DE8916193U1 - Pressure sensor for hydrostatic level measurement - Google Patents

Pressure sensor for hydrostatic level measurement

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Description

Druckaufnehmer für hydrostatische FüllstandmessungPressure sensor for hydrostatic level measurement

Die Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer für hydrostatische Füllstandsmessung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art. Diese für extrem hohe Überlastfestigkeit ausgelegten Druckaufnehmer haben nach derzeitigem Stand der Technik folgenden grundsätzlichen Aufbau.The invention relates to a pressure sensor for hydrostatic level measurement of the type specified in the preamble of the main claim. These pressure sensors, which are designed for extremely high overload resistance, have the following basic structure according to the current state of the art.

Mittels einer metallischen kreisförmigen Membran, einer sogenannten Trennmembran, die unter Bildung einer Druckkammer mit einem geschlossenen Gehäuse verbunden ist, werden die sich in Abhängigkeit vom Füllstand ergebenden Drücke aufgenommen. Diese Druckkammer ist über eine Leitung mit der eigentlichen Meßkammer verbunden, deren unter Druck aus lenkbare Membran zusammen mit einer feststehenden Elektrode einen veränderbaren Meßkondensator bildet, dessen Kapazität zur Ermittlung des Meßwertes mit der konstanten Kapazität eines Referenzkondensators verglichen wird. Druckkammer, Verbindungsleitung und Meßkammer sind zur DruckübertragungThe pressures that arise depending on the filling level are recorded by means of a metallic circular membrane, a so-called separating membrane, which is connected to a closed housing to form a pressure chamber. This pressure chamber is connected to the actual measuring chamber via a line, whose membrane, which can be guided under pressure, together with a fixed electrode, forms a variable measuring capacitor, the capacity of which is compared with the constant capacity of a reference capacitor to determine the measured value. The pressure chamber, connecting line and measuring chamber are used for pressure transmission.

Postgiroamt: Karlsruhe 769 79-754*. ßaiikkfcnSt Djyiiscr» 8anfc.i\*?T/Illingen (BLZ 69470039) 146332Postgiroamt: Karlsruhe 769 79-754*. ßaiikkfcnSt Djyiiscr» 8anfc.i\*?T/Illingen (BLZ 69470039) 146332

mit einem flüssigen Medium, beispielsweise Silikonöl, gefüllt. Die Druckkammer ist so ausgebildet und dimensioniert, daß sich die Membran bei Überlastdruck an ein Stützbett des Gehäuses anlegt, wodurch eine hohe Überlastfestigkeit des • Druckaufnehmers im Bereich der Druckkammer erreicht wird. Diese Überlastfestigkeit ist insbesondere dann erforderlich, wenn beispielsweise über mit dem Behälter, dessen Füllstand zu messen ist, verbundene Rohrleitungen dynamische Druckstöße zugeleitet werden, die weit über dem zu messenden hydrostatischen Druck liegen und zur Zerstörung des Sensors ^- führen können.filled with a liquid medium, for example silicone oil. The pressure chamber is designed and dimensioned in such a way that the membrane rests against a support bed of the housing in the event of overload pressure, thereby achieving a high overload resistance of the pressure sensor in the area of the pressure chamber. This overload resistance is particularly necessary when, for example, dynamic pressure surges are fed through pipes connected to the container whose fill level is to be measured, which are far higher than the hydrostatic pressure to be measured and can lead to the destruction of the sensor.

Die bekannten Druckaufnehmer sind zur Messung in Rohren kleinen Querschnitts, z.B. in Tiefbrunnenrohren, nicht kompakt genug und damit in vielen Fällen ungeeignet.The known pressure sensors are not compact enough for measuring in pipes with a small cross-section, e.g. in deep well pipes, and are therefore unsuitable in many cases.

Ferner sind für bestimmte Anwendungen, insbesondere hydrostatische Füllstandsmessung von Behältern, welche sehr empfindliche Füllgüter enthalten, Druckaufnehmersysteme der oben beschriebenen Art nicht anwendbar, da bei einer mechanischen Beschädigung des Meßsystems das Druckmittelmedium, z.B. Silikonöl, in das Füllgut gelangen und dieses ver-/ schmutzen kann. Aus diesem Grunde werden Meßsysteme der geschilderten Art von der Pharma-, Lebensmittel- und Lackindustrie abgelehnt.Furthermore, pressure sensor systems of the type described above cannot be used for certain applications, in particular hydrostatic level measurement of containers containing very sensitive filling materials, since if the measuring system is mechanically damaged, the pressure medium, e.g. silicone oil, can get into the filling material and contaminate it. For this reason, measuring systems of the type described are rejected by the pharmaceutical, food and paint industries.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, einen Druckaufnehmer zu schaffen, welcher bei gleicher oder gar höherer Überlastfestigkeit möglichst kompakt und schlank aufgebaut ist und ohne flüssige Druckmittel arbeitet. Nach einer weiteren Bedingung sollen die mit dem Medium in Berührung kommenden Teile, nämlich Membran und Gehäuse, aus hochkorrosionsfesten Materialien, beispielsweise Edelstahl, bestehen, um eine Füllstandmessung in mit Säuren bzw. LaugenThe present invention is therefore based on the task of creating a pressure sensor which, while having the same or even higher overload resistance, is as compact and slim as possible and works without liquid pressure medium. According to a further condition, the parts that come into contact with the medium, namely the membrane and housing, should be made of highly corrosion-resistant materials, for example stainless steel, in order to enable level measurement in solutions containing acids or alkalis.

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gefüllten.Behältern zu ermöglichen.filled containers.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe bei einem Druckaufnehmer der gattungsgemäßen Art mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The stated object is achieved by a pressure sensor of the generic type having the features specified in the characterizing part of claim 1.

Nach diesem Vorschlag, nach welchem in an sich bekannter Weise die Druckkammer gleichzeitig die Meßkamirier ist und der Referenzkondensator an einem gemeinsamen Gehäusegrundkörper vorgesehen ist, sind die elektrischen Anschlüssen für den v_. Meß- und Referenzkondensator achsparallel zur Grundkörperachse geführt, enden außerhalb der Grundfläche des zylindrischen Grundkörpers und bilden den elektrischen Anschluß.According to this proposal, according to which, in a manner known per se, the pressure chamber is simultaneously the measuring chamber and the reference capacitor is provided on a common housing base, the electrical connections for the measuring and reference capacitors are guided parallel to the axis of the base body, end outside the base area of the cylindrical base body and form the electrical connection.

Ein derart ausgebildeter Druckaufnehmer hat weit weniger Platzbedarf als die bisher bekannten Druckaufnehmer dieser Art mit ihren relativ unförmigen und verwinkelten Gehäusen. Auch lassen sich Druckaufnehmer dieser Art weit einfacher reinigen, was in vielen Fällen, z.B. bei Anwendung in der Pharma- und Lebensmittelindustrie, von großem Vorteil ist.A pressure sensor designed in this way requires far less space than the previously known pressure sensors of this type with their relatively bulky and angled housings. Pressure sensors of this type are also much easier to clean, which is a great advantage in many cases, e.g. when used in the pharmaceutical and food industries.

Da seitlich aus dem Gehäuse abstehende Anschlüsse fehlen, / läßt sich der Druckaufnehmer, wie nach der Aufgabenstellung gefordert, · ohne Reduzierung der Membranflache, also ohne Verzicht auf Empfindlichkeit, in rohrförmige Behälter geringen Querschnitts einsetzen.Since there are no connections protruding from the side of the housing, the pressure sensor can be used in tubular containers with a small cross-section, as required by the task, without reducing the membrane area, i.e. without sacrificing sensitivity.

Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich, wenn, wie gemäß Anspruch 2 vorgeschlagen ist, am Grundkörper des Sensors auf der dem Meßkondensator gegenüberliegenden Seite der Referenzkondensator vorgesehen ist, welcher hinsichtlich der Abmessungen identisch mit dem Meßkondensator ist, jedoch anstelle einer verformbaren Membran eine nicht-verfonnbare, metallische Abdeckplatte aufweist.A particularly compact structure is obtained if, as proposed in claim 2, the reference capacitor is provided on the base body of the sensor on the side opposite the measuring capacitor, which is identical in terms of dimensions to the measuring capacitor, but has a non-deformable, metallic cover plate instead of a deformable membrane.

Konstruktive Maßnahmen für die Gestaltung eines derartigen Druckaufnehmers mit achsparallelen Anschlußdurchführungen sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 5.Structural measures for the design of such a pressure sensor with axially parallel connection bushings are the subject of subclaims 3 to 5.

Nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 6 können die Elektroden von Meß- und Referenzkondensator in bekannter Dünnschichttechnologie aufgetragen, also z.B. aufgedampft oder aufgesputtert sein. Hierbei ergeben sich Schichtdicken von weniger als 1 um.According to the proposal according to claim 6, the electrodes of the measuring and reference capacitors can be applied using known thin-film technology, i.e., e.g., vapor-deposited or sputtered. This results in layer thicknesses of less than 1 µm.

Möglich sind jedoch auch Schichten, die durch Aufdrucken und dauerhaftes Einbrennen einer leitfähigen Paste erzeugt werden.However, layers that are created by printing and permanently burning in a conductive paste are also possible.

Um die eingangs erwähnte hohe Überlastfestigkeit zu erreichen, ist nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 7 eine eben ausgebildete metallische Membran vorgesehen, welcher die Oberfläche ein am Grundkörper befindliches Stützbett mit einem glocken- oder kegelförmigen Profil zugeordnet ist. Dieses Stützbett ist so bemessen, daß sich die metallische Membran bei Überlastdruck ohne Bruchgefahr 'ganzflächig an / dieses anlegt.In order to achieve the high overload resistance mentioned at the beginning, according to the proposal according to claim 7, a flat metallic membrane is provided, to which the surface is assigned a support bed located on the base body with a bell-shaped or conical profile. This support bed is dimensioned in such a way that the metallic membrane lies against it over its entire surface in the event of overload pressure without any risk of breakage.

Eine besonders vorteilhafte Herstellung ergibt sich, wenn der Druckaufnehmer, wie mit Anspruch 8 angegeben, gestaltet ist. Zur Erzielung dieser Gestaltung kann in einem metallischen äußeren Ring ein Einsatz aus elektrisch isolierendem Material angeordnet werden, wobei letzterer die Flächenelektroden trägt. Dieser Einsatz kann beispielsweise aus Druckglas bestehen, das einen ähnlichen Ausdehnungkoeffizienten wie der metallische Grundkörper hat. Dieser Druckaufnehmer kann nach den Vorschlägen gemäß den Ansprüchen 9 bis 11 je nach Belüftung der Kammern zur Ermittlung des absoluten oderA particularly advantageous production results when the pressure sensor is designed as specified in claim 8. To achieve this design, an insert made of electrically insulating material can be arranged in a metallic outer ring, the latter carrying the surface electrodes. This insert can, for example, consist of compressed glass which has a similar coefficient of expansion to the metallic base body. This pressure sensor can, according to the proposals according to claims 9 to 11, be used to determine the absolute or

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des relativen Druckes benutzt werden.of relative pressure.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie Einzelheiten für die konstruktive Ausbildung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigenFurther features of the invention as well as details of the structural design are explained in detail below using an embodiment shown in the drawing. The drawing shows

Figur 1 - Axialschnitt des im wesentlichen rotationssymmetrischen Druckaufnehmers,Figure 1 - Axial section of the essentially rotationally symmetrical pressure sensor,

Figur 2 - vergrößerter und übertriebener Axialschnitt des Grundkörpers zur Veranschaulichung des glockenförmigen Profils,Figure 2 - enlarged and exaggerated axial section of the base body to illustrate the bell-shaped profile,

Figur 3 - Ansicht in Richtung III-III in Figur 1 und Figur 4 - Ansicht in Richtung IV-IV in Figur 1.Figure 3 - View in direction III-III in Figure 1 and Figure 4 - View in direction IV-IV in Figure 1.

Der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen Druckaufnehmers ist mit dem Schnitt in Figur 1 veranschaulicht.The basic structure of the pressure sensor according to the invention is illustrated in the section in Figure 1.

Der Druckaufnehmer besteht hiernach aus einem Grundkörper 1 in Form eines flachen Zylinders mit beidseitigen Vertiefungen. Die in Figur 1 untere Seite des Grundkörpers 1 bildet zusammen mit einer metallischen, elastisch verformbaren Membran 3 eine Meßkammer 9. Der Grundkörper 1 besteht aus einem zylindrischen Ring la aus Metall und einem konzentrischen Einsatz Ib aus Glas.The pressure sensor consists of a base body 1 in the form of a flat cylinder with recesses on both sides. The lower side of the base body 1 in Figure 1 forms a measuring chamber 9 together with a metallic, elastically deformable membrane 3. The base body 1 consists of a cylindrical ring 1a made of metal and a concentric insert 1b made of glass.

Die gegenüberliegende Seite des Grundkörpers 1 ist mit einer nicht verformbaren Abdeckplatte 6 verbunden, wobei diese mit dem Grundkörper 1 eine zweite Kammer 10 bildet.The opposite side of the base body 1 is connected to a non-deformable cover plate 6, which forms a second chamber 10 with the base body 1.

Vorzugsweise bestehen Membran 3, Grundkörperring la und Abdeckplatte 6 aus Edelstahl und sind jeweils längs ihrer Umfange bei 2 miteinander verschweißt.Preferably, membrane 3, base body ring 1a and cover plate 6 are made of stainless steel and are welded together along their circumferences at 2.

Die Kammern 9 und 10 sind miteinander über eine Entlüftungsbohrung 17 und mit der äußeren Atmosphäre über eine Entlüftungsbohrung 20 verbunden.The chambers 9 and 10 are connected to each other via a vent hole 17 and to the outside atmosphere via a vent hole 20.

Der Meßkondensator ist einerseits aus der metallischen Membran 3 und andererseits einer in die Oberfläche 7 des ^&mdash;- Einsatzes Ib eingelassenen oder auf diese hauchdünn mit einer Stärke von < 1 &mgr;&eegr; aufgebrachten Schichtelektrode 8 gebildet.The measuring capacitor is formed on the one hand from the metallic membrane 3 and on the other hand from a layer electrode 8 embedded in the surface 7 of the ^&mdash; insert 1b or applied thereto in a wafer-thin manner with a thickness of < 1 μg/cm.

Der Referenzkondensator ist einerseits aus der metallischen Abdeckplatte 6 und andererseits der in die Oberfläche 11 des Einsatzes Ib eingelassenen oder hauchdünn aufgebrachten Schichtelektrode 12 gebildet.The reference capacitor is formed on the one hand from the metallic cover plate 6 and on the other hand from the layer electrode 12 embedded in the surface 11 of the insert 1b or applied in a very thin layer.

Dem elektrischen Anschluß der Schichtelektroden 8 und 12 dienen achsparallel und im mittleren Bereich verlaufende Anschlußstifte 18 und 19, welche elektrisch isoliert die / Abdeckplatte 6 durchsetzen und mit der Schichtelektrode 8 bzw. 12 elektrisch verbunden sind. Zu diesem Zweck ist der aus Glas bestehende Einsatz Ib von zwei röhrchenförmigen, metallischen Leitern 13 und 14 durchsetzt, wobei der LeiterThe electrical connection of the layer electrodes 8 and 12 is made by connecting pins 18 and 19 running parallel to the axis and in the middle area, which pass through the cover plate 6 in an electrically insulated manner and are electrically connected to the layer electrode 8 or 12. For this purpose, the insert 1b made of glass is penetrated by two tubular, metallic conductors 13 and 14, whereby the conductor

13 mit der Schichtelektrode 12 verbunden, ,gegenüber der Schichtelektrode 8 jedoch isoliert und der Leiter 14 mit der Schichtelektrode 8 und gegenüber der Schichtelektrode 12 isoliert sind. In axialer Verlängerung der Leiter 13 und13 is connected to the layer electrode 12, but is insulated from the layer electrode 8 and the conductor 14 is insulated from the layer electrode 8 and from the layer electrode 12. In the axial extension of the conductors 13 and

14 sind in die Abdeckplatte 6 Führungsröhrchen 21 und 22 eingesetzt, welche gegenüber der Abdeckplatte mit aus Glas oder dergleichen bestehenden Durchführungen elektrisch isoliert sind. In die Röhrchen 21 und 13 bzw. 22 und 14 sind14, guide tubes 21 and 22 are inserted into the cover plate 6, which are electrically insulated from the cover plate by means of bushings made of glass or the like. In the tubes 21 and 13 or 22 and 14,

die die Rückseite der Abdeckplatte 6 überragende Anschlußstifte 19 und 18 elektrisch leitend und abgedichtet eingesetzt. the connecting pins 19 and 18 projecting beyond the rear of the cover plate 6 are inserted in an electrically conductive and sealed manner.

In ähnlicher Weise sind die Entlüftungsbohrungen 17 und 20 ausgebildet. So ist in den Einsatz Ib mittig ein Röhrchen 25 mit der Durchgangsbohrung 17 eingesetzt, welchem ein ähnlich dimensionsiertes Röhrchen 23 mit der Entlüftungsbohrung 20 entspricht. Dieses Röhrchen 23 ist mittels einer Glasdurchführung 24 in eine entsprechende Bohrung der .Abdeckplatte 6 {-·-■ eingesetzt.The vent holes 17 and 20 are designed in a similar way. A small tube 25 with the through hole 17 is inserted in the middle of the insert 1b, which corresponds to a similarly dimensioned small tube 23 with the vent hole 20. This small tube 23 is inserted into a corresponding hole in the cover plate 6 by means of a glass feedthrough 24.

Die mit dem Ring la verbundene Membran 3 und die Abdeckplatte 6 liegen auf gleichem Potential und bilden jeweils eine Elektrode des Meßkondensators bzw. des Referenzkondensators, deren entsprechenden Elektroden 8 und 12 elektrisch gegeneinander und gegenüber dem Grundkörperring la, der Membran 3 und der Abdeckplatte 6 isoliert auf den Oberflächen 7 bzw. 11 des Glaseinsatzes Ib angebracht sind.The membrane 3 connected to the ring la and the cover plate 6 are at the same potential and each form an electrode of the measuring capacitor or the reference capacitor, whose corresponding electrodes 8 and 12 are attached to the surfaces 7 and 11 of the glass insert 1b, electrically insulated from one another and from the base body ring la, the membrane 3 and the cover plate 6.

Bei druckbedingter Verformung der Membran 3 ändert sich der Kapazitätswert des Meßkondensators, während der Kapazitäts-/ wert des Referenzkondensators konstant bleibt. Die Kapazitätwerte, die zwischen den Anschlußstiften 18 und 19 gegenüber dem Grundkörper 1 meßbar sind, werden mit einer nicht dargestellten Auswerteelektronik zur Ermittlung der Druckunterschiede und damit des Füllstandes verarbeitet.When the membrane 3 is deformed due to pressure, the capacitance value of the measuring capacitor changes, while the capacitance value of the reference capacitor remains constant. The capacitance values, which can be measured between the connection pins 18 and 19 in relation to the base body 1, are processed using evaluation electronics (not shown) to determine the pressure differences and thus the fill level.

Die Membran 3 und die der Membran zugewandte Oberfläche des Grundkörpers 1, nämlich die Fläche 4a des Ringes la und die Fläche 7 des Einsatzes Ib, sind so bemessen, daß sich die Membran 3 bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes an das aus den Flächen 4a und 7 gebildete Stützbett des Grundkörpers 1 vollflächig anlegt. Um bei dieser Abstützung einenThe membrane 3 and the surface of the base body 1 facing the membrane, namely the surface 4a of the ring la and the surface 7 of the insert 1b, are dimensioned such that the membrane 3, when a predetermined pressure is exceeded, rests fully on the support bed of the base body 1 formed by the surfaces 4a and 7. In order to achieve a

möglichst gleichmäßigen Flächendruck auf die sich anlegende Membran zu gewährleisten, ist dieses Stützbett so ausgebildet, daß sein Profil dem Querschnitt der bei Überlastdruck deformierten Membran 3 entspricht. Aus diesem Grund hat das Stützbett, wie übertrieben in Figur 2 veranschaulicht ist, die Form einer sehr flachen Glocke. Hierbei setzt sich das Stützbett aus einer am Rand vorgesehenen Kreisringfläche 4, die parallel zur Oberfläche der nicht verformten Membran 3 verläuft, und einer etwa glockenförmig innerhalb der Kreisringfläche 4 gelegenen, vertieften Oberfläche zusammen. ■·--■' Dieses glockenförmige Stützbett wird zu einem Teil, nämlich dem Teil 4a, von der Oberfläche des Ringes la und einem anderen Teil von der Oberfläche 7 des Einsatzes Ib gebildet. In vereinfachter Näherung kann die glockenförmige Oberfläche 4a, 7, wie mit der gestrichelten Linie 26 angedeutet, von einem flachen Kreiskegel gebildet werden, wobei die Übergänge zu den Kreisringflächen 4a sowie die Spitze des Kreiskegel abgerundet sind.In order to ensure the most even surface pressure possible on the membrane being applied, this support bed is designed so that its profile corresponds to the cross-section of the membrane 3 deformed under overload pressure. For this reason, the support bed has the shape of a very flat bell, as shown exaggeratedly in Figure 2. The support bed is made up of a circular ring surface 4 provided on the edge, which runs parallel to the surface of the undeformed membrane 3, and a recessed surface located approximately in the shape of a bell within the circular ring surface 4. ■·--■' This bell-shaped support bed is formed in part, namely part 4a, by the surface of the ring la and another part by the surface 7 of the insert 1b. In a simplified approximation, the bell-shaped surface 4a, 7, as indicated by the dashed line 26, can be formed by a flat circular cone, whereby the transitions to the circular ring surfaces 4a and the tip of the circular cone are rounded.

Der erfindungsgemäße Druckaufnehmer kann als Absolutdrucksensor eingesetzt werden. In diesem Fall sind die über die Entlüftungsbohrung 17 miteinander verbundenen Kammern 9 und &zgr; 10 zu evakuieren, worauf die Entlüftungsbohrung 20 zu verschließen ist.The pressure sensor according to the invention can be used as an absolute pressure sensor. In this case, the chambers 9 and ζ 10 connected to one another via the vent hole 17 must be evacuated, whereupon the vent hole 20 must be closed.

Bei Verwendung des Druckaufnehmers als Relativdrucksensor bleibt dagegen die Entlüftungsbohrung 20 offen. In diesem Fall ist dafür zu sorgen, daß der Druckaufnehmer so montiert ist, daß keine Flüssigkeit auf seine Rückseite gelangen kann.When using the pressure sensor as a relative pressure sensor, the vent hole 20 remains open. In this case, it must be ensured that the pressure sensor is mounted in such a way that no liquid can reach its back.

Die in der Zeichnung übertrieben stark dargestellten Schichtelektroden 8 und 12 sind als dünne leitende Schichten auf die Oberfläche des Glaseinsatzes Ib aufgebracht, z.B.The layer electrodes 8 and 12, which are shown exaggeratedly in the drawing, are applied as thin conductive layers to the surface of the glass insert Ib, e.g.

bei, einer Schichtdicke von weniger als 1 &mgr;&igr;&agr; aufgedampft oder aufgesputtert.with a layer thickness of less than 1 μm², evaporated or sputtered.

Durch achsparallele Herausführung der elektrischen Anschlüsse, die Verwendung einer zweiten druckunabhängigen Kammer zur Bildung des Referenzkondensators auf der Rückseite des Druckaufnehmers, den Verzicht auf Füllflüssigkeiten zur Druckübertragung sowie die ganzflächige Abstützung der Membran 3 im Überlastfall wird ein Druckaufnehmer erreicht, der die eingangs erläuterte Aufgabe in sehr vorteilhafter Weise löst.By routing the electrical connections parallel to the axis, using a second pressure-independent chamber to form the reference capacitor on the back of the pressure sensor, dispensing with filling fluids for pressure transmission and supporting the entire surface of the membrane 3 in the event of an overload, a pressure sensor is achieved that solves the task explained at the beginning in a very advantageous manner.

Di'pl.-Ing. KLAUS WESTPHAL Dr. rer.nst. BERND MUSSGNUG Waldstj^sseDi'pl.-Ing. KLAUS WESTPHAL Dr. rer.nst. BERND MUSSGNUG Waldstj^sse

Telefon (07721) 56007 ► Tel§x 7921573 wemud 1.(07721)55164Telephone (07721) 56007 ► Tel§x 7921573 wemud 1.(07721)55164

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U.Z.: vegO-73U.Z.: vegO-73

FIGURENLEGENDEFIGURE LEGEND

la Ibla Ib

GrundkörperBase body

Ringring

EinsatzMission

4a4a

SchweißnähteWelds

Membranmembrane

KreisringflächeCircular ring area

Teil des glockenförmigen StützbettesPart of the bell-shaped support bed

5a5a

KreisringflächeCircular ring area

Teil des glockenförmigen StützbettesPart of the bell-shaped support bed

10 11 12 13 14 15 16 1710 11 12 13 14 15 16 17

AbdeckplatteCover plate

Teil des glockenförmigen StützbettesPart of the bell-shaped support bed

SchichtelektrodeLayer electrode

1. Kammer1st Chamber

2 . Kammer2 . Chamber

Teil des glockenförmigen StützbettesPart of the bell-shaped support bed

SchichtelektrodeLayer electrode

Metallischer LeiterMetallic conductor

Metallischer LeiterMetallic conductor

Elektrisch isolierte DurchführungElectrically insulated bushing

Elektrisch isolierte DurchführungElectrically insulated bushing

EntlüftungsbohrungVent hole

Postgiroamt: Karlsruhe 76979-754 EfaaRt<i3ntp: I Bank.Ä&ViflMgen (BLZ 69470039) 146332Postgiroamt: Karlsruhe 76979-754 EfaaRt<i3ntp: I Bank.Ä&ViflMgen (BLZ 69470039) 146332

i *""

1818 AnschlußstiftConnector pin 1919 AnschlußstiftConnector pin 2020 EntlüftungsbohrungVent hole 21, 22, 2321, 22, 23 Röhrchentube 2424 Durchführungexecution 2525 Röhrchentube 2626 KreiskegelCircular cone

Claims (11)

1. Druckaufnehmer für hydrostatische Füllstandmessung mit einer metallischen, kreisförmigen Membran, welche unter Bildung einer Kammer mit einem geschlossenen Gehäuse verbunden ist, und mit einem durch Auslenkung der Membran veränderbaren Meßkondensator sowie einem Referenzkondensator mit konstanter. Kapazität, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Membran (3) die erste Elektrode des Meßkondensators bildet, die längs ihres Umfanges mit einem zylindrischen, das Gehäuse bildenden Grundkörper (1) verbunden, vorzugsweise verschweißt (2), ist, daß die der Membran (3) zugewandte Oberfläche des Grundkörpers (1) eine elektrisch gegenüber diesem und der Membran (3) isolierte, flächige Elektrode (8) trägt, welche die zweite Elektrode des Meßkondensator bildet, daß der Referenzkondensator am Grundkörper (1) vorgesehen ist und daß die Elektroden (8, 12) des Meß- und Referenzkondensators mit metallischen Anschlußstiften (18, 19) elektrisch leitend verbunden sind, welche im Mittelbereich des Grundkörpers (1). angeordnet sind und diesen achsparallel zur Grundkörperachse durchsetzen und außerhalb der Grundfläche des Grundkörpers (1) zur Bildung des elektrischen Anschlusses enden.1. Pressure sensor for hydrostatic level measurement with a metallic, circular membrane, which is connected to a closed housing to form a chamber, and with a measuring capacitor that can be changed by deflecting the membrane, as well as a reference capacitor with constant. Capacitance, characterized in that the metallic membrane (3) forms the first electrode of the measuring capacitor, which is connected along its circumference to a cylindrical base body (1) forming the housing, preferably welded (2), that the surface of the base body (1) facing the membrane (3) carries a flat electrode (8) which is electrically insulated from the base body and the membrane (3), which forms the second electrode of the measuring capacitor, that the reference capacitor is provided on the base body (1) and that the electrodes (8, 12) of the measuring and reference capacitors are electrically connected to metallic connection pins (18, 19) which are arranged in the middle region of the base body (1) and pass through it parallel to the axis of the base body and end outside the base area of the base body (1) to form the electrical connection. Postgiroamt: Karlsruhe 76979-754 *&iacgr;Postgiro office: Karlsruhe 76979-754 *&iacgr; (BLZ 69470039) 146332(Bank code 69470039) 146332 % #&diams;% #&diams; &bull;J · &diams;&bull;J · &diams; 2. Druckaufnehmer nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (1) auf der dem Meßkondensator (3, 8) gegenüberliegenden Seite der Referenzkondensator vorgesehen ist, der aus einer nicht-verformbaren, metallischen Abdeckplatte (6), welche mit dem Grundkörper längs des ümfangs verbunden, vorzugsweise verschweißt (2), ist, und einer an der Oberfläche (5, 5a, 11) des Grundkörpers (1) elektrisch gegenüber diesem und der Abdeckplatte (6) isoliert angeordneten flächigen Elektrode (12) besteht.2. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the reference capacitor is provided on the base body (1) on the side opposite the measuring capacitor (3, 8), which consists of a non-deformable, metallic cover plate (6) which is connected to the base body along the circumference, preferably welded (2), and a flat electrode (12) arranged on the surface (5, 5a, 11) of the base body (1) so as to be electrically insulated from the base body and the cover plate (6). 3. Druckaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) aus einem metallischen äußeren Ring (la) und einem in dessen Mitte angeordneten Einsatz (Ib) aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise Glas, besteht, dessen der Membran (3) und der Abdeckplatte (6) zugewandten Flächen (7, 11) Schichtelektroden (8, 12) tragen.3. Pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the base body (1) consists of a metallic outer ring (la) and an insert (Ib) arranged in the middle of the latter made of electrically insulating material, preferably glass, whose surfaces (7, 11) facing the membrane (3) and the cover plate (6) carry layer electrodes (8, 12). 4. Druckaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (Ib) achsparallele Durchkontaktierungsbohrungen aufweist, in die metallische Leiter (13, 14) eingesetzt sind, welche einerseits mit den Elektroden (8, 12) und andererseits mit den Anschlußstiften (18, 19) verbunden sind, die mittels elektrisch isolierter Durchführungen (15, 16) vorzugsweise aus Druckglas durch die Abdeckplatte (6) hindurchgeführt sind.4. Pressure sensor according to claim 3, characterized in that the insert (Ib) has axially parallel through-holes into which metallic conductors (13, 14) are inserted, which are connected on the one hand to the electrodes (8, 12) and on the other hand to the connecting pins (18, 19) which are guided through the cover plate (6) by means of electrically insulated feedthroughs (15, 16), preferably made of pressure glass. 5. Druckaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,5. Pressure sensor according to claim 4, characterized in daß die im Einsatz (Ib) vorgesehenen metallischen Leiter (13, 14) röhrchenförmig ausgebildet sind, daß in die elektrisch isolierten Durchführungen (15, 16) metallische Röhrchen (21, 22) eingesetzt sind und daß die metallischen Leiter (13, 14) und Röhrchen (21, 22) koaxial zueinander angeordnet und von den Anschlußstiften (18, 19) durchsetzt sind.that the metallic conductors (13, 14) provided in the insert (Ib) are tubular, that metallic tubes (21, 22) are inserted into the electrically insulated bushings (15, 16) and that the metallic conductors (13, 14) and tubes (21, 22) are arranged coaxially to one another and are penetrated by the connecting pins (18, 19). 6. Druckaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (8, 12) in Form von dünnen elektrisch leitenden Schichten auf den Grundkörper (1) aufgetragen, vorzugsweise aufgedampft bzw, aufsputtert, sind.6. Pressure sensor according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the electrodes (8, 12) are applied in the form of thin electrically conductive layers to the base body (1), preferably vapor-deposited or sputtered. 7. Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Membran (3) eben ist und die dieser zugewandte Oberfläche des Grundkörpers (1) als Stützbett (4, 4a, 7) ausgebildet ist, das ein glocken- oder kegelförmiges Profil besitzt, an welchem die Membran (3) bei Überlastdruck, vorzugsweise bei 1,25- bis 2-fachen Nenndruck, ganzflächig anliegt.7. Pressure sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the metallic membrane (3) is flat and the surface of the base body (1) facing it is designed as a support bed (4, 4a, 7) which has a bell-shaped or conical profile, against which the membrane (3) rests over its entire surface in the event of overload pressure, preferably at 1.25 to 2 times the nominal pressure. Druckaufnehmer nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß das Stützbett des Grundkörpers (1) eine außengelegene, schmale, zur Oberfläche der unbelasteten Membran (3) parallel verlaufende Kreisringfläche (4) aufweist, in deren Innern die glockenförmig oder kegelförmig flach vertiefte, konzentrische Kreisfläche (4a, 7) gelegen ist.Pressure sensor according to claim 1 1 , characterized in that the support bed of the base body (1) has an external, narrow circular ring surface (4) running parallel to the surface of the unloaded membrane (3), in the interior of which the bell-shaped or conical shallowly recessed, concentric circular surface (4a, 7) is located. Druckauf nehiuer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von Membran (3) bzw. Abdeckplatte (&bgr;) und Grundkörper (1) gebildeten beiden Kammern (9, 10) über eine vorzugsweise zentrisch im Grundkörper (1) angeordnete Entlüftungsbohrung (17) miteinander verbunden sind.Pressure sensor according to claim 7 or 8, characterized in that the two chambers (9, 10) formed by the membrane (3) or cover plate (β) and the base body (1) are connected to one another via a vent hole (17) preferably arranged centrally in the base body (1). 10. Druckaufnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, v_. daß die Kammern (9, 10) evakuiert sind.10. Pressure sensor according to claim 9, characterized in that the chambers (9, 10) are evacuated. 11. Druckaufnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (9, 10) über eine Entlüftungsbohrung (20) mit der äußeren Atmosphäre verbunden sind.11. Pressure sensor according to claim 9, characterized in that the chamber (9, 10) is connected to the external atmosphere via a vent hole (20). 185185
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