DE8105868U1 - Druckmesszelle - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Un.sor Zeichen Berlin und München .. VPA 81 G 3505 DE

Druckmeßzelle

Die Neuerung bezieht sich auf eine Druckmeßzelle mit den im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 genannten Merkmalen.

Bei bekannten Druckmeßzellen (DE-OS 26 30 640) ist das

piezoresitive Meßelement auf einer scheibenartigen Grundplatte befestigt, in welcher auch die achsparallelen Anschlußstifte für die elektrischen Anschlüsse in glasisolierten Durchführungen angebracht sind. Das die Trennmem- bran tragende Meßzellen-Oberteil ist mit der Grundplatte verschraubt, zur Abdichtung dienen in Nuten eingelegte Dichtringe.

Es besteht die Forderung, eine solche Druckmeßzelle so zu verbessern, daß sie Drücken in der Größenordnung von mehreren 100 bar standhält, gleichzeitig wird eine kompakte Bauweise gefordert, um die Druckmeßzellen auch an schwer zugänglichen Stellen unter beschränkten Platzverhältnissen anbringen zu können. 25

Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Druckmeßzelle der obengenannten Art gesehen, welche die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Durch die besondere Ausbildung der miteinander zu verbindenden Ränder von Meßzellen-Oberteil und Grundplatte ist es möglich, beim Schweißen eine hohe Eindringtiefe der Schmelze zu erreichen und damit eine druckdichte Schweißnaht zu erzielen, die hohen Drücken (bis zu 600 bar) standhält Gleichzeitig wird durch die kragenartige Ausbildung des Scufenrands des Oberteils (oder des Unterteils) erreicht, daß die Hitzeentwicklung beim Schweißen das empfindliche

Sp 4 Sei / 25.02.1981

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Meßelement mit der S-ilizium-Meßmembran, in dessen Höhe die Randschweißung stattfindet, nicht beeinflußt wird. Somit wird es möglich, die Druckmeßzelle so kompakt zu bauen id die Innenabmessungen der in ihr enthaltenen Hohlräume so zu bemessen, daß eine Menge von = 0,2 cm FUIl- flüssigkeit ausreicht, um die hydraulische Druckübertragung von der meßdruckbeaufschlagten Trennmembran zur Meßmembran sicherzustellen. Der bei größeren FUllmengen zu beobachtende, meßwertverfälschende Temperatureinfluß auf die FUlIfIUssigkeit läßt sich so auf vernachlässigbare Werte reduzieren.

Zur Erläuterung der Neuerung ist in der Figur 1 ein AusfUhrungsbeispiel einer neuerungsgemäßen Druckmeßzelle dargestellt und im folgenden beschrieben.

Figur 2 zeigt einen Teilausschnitt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In einer rotationssymmetrischen Grundplatte 1 mit topfartig hochgezogener Wand 2 ist in einer Axialbohrung ein Trägerrohr 3 befestigt, auf welchem die Halbleiter-Meßmembran 4 mit ihrer Fassung 5 druckdicht befestigt ist. Die piezoresitiven Leiterbahnen der Meßmembran 4 sind über geschweißte oder gelötete Anschlußleitungen 6 mit den oberen Enden von Anschlußstiften 7 verbunden, die achsparallel durch glasisolierte Durchführungen 8 in der Grundplatte 1 nach außen ragen und dort als Kontakte, beispielsweise als Lötfahnen, Wrapstachel oder Steckerstifte, zum Anschluß weiterführender elektrischer Leitungen ausgebildet sind.

Die topfartig hochgezogene Wand 2 der Grundplatte 1 veist einen Rand in Form einer Kreisringfläche 9 auf, die etwa in der die Meßrrembran 4 enthaltenden Ebene liegt. Die beschriebenen Teile bilden das Unterteil der Meßzelle, welches mit einem als Membranträger ausgebildeten Oberteil 10 verbunden ist. Dieses rotationssymmetrische Meßzellenoberteil 10 ist an seiner einen Stirnseite mit ei-

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ner ιlachen Vertiefung 11 versehen, welche nach außen mit einer Trennmembran 12 dicht abgeschlossen ist und die über eine axiale Bohrung 13 kleinen Durchmessers mit einer in der gegenüberliegenden Stirnseite des Oberteils 10 angebrachten rotationssymmetrischen Ausnehmung 14 in Ver bindung steht.

Der mit dem Meßzellenunterteil zu verbindende Rand der Ausnehmung 14 ist als Stufenrand ausgebildet, wobei die Kreisringfläche 15 der äußeren Stufe auf der Kreisringfläche 9 der hochgezogenen Wand 2 der Grundplatte 1 aufliegt und die gleichen Abmessungen aufweist und die innere Stufe 16 kragenartig über den Rand der Grundplatte greift, wobei ihre Höhe etwa der Breite der äußeren Stufe 15 und damit etwa der Wandstärke der Wand 2 entspricht. Die Ausdehnung der inneren Stufe 16 in radialer Richtung, also ihrer Breite, beträgt etwa ein Drittel bis ein Viertel ihrer Höhe. Die Meßzellen-Oberteil und Meßzellen-Unterteil verbindende Schweißung wird so geführt, daß eine nahe- zu über die volle Wandstärke der Wand 2 reichende Schmelzzone und damit eine Schweißnaht 17 entsteht, deren Tiefe wenigstens 75 % der Breite der miteinander verschweißten Kreisringflächen 9 und 15 beträgt. Beim Schweißen ;/ird durch die kragenartig übergreifende innere Stufe 16 ein Durchschlagen der Schweißflamme in den die Meßmembran 4 enthaltenden Raum 18 sowie eine zu große Wärmeeinwirkung verhindert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist unterhalb der Schweißnaht 17 in der Wand 2 der Grundplatte 1 eine umlaufende Nut 19 eingestochen, deren Tiefe etwa die Hälfte der Wandstärke beträgt und die den Wärmefluß in die Grundplatte 1 und zu den glasisolierten Durchführungen 8 beim Schweißen verringern soll.
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Wie sich aus der Figur 1 erkennen läßt, sind die Hohlräume im Innern der Druckmeßzslle, die sich aus der fla-

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chen Vertiefung 11 hinter der Trennmembran 12, der radialen Bohrung 13, der Ausnehmung 14 und dem Raum 18 um die Meßmembran zusammensetzen, so klein wie möglich gehalten. Diese Hohlräume sind in bekannter Weise mit einer nicht kompressiblen Füllflüssigkeit, beispielsweise Silikonöl,

3 gefüllt, bei einer ausgeführten Druckmeßzelle mit 0,17 cm , welche den von außen auf di^ Trennmembran 12 wirkenden Meßdruck (Pfeile) hydraulisch auf die eine Seite der Meßmembran 4 überträgt, diese gegen einen auf die andere Seite über das Trägerrohr 3 wirkenden Referenzdruck auslenkt and eine meßbare Widerstandsänderung ihrer piezoresitiven Leiterbahnen verursacht.

Bei dem in Figur 1 im Maßstab 5 : 1 dargestellten Ausführungsbeispie1 beträgt der Durchmesser d der Druckmeßzelle 15 mm, der Durchmesser der Bohrung 13 etwa 1 nun.

3 Schutzansprüche
2 Figuren

Claims (3)

- 5 - VPA 81 G 3505 DE Schutzansprüche

1. Druckmeßzelle mit

a) einer gefaßten, piezoresistiven Halbleiter-Meßmembran,

b) einer scheibenförmigen Grundplatte, auf welcher die Meßmembran zentrisch befestigt ist,

c) glasisoliert durch die Grundplatte geführten Anschlußstiften, die einerseits mit den Meßelementen der Meßmembran verbunden und andererseits als

Kontakte für den Anschluß elektrischer Leitungen ausgebildet sind,

d) einem mit der Grundplatte verbundenen, hohlzylindrischen Meßzellen-Oberteil, das an seiner Stirnseite mit einer Trennmembran abgeschlossen ist,

e) einer nicht kompressiblen Füllflüssigkeit zur hydraulischen Kopplung der vom Meßdruck beaufschlagten Trennmembran mit der Meßmembran,

dadurch gekennzeichnet, daß f) die Grundplatte (1) eine topfartig hochgezogene

JÜ Wand (2) aufweist, deren als Kreisringfläche (9)

ausgebildeter Rand etwa in der die Meßmenraran (4) enthaltenden Ebene liegt,

g) das Meßzellenoberteil (10) eine flache, mit der Trennmembran (12) abgeschlossene und mit einer

axialen Bohrung (13) in Verbindung stehende stirnseitige Vertiefung (11) und an der gegenüberliegenden Stirnseite eine mit der axialen Bohrung

ί (13) in Verbindung stehende rotationssymmetrische

Ausnehmung (14) aufweist,

h) der Rand der Ausnehmung (14) als Stufenrand ausgebildet ist, wobei die Kreisringfläche (15) der äußeren Stufe auf der Kreisringfläche (9) der hochgezogenen Wand (2) aufliegt und die gleichen Abmessungen aufweist und die innere Stufe (IG)

kragenartig über den Rand der Wand (2) greift, wobei die Höhe der zweiten Stufe in Axialdichtung

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etwa der Breite der äußeren Stufe (IR) und ihre Breite ein Drittel bis ein Viertel dieser Höhe beträgt,

i) Grundplatte (1) und Oberteil (10) durch Verschweißen der Kreisringflächen (9, 15) ihrer Ränder

druckdicht verbunden sind, wobei die Tiefe der Schweißnaht (IV) in radialer Richtung wenigstens drei Viertel der Breite der miteinander verschweißten Kreisringflächen (9, 15) beträgt. 10

2. Druckmeßzelle nach Anspruch 1. dadurch g e kennze ichnet , daß unterhalb der Schweißnaht (17) der äußeren Mantelfläche der Wand (2) der Grundplatte (1) eine umlaufende Nut (19) angebracht ist, deren Tiefe etwa der Hälfte der Wandstärke der Wand (2) beträgt.

3. Druckmeßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit nicht kompressibler Flüssigkeit gefüllten Hohlräume (11, 13, 14, 18) der Druckmeßzelle zwischen Trennmembran (12) und Meßmembran (4) so bemessen sind, daß ihr Volumen = 0,2 cm ist.