DE7606153U1

DE7606153U1 - Aufnehmer mit einer Membran

Info

Publication number: DE7606153U1
Application number: DE7606153U
Authority: DE
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1976-03-01
Publication date: 1981-02-12

Description

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HOTTINGER BALDWIN MESSTECHNIK GMBH
26. Februar 1976

Aufnehmer mit einer Membran

Die Erfindung betrifft einen Aufnehmer mit einer mit der zu messenden mechanischen Größe beaufschlagten Membran, deren Verformung mittels Dehnungsmeßstreifen in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und die einen verdickten Einspannrand aufweist, wobei die Dehnungsmeßstreifen an der Außenseite der Membran oder einer mit der Membran verbundenen Biegefeder angebracht sind.

Bei bekannten Druckaufnehmern befindet sich auf der einen Seite der Membran ein Hohlraum, in dem der zu messende Druck herrscht. Auf der anderen Membranseite, nachfolgend als Außenseite der Membran bezeichnet, sind die Dehnungsmeßstreifen bzw. die die Dehnungsmeßstreifen tragende Biegefeder angeordnet. Von dieser Außenseite der Membran her werden die AnschluBleitungen zu den DehnungsmeBstreifen geführt.

Um die Membran vor äußeren Einflüssen zu schützen, ist sie üblicherweise an ihren Außenseiten mit einer Abdeckung versehen, durch die die Anschlußleitungen für die Dehnungsmeßstreifen hindurchgeföhrt werden. Nach dem Anbringen dBr Anschlußleitungen sind die Dehnungsmeßstreifen nicht mehr zugänglich, so daß alle Maßnahmen zum Abgleich der Dehnungsmeßstreifen vorher vorgenommen werden müssen.

Die Bauhöhe derartiger bekannter Druckaufnehmer ist verhältnismäßig hoch, weil sich auf der einen Membranseite der Schraubenanschluß für die Druckleitung und auf der anderen Membranseite der elektrische Anschluß für die zu den Dehnungsmeßstreifen führenden Leitungen befinden.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Aufnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Dehnungsmeßstreifen auch nach dem Anbringen der Anschlußleitungen zum Abgleich und zur überprüfung noch einfach zugänglich sind und dessen Bauhöhe gering ist.

Diese Aufgabe wird erfi"Hungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einspannrand der Membran einen nach außen vorspringenden Bund bildet und daß die AnschluBleitungen der Dehnungsmeßstreifen durch dan Bund des Einspannrandes hindurch zu den Dehnungsmeßstreifen geführt sind, die auf der Außenseite der Membran bzw. auf der der Membran abgekehrten Seite der Biegefeder angebracht sind.

Die durch dBn Einspannrand hindurchgeführten Anschlüsse können unmittelbar mit den Dehnungsmeßstreifen verbunden werden, wobei die Dehnungsmeßstreifen auch nach dem Anschluß der Leitungen noch vollständig zugänglich bleiben, so daß erfindungsgemäß ein Abgleich an den Dehnungsmeßstreifen oder an einem damit verbundenen Kalibrierwiderstand oder an mindestens einem weiteren abgleichbaren Widerstand auch dann noch vorgenommen werden kann, wenn die Membran bereits der zu messenden mechanischen Größe ausgesetzt wird, beispielsweise dem Nenndruck. Die Bauhöhe des Aufnehmers ist gering, weil auf der Außenseite der Membran keine Anschlußleitungen weggeführt werden. Durch dis Aus-

führung des Einspannrandes als nach außen vorspringender \ Bund wird zugleich erreicht, daß der Einspannrand und damit die Membran weitgehend von Kräften unbeeinflußt bleiben, die am Anschluß für die Druckleitung, beispielsweise einem .. SchraiibanschluB, eingeleitet werden können. Die Leitungsanschlüsse sind durch den vorspringenden Bund schon gut geschützt, so daß besondere zusätzliche mechanische Abschirmungen entfallen können.

_M In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungs· <> gedankens ist vorgesehen, daß die die Oehnungmeßstreifen

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tragende bzw. mit der Biegefeder verbundene Außenseite der Membran mit einem den Einspannrand dichtend umgreifenden Deckel abgedeckt ist. Oa dieser Deckel keinerlei Durchführungen aufweist, kann er "als einfaches napfförmiges Ziehteil aus Blech hergestellt sein.

Als besonders vorteilhaft für die Herstellung und die Funktionsfähigkeit des Aufnehmers hat es sich erwiesen, wenn die Membran in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens mit dem als vorspringenden Bund ausgeführten Einspannrand und einem Anschlußstück für den Anschluß einer Druckzuleitung einstückig als Drehteil ausgebildet ist. Dabei entfallen alle Dichtungsprobleme weitestgehendt das Drehteil ist mit geringen Kosten und hoher Genauigkeit herzustellen.

Der erfindungsgemäße Aufnehmer mit einer Membran ist bei der Messung von Druck, Kraft, Beschleunigung und Drehmoment uneingeschränkt einsetzbar. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchan.

Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Druckaufnehmer im Längsschnitt ,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die die Dehnungsmeßstreifenrosette tragende Außenseite der Membran,

Fig. 3 einen erfindungsggmäßen Kraftaufnehmer im Längsschnitt,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die die Dehnungsmeßstreifen tragende Außenseite der ringförmigen Membran bei dem Kraftaufnehmer nach Fig. 3,

Fig. 5 im vergrößerten Teilschnitt eine Leitungsdurchführung,

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Fig. 6 Teile eines erfindungsgemäßan Druckaufnahrners für

geringe Drücke im Längsschnitt und Fig. 7 eine Draufsicht auf dia in Fig. 6 gezeigten Teile eines Druckaufnehmsrs.

Der in Fig. 1 gezeigte Druckaufnehmer weist eine Membran in Form einer kreisFörmigen Plattenfeder auf, deren VBrdickter Einspannrand als nach außen vorspringender Bund ausgebildet ist. Ein Einstich 3 hinter dem Bund 2 trennt den Bund von einem zylindrischen Teil 4 mit Gewinde 5 zum Anschluß einer Druckleitung für das Mediim, dessen Druck gemessen werden soll. Auf der Außenseite der Membran 1 sind Dehnungsmeßstreifen 6 aufgebracht, beispielsweise als Rosette aufgeklebt oder aufgedampft.

Anschlußleitungen 7 sind durch achsparallele Bohrungen 8 im Bund 2 isoliert hindurchgeführt und mit den Anschlüssen der Dehnuncrsmeßstreifen 6 verbunden, beispielsweise durch löten.

Der die Dehnungsmeßstreifen 6 mit ihren Anschlüssen aufnehmende Raum auf der Außenseite der Membran 1 ist durch einen napfförmigen Deckel 9 verschlossen, der den Sund 2 dichtend übergreift.

Die Membran 1, ihr als Bund 2 ausgebildeter Einspannrand und das zylinderfSrmige Anschlußstück 4 sind einstückig als Drehteil ausgeführt.

Die Dehnungsmeßstreifen B können in Dünnfilmtechnik oder als Folienrosette aufgebracht werden, wobei diese entweder nach dem Aufbringen auf die Membranaußenseite fertiggestellt werden kann oder als Blatt fertiggestellt wird, das aufgeklebt wird. In diesem Fall werden Löcher in die Anschlußfahnen der Dehnungsmeßstreifen gestanzt. Die Anschlußstifte 7, die um einen geringen Betrag über

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die Ebene der Membranaußenseite hinausragen, dienen dabei als Paßstiftp und fixieren die Rosette bei der Befestigung, beispielsweise mittels der sogenannten Heißapplikation. Der Aufwand zum Herstellen der Schaltung ist sehr gering und besteht nur darin, die vier Stifte mit den Lötfahnen der Dehnungsmeßstreifen (Fig. 2) zu verlöten.

Wie in Fig. 2 dargestellt, trägt die Außenseite der Membran außer dBn Dehnungsmeßstreifen 6 auch mindestens einen Kalibrierwiderstand 10. Außerdem besteht bei der dargestellten Ausführungsform eines Druckaufnehmers bzw. Kraftaufnehmers auch die Möglichkeit, den Kalibrierwiderstand weitestgehend im Bereich des Bundes 2 anzuordnen, der keiner Verformung unterworfen ist.

Weiterhin wird durch die Anordnung mindestens eines weiteren abgleichbaren Widerstandes 22 erreicht, daß an diesem in einfachster Weise der Temperaturfehler des Nullpunktes und der Temperaturfehler der Empfindlichkeit abgeglichen werden können.

Das in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemaße Netzwerk aus Dehnungsmeßstreifen, Kalibrierwiderstand und Nullabgleichwiderstand und die diese verbindenden Leiterbahnen können in einfachster Form in einem einzigen Arbeitsgang ais einer Folie ausgeätzt oder durch Aufdampfen hergestellt werden.

Die Kalibrierung mittels des Kalibrierwiderstandes 10 kann erfolgen, wenn der Druckaufnehmer mit seinem Nenndruck beaufschlagt wird, da die Dehnungsmeßstreifen 6 und der Kalibrierwiderstand Π auch nach der Fertigstellung der Anschlüsse zugänglich bleiben. Bei Nenndruck verändert man den Kalibrierwiderstand, bis das Nennsignal erreicht wird. Falls notwendig, kann im gleichen Arbeitsgang auch die Linearitätsabweichung bei halbem Nenndruck geprüft werden. Anschließend wird der Deckel 9 aufgebracht, ohne daß dadurch die Eiganschaften des Auf-

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nehmers nachträglich verändert werden.

Der erfindungsgemäße Aufnehmer kann mit geringen Abwandlungen gegenüber der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen auch als KraftaufnBhmer [Figuren 3 und 4) ausgeführt werden. Dazu ist ein zur Krafteinleitung dienender zentraler Zapfen 11 an der Außenseite der Membran 1 angebracht, beispielsweise einstückig mit dieser ausgeführt, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Membran 1 wird durch die zu messende Kraft verformt. Der Deckel 9 ist hierbei mit dem zentralen Zapfen 11 dicht verbunden und sehr dünn ausgeführt, damit er keinen Kraftnebenschluß zur Membran 1 bildet.

Eine besonders geringe Linearitätsabw9ichung der Membran 1 erhält man dadurch, daß das Mittelteil 1.1 der Membran verdickt ist, so daß der die Dehnungsmeßstreifen in der Anordnung nach Fig. 4 tragende, verformbare Teil der Membran kreisringförmig ist.

Bei sogenannten Dünnfilm-Applicationen können die Anschlußstifte 7 CFig. 5) mit einer Druckglasisolierung 12 in die Bohrungen 8 des Bundes 2 eingeschmolzen werden. Der Stift und die Glasisolierung 12 stehen dabei zunächst etwas über die Ebene der Membranaußenseite hinaus. Der Überstand wird später abgeschliffen. Die Kontaktierung erfolgt dann durch einfaches Aufdampfen mit entsprechend ausgebildeten Masken ohne zusätzliche Schweiß- oder Lötarbeit. Man erkennt aus Fig. 5, daß die aufgedampfte Leiterbahn 6.1 des Dehnungsmeßstreifens auf einer Isolierschicht 6.2 liegt, die nur im Bereich des abgeschliffenen Stiftes 7 unterbrochen ist.

Die Figuren 6 und 7 zeigen einen Druckaufnehmar für niedrige Drücke. Die Membran 1 ist hierbei als sehr dünne WeIl-

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membranMausgeführt, damit sie durch die geringen Drücke noch ausreichend verformt werden kann. Eine die Dehnungsmeßstreifen 6 tragende Bfegefeder 13 ist mit einem ver-

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dickten MittBlstück 13.1 mit der Membran 1 verbunden. Die beiden Enden der Biegefeder 13 sind einstückig mit dem Bund 2 ausgeführt, der dan Einspannrand für die Membran 1 bildet.

nurqh die beiderseitige Einspannung der Biegefeder 13 wird eine genaue Führung des verdickten Mittelstücks 13.1 in Achsrichtung bei der Verformung der Membran 1 erreicht, Gegenüber einseitig eingespannten· BiegefedBrn erhält man eine sehr gute Linearität des Meßsignals.

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Claims

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--η—t Anspruch

. Aufnehmer mit einer mit der zu messenden mechanischen Größe beaufschlagten Membran, deren Verformung mittels OehnungsmeSstreifen in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und die einen verdickten Einspannrand aufweist, wobei die Dehnungsmeßstreifen an der Außenseite der Membran oder Biner mit der Membran verbundenen Biegefeder angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannrand der Membran (1) bzw. Biegefeder (13) einen nach außen vorspringenden Bund (2) bildet und daß die Anschlußleitungen (7) der Dehnungsmeßstreifen [S) durch den Bund (2) des Einspannrandes hindurch zu den Dehnungsmeßstreifen (B) geführt sind, die auf der Außenseite der Membran (1) bzw. auf der der Membran (19) abgekehrten S.eite der Biegefeder (13) an-

^! gebracht sind.
2. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die die Dehnungsmeßstreifen (R) tragende bzw. mit der Biegefeder Ϊ13) verbundene Außenseite der Membran (1 bzw. 19) mit einem den Einspannrand (2) dichtend umgreifenden Deckel (9) abgedeckt ist. ··
3. Aufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) bzw. der Biegefeder (13) auf der , Außenseite außer den Dehnungsmeßstreifen (6) mindestens ) einen Kalibrierwiderstand (10) trägt.
4. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) bzw. die Biegebalken (13) auf der Außenseite außer Dehnungsmeßstreifen (B) und Kalibrierwiderstand (10) mindestens einen weiteren abgleichbaren Widerstand (22) trägt.

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5. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Dehnungsmeßstreifen (B), Kalibrierwiderstand (10), abgleichbarer Widerstand (22) und die diese verbindenden Leiter-

U. bahnen (25) ein sinstückiges Bauteil darstellen.

6. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch tr-i

n gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (6) und

gegebenenfalls der/die Kalibrierwiderstand/stände (10) auf der Außenseite der Membran (1) aufgedampft sind.

7. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung für die Anschlußleitungen Anschlußstifte (7) aufweisen, die mit Glasisolierungen (12) in Bohrungen (8) im Bund (2) des Eispannrandes eingeschmolzen sind.

B. Aufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußsti-fte (7) und die Glasisolierungen (12) über die Membran (1) bzw. Biegebalken (13) überstehen und nach dem Einschmelzen auf der Membran-

f außenseite abgeschliffen werden, so daß Glasisolierung,

Anschlußstift und Mernbranaußenseite eine Ebene bilden.

9. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ^; daß ein zur Krafteinleitung dienender zentraler

Zapfen (11) an der Außenseite der Membran (1) bzw.

Biegefeder (13) angebracht ist.

10. Aufnehmer nach Ansprüchen 2 und B, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) mit dem zentralen Zapfen (11) dicht verbunden und sehr dünn ausgeführt ist.

11. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) bzw. Biegefeder (13) mit dem

_; als vorspringender Bund (2) ausgeführten Einspannrand

und einem AnschluBstück (4) für den Anschluß einer Druckzuleitung einstückig als Drehteil ausgebildet ist.

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