DE4118824A1 - Drucksensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor und sie betrifft im einzelnen einen Drucksensor zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor für Automobile, in dem zwischen einer biegsamen Membran und einer Druckmeßvorrichtung eine den Druck übertragende Flüssigkeit eingefüllt ist.

Fig. 5 stellt eine Ausführungsform eines üblichen Drucksensors zum Messen des Gasdruckes innerhalb der Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors dar. In Fig. 5 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Gehäuse aus rostfreiem Stahl, das an einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor angebracht werden kann, 2 bezeichnet eine Membran, die am inneren oder unteren Ende des Gehäuses 1 angebracht ist, 3 bezeichnet einen elektrisch isolierenden Grundkörper, 4 ist ein Befestigungsbett, das aus keramischem Material besteht und mit dem Gehäuse 1 verbunden ist und die Bezugsziffer 5 bezeichnet ein Druck-Sensor-Element, das am Befestigungsbett 4 befestigt ist. Das Druck-Sensor-Element 5 ist ein Dehnungs-Meßgerät, das aus einem Silikon-Halbleiter besteht. Zwischen dem Drucksensorelement 5 und der flexiblen Membran 2 ist als druckübertragende Flüssigkeit ein Silikonöl eingefüllt, das einen hohen Siedepunkt aufweist.

Mit der Bezugsziffer 6 sind Anschlußklemmen bezeichnet, die am Grundkörper 3 angebracht sind; 7 bezeichnet Anschlußdrähte, welche die Anschlußklemmen 6 mit dem Druck-Sensor-Element 5 verbinden, 8 bezeichnet einen im Gehäuse 1 eingeschraubten Stopfen und mit der Bezugsziffer 9 sind Ausgangsleitungen bezeichnet, die sich durch den Stopfen 8 hindurch erstrecken und mit einem Ende an den Anschlußklemmen 6 angeschlossen sind.

Der Druckanstieg innerhalb der Verbrennungskammer bewirkt, daß die Membran 2 sich in Fig. 5 nach oben auswölbt und der Druck im Silikonöl 10 vergrößert wird, was wiederum durch das Drucksensorelement 5 erfühlt und gemessen wird. Das Druck-Sensor-Element erzeugt danach ein elektrisches Signal, das diesen Druckwechsel anzeigt und überträgt es mit Hilfe der Anschlußdrähte 7, der Anschlußklemmen 6 und der Ausgangsleitungen 9 auf einen nicht dargestellten äußeren Schaltkreis zum Steuern des Zündzeitpunktes der Zündkerzen entsprechend den Verbrennungsbedingungen innerhalb der Verbrennungskammer.

Während der Montage des üblichen Drucksensors, wie er oben beschrieben ist, werden der Grundkörper 3, auf dem die Anschlußklemmen 6 befestigt sind und das Befestigungsbett 4, auf dem das Drucksensorelement 5 angeordnet ist, an der Innenfläche des im wesentlichen tassen-förmigen Gehäuses 1 angebracht. Danach werden sowohl das Drucksensorelement 5 als auch die Anschlußklemmen 6 innerhalb des tassenförmigen Gehäuses 1 verdrahtet, um sie auf diese Weise mit Hilfe der Anschlußdrähte 7 elektrisch miteinander zu verbinden. Der Verdrahtungsvorgang muß daher innerhalb des relativ engen und schwer zugänglichen Raumes erfolgen, der innerhalb des Gehäuses 1 besteht, wobei die Effektivität des Montagevorganges ziemlich schlecht ist.

Da das Befestigungsbett 4, das das Drucksensorelement 5 trägt, mit dem Gehäuse 1 verschweißt wird, bewirkt die Schweißhitze, die während der Montage zugeführt wird, daß sich das Befestigungsbett 4 verzieht und deformiert, was unerwünschte Wirkungen auf dem Drucksensorelement 5 hervorruft, die sich ihrerseits in Meßfehlern niederschlagen können.

Das Drucksensorelement 5 bei einem üblichen Drucksensor ist darüber hinaus einer extrem großen Temperaturdifferenz von z. B. 800°C zwischen seinen beiden Hauptflächen unterworfen. Während des Betriebes des Motors kann das Drucksensorelement 5 auf der vom Druck beaufschlagten Seite, auf der das Hochtemperatur-Silikonöl 5 mit ihm in Berührung steht, auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt werden, während die gegenüberliegende Hauptseite des Elementes 5, die mit der Atmosphäre in Berührung ist, auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird. Es ist daher sehr schwierig, die Temperaturdifferenz am Drucksensorelement 5 zu kompensieren.

Da die biegsame Membran 2 ferner mit ihrer Umfangskante am unteren Ende oder an der relativ scharfen Kante des Gehäuses 1 befestigt ist, wird die Membran stetig und wiederholt an derselben Umfangskante verbogen, die vom Gehäuse 1 getragen wird, wobei ein relativ kleiner Krümmungsradius dann auftritt, wenn die Membran 2 sich aufgrund des Druckes verwölbt. Die Membran ist auf diese Weise einer wiederholten Biegung unterworfen und könnte letztendlich zerstört werden.

Da das innere Volumen der Meß-Kammer, in der das druckübertragende Silikonöl 10 eingefüllt ist, relativ groß ist, wird eine große Menge von Silikonöl 10 benötigt und die thermische Ausdehnung dieses Öls ist groß, so daß Fehler in der Druckmessung entstehen können. Es ist daher wünschenswert, daß das innere Volumen der Meßkammer erheblich verkleinert werden kann und zwar durch eine einfache Maßnahme. Es ist ferner wünschenswert, daß eine Maßnahme zum Kompensieren der thermischen Ausdehnung der druckübertragenden Flüssigkeit innerhalb der Meßkammer vorgesehen wird, um auf diese Weise eine größere Genauigkeit der Druckmessung zu erzielen.

Das druckübertragende Öl 10 ist dicht in die Meßkammer eingefüllt, aber innerhalb des Öles entsteht oft ein Druck und es ist unmöglich, diesen Druck dann abzulassen, wenn der Sensor einmal zusammengebaut ist. Der Druck im druckübertragenden Öl 10 bewirkt auf diese Weise eine Vorspannung der biegsamen Membran 2.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor anzugeben, bei dem die Effektivität der Montage verbessert ist. Gleichzeitig soll erreicht werden, daß das Drucksensorelement weniger empfindlich für eine thermische Verwindung des Befestigungsbettes ist. Schließlich soll ein Drucksensor angegeben werden, bei dem die Temperaturkompensation leicht ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drucksensor anzugeben, bei dem die Temperaturkompensation möglich ist und bei dem die Meßgenauigkeit hoch ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drucksensor anzugeben, in dem die biegsame Membran eine hohe Lebensdauer hat, so daß der Drucksensor eine lange Betriebszeit aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drucksensor anzugeben, in dem nur eine kleine Menge eines druckübertragenden Öls benötigt wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drucksensor anzugeben, in dem nur eine kleine Menge eines druckübertragenden Öles benötigt wird und der eine erhöhte Meßgenauigkeit aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drucksensor anzugeben, in dem die thermische Ausdehnung der den Druck übertragenden Flüssigkeit innerhalb der Meßkammer kompensiert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drucksensor anzugeben, in dem der Druck der druckübertragenden Flüssigkeit eingestellt werden kann.

Im Hinblick auf die obigen Aufgaben umfaßt der Drucksensor nach der vorliegenden Erfindung einen hohlen Hauptkörper, durch den hindurch sich eine Bohrung erstreckt und der ein Meßende und ein Ausgangsende hat. Innerhalb der Bohrung des Hauptkörpers ist eine Druckmeßvorrichtung angeordnet, die die Bohrung in eine Meßkammer zum Übertragen des mit Hilfe der Druckmeßvorrichtung zu messenden Druckes unterteilt sowie in eine Ausgangskammer, durch die hindurch die Ausgangssignale von der Druckmeßvorrichtung ausgeleitet werden. Der Drucksensor umfaßt ferner eine biegsame Membran, die am Meßende der Bohrung des Hauptkörpers angebracht ist, um die Meßkammer abzudichten sowie eine druckübertragende Flüssigkeit, die in die Meßkammer eingefüllt ist. Die Druckmeßvorrichtung umfaßt eine Abstützeinheit, die aus einem Befestigungsbett bestehen kann, das abdichtend am Hauptkörper befestigt ist, einem Druckmeßelement, das wirkungsmäßig an der Abstützeinheit angebracht ist und innerhalb der Meßkammer des Hauptkörpers liegt sowie eine Signalleitung, die mit dem Druckmeßelement verbunden ist und sich abgedichtet durch die Abstützeinheit von der Meßkammer zur Ausgangskammer hindurcherstreckt.

Das Druckmeßelement kann innerhalb des druckübertragenden Mediums angeordnet sein und das Druckmeßelement kann eine Verbindungsfläche haben, an der es abdichtend mit der Abstützeinheit verbunden ist sowie eine druckbeaufschlagte Fläche, die der Abstützeinheit abgewandt ist. Das Befestigungsbett kann ein Volumen aufweisen, das ausreicht, das Volumen der Meßkammer wirkungsvoll herabzusetzen, die ihrerseits mit dem druckübertragenden Medium gefüllt wird. Die Meßkammer kann eine erste Kammer aufweisen, in der die Druckmeßvorrichtung aufgenommen ist sowie eine zweite Kammer, in die hinein sich die biegsame Membran dann verbiegen kann, wenn ein Druck auf sie ausgeübt wird und eine im Durchmesser verminderte Flüssigkeitspassage, die die erste und zweite Kammer miteinander verbindet.

Alternativ kann das Meßende der Bohrung, längs deren sich die biegsame Membran verformt, wenn sie einem Druck unterworfen wird, eine geneigte Kantenfläche aufweisen, um die Konzentration der Biegung der Membrane abzumildern. Die Meßkammer ist mit einem Abstandshalter verbunden, mit dessen Hilfe das Volumen der Meßkammer so herabgesetzt wird, daß ein Rohr oder ein sich bei Wärme zusammenziehendes Material mit einem negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie z. B. eine Eisen-Platin-Legierung, zum Absorbieren der thermischen Ausdehnung des den Druck übertragenden Mediums.

Um das Volumen der Meßkammer nach der Montage einstellbar zu verändern, ist am Hauptkörper ein Volumeneinsteller angebracht, der eine Gewindebohrung umfassen kann, die im Hauptkörper ausgebildet ist und die mit der Meßkammer in Verbindung steht sowie eine Einstellschraube, die in dem Gewindeloch eingeschraubt ist, wobei die Einstellschraube ihre axiale Lage dann verändert, wenn sie in dem Gewindeloch verdreht wird.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei aus der nachfolgenden genauen Beschreibung Einzelheiten der Erfindung noch klarer hervortreten werden. Es zeigen:

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform des Drucksensors nach der Erfindung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der Halbleiter-Druckmeßvorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Drucksensors nach der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Drucksensors nach der Erfindung; und

Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht eines üblichen Drucksensors.

Fig. 1 stellt einen Drucksensor nach der vorliegenden Erfindung dar, der einen im wesentlichen zylindrischen, metallischen Hauptkörper 11 mit einem unteren Gewindeabschnitt 12 und einem im wesentlichen tassenförmigen oberen Abschnitt 13 umfaßt. Im Hauptkörper 11 ist eine Mittelbohrung 14 eingeformt, die sich durch die gesamte Länge des Hauptkörpers 11 hindurcherstreckt. Die Mittelbohrung 14 hat in ihrem Mittelabschnitt eine Schulter 15, auf der eine Druckmeßvorrichtung 16 hermetisch abdichtend angebracht ist. Die Druckmeßvorrichtung 16 unterteilt die Mittelbohrung 14 in eine Meßkammer 17, durch die hindurch ein Druck innerhalb des nicht dargestellten Verbrennungsmotors zur Druckmeßvorrichtung 16 übertragen wird und eine Ausgangskammer 18, durch die hindurch ein Ausgangssignal von der Druckmeßvorrichtung 16 zu einem nicht dargestellten äußeren Schaltkreis abgeleitet wird. Der Drucksensor umfaßt ferner eine flexible Membran 19, die am Meßende 20 der Meßkammer 17 des Hauptkörpers 11 angebracht ist, um auf diese Weise die Meßkammer 17 abzudichten, welche ihrerseits mit dem druckübertragenden Medium 21 gefüllt ist, das eine geeignete Flüssigkeit, wie z. B. Silikonöl, sein kann.

Die Druckmeßvorrichtung 16 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Tragplatte 24 aus Kohlenstoff-Stahl, die dichtend an der Schulter 15 des Hauptkörpers, z. B. durch Schweißen, angebracht ist. An der Tragplatte 24 ist ein keramisches Befestigungsbett 25 angebracht und an diesem Befestigungsbett 25 ist ein Halbleiter-Druckmeßelement 26 befestigt. Wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, ist das Druckmeßelement 26 an der Tragplatte 24 an der Seite angebracht, die zur Meßkammer weist und es liegt mithin innerhalb der Meßkammer 17 und ist vom druckübertragenden Medium 21 umgeben. Das Druckmeßelement 26 ist daher nicht direkt der atmosphärischen Temperatur ausgesetzt, die sehr ungleichmäßig ist, so daß das Druckelement von der Umgebungs-Lufttemperatur nicht beeinflußt wird und die Temperatur-Kompensation des Drucksensors sehr leicht ist. Das Druckmeßelement 26 hat eine Verbindungsfläche 27, an der es abdichtend an der Tragplatte 24 verbunden ist sowie eine Druckbeaufschlagungsfläche 28, die mit dem druckübertragenden Medium 21 in Berührung steht. Die Verbindungsfläche 27 hat in ihrem Mittelabschnitt eine evakuierte Vertiefung, so daß sich das Druckmeßelement 26 unter dem Druck verbiegen kann, der auf die druckbeaufschlagte Fläche 28 aufgebracht wird. Relativ steife elektrische Signalleitungen 30 sind mit dem Druckmeßelement 26 über Verbindungsdrähte 31 verbunden und erstrecken sich von der Meßkammer 17 durch die Trageplatte 24 hindurch zur Ausgangskammer 18. Die Signalleitungen 30 sind mit Hilfe von geeigneten Dichtmitteln 32 in der Trageplatte 24 abgedichtet.

Während der Herstellung des Drucksensors kann die Druckmeßvorrichtung 16 als eine Einheit außerhalb des Hauptkörpers 11 zusammengebaut werden und sie kann innerhalb des Hauptkörpers 11 an der Trageplatte 24, z. B. durch einen Schweißvorgang, angebracht werden. Das heißt, daß die Druckmeßvorrichtung 16 durch Anbringen des Halbleiter-Druckmeßelements 26 am Befestigungsbett 25 hergestellt werden känn, das wiederum seinerseits mit der Trageplatte 24 verbunden wird, worauf die steifen Signal-Ausgangsleistungen 30 mit Hilfe des Dichtmittels 32 fest mit der Trageplatte 24 verbunden werden und zwar so, daß ihre inneren Enden nahe bei dem Druckmeßelement 26 liegen, worauf die Verbindungsdrähte 31 sowohl mit dem Druckemßelement 26 als auch mit den Ausgangs-Signalleitungen 30 verbunden werden, wodurch die Druckmeßvorrichtung 16 als unabhängige Einheit zusammengebaut worden ist. Diese so hergestellte Druckmeßvorrichtung kann leicht innerhalb des äußeren Abschnitts 13 des Hauptkörpers 11 mit Hilfe einer nicht dargestellten Schweißung zwischen der Tragplatte 24 und dem Schulterabschnitt 15 des Hauptkörpers 11 angeordnet und befestigt werden. Der Verdrahtungsvorgang kann mithin außerhalb des Hauptkörpers 11 ausgeführt werden.

Das Druckmeßelement 26 besteht beispielsweise aus einem Silikon-Halbleiter (Wärme-Ausdehnungskoeffizient 4× 10^-6) und wird von einem Befestigungsbett 25 getragen, das aus Keramik besteht (Wärmeausdehnungskoeffizient 8× 10^-6). Das Befestigungsbett 25 ist am Hauptkörper 11 aus rostfreiem Stahl befestigt (Wärmeausdehnungskoeffizient: 16,4×10^-6), und zwar mit Hilfe der Tragplatte 24, die aus Kohlenstoffstahl besteht (Wärmeausdehnungskoeffizient 11×10^-6). Die Verwindung oder Deformation des keramischen Befestigungsbettes 25, die durch die Hitze erzeugt wird, die während des Schweißvorganges oder die Arbeitsweise des Verbrennungsmotors erzeugt wird, und die das Druckmeßelement 26 unerwünscht beansprucht, wird auf diese Weise wesentlich herabgesetzt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 umfaßt die Meßkammer 17 eine erste Kammer 34 zum Aufnehmen der Druckmeßvorrichtung 16, eine zweite Kammer 35, die eine Biegung der flexiblen Membran 19 durch den Druck in der Verbrennungskammer des nicht dargestellten Verbrennungsmotors ermöglicht und eine relativ enge, durchmesserreduzierte Passage 36, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer 34, 35 herstellt. Der Innendurchmesser der Passage 36 kann etwa 1 mm betragen. Das Halbleiter-Druckmeßelement 26 ist so am Befestigungsbett 25 befestigt, daß seine druckbeaufschlagte Fläche 28 vom Befestigungsbett 25 entfernt ist und daß die evakuierte Ausnehmung 29 auf das Befestigungsbett 26 zuweist. Die Verbindungsfläche 27 wird daher durch den Druck vom Silikonöl 21 gegen das Befestigungsbett 25 gedrückt, so daß die Verbindungsfläche 27 rund um die evakuierte Ausnehmung 29 relativ klein gemacht werden kann; auf diese Weise kann die evakuierte Ausnehmung 29 oder der wirksame Druckmeßbereich des Druckmeßelements 26 bei einem Element mit gegebenem Außendurchmesser relativ groß gemacht werden, wodurch die Empfindlichkeit des Druckmeßelementes 26 vergrößert wird.

Die durchmesserreduzierte Passage 36 dient dazu, das Volumen der Meßkammer 17 wesentlich zu vermindern und damit auch das Volumen des Silikonöls 21, wodurch ein unerwünschtes Ansteigen des Druckes im Silikonöl 21 aufgrund der thermischen Expansion bei einem Temperaturanstieg wesentlich herabgesetzt wird. In diesem Sinne wirkt der dicke zylindrische Innenabschnitt 12 rund um die enge Passage 36 dahingehend, das Volumen dieser Meßkammer 17 herabzusetzen.

Fig. 3 stellt eine weitere Ausführungsform des Drucksensors nach der Erfindung dar, die im wesentlichen denselben Aufbau hat wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, die sich von dieser Ausführungsform aber in einigen Punkten unterscheidet. Einer von diesen Unterschieden besteht darin, daß ein tassenförmiges Teil 40 in den äußeren, tassenförmigen Abschnitt 41 des Hauptkörpers 42 eingeschraubt ist. Das tassenförmige Teil 40 hat ein Loch 43, durch das sich die Signalleitungen 30 zum äußeren Anschluß hindurcherstrecken können. Ferner hat die Meßkammer 44 eine unterschiedliche Form. Die Meßkammer 44 umfaßt eine erste Kammer 45, in der die Druckmeßvorrichtung 46 angeordnet ist, eine zweite Kammer 47, die es ermöglicht, daß sich die flexible Membran 48 verbiegt und eine Flüssigkeitspassage 49, die die erste und zweite Kammer 45, 47 miteinander verbindet. Die Druck-Meßvorrichtung 46 hat ein großes Befestigungsbett 50 zum Abstützen des Halbleiter-Druckmeßelementes 51. Das Befestigungsbett 50 füllt einen wesentlichen Teil der ersten Kammer 45 und hat ein Volumen, das ausreicht, das Volumen der Meßkammer 44 wirkungsvoll herabzusetzen, die ihrerseits mit dem den Druck übertragenden Medium 21 gefüllt ist. Das Befestigungsbett 50 hat Durchgangslöcher 52, durch die die Signalleitungen 30 sich hindurcherstrecken können.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß innerhalb der relativ engen Flüssigkeitspassage 49, die zwischen der ersten und zweiten Kammer 45, 47 ausgebildet ist, ein Metallrohr 53 fest eingesetzt ist. Das Metallrohr kann einen Außendurchmesser von ungefähr 3 mm und einen Innendurchmesser von ungefähr 1 mm haben. Das Metallrohr 53 wirkt in der Richtung, daß das innere Volumen der Meßkammer 44 dann leicht vermindert werden kann, wenn es schwierig ist, eine enge Flüssigkeitspassage 49 im Hauptkörper 42 des Drucksensors auszubilden.

Die zweite Kammer 47 hat ein Meß-Ende 54 oder eine Umfangskante der Bohrung, längs deren die biegsame Membran 48 zum Beispiel durch einen Schweißvorgang befestigt ist, wobei sich die Membran durchbiegt, wenn sie einem Druck ausgesetzt wird. Die Meßkante 54 ist eine flach geneigte Kantenfläche, um die Biege-Konzentration der Membran 48 abzumildern und bei der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Kammer 47 im wesentliche flach konisch ausgebildet. Wenn ein Druck auf die Membran 48 ausgeübt wird, verbiegt sie sich längs der leicht geneigten Fläche 54, so daß der Krümmungsradius des gebogenen Abschnittes der Membran 48 groß genug gehalten wird. Wenn die Membran 48 um eine rechtwinklige Kante gebogen wird, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, und wenn die Verbiegung der Membran 48 stets an derselben Stelle wiederholt wird und ferner um einen kleinen Krümmungsradius herum ausgeführt wird, so daß in der Membran 48 eine Metallermüdung auftreten kann, dann sinkt die Lebensdauer des Drucksensors.

Fig. 4 stellt noch eine weitere Ausführungsform des Drucksensors nach der Erfindung dar, bei der ein ringförmiger Abstandshalter 60 aus Material mit einem negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb der Meßkammer 61 angebracht ist, mit dessen Hilfe die Wärmeausdehnung des Druckübertragungsmediums 21 absorbiert wird, das in die Meßkammer 61 eingefüllt ist. Das sich bei Wärmezuführung zusammenziehende Material des Abstandshalters 60 kann eine Legierung aus Eisen und Platin sein. Dieser Abstandshalter dient nicht nur als Mittel zum Vermindern des Volumens der Meßkammer 61, sondern auch dazu, die thermische Ausdehnung der druckübertragenden Flüssigkeit 21 dadurch zu absorbieren, daß diese Ausdehnung durch die thermische Zusammenziehung des sich bei Wärmezufuhr zusammenziehenden Abstandshalters 60 zu kompensieren, so daß der Flüssigkeitsdruck im wesentlichen konstant gehalten werden kann, und zwar selbst dann, wenn Temperaturänderungen auftreten; auf diese Weise werden sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Meßgenauigkeit des Drucksensors verbessert.

Aus Fig. 4 geht ferner hervor, daß eine Einstellschraube 62 beweglich am Hauptkörper 11 angebracht ist, um eine Einstellmöglichkeit für ein veränderbares Volumen in der Meßkammer 61 zu schaffen. Die Einstellschraube 62 ist in eine Gewindebohrung 63 eingeschraubt, die im Hauptkörper 11 eingeformt ist und mit der Meßkammer 61 in Verbindung steht. Die Gewindebohrung umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 64 mit großem Durchmesser, der mit der Gewindebohrung 63 konzentrisch ist und die Einstellschraube 62 umfaßt einen Einstellkolben 65, der verschiebbar im zylindrischen Abschnitt 64 mit dem großen Durchmesser liegt und mit der Innenwand dieses Abschnittes über einen O-Ring 66 in Verbindung steht. Durch Drehen der Einstellschraube 62 kann der Druck in der druckübertragenden Flüssigkeit 21 innerhalb der Meßkammer 61 eingestellt werden, um auf diese Weise sicherzustellen, daß kein unerwünschter Vorspannungsdruck in der Flüssigkeit 21 herrscht, wodurch die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit des Drucksensors verbessert wird.

Claims (19)

1. Drucksensor, gekennzeichnet durch
einen hohlen Hauptkörper (11, 42) mit einer sich durch ihn hindurch erstreckenden Bohrung und einem Meßende (20, 54) und einem Ausgangsende (18);
eine Druckmeßvorrichtung (16, 46), die in der Bohrung des Hauptkörpers (11, 42) liegt und diese Bohrung in eine Meßkammer (17, 44) zum Übertragen des durch die Meßvorrichtung zu messenden Druckes und in eine Ausgangskammer unterteilt, durch welche ein Ausgangssignal von der Druckmeßvorrichtung (16, 46) ausgeleitet wird;
eine am offenen Ende der Meßkammer (17, 44) des Hauptkörpers (11) angebrachte flexible Membran (19, 48) zum Abdichten der Meßkammer; und
ein druckübertragendes Medium (10, 21), das in die Meßkammer (17, 44) eingefüllt ist, wobei die Druckmeßvorrichtung (16, 46) aus folgenden Teilen besteht:
Tragemittel (24), die dichtend im Hauptkörper (11) angebracht sind;
ein Druckmeßelement (26, 51), das wirkungsmäßig am Tragemittel (24) angebracht ist und innerhalb der Meßkammer (17, 44) des Hauptkörpers (11) liegt;
eine Signalleitung (30), die mit dem Druckmeßelement (26, 51) verbunden ist und sich durch die Tragemittel (24) von der Meßkammer (17, 44) in die Ausgangskammer (18) hindurch erstreckt, wobei diese Signalleitung gegenüber dem Tragemittel (24) abgedichtet ist.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragemittel (24) eine Platte umfassen, die hermetisch dichtend am Hauptkörper (11) angeschweißt ist sowie ein Befestigungsbett, das an der Trageplatte (24) zum Abstützen des Druckmeßelemtentes (26, 51) angebracht ist.

3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageteil (24) aus einem Material besteht, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der zwischen demjenigen des Hauptkörpers (11) und des Befestigungsbettes (25) liegt.

4. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmeßelement (26, 51) innerhalb des den Druck übertragenden Mediums (10, 21) liegt.

5. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmeßelement (26, 51) innerhalb des den Druck übertragenden Mediums (10, 21) liegt, daß das Druckmeßelement eine Verbindungsfläche (27) hat, an der es mit dem Tragmittel (24) hermetisch anliegend verbunden ist sowie eine druckbeaufschlagte Fläche (28), die auf der dem Tragmittel (24) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.

6. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmeßelement (26, 51) innerhalb des den Druck übertragenden Mediums (10, 21) liegt und daß das Tragmittel (24) eine Platte umfaßt, die hermetisch abdichtend am Hauptkörper (11) angeschweißt ist sowie ein Befestigungsbett, das an der Platte zum Abstützen des Druckmeßelementes (26, 51) befestigt ist, wobei das Befestigungsbett (25) ein Volumen hat, das ausreicht, um das Volumen der Meßkammer (17, 44) wirksam herabzusetzen, das seinerseits mit dem den Druck übertragenden Medium (10, 21) zu fülllen ist.

7. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (17, 44) eine erste Kammer (34) zum Aufnehmen der Druckmeßvorrichtung (26, 51) hat sowie eine zweite Kammer (35), in die hinein sich die biegsame Membran (19, 48) dann verbiegen kann, wenn ein Druck auf sie einwirkt sowie eine im Durchmesser verminderte Flüssigkeitspassage (36), die die erste und zweite Kammer (34, 35) miteinander verbindet.

8. Drucksensor, gekennzeichnet durch
einen hohlen Hauptkörper (11), der eine Bohrung (17, 44) aufweist, die sich durch ihn hindurcherstreckt und ein Meßende (20, 54) und ein Ausgangsende (18) aufweist;
eine Druckmeßvorrichtung (16, 46), die innerhalb der Bohrung des Hauptkörpers liegt und diese Bohrung in eine Meßkammer (35, 47) einschl. des Meßendes (20, 54) unterteilt, in der der zu messende Druck übertragen wird und eine Ausgangskammer (18) einschl. des Ausgangsendes, durch die hindurch ein Signal von der Druckmeßvorrichtung (16, 46) abgeführt werden kann;
eine biegsame Membran (19, 48), die am Meßende (20, 54) der Meßkammer (35, 47) des Hauptkörpers (11) angebracht ist, um diese Meßkammer dichtend abzuschließen; und ein druckübertragendes Medium (10, 21), das in die Meßkammer (35, 47) eingefüllt ist;
wobei das Meßende (20, 54) der Bohrung, längs dessen die biegsame Membran (19, 48) gebogen wird, wenn sie einem Druck unterworfen wird, eine geneigte Kantenfläche aufweist, mit deren Hilfe die Konzentration der Biegung der Membran vermindert wird.

9. Drucksensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (20, 54) eine erste Kammer (34) aufweist, in der die Druckmeßvorrichtung (16, 46) angeordnet ist, eine zweite Kammer (47), in die hinein sich die biegsame Membran (19, 48) dann verbiegt, wenn ein Druck auf sie einwirkt und eine Flüssigkeitspassage (36, 49) zum Verbinden der ersten und zweiten Kammer.

10. Drucksensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer im wesentlichen konisch geformt ist.

11. Drucksensor, gekennzeichnet durch
einen hohlen Hauptkörper (11), durch den hindurch sich eine Bohrung erstreckt und der ein Meßende (20, 54) und ein Ausgangsende (18) hat;
eine Druckmeßvorrichtung (16, 46), die innerhalb der Bohrung des Hauptkörpers (11) angeordnet ist und diese Bohrung in eine Meßkammer (17, 44) einschl. des Meßendes (20, 54) zum Übertragen des zu messenden Druckes unterteilt sowie in eine Ausgangskammer (18) einschl. des Ausgangsendes, durch die hindurch ein Signal von der Druckmeßvorrichtung abgeführt werden kann;
eine biegsame Membran (19, 48), die am Hauptkörper (11) am Meßende (20, 54) der Meßkammer angebracht ist, um diese Meßkammer dichtend abzuschließen;
ein druckübertragendes Medium (10, 21), das in die Meßkammer eingefüllt ist; und
Mittel, die in der Meßkammer liegen, um das Volumen der Meßkammer zu vermindern.

12. Drucksensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vermindern des Volumens und der Meßkammer ein Befestigungsbett (25, 50) zum Abstützen des Druckmeßelementes (26, 51) umfassen.

13. Drucksensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Herabsetzen des Volumens der Meßkammer ein Rohr (53) umfassen, das in die Meßkammer (44) eingesetzt ist.

14. Drucksensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer eine erste Kammer (34) zum Aufnehmen der Druckmeßvorrichtung (16, 46) umfaßt sowie eine zweite Kammer (35, 47), in die hinein die biegsame Membran (19, 48) sich dann verbiegen kann, wenn ein Druck auf sie einwirkt sowie eine im Durchmesser reduzierte Flüssigkeitspassage (36, 49), die die erste und zweite Kammer (34, 35) miteinander verbindet, wobei die durchmesserreduzierte Passage (35, 49) durch das Rohr (53) gebildet ist.

15. Drucksensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Herabsetzen des Volumens der Meßkammer eine Masse (60) eines sich bei Wärmezufuhr zusammenziehenden Materials enthält, das einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, um auf diese Weise die thermische Ausdehnung des druckübertragenden Mediums aufzunehmen.

16. Drucksensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bei Wärme zusammenziehende Material aus einer Legierung von Eisen und Platin besteht.

17. Drucksensor, gekennzeichnet durch
einen hohlen Hauptkörper (11), durch den hindurch sich eine Bohrung (14, 36) erstreckt und der ein Meßende (20) und ein Ausgangsende (18) hat;
eine Druckmeßvorrichtung (16, 46), die innerhalb der Bohrung des Hauptkörpers (11) angeordnet ist und diese Bohrung in eine Meßkammer (35, 47) einschl. des Meßendes (20) zum Übertragen des zu messenden Druckes unterteilt sowie in eine Ausgangskammer (18) einschl. des Ausgangsendes, durch die hindurch ein Signal von der Druckmeßvorrichtung (16, 46) ausgeführt werden kann;
eine biegsame Membran (19, 48), die am Meßende der Meßkammer des Hauptkörpers angebracht ist, um die Meßkammer dichtend abzuschließen;
ein in die Meßkammer (35, 47) eingefülltes, druckübertragendes Medium (10, 21); und
Einstellmittel (62), die bewegbar im Hauptkörper (11) angeordnet sind, um eine Veränderung des Volumens der Meßkammer einzustellen.

18. Drucksensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel eine Gewindebohrung (63) umfassen, die im Hauptkörper (11) ausgebildet ist und die mit der Meßkammer in Verbindung steht sowie eine Einstellschraube (62), die in die Gewindebohrung (63) eingeschraubt ist, wobei die Einstellschraube (62) ihre axiale Lage dann ändert, wenn sie in der Gewindebohrung (63) verdreht wird.

19. Drucksensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebohrung (63) einen zylindrischen Abschnitt (64) mit großem Durchmesser aufweist, der mit der Gewindebohrung (63) konzentrisch ist und daß die Einstellschraube (62) einen Einstellkolben (65) aufweist, der verschiebbar in dem zylindrischen Abschnitt (64) mit großem Durchmesser sitzt.