilfe
einer Pumpe die im Rohr befindliche Flüssigkeitssäule aus dem
Rohr heraus in den Flüssigkeitsbehälter drückt und dabei den
zum Herausdrücken der Flüssigkeitssäule erforderlichen Druck
mißt. Die flache Spirale am Ende des Rohres dämpft auf die
Flüssigkeitssäule einwirkende Druckstöße. Der Druckmesser ist
über eine zu einer Spule aufgewickelte Kapillare an die zum
Eintauchrohr führende Leitung angeschlossen, wodurch eine
Dämpfungswirkung erzielt wird.GB-PS 3 31 033 also shows a pneumatic one
Level measuring device in which a tube from above into the
Liquid container protrudes and its open end closes
a spiral lying flat on the bottom of the container
is. The level is measured by using
a pump the liquid column in the pipe from the
Press the tube out into the liquid container and thereby the
pressure required to push out the liquid column
measures. The flat spiral at the end of the tube dampens the
Pressure surges acting on the liquid column. The pressure gauge is
via a capillary wound into a coil to the
Immersion tube leading line connected, creating a
Damping effect is achieved.
Schließlich ist zur Unterdrückung von Druckschwankungen bei
der Druckmessung in einer von einem Medium durchströmten
Leitung aus Patents Abstracts of Japan, Band 12/Nr. 460,
P-795 vom 5. 12. 1988 die Verwendung einer elastisch
deformierbaren Kapillare bekannt. Dort ragt die Kapillare in
einen geschlossenen Flüssigkeitstank hinein und ist mit ihrem
einen Ende über ein Rohr mit der eingangs genannten Leitung
verbunden. Der Druckmesser ist an eine Öffnung im
Flüssigkeitstank angeschlossen. Dieser dient zusammen mit der
deformierbaren Kapillare als Dämpfungsglied für
Druckschwankungen.Finally, to suppress pressure fluctuations
the pressure measurement in a medium
Direction from Patents Abstracts of Japan, volume 12 / no. 460,
P-795 of Dec. 5, 1988 the use of an elastic
deformable capillary known. The capillary protrudes there
a closed liquid tank and is with her
one end over a pipe with the above-mentioned line
connected. The pressure gauge is at an opening in the
Liquid tank connected. This serves together with the
deformable capillary as an attenuator for
Pressure fluctuations.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Überlastungsschutzeinrichtung
für Drucksensoren zu schaffen, die sich besonders
für Miniatur-Drucksensoren, z. B. piezoresistive
Drucksensoren, eignet, wenig Platz beansprucht, billig
herstellbar, aber gleichermaßen zuverlässig ist und ihre
Schutzwirkung auch dann nicht verliert oder beeinträchtigt
sieht, wenn der Sensor in eine Flüssigkeit, beispielsweise
Wasser eintaucht. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im
Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Sie verhindert, daß die
Flüssigkeit in die Kapillare eindringt und deren
Dämpfungswirkung beeinträchtigt.
The object of the invention is an overload protection device
for creating pressure sensors that are special
for miniature pressure sensors, e.g. B. piezoresistive
Pressure sensors, suitable, takes up little space, cheap
producible, but equally reliable and theirs
Even then the protective effect is not lost or impaired
sees if the sensor is in a liquid, for example
Water immersed. This task is solved by the im
Claim 1 marked invention. It prevents the
Liquid penetrates the capillary and its
Damping effect impaired.
Besteht die Kapillare aus einem druckfesten
Werkstoff, z. B. Metall oder einem formbeständigen Kunststoff
wie Polyacryl oder Polyamid, so wirkt das von ihr eingeschlossene
Gas- bzw. Luftvolumen als pneumatischer Tiefpaß,
der nur langsame Druckschwankungen zum Drucksensor hindurchläßt.
Plötzliche Druckstöße hingegen werden entsprechend gedämpft
und vom Drucksensor ferngehalten. Für Druckmessungen in
Flüssigkeiten kann auch ein elastisches Kapillarrohr mit einer
neutralen Füllflüssigkeit, z. B. Silikonöl, verwendet werden,
welches die Meßmembran vor einem ggf. aggressiven Außenmedium
schützt. Bei plötzlichen Druckbelastungen vergrößert sich der
Innendurchmesser der Kapillare, sofern sie auf der Außenseite
nicht dem gleichen Druck ausgesetzt, sondern gegenüber dem
Umgebungsdruck abgeschirmt ist. Diese Durchmesserveränderung
entzieht dem anstehenden Druckstoß Energie und wirkt somit als
Dämpfung.The capillary consists of a pressure-resistant
Material, e.g. B. metal or a dimensionally stable plastic
like polyacrylic or polyamide, this is how it works
Gas or air volume as pneumatic low pass,
which only allows slow pressure fluctuations to the pressure sensor.
However, sudden pressure surges are dampened accordingly
and kept away from the pressure sensor. For pressure measurements in
An elastic capillary tube with a liquid can also be used
neutral filling liquid, e.g. B. silicone oil can be used
which the measuring membrane in front of a possibly aggressive external medium
protects. The pressure increases with sudden pressure loads
Inner diameter of the capillary provided it is on the outside
not exposed to the same pressure, but against it
Ambient pressure is shielded. This change in diameter
withdraws energy from the pressure surge and thus acts as
Damping.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, wobei in Fig. 1
und 2 zwei zueinander orthogonale Seitenansichten des Drucksensors
mit Schutzkapillare dargestellt sind. Beim Drucksensor
handelt es sich beispielsweise um einen von Honeywell
Regelsysteme GmbH angebotenen Miniatur-Drucksensor Typ 130PC,
dessen Gehäuse 1 eine quadratische Grundfläche von der
Seitenlänge a = 16,3 mm und der Höhe h = 8 mm hat. Seitliche
Anschlußfahnen 2 dienen dem elektrischen Anschluß des Sensors
einschließlich Stromversorgung und Meßsignalübertragung. Der
Drucksensor ist auf einer seiner quadratischen Stirnseiten mit
einem hohlzylindrischen Anschlußstutzen 3 für den
Eingangsdruck versehen. Diesem Anschlußstutzen 3 ist die
Kapillare 4 vorgeschaltet. Vom offenen Ende 5 des
Anschlußstutzens führt zunächst ein U-förmig gekrümmtes
Verbindungsteil 6 zu einer ersten Teilwendel 7, welche den
Anschlußstutzen 3 konzentrisch umgibt. Das freie Ende dieser
Wendel geht in eine zweite Teilwendel 8 und diese in eine
dritte Teilwendel 9 über. Alle drei Teilwendeln 7 bis 9 stehen
mit ihren Wickelachsen senkrecht zueinander. Das freie Ende 10
der letzten Teilwendel 9 ist zum Meßdruck hin, beispielsweise
zum Umgebungsdruck hin, offen. Der Sensor kann beispielsweise
zur Bestimmung der Wassertiefe eingesetzt werden, wobei die
vorgeschaltete Schutzkapillare den Sensor gegen plötzlich
auftretende Druckstöße, beispielsweise beim Explodieren von
Granaten oder Minen, schützt. Die Kapillare hat beispielsweise
einen Innendurchmesser von 0,6 mm und eine Länge von 50 cm.
Diese Gesamtlänge ist etwa gleichmäßig auf die drei
Teilwendeln 7 bis 9 verteilt.The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing, wherein two mutually orthogonal side views of the pressure sensor with protective capillary are shown in Fig. 1 and 2. The pressure sensor is, for example, a miniature pressure sensor type 130PC offered by Honeywell Regelsysteme GmbH, whose housing 1 has a square base with side length a = 16.3 mm and height h = 8 mm. Lateral connection lugs 2 are used for the electrical connection of the sensor including power supply and measurement signal transmission. The pressure sensor is provided on one of its square end faces with a hollow cylindrical connecting piece 3 for the inlet pressure. The capillary 4 is connected upstream of this connecting piece 3 . From the open end 5 of the connecting piece, a U-shaped curved connecting part 6 initially leads to a first partial helix 7 , which concentrically surrounds the connecting piece 3 . The free end of this coil goes into a second partial coil 8 and this into a third partial coil 9 . All three partial helices 7 to 9 are perpendicular to each other with their winding axes. The free end 10 of the last partial helix 9 is open to the measuring pressure, for example to the ambient pressure. The sensor can be used, for example, to determine the water depth, the upstream protective capillary protecting the sensor against sudden pressure surges, for example when grenades or mines explode. The capillary has, for example, an inner diameter of 0.6 mm and a length of 50 cm. This total length is approximately evenly distributed over the three partial coils 7 to 9 .
Infolge des geringen Innendurchmessers wird verhindert, daß
einerseits die Kapillarfüllung (Gas oder Flüssigkeit) austritt
oder andererseits das umgebende Meßmedium (Gas oder
Flüssigkeit) zum druckempfindlichen Element des Drucksensors
gelangen kann. Dieses besteht üblicherweise aus einer
Siliziummembran. Für Druckmessungen in Flüssigkeiten,
beispielsweise bei der Verwendung eines Tiefensensors im
aggressiven Meerwasser, empfiehlt es sich, durch mehrfache
Richtungsänderung der Kapillare zu verhindern, daß beim
Abwerfen oder anderweitigen Ausbringen des Sensors die
Luftfüllung entweicht und Meerwasser eindringt. Man braucht
dann zum Schutz der Meßmembran gegen die Aggressivität des
Meßmediums keine besonderen Vorkehrungen zu treffen. Lediglich
die Kapillare selbst muß meerwasserbeständig sein. Selbst wenn
beim Verlegen des Drucksensors ein Teil der Luftfüllung
entweichen und Meerwasser eindringen sollte, so wird dies nur
bis zum nächsten Wendepunkt, d. h. zur nächsten
Richtungsänderung der Kapillare, erfolgen, so daß die
Meßmembran mit Sicherheit durch die verbleibende
Kapillarfüllung gegen das Meerwasser geschützt bleibt. Bei
Druckmessungen von Gasen kann die Kapillarfüllung entweder aus
einem Gas oder einer Schutzflüssigkeit bestehen. Der in der
Zeichnung dargestellte Drucksensor mit Dämpfungskapillare hat
beispielsweise, wie erwähnt, eine quadratische Grundfläche von
a = 16,3 mm Kantenlänge und eine Höhe von H = 26 mm. Er ist
also äußerst kompakt und leicht. Als Schutzkapillare geeignete
Rohre sind serienmäßig erhältlich. Sie werden in einer
Vielzahl von Ausführungsformen hinsichtlich Material und
Durchmesser bei Ausdehnungs-Temperaturfühlern benutzt. Die
Schutzeinrichtung kann nicht nur bei Absolutdruck-Sensoren,
sonder nauch bei Differenzdruck-Sensoren verwendet werden.Due to the small inner diameter, it is prevented that
on the one hand the capillary filling (gas or liquid) emerges
or on the other hand the surrounding measuring medium (gas or
Liquid) to the pressure-sensitive element of the pressure sensor
can reach. This usually consists of one
Silicon membrane. For pressure measurements in liquids,
for example when using a depth sensor in the
aggressive sea water, it is recommended to use multiple
To change the direction of the capillary to prevent
Throw off or otherwise deploy the sensor
Air filling escapes and sea water penetrates. You need
then to protect the measuring membrane against the aggressiveness of the
Medium to take no special precautions. Only
the capillary itself must be resistant to sea water. Even if
part of the air filling when installing the pressure sensor
should escape and sea water penetrate, it will only
until the next turning point, d. H. to the next
Change of direction of the capillary, so that the
Measuring membrane with certainty through the remaining
Capillary filling remains protected against sea water. At
Pressure measurements of gases can either be made from the capillary filling
a gas or a protective liquid. The Indian
Drawing shown pressure sensor with damping capillary has
for example, as mentioned, a square base of
a = 16.3 mm edge length and a height of H = 26 mm. He is
so extremely compact and light. Suitable as a protective capillary
Tubes are available as standard. You will be in one
Variety of embodiments in terms of material and
Diameter used in expansion temperature sensors. The
The protective device cannot only be used for absolute pressure sensors,
can also be used with differential pressure sensors.