DE9421746U1 - Pressure sensor - Google Patents
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Description
DrucksensorPressure sensor
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen des Druckes von
flüssigen oder gasförmigen Medien, welcher eine mit einer
Flüssigkeit gefüllte Meßzelle aufweist, die aus einem, ein
Sensorelement enthaltenden mit einer Membran verschlossenen Gehäuse
besteht.The invention relates to a pressure sensor for measuring the pressure of liquid or gaseous media, which has a
Liquid-filled measuring cell, which consists of a, a
A housing containing a sensor element and sealed with a membrane.
Ein solcher Drucksensor ist bekannt (DE-A-37 03 685). Bei dem
bekannten Drucksensor besteht die Membran in der Regel aus einem
elastomeren Kunststoff und die Flüssigkeit, welche der
Druckübertragung zwischen der Membran und dem Sensorelement dient, ist ein Silikonöl, welches in gut entgastem und nahezu wasserfreien
Zustand in die Meßzelle eingefüllt wird.Such a pressure sensor is known (DE-A-37 03 685).
In the known pressure sensor, the membrane usually consists of a
elastomeric plastic and the liquid which the
The fluid used to transfer pressure between the membrane and the sensor element is a silicone oil which is filled into the measuring cell in a well degassed and almost water-free state.
Ein Nachteil des bekannten Drucksensors besteht in der
Gasdurchlässigkeit der Trennmembran. Diese Gasdurchlässigkeit nimmt bei steigender Temperatur zu.A disadvantage of the known pressure sensor is the
Gas permeability of the separation membrane. This gas permeability increases with increasing temperature.
Wegen der Gasdurchlässigkeit der Membrane kann ein Gasaustausch mit
der Umgebung stattfinden, der dazu führen kann, daß soviel Gas aus der Umgebung in den Drucksensor eindringt und im Silikonöl in
Lösung geht, bis der Dampfdruck der im Silikonöl gelösten Gase demDue to the gas permeability of the membrane, a gas exchange with the environment can take place, which can lead to so much gas from the environment penetrating into the pressure sensor and in the silicone oil in
Solution until the vapor pressure of the gases dissolved in the silicone oil reaches the
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Außendruck der Gase vor der Membrane entspricht. Dabei gilt, daß die im Silikonöl lösbare Gasmenge annähernd proportional zum Außendruck und die gelöste Gasmenge annähernd proportional zum Dampfdruck des Gases im Silikonöl ist.External pressure of the gases in front of the membrane. The amount of gas soluble in the silicone oil is approximately proportional to the external pressure and the amount of gas dissolved is approximately proportional to the vapor pressure of the gas in the silicone oil.
Wird nun bei einem solchermaßen mit Gas gesättigten Drucksensor der Außendruck soweit erniedrigt, daß der Außendruck kleiner als der Dampfdruck des im Silikonöl gelösten Gases ist - es genügt typischerweise eine Halbierung des anliegenden Absolutdruckes -, dann wird aus dem Silikonöl teilweise das gelöste Gas austreten, den Innenraum des Drucksensors anfüllen und durch die Membranspannung einen Innendruck des Drucksensors bewirken, der zum Meßdruck hinzukommt. Solch eine Situation tritt auf, wenn ein Drucksensor zu Unterdruckmessungen eingesetzt wird, oder wenn ein Drucksensor bei Messungen höherer Drücke längere Zeit mit höherem Druck belastet und dann mindestens teilweise entlastet wird. In diesen Meßsituationen wird dann typischerweise durch das Gas, das aus dem Silikonöl austritt und den Innenraum des Drucksensors ausfüllt, ein Undefiniert erhöhtes und zeitlich instabiles Drucksignal durch den Drucksensor gemessen werden, welches eine sinnvolle Verwendung des bekannten Drucksensors mit Elastomermembran bei diesen Messungen unmöglich macht.If the external pressure of a pressure sensor saturated with gas in this way is reduced to such an extent that the external pressure is less than the vapor pressure of the gas dissolved in the silicone oil - typically halving the absolute pressure applied is sufficient - then some of the dissolved gas will escape from the silicone oil, fill the interior of the pressure sensor and, due to the membrane tension, cause an internal pressure in the pressure sensor that is added to the measuring pressure. Such a situation occurs when a pressure sensor is used for negative pressure measurements, or when a pressure sensor is subjected to a higher pressure for a longer period of time when measuring higher pressures and is then at least partially relieved. In these measuring situations, the gas that escapes from the silicone oil and fills the interior of the pressure sensor will typically cause the pressure sensor to measure an undefined, increased and temporally unstable pressure signal, which makes it impossible to use the known pressure sensor with an elastomer membrane for these measurements.
Zusätzlich zu dem Gas aus dem Meßmedium kann natürlich auch Wasserdampf aus dem Meßmedium, beispielsweise feuchte Luft, durch die Membran in den Drucksensor eindringen. Bei Temperaturen über 1000C beträgt der Dampfdruck des eingedrungenen Wassers mehr als Atmosphärendruck und führt ebenfalls zu der bereits erwähnten Innendruckerhöhung des Sensors.In addition to the gas from the measuring medium, water vapor from the measuring medium, for example moist air, can of course also penetrate through the membrane into the pressure sensor. At temperatures above 100 0 C, the vapor pressure of the water that has penetrated is more than atmospheric pressure and also leads to the increase in the internal pressure of the sensor mentioned above.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, den bekannten Drucksensor in der Weise zu verbessern, daß er für die Messung von Überdrücken in gasförmigen Medien, von Drücken, welche kleiner als der Atmosphärendruck sind, und für Messungen bei Temperaturen von über 1000C geeignet ist.The technical problem underlying the invention is to improve the known pressure sensor in such a way that it is suitable for measuring excess pressures in gaseous media, pressures which are less than atmospheric pressure, and for measurements at temperatures above 100 ° C.
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Eine Lösung des technischen Problems besteht darin, daß die Membran mit einer Diffusionssperrschicht versehen ist. Eine andere Lösung besteht darin, daß ein Druckübertragungsmedium verwendet wird, welches keine oder nur eine sehr geringe Menge an Gasmolekülen aufnehmen kann.One solution to the technical problem is to provide the membrane with a diffusion barrier layer. Another solution is to use a pressure transfer medium that can absorb no or only a very small amount of gas molecules.
Eine weitere Lösung besteht darin, daß die Membran mit einer Diffusionssperrschicht versehen ist und ein Druckübertragungsmedium verwendet wird, welches keine oder nur eine sehr geringe Menge an Gasmolekülen aufnehmen kann.Another solution is to provide the membrane with a diffusion barrier layer and to use a pressure transmission medium that can absorb no or only a very small amount of gas molecules.
In jedem Fall wird durch diese Maßnahmen verhindert, daß Gas oder Wasserdampf in den Drucksensor eindringen und die in der Einleitung geschilderten nachteiligen Auswirkungen verursachen kann. Vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 bis 9 enthalten, welche nachstehend anhand der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert ist. Es zeigen:In any case, these measures prevent gas or water vapor from penetrating the pressure sensor and causing the adverse effects described in the introduction. Advantageous details of the invention are contained in claims 4 to 9, which are explained below using the embodiments shown in figures 1 to 3. They show:
Fig. 1 den Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors,Fig. 1 shows the longitudinal section through an embodiment of the pressure sensor according to the invention,
Fig. 2 den Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors undFig. 2 shows the longitudinal section through another embodiment of the pressure sensor according to the invention and
Fig. 3 den Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors.Fig. 3 shows the longitudinal section through another embodiment of the pressure sensor according to the invention.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, besitzt der Drucksensor ein Gehäuse 1, auf dessen Boden im Inneren das Sensorelement 2 angeordnet ist, dessen elektrische Anschlüsse über die Kontaktstifte 3 nach außen geführt sind. Das obere offene Ende des Gehäuses 1 ist mit der elastischen Membran 4 verschlossen, auf welcher die Diffusionssperrschicht 5 angeordnet ist. Bei dem aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsbeispiel des Drucksensors besteht die Diffusionssperrschicht aus einer Metallfolie, beispielsweise ausAs can be seen from Fig. 1, the pressure sensor has a housing 1, on the bottom of which the sensor element 2 is arranged inside, the electrical connections of which are led outwards via the contact pins 3. The upper open end of the housing 1 is closed with the elastic membrane 4, on which the diffusion barrier layer 5 is arranged. In the embodiment of the pressure sensor shown in Fig. 1, the diffusion barrier layer consists of a metal foil, for example
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Aluminium oder Stahl, mit einer Dicke von 1 bis 50 &mgr;&eegr;. Sie ist beispielsweise auf der Membran des bereits fertigen Drucksensors durch Kleben befestigt. Es hat sich bei diesem Ausführungsbeispiel als zweckmäßig erwiesen, wenn die Metallfolie zusammen mit der Membran im gleichen Werkzeug geprägt wird. Die Diffusionssperrschicht 5 kann aber auch aus einer Kunststoffolie mit den entsprechenden Eigenschaften bestehen.Aluminum or steel, with a thickness of 1 to 50 μη. It is, for example, attached to the membrane of the already finished pressure sensor by gluing. In this embodiment, it has proven to be expedient if the metal foil is embossed together with the membrane in the same tool. The diffusion barrier layer 5 can also consist of a plastic film with the corresponding properties.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Diffusionssperrschicht 5 aus einem geprägten, becherförmigen Formteil aus Aluminium oder Stahl mit einer Wandstärke von 1 bis 50 &mgr;&pgr;&igr;, welches vor der Montage des Drucksensors beispielsweise durch Vulkanisieren auf die Innenseite der Membran 4 aufgebracht worden ist.In the embodiment shown in Fig. 2, the diffusion barrier layer 5 consists of an embossed, cup-shaped molded part made of aluminum or steel with a wall thickness of 1 to 50 μιη, which has been applied to the inside of the membrane 4, for example by vulcanization, before the pressure sensor is mounted.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 können die metallischen Diffusionssperrschichten auch durch physikalische und/oder chemische Metallabscheidung z.B. durch Bedampfen, hergestellt worden sein.In the embodiments according to Fig. 1 and 2, the metallic diffusion barrier layers can also have been produced by physical and/or chemical metal deposition, e.g. by vapor deposition.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform des Drucksensors unterscheidet sich von den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 dadurch, daß die becherförmige Diffusionssperrschicht 5 in die Membran 4 einvulkanisiert ist.The embodiment of the pressure sensor shown in Fig. 3 differs from the embodiments according to Fig. 1 and Fig. 2 in that the cup-shaped diffusion barrier layer 5 is vulcanized into the membrane 4.
Das in dem Innenraum 6 des Gehäuses 1 vorhandene Druckübertragungsmedium kann die Eigenschaft aufweisen, daß es keine oder nur eine geringe Menge an Gasmolekülen aufnehmen kann.The pressure transmission medium present in the interior 6 of the housing 1 can have the property that it can absorb no or only a small amount of gas molecules.
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1994
- 1994-04-16 DE DE9421746U patent/DE9421746U1/en not_active Expired - Lifetime
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