DE4234289C1 - Drucksensor - Google Patents

Drucksensor

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DE4234289C1
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Ronald Dipl Phys Eisele
Manfred Liehr
Michael Dipl Ing Schur
Hermann Dieterle
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Fibronix Sensoren GmbH
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Fibronix Sensoren GmbH
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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    • GPHYSICS
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    • G01D11/24Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245Housings for sensors

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11.
Derartige Drucksensoren sind weit verbreitet. Sie besitzen eine Membran, beispielsweise aus Keramik, Glas oder einem kristallinen Werkstoff und einen Grundkörper, beispielsweise aus Keramik, wobei die Membran in einem definierten Abstand zum Grundkörper angeordnet und fixiert ist. Das aus der Membran und dem Grundkörper bestehende Sensorelement wird von einem Gehäuse aufgenommen und darin fixiert.
Aus der DE 40 18 638 A1 ist ein Drucksensor bekanntgeworden, dessen Sensorelement aus Keramik besteht. Die Membran ist in ihrem Randbereich mit einer ringförmigen, dünnen Glasschicht versehen, die im Siebdruckverfahren aufgebracht und durch einen Läpp-Prozeß zur Verbesserung der Oberflächenqualität nachbehandelt ist. Das Sensorelement wird von hinten in ein rotationssymmetrisches Gehäuse eingesetzt und zur Anlage an einem flanschartigen Aufnahmeteil des Gehäuses gebracht. Zwischen dem flanschartigen Aufnahmeteil des Gehäuses und der Membran ist im Bereich der ringförmigen Glasschicht ein Dichtungsring angeordnet, der ein Eindringen von Prozeßfluid in das Gehäuseinnere des Drucksensors verhindert.
Ein ähnliches Einspannprinzip ist aus der DE 36 29 628 A1 bekannt, die einen Drucksensor in Hochdruckausführung vorschlägt. Hierbei wird die Membran axial an ihrem Randbereich gegen ein flanschartiges Einsatzteil gedrückt und zur Abdichtung am Umfang verschweißt. Das Einsatzteil mit der daran befestigten Membran ist seinerseits mit dem zylindrischen Gehäuse dicht verschweißt.
Beiden Drucksensoren ist gemeinsam, daß die Membran im Randbereich axial gegen ein Halterungsteil gedrückt wird, wobei eine bestimmte Vorspannung realisiert werden muß, um eine ausreichende Abdichtung sicherzustellen. Aufgrund nicht zu vermeidender Unregelmäßigkeiten der Oberflächengeometrie ist ein einspannabhängiges Fehlersignal nicht zu vermeiden. Weiterhin besteht eine starke Abhängigkeit vom zu messenden Prozeßdruck und der herrschenden Umgebungstemperatur. So besitzt in der Regel das nichtmetallische Sensorelement einen weit geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das umgebende Gehäuse.
Der aus der DE 40 18 638 A1 bekannte Drucksensor besitzt z. B. ein metallisches Gehäuse. Auch ist es möglich, aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit ein geeignetes Polymer, beispielsweise Fluorpolymer, zu verwenden. Da diese Werkstoffe einen weitaus höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen als das nichtmetallische Drucksensorelement, besteht insbesondere bei höheren Temperaturen die Gefahr, daß aufgrund der großen Wärmedehnung des Gehäuses keine ausreichende Dichtwirkung zwischen der Membran und dem Gehäuseflansch gewährleistet ist. Eine Erhöhung der Vorspannung im Bereich des Dichtungselements führt zumindest bei Gehäusen aus Fluorpolymer nicht zum gewünschten Erfolg, da dieser Werkstoff nicht ausreichend formstabil ist und bei Beaufschlagung mit hohem Druck und hoher Temperatur zu fließen beginnt. Damit eignet sich Fluorpolymer als Gehäusewerkstoff für herkömmlich gestaltete Drucksensoren, die zum Einsatz bei hohen Drücken und/oder Temperaturen vorgesehen sind, nicht, obwohl es hierfür wegen seiner hervorragenden Resistenz gegenüber chemisch aggressiven Medien prädestiniert ist.
Aus der US 5,138,855 ist ein weiterer Drucksensor bekannt, dessen Sensorelement innerhalb eines Gehäuses angebracht ist, das zu diesem Zweck eine Zylinderbohrung aufweist. In dieser Zylinderbohrung ist das Sensorelement radial fixiert eingesetzt. Die Zylinderbohrung ist jedoch nicht durchgehend im Gehäuse angebracht, sondern endet kurz vor der dem Meßobjekt zugewandten Stirnseite des Gehäuses, so daß eine dünne Wand als integraler Bestandteil des Gehäuses verbleibt. Dieser stirnseitige Gehäuseabschnitt bildet die eigentliche Membran. Zwischen dem als Membran dienenden Gehäuseabschnitt und dem Sensorelement sind druckübertragende zylindrische Elemente angeordnet. Derartige Sensoren sind insbesondere zum Einsatz in Verbrennungskraftmaschinen geeignet, um die im Zylinder auftretenden Drücke, insbesondere den Verbrennungsdruck, zu bestimmen. Sie erlauben jedoch keine hochpräzise Druckmessung.
Zum Messen von kleinen Dücken ist ein derartiges Sensorelement wenig geeignet, weil es aus fertigungstechnischen Gründen kaum möglich ist, den Membranabschnitt ausreichend dünn zu gestalten. Hierfür wäre es erforderlich, die in das Gehäuse einzubringende Zylinderbohrung so exakt einzubringen, daß stirnseitig der als Membran dienende Bandabschnitt in der geforderten geringen Wanddicke verbleibt.
Ein weiterer Drucksensor ist aus der DE 23 18 128 B2 bekannt, der für denselben Verwendungszweck vorgesehen ist. Auch er weist eine Plattenmembran auf, die integraler Bestandteil eines Gehäuseabschnittes ist. Ein Radialeinstich definiert einen elastischen Membranabschnitt. Ein Keramikrohr ist auf diesem als Membran wirkenden Gehäuseabschnitt aufgesetzt und überträgt die Auslenkung auf das eigentliche Sensorelement.
Schließlich ist aus der DE 1 33 364 ein Drucksensor bekanntgeworden, der insbesondere für die Druckmessung in aggressiven Medien verwendet werden soll. Er weist deshalb als Korrosionsschutz eine PTFE-Manschette auf, welche die Membran schützen soll. Die Manschette ist als Auskleidung eines den Sensor tragenden Anschlußflansches ausgebildet. Die Membran selbst ist in ihrem Randbereich mit dem Flansch verschraubt und weist deshalb die eingangs geschilderten Nachteile einer am Rand eingespannten Membran auf.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere soll ein Drucksensor geschaffen werden, dessen Sensorelement ein von den Einspannungsverhältnissen unabhängiges Meßsignal liefert und in einem großen Temperaturbereich sicher betrieben werden kann. Insbesondere soll er auch zu Messungen in aggressiven, d. h. korrosiven, Medien eingesetzt werden können.
Gelöst wird dieses Problem durch einen Drucksensor, wie er durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder alternativ durch die Merkmale des Anspruchs 11 wiedergegeben ist. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung basiert auf der Idee, das Sensorelement nicht mehr im Bereich der Membran, sondern im Bereich des Grundkörpers im Gehäuse abzustützen. Damit ist die Membran frei von Einspannkräften; ein von der Einspannung herrührendes Fehlersignal kann somit nicht mehr auftreten.
Gleichzeitig vereinfacht sich die Gestaltung des Gehäuses, weil ein flanschartiger Gehäuseansatz, gegen den die Membran bei dem bisherigen Befestigungskonzept gedrückt werden mußte, vollständig entfallen kann. Vielmehr genügt eine dem Sensorelement angepaßte Ausnehmung, beispielsweise in Form einer Zylinderbohrung, in die das Sensorelement eingesetzt werden kann.
Gemäß einer ersten Ausführungsalternative besteht das Gehäuse vollständig aus einem chemisch beständigen Polymer, vorzugsweise Fluorpolymer. Im Bereich des Grundkörpers ist ein radialer Dichtungsring zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement angeordnet. Um auch bei hohen Einsatztemperaturen eine ausreichende Dichtwirkung sicherzustellen, ist ein Rohr in weitgehender axialer Überdeckung mit dem Grundkörper, d. h. im Bereich des radialen Dichtungsrings, angeordnet. Das Rohr besteht aus einem Werkstoff mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und hemmt somit die Expansion des Gehäuses im Dichtungsbereich. Dadurch ist sichergestellt, daß selbst bei sehr hohen Temperaturen eine ausreichende Vorspannung des radialen Dichtungsrings zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement erhalten bleibt.
Die Aufrechterhaltung der Vorspannung über den gesamten Temperaturbereich ist insbesondere auch deshalb von überragender Bedeutung, weil beim Einsatz in korrosiven Medien der radiale Dichtungsring in der Regel aus einem Fluorpolymer oder einem Perfluorelastomer besteht. Dies sind Werkstoffe, deren Elastizität und damit die hierdurch erzielbare Dichtwirkung sich innerhalb der spezifizierten Einsatztemperaturen nur geringfügig ändern. Deshalb ist es entscheidend, daß sich der Dichtungsraum mit der Temperatur so wenig wie möglich verändert.
Gemäß der zweiten Ausführungsalternative besteht der vordere Gehäuseteil, der das Sensorelement unmittelbar aufnimmt, aus dem gleichen oder zumindest gleichartigen Material wie das Sensorelement und ist mit diesem fest verbunden. Das Gehäuse ist rückseitig mit einem Anschlußstück versehen, das aus einem chemisch beständigem Polymer, vorzugsweise Fluorpolymer, besteht und in das Innere des vorderen Gehäuseabschnitts hineinragt. Zwischen beiden Gehäuseteilen ist ein radialer Dichtungsring angeordnet.
Bei dieser Anordnung befindet sich das Teil mit dem hohen Ausdehnungskoeffizienten radial innenliegend, so daß zur Aufrechterhaltung der Vorspannung im Inneren des Anschlußstücks im Bereich des Dichtungsrings ein Rohr mit einem im Vergleich zum Anschlußstück geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Darstellungen erläutert, die verschiedene Ausführungsvarianten des Drucksensors zeigen. Dort sind auch die damit erzielbaren Vorteile dargestellt. Es zeigt in schematisierter Schnittdarstellung
Fig. 1 Drucksensor mit von vorne eingesetztem Sensorelement,
Fig. 2 Drucksensor mit von hinten eingesetztem Sensorelement,
Fig. 3 Drucksensor aus Fig. 2 mit alternativem expansionshemmendem Rohr,
Fig. 4 Drucksensor aus Fig. 2 mit alternativer axialer Fixierung des Sensorelements,
Fig. 5 Drucksensor für hängende Montage und
Fig. 6 Drucksensor mit keramischem Gehäuseteil.
Fig. 1 zeigt einen Drucksensor, der besonders einfach aufgebaut und zum Messen von Drücken bestimmt ist, welche oberhalb des Umgebungsdrucks liegen. Ein Sensorelement 1 besteht aus einer Membran 1a, die in einem definierten Abstand in hier nicht näher dargestellter Art und Weise an einem Grundkörper 1b angebracht ist. Die Membran 1a kann aus Keramik, Oxydkeramik, Glas, Quarz oder einem kristallinen Werkstoff bestehen. Der Grundkörper 1b besteht aus einem ähnlichen Material, vorzugsweise aus Keramik. Die Membran 1a und der Grundkörper 1b sind im Umfangsbereich durch ein Verbindungsmaterial in einem definierten Abstand parallel zueinander unter Bildung einer dicht abgeschlossenen Kammer zusammengefügt. Die Membrandurchbiegung bei Beaufschlagung mit dem zu bestimmenden Druck wird in an sich bekannter Weise, z. B. durch einen Dünnschicht- oder Dickschicht-Dehnungsmeßstreifen oder durch verschiedenartige kapazitive Anordnungen, erfaßt und elektrisch ausgewertet. Hierzu ist rückseitig am Grundkörper 1b eine Elektronikschaltung 3 als sogenannte Vorortelektronik angebracht, die mit elektrischen Anschlußleitungen 9 versehen ist.
Das Sensorelement 1 zusammen mit der Elektronikschaltung 3 und den Anschlußleitungen 9 ist von vorne frontbündig in einem Gehäuse 2 eingesetzt. Hierzu weist das Gehäuse 2 eine Zylinderbohrung 6 auf. Die axiale Erstreckung der Zylinderbohrung 6 stimmt mit derjenigen des Sensorelements 1 überein. Der Grundkörper 1b liegt mit seiner der Membran 1a abgewandten Seite am Grund der Zylinderbohrung 6 an. Von hinten mündet in die Zylinderbohrung 6 koaxial eine Durchgangsbohrung 8. Sie weist einen kleineren Durchmesser auf, der so bemessen ist, daß die Elektronikschaltung 3 einschließlich der Zuleitungen 9 darin aufgenommen werden können. Durch den Übergang von der Durchgangsbohrung 8 zur Zylinderbohrung 6 entsteht ein Absatz 7, der als Wiederlager für das Sensorelement 1 dient.
Der Durchmesser der Zylinderbohrung 6 ist so gewählt, daß das Sensorelement 1 mit geringem radialen Spiel einsetzbar ist. Im oberen Bereich des Grundkörpers 1b ist ein radialer Dichtungsring zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorelement 1 angeordnet. Er ist im Gehäuse in einer Ringnut 28 geführt. Der radiale Dichtungsring 4 ist bei eingesetztem Sensorelement 1 deformiert und muß unter den vorgesehenen Einsatzbedingungen eine sichere Abdichtung gewährleisten. Insbesondere beim Einsatz in korrosiven Medien muß der Dichtungsring ausreichend chemisch beständig sein und besteht deshalb vorzugsweise aus einem Fluorpolymer oder Perfluorelastomer.
Im Gehäuse 2 ist in weitgehender axialer Überdeckung mit dem Grundkörper 1b ein Rohr 5 angeordnet. Es besitzt im Vergleich zum Gehäuse 2 einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Das Rohr 5 verhindert auf diese Weise, daß das Gehäuse bei einer Temperaturerhöhung im Bereich innerhalb des Rohres 5 und damit im Bereich des Dichtrings 4 nennenswert expandieren kann. Dadurch bleibt die Vorspannung des Dichtungsrings 4 und damit die Dichtwirkung auch bei hohen Temperaturen erhalten.
Durch diese Konfiguration ist es möglich, als Gehäusematerial auch solche Materialien zu verwenden, die einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wie beispielsweise Fluorpolymer, das gegenüber korrosiven Medien besonders resistent ist. Der weitere Vorteil dieses Materials besteht darin, daß es durch das verhältnismäßig einfach beherrschbare Spritzgußverfahren in beinahe jede beliebige Form gebracht werden kann. Das Rohr 5 kann vorteilhafterweise in die Spritzgußform mit eingelegt werden, so daß es vollständig im Gehäuse 2 integriert und damit ohne zusätzliche Maßnahmen vor dem gegebenenfalls korrosiven Medium geschützt ist.
Als Werkstoffe für das Rohr 5 eignen sich insbesondere metallische Werkstoffe, die einen geringen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Keramische Werkstoffe, wie sie an sich aufgrund ihres sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten prädestiniert wären, kommen kaum in Betracht, da das Rohr 5 bei einer derartigen Konfiguration Zugbeanspruchungen ausgesetzt ist.
Das Gehäuse 2 des Drucksensors gemäß Fig. 1 ist als Formflansch ausgeführt. Im vorderen Bereich ist ein Außengewinde 16 angebracht, welches das Einschrauben des Drucksensors am Meßort, beispielsweise in der Wandung eines Behälters, zuläßt. Auch läßt sich eine äußerst kompakte Bauweise realisieren.
Die Möglichkeit des frontbündigen Anbringens des Sensorelements 1 im Gehäuse 2 bietet weitere Vorteile, beispielsweise wird eine gegebenenfalls parallel zur Oberfläche der Membran 1a verlaufende Strömung nicht durch Gehäusevorsprünge gestört. Auf eine zusätzliche axiale Fixierung des Sensorelements 1 im Gehäuse 2 kann dann verzichtet werden, wenn der Drucksensor im Überdruckbereich eingesetzt werden soll. In diesem Fall wird durch die Beaufschlagung der Membran 1a das Sensorelement 1 gegen den Absatz 7 der Zylinderbohrung 6 gedrückt.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die in weitgehender Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist. Der Unterschied liegt in der Art der axialen Fixierung des Sensorelements 1 im Gehäuse 2. So geht die im vorderen Bereich des Gehäuses 2 angebrachte Zylinderbohrung 6 absatzartig in eine Halterungsbohrung 10 über, deren Durchmesser größer ist als derjenige der Zylinderbohrung 6. In diesem Falle entsteht ein Absatz 11, der als axialer Anschlag für ein von hinten einsetzbares Sensorelement 1 dient. Hierzu ist der Grundkörper 1b an der der Membran 1a abgewandten Stirnseite mit einem Absatzring 14 versehen, der am gehäuseseitigen Absatz 11 anliegt.
Die Halterungsbohrung 10 weist ein Gewinde 29 auf, so daß eine mit einem Außengewinde versehene Fixierhülse 12 eingeschraubt werden kann. Die Fixierhülse 12 drückt den Grundkörper 1b gegen den gehäuseseitigen Absatz 11 und fixiert damit das Sensorelement 1 in seiner axialen Position. Eine derartige Konfiguration ist insbesondere dann von Vorteil, wenn im Unterdruckbereich gemessen werden soll.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 zeigt die Möglichkeit auf, das Rohr 5 nachträglich in dem Gehäuse 2 anzubringen. Hierzu weist das Gehäuse 2 einen Einstich 26 auf, in den das Rohr 5 von hinten eingelegt werden kann. Obwohl das Rohr 5 nicht vollständig vom Material des Gehäuses 2 umgeben ist, ist es dennoch vor dem korrosiven Medium geschützt, da es rückseitig, d. h. von der abgedichteten Seite her in das Gehäuse 2 eingesetzt ist. Am Rohr 5 ist endseitig ein Axialring 27 angebracht. Er wird von der Fixierhülse 12 gegen die Rückseite des Grundkörpers 1b des Sensorelements 1 gedrückt. Auf diese Weise werden sowohl das Sensorelement 1 als auch das Rohr 5 in ihrer axialen Position fixiert.
Die Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 2 hinsichtlich der Art der axialen Fixierung des Sensorelements 1. Hierzu weist der Grundkörper 1b eine radiale Ausnehmung in Form einer umlaufenden Nut 15 auf, in die eine geteilte Fixierhülse 13 eingreift. Die Fixierhülse 13 ist in die Halterungsbohrung 10 eingeschraubt und liegt stirnseitig am Absatz 11 des Gehäuses 2 an.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des Drucksensors, dessen Gehäuse die Grundform eines Zylinders besitzt. An der der Membran 1a gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2 ist ein Halterohr 17 vorgesehen, welches seinerseits an einem Formflansch 18 angebracht ist. Das Halterohr 17 und der Formflansch 18 besitzen Durchgangsbohrungen, durch die das Anschlußkabel 9 hindurchgeführt ist. Die Verbindungsstellen zwischen dem Gehäuse 2 und dem Halterohr 17 sowie zwischen dem Halterohr 17 und dem Formflansch 18 sind in hier nicht näher dargestellter Art und Weise fluiddicht ausgeführt. Der Formflansch 18 ist dazu bestimmt, am Meßort, beispielsweise mittels eines Gewindes, befestigt zu werden, wobei die Membran 1a mehr oder weniger weit in das Medium, dessen Druck ermittelt werden soll, hineinragt. Eine derartige Konfiguration eignet sich sowohl für stehende als auch insbesondere für hängende Montage.
Die dargestellte Anordnung des Sensorelements 1 im Gehäuse 2 ist lediglich beispielhaft und stimmt mit derjenigen aus Fig. 1 überein. Es sind aber auch alle übrigen, vorstehend beschriebenen Einbauvarianten prinzipiell möglich.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsalternative der Erfindung, die auf der Ausführungsform gemäß Fig. 5 basiert. Der gravierende, funktionale Unterschied besteht jedoch darin, daß die Art der Erzeugung der Vorspannung im Dichtungsbereich in radialer Richtung exakt entgegengesetzt verlaufend gestaltet ist.
Hierzu ist als Gehäuse ein Hohlzylinder 19 vorgesehen, der aus einem ähnlichen Material wie das Sensorelement, also z. B. aus Keramik, Oxydkeramik, Glas oder kristallinem Werkstoff, besteht. Das Sensorelement 1 ist in einer Ausnehmung 20 frontbündig eingesetzt und darin, beispielsweise mittels Aktivlot oder Glaslot, befestigt. An der der Membran 1a gegenüberliegenden Seite ist der Hohlzylinder 19 mit einem Anschlußstück 21 verschlossen. Das Anschlußstück 21 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 22, der in das Innere des Hohlzylinders 19 hineinragt. Weiterhin weist das Anschlußstück 21 eine Durchgangsbohrung 23 auf.
Das Anschlußstück 21 besteht aus einem chemisch beständigem Polymer, vorzugsweise Fluorpolymer.
Im Bereich des zylinderförmigen Abschnitts 22 ist zwischen dem Hohlzylinder 19 und dem Anschlußstück 21 ein radialer Dichtungsring 24 angeordnet. Auch in diesem Fall besteht er aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit aus einer Fluorpolymer oder einem Perfluorelastomer.
Zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Vorspannungszustands ist zumindest in Höhe des Dichtungsrings 24 ein Rohr 25 in der Durchgangsbohrung 23 des Anschlußstücks 21 angebracht. Es besitzt einen im Vergleich zum Anschlußstück 21 geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und wirkt damit einer unerwünschten Formänderung des Anschlußstücks 21 im Bereich des Dichtungsrings 24 entgegen.
Der Vorteil dieser Konzeption liegt darin, daß das Rohr 25 auf Druck beansprucht wird und somit auch aus keramischen Materialien gefertigt sein kann, die einen extrem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Wiederum ist ein Halterohr 17 vorgesehen, welches mit einem Formflansch 18 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise verbunden ist.
Figurenlegende
 1 Sensorelement
 1a Membran
 1b Grundkörper
 2 Gehäuse
 3 Elektronikschaltung
 4 Dichtungsring
 5 Rohr
 6 Zylinderbohrung
 7 Absatz
 8 Durchgangsbohrung
 9 Anschlußbohrung
10 Halterungsbohrung
11 Absatz
12 Fixierhülse
13 geteilte Fixierhülse
14 Absatzring
15 umlaufende Nut
16 Gewinde
17 Halterohr
18 Formflansch
19 Hohlzylinder
20 Ausnehmung
21 Anschlußstück
22 zylinderförmiger Abschnitt
23 Durchgangsbohrung
24 Dichtungsring
25 Rohr
26 Einstich
27 Axialring
28 Ringnut
29 Gewinde

Claims (14)

  1. Drucksensor mit einem rotationssymmetrischen, nichtmetallischen Sensorelement, dessen Membran in einem definierten Abstand an einem Grundkörper angebracht ist, sowie einem das Sensorelement aufnehmenden Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Zylinderbohrung aufweist, in die das Sensorelement mit geringem radialen Spiel eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gehäuse (2) aus einem chemisch beständigen Polymer besteht,
    daß ein radialer Dichtungsring (4) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Sensorelement (1) im Bereich des Grundkörpers (1b) angeordnet ist, und
    daß im Gehäuse (2) ein expansionshemmendes Rohr (5) in weitgehender axialer Überdeckung mit dem Grundkörper (1b) angeordnet ist, welches einen im Vergleich zum Gehäuse (2) geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
  2. 2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (1) frontbündig im Gehäuse (2) eingesetzt ist.
  3. 3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Sensorelement (1) von der Frontseite her in die Zylinderbohrung (6) des Gehäuses (2) eingesetzt ist, wobei der Grundkörper (1b) an der der Membran (1a) abgewandten Seite an einem Absatz (7) der Zylinderbohrung (6) anliegt, und
    daß in die Zylinderbohrung (6) koaxial eine Durchgangsbohrung (8) kleineren Durchmessers mündet, die elektrische Anschlußleitungen (9) für das Sensorelement (1), sowie eine gegebenenfalls rückseitig am Grundkörper (1b) angebrachte Elektronikschaltung (3) aufnimmt.
  4. 4. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrung (6) absatzartig in eine Halterungsbohrung (10) größeren Durchmessers übergeht, in welcher Halterungsorgane (12, 13) zur axialen Fixierung des Sensorelements (1) angebracht sind.
  5. 5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1b) an dem der Membran (1a) abgewandten Ende einen Absatzring (14) aufweist, der am gehäuseseitigen Absatz (11) axial anliegt und von einer in der Halterungsbohrung (10) eingeschraubten Fixierhülse (12) gehalten ist.
  6. 6. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1b) eine radiale Ausnehmung, vorzugsweise in Form einer umlaufenden Nut (15), aufweist, in die eine geteilte Fixierhülse (13) eingreift, welche in der Halterungsbohrung (10) eingeschraubt ist und stirnseitig am gehäuseseitigen Absatz (11) axial anliegt.
  7. 7. Drucksensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) vollständig im Gehäuse (2) eingebettet ist.
  8. 8. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) in einem Einstich (26) des Gehäuses (2) eingelegt und vorzugsweise durch einen am Rohr (5) endseitig angebrachten Axialring (27) fixiert ist.
  9. 9. Drucksensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) als Formflansch ausgebildet ist und vorzugsweise ein Gewinde (16) zur Befestigung am Meßort aufweist.
  10. 10. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) im wesentlichen die Form eines Zylinders aufweist und mit einem Formflansch 18, vorzugsweise über ein Halterohr (17), verbunden ist, welcher zur Befestigung am Meßort dient.
  11. 11. Drucksensor mit einem rotationssymmetrischen, nichtmetallischen Sensorelement, dessen Membran in einem definierten Abstand an einem Grundkörper angebracht ist, sowie einem das Sensorelement aufnehmenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gehäuse einen Hohlzylinder (19) aus einem nichtmetallischen Werkstoff, vorzugsweise Keramik, Glas oder einem kristallinen Werkstoff, aufweist, in den in einer Ausnehmung (20) das Sensorelement (1) frontbündig eingesetzt und befestigt ist,
    daß der Hohlzylinder (19) rückseitig mit einem Anschlußstück (21) aus einem chemisch beständigen Polymer verschlossen ist, welches mit einem zylindrischen Abschnitt (22) in das Innere des Hohlzylinders (19) hineinragt und eine Durchgangsbohrung (23) aufweist,
    daß ein radialer Dichtungsring (24) zwischen dem Hohlzylinder (19) und dem zylinderförmigen Abschnitt (22) des Anschlußstücks (21) angeordnet ist, und
    daß in der Durchgangsbohrung (23) des Anschlußstücks (21) ein expansionshemmendes Rohr (25) in Höhe des Dichtungsrings (24) eingesetzt ist, das einen im Verleich zum Anschlußstück (21) geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
  12. 12. Drucksensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (19, 21) mit einem Formflansch (18) zur Befestigung am Meßort verbunden ist.
  13. 13. Drucksensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (19, 21) und dem Formflansch (18) ein Halterohr (17) vorgesehen ist.
  14. 14. Drucksensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das chemisch beständige Polymer ein Fluorpolymer ist.
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