EP2057451A1 - Druckmessaufnehmer - Google Patents

Druckmessaufnehmer

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Publication number
EP2057451A1
EP2057451A1 EP07786898A EP07786898A EP2057451A1 EP 2057451 A1 EP2057451 A1 EP 2057451A1 EP 07786898 A EP07786898 A EP 07786898A EP 07786898 A EP07786898 A EP 07786898A EP 2057451 A1 EP2057451 A1 EP 2057451A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
holder
flush
separation membrane
titanium
stainless steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07786898A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Raimund Becher
Sergej Lopatin
Axel Humpert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP2057451A1 publication Critical patent/EP2057451A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/18—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0645—Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0044—Constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49007—Indicating transducer

Definitions

  • the invention relates to a pressure transducer.
  • Pressure transducers drastically, some are exposed to very abrupt temperature fluctuations.
  • Conventional cleaning methods are used in these industries, where the pressure sensors can be exposed to strong temperature fluctuations.
  • cleaning methods are the so-called Cleaning-in-Hace (CIP) or Sterilization-in-Hace (SIP) methods, in which the containers are cleaned or sterilized without first removing measuring devices or measuring sensors.
  • CIP Cleaning-in-Hace
  • SIP Sterilization-in-Hace
  • a spray head is arranged in the container which supplies cleaning chemicals and water or steam and rinses out or boils the container as needed.
  • temperatures of eg - 20 ° C up to, for example 200 0 C occur.
  • Pressure sensors are usually made up of different components made of different materials, whose differential thermal expansion across the temperature can lead to stresses and strains, and in the worst case even to deformation of the components.
  • a plurality of pressure transducers on a pressure transmitter which transmit a pressure acting on a separation membrane to be measured pressure via a pressure-transmitting liquid to a pressure-sensitive measuring element.
  • Pressure transmitting fluids have a coefficient of thermal expansion that causes the volume of fluid contained in the pressure transducer to change with temperature. This leads to measurement errors.
  • pressure-transmitting fluids are in some applications where high safety and / or hygiene requirements are not or reluctant to use because of the risk that the Fluid may leak if the pressure transducer is damaged. In these applications, so-called 'dry pressure transducers' are preferred, ie. those used without a pressure-transmitting liquid used.
  • semiconductor pressure sensors are very popular.
  • a particularly preferred example is sapphire carriers with silicon sensors included therein, e.g. Silicon strain resistors or resistance bridge circuits.
  • Such sensors are known from the Silicon on Sapphir technology (SOS technology). They offer the advantage that they can be used at very low and even at very high temperatures.
  • the silicon sensors are on
  • Silicon carrier applied and isolated for example by pn junctions. However, this isolation is effective only at temperatures below about 150 0 C.
  • built-up pressure sensors offer the advantage in SOS technology is that sapphire is a dielectric, which ensures good insulation of theRochesiilossenen sensors at temperatures of up to 350 0 C.
  • Sapphire is mechanically extremely stable and has a crystal structure that is compatible with that of silicon.
  • Sapphire carriers with incorporated therein silicon sensors can be used in a very wide temperature range and also very well tolerated very sudden large temperature fluctuations.
  • Sapphire has a thermal expansion coefficient of 8 x 10 6 / K, while stainless steel has a coefficient of 16 x 10 6 / K.
  • Titanium has a thermal expansion coefficient equal to that of sapphire. Titanium is a very high quality, but also very expensive material.
  • Pressure transducer with a pressure sensor made in SOS technology which allows reliable measurements in a wide temperature range.
  • the invention consists in a pressure measuring transducer with a process inlet made of a stainless steel, which serves to fasten the pressure transducer to a measuring location, [0016] a pressure sensor module with [0017] a holder from a stainless steel,
  • the metal connection between the support and the process nozzle is a weld.
  • the sapphire carrier is applied by brazing to the titanium blank.
  • the titanium blank forms the separating membrane and the metallisdie connection between the separating membrane and the holder comprises an annular membrane carrier made of titanium,
  • the separating membrane in which the separating membrane is welded flush to the front, and [0035] - which has an annular circumferential recess on its inner side facing the inside of the pressure measuring transducer, [0037] - by which the membrane carrier is able to release stresses, which may be due to the different coefficients of thermal expansion of the separation membrane and the process fluid.
  • the separating membrane consists of a stainless steel blank, the metallic connection between the separation membrane and the holder is one
  • the titanium blank is on the
  • the holder is tubular
  • the separation membrane is a stainless steel blank
  • the metal is the connection between the holder and the
  • the titanium blank is on a second end of the holder
  • the invention comprises a fourth variant in which
  • the holder is a tubular segment, at the
  • Inner wall a radially extending the interior of his paragraph with a paragraph
  • the separating membrane is a stainless steel blank
  • the titanium disk is arranged, and
  • the carrier element is a
  • Titanium housing in whose outer wall an annular circumferential recess is provided.
  • the invention consists in a method for producing a
  • the titanium blank serving as separating membrane by means of a tungsten
  • a Rothansdiluss made of stainless steel is used.
  • the invention consists in a method for producing a
  • the titanium blank by means of brazing, esp.
  • [0112] is used in the process connection made of stainless steel.
  • the invention further relates to a method for producing a pressure measuring transducer according to the third variant, in which
  • a particular advantage is that a pressure sensor module is used, which carries the sapphire support with the silicon sensors introduced therein and the associated titanium blank.
  • This module has a stainless steel support, in which the separation membrane is flush-mounted by means of a purely metallic connection, and which is directly flush-welded into process connections made of stainless steel. This makes it possible to calibrate the pressure sensor module in advance and then very flexible to use in conjunction with different process connections.
  • Another advantage is that the Druckmes sauf receiver according to the invention with a very small amount of the very expensive material titanium get along. It is always only a single titanium plate needed, and only if this forms the separation membrane is provided an adjoining titanium membrane carrier.
  • Fig. 1 shows a section through an inventive
  • Fig. 2 shows a section through an inventive
  • Fig. 3 shows a section through an inventive
  • Fig. 4 shows a section through an inventive
  • the titanium blank is part of a carrier element
  • Fig. 5 shows a modification of the carrier element of Fig. 4 with a
  • annular circumferential recess [0145] annular circumferential recess.
  • FIGS 6 to 9 show those shown in Figures 1 to 4
  • FIG. 1 shows a section through a first exemplary embodiment of a pressure measuring transducer according to the invention. It comprises a process connection 1, here a flange 1a, made of a stainless steel, which serves to fasten the pressure transducer to a measuring location. Alternatively, of course, other process variants known to those skilled in the art can be used.
  • Fig. 6 shows the Druckmes sauf beneficia shown in Fig. 1 in conjunction with a running as a threaded connector Ib process connection 1, which has an external thread 2, which serves to screw the pressure transducer flush with the front into a corresponding threaded hole at the measuring location.
  • the pressure sensor module 3 It is a pressure sensor module 3 is provided that front flush by means of a pure metallic compound is used in the Prozeßansdiluss 1.
  • the pressure sensor module 3 has an annular holder 5 made of a stainless steel.
  • the annular holder 5 is flush-mounted in the Prozeßansdiluss 1 is inserted.
  • the annular support 5 has an L-shaped transverse surface and is versdi dressingt with its outer edge to the Prozeßansdiluss 1.
  • the pressure sensor module 3 comprises a metallisdie separation membrane 7, which is inserted flush with the front by means of a purely metallic compound in the holder 5.
  • a pressure p to be measured acts on an outer side of the separating membrane 7.
  • the separation membrane 7 is made of titanium.
  • the purely metallic connection between the separation membrane 7 and the holder 5 made of stainless steel comprises an annular membrane support 9 made of titanium.
  • the annular membrane support 9 is flush with the holder 5 and the process nozzle 1 from the front and the separation membrane 7 is welded into the membrane support 9 flush with the front.
  • the membrane support 9 on its front inner side an annular shoulder surface, on which the separation membrane 7 rests with an outer edge.
  • the membrane support 9 is thus zwisdien the separation membrane 7 made of titanium and the annular connected to the Processansdiluss 1 holder 5.
  • the membrane support 11 is located in the holder 5 and the outer edge is such versdi dressingt with an inner edge of the holder 5, that both components flush with Drain the process outflow 1.
  • the holder 5 and the Processansdiluss 1 are both made of stainless steel.
  • the purpose of the membrane support 9 is to absorb stresses which may arise due to the different thermal expansion coefficients of the separating membrane 7 and the holder 5 or of the process nozzle 1.
  • the membrane support 9 has an annular circumferential recess 11 on the inside of the pressure measuring transducer facing inside. As a result, the separation membrane 7 is protected against temperature-dependent mechanical stresses that could affect the reproducibility and the accuracy of the measurement results.
  • the pressure sensor module 3 comprises a sapphire carrier 13 with therein Ltd.
  • the sapphire carrier 13 with the silicon sensors incorporated therein is a sensor chip made in SOS technology.
  • the silicon sensors 15 are preferably individual expansion resistors or resistance bridge connections constructed from these.
  • Pressure sensors manufactured in SOS technology are well known from the prior art and therefore are not explained here.
  • a great advantage of these pressure sensors is that they can be used in a very wide temperature range, for example from -70 0 C to + 200 0 C, and at very sudden temperature fluctuations.
  • the sapphire carrier 13 is applied flat on a titanium blank.
  • the connection is preferably by brazing.
  • other soldering methods e.g. Vacuum brazing, can be used.
  • Sapphire and titanium have practically identical coefficients of thermal expansion, so that the two elements are connected to each other almost without tension even with large and / or very rasiien temperature changes.
  • the pressure p is transferred areally.
  • the titanium blank simultaneously serves as the separating membrane 7.
  • the pressure transducer illustrated in FIGS. 1 and 6 is preferably made by initially welding the titanium blank serving as the separating membrane 7 flush with the front side into the annular membrane carrier 9 by means of tungsten inert gas welding. Subsequently, the sapphire carrier 13 is soldered with the silicon sensors 15 introduced therein by brazing on a pointing into the interior of the sensor rear of the titanium blank.
  • the membrane carrier 9 is preferably flush-mounted in the annular holder 5 made of stainless steel by means of an electron beam Schung.
  • vanadium is preferably used as welding filler.
  • the holder 5 is preferably flush-mounted in the process connection 1 made of stainless steel by means of a tungsten inert gas welding.
  • FIGS. 2 and 7 show a further exemplary embodiment of a pressure measuring transducer according to the invention.
  • the pressure transducer has a process connection 1 made of a stainless steel, which serves to fasten the pressure measuring transducer at a measuring location.
  • a flange is shown in the embodiment shown in Fig. 2.
  • a threaded connector is shown in Fig. 7 .
  • a pressure sensor module 17 which is flush-mounted by means of purely metallized compounds in the process connection 1. It comprises an annular holder 19 made of a stainless steel, which in the process connection 1 is white know.
  • the annular holder 19 has a nearly square cross-section, and is inserted into a form-fitting recess, which is flush with the process connection 1 and is flush with the recess.
  • the holder 19 is weii with its outer edge with the Prozeßansiiluss 1 versii.
  • the separation membrane 23 is not made of titanium, but of a stainless steel, and the purely metallic compound consists in a weld over which the separation membrane 23 is flush mounted directly into the holder 19.
  • the holder 19 on its front inner side an annular shoulder surface 25 on which the separation membrane 23 rests with an outer edge.
  • the same material is used for the separation membrane 23 as for the holder 19 and the process connection 1.
  • This offers the advantage that the process connection 1, support 19 and separation membrane 23 have the same coefficient of thermal expansion, and temperature-dependent voltages or tensions of the separation membrane 23 are largely avoided.
  • the pressure sensor module 17 here again comprises the previously described sapphire carrier 13 applied to a titanium disk 27 with the silicon sensors 15 introduced therein. Unlike in the previous exemplary embodiment, however, the titanium disk 27 does not directly form the separating diaphragm but is mechanically connected to the latter Separation membrane 23 connected, that a deflection of the separation membrane 23 causes a corresponding deflection of the titanium blank 27. For this purpose, the titanium blank 27 is applied to the inside of the separating membrane 23. For this purpose, e.g. a brazed or vacuum brazed used.
  • this mechanical connection is made via a plurality of brazing connection points distributed over the connection surface.
  • These point connections are sufficient to transmit the pressure p acting on the separation membrane 23 in a planar manner.
  • they provide sufficient clearance for the thermal expansion of the bonded elements so that, as the temperature changes, only minor shearing forces act on the braze joints and on the titanium blank 27.
  • the pressure sensor module 17 is thereby protected from temperature-related stresses or strains.
  • the last contact pressure transducer is preferably produced by using the stainless steel blank which serves as separation membrane 23 by means of a tungsten Inert gas welding is welded flush into the annular holder 19 made of stainless steel. Thereafter, the titanium blank 27 is brazed, preferably by means of braze joints, on the inside of the stainless steel blank. As a result, the sapphire carrier 13 with the silicon sensors 15 introduced therein is soldered onto the rear side of the titanium blank 15. This is preferably done by brazing or by vacuum brazing. Absii issued the unit thus formed is flush mounted in the process approach 1 by the holder 19 is flush mounted by means of a tungsten inert gas welding in the process connection 1 made of stainless steel.
  • FIGS. 3 and 8 show a further embodiment of a pressure measuring transducer according to the invention.
  • the pressure transducer has a process connection 1 made of a stainless steel, which serves to fasten the pressure measuring transducer at a measuring location.
  • a Flansdi is shown in the embodiment shown in Fig. 3.
  • a threaded connector is shown in Fig. 8.
  • a pressure sensor module 29 is also provided here, which has a holder 31 made of a stainless steel, which is flush-mounted in the process connection 1 by means of a purely metallized connection.
  • the purely metallic compound is for example a weld.
  • the holder 31 is substantially tubular and has a first end 33 which terminates in front flush with the process connection 1. In this first end 33 is flush with the front by means of a purely metallic compound, the metallic separation membrane 35 is inserted.
  • the holder 31 has on its end face an annular recess whose depth corresponds to the thickness of the separating membrane 35.
  • the separation membrane 35 consists in the embodiments shown in FIGS. 3 and 8 of a stainless steel.
  • the same material is used for this purpose, as for the holder 31 and the process connection 1. This offers the advantage that holder 31, process connection 1 and separation membrane 35 have the same thermal expansion coefficient, and the temperature-dependent stresses or strains of Separating membrane 35 are largely avoided.
  • the pressure sensor module 29 here again comprises the sapphire carrier 13 already applied to a titanium blank 27 with the silicon sensors 15 introduced therein.
  • the titanium blank 27 does not serve directly here as a separating membrane, but is mechanically connected to the separating membrane 35 in this way. that a deflection of the separation membrane 35 causes a corresponding deflection of the titanium blank 27.
  • the sapphire carrier 13 with the silicon sensors 15 introduced therein is arranged on an outer side of the titanium blank 27 facing away from the holder 31.
  • the separation membrane 35 is connected via a purely mechanical connection, in this case a plunger 39, with the titanium blank 27, which serves to transfer a mechanical deflection of the separation membrane 35 onto the titanium blank 27 and above onto the sensor chip.
  • the sapphire support 13 is connected by brazing or by vacuum brazing with the titanium blank 27.
  • the last pressure measuring transducer is preferably made by welding the plunger 39 centrally onto the stainless steel blank serving as a separating membrane 35. Subsequently, the separation membrane 35 connected to the plunger 39 is welded by means of a tungsten inert gas welding flush in the first end 33 of the tubular holder 31 made of stainless steel. In parallel, the sapphire support 13 is brazed to the backside of the titanium blank 27 by brazing or vacuum brazing. As a result, the front side of the titanium blank 27 is connected to the plunger 39 and the second end 37 of the holder 31 by brazing or vacuum brazing.
  • the pressure sensor module 29 obtained in this way is flush-mounted in the process connection 1 by the first end 33 of the holder 31 gesüs quarantt by means of a tungsten inert gas welding flush with the process flow 1.
  • FIGS. 4 and 9 show a further exemplary embodiment of a pressure measuring transducer according to the invention.
  • the pressure transducer has a process nozzle 1 made of a stainless steel, which serves to fasten the pressure measuring transducer at a measuring location.
  • a flange is shown in the embodiment shown in Fig. 4, a flange is shown in Fig. 9, a threaded connector is shown.
  • Pressure sensor module 41 is provided which has a holder 43 made of a stainless steel, the front flush by means of a purely metallic compound in the Process connection 1 is used.
  • the purely metallic compound is for example a whitening.
  • the holder 43 is a substantially tubular segment, to whose
  • Inner wall a radially extending into its interior extending paragraph 45 with a central coaxial with a longitudinal axis L of the holder 43 extending through recess 47 is integrally formed.
  • the holder 43 has a first end 49 flush with the front
  • the metallic separation membrane 51 is inserted.
  • the holder 43 has on the end face an annular recess whose depth corresponds to the thickness of the separating membrane 51.
  • the separation membrane 51 consists in the embodiments shown in FIGS. 4 and 9 of a stainless steel.
  • the same material is used for this purpose, as for the holder 43 and the process connection 1. This offers the advantage that holder 43, process 1 and separation membrane 51 have the same thermal expansion coefficient, and of the temperature-dependent stresses or strains Separation membrane 51 can be largely avoided.
  • the pressure sensor module 41 here again comprises the sapphire carrier 13 already applied to a titanium disk 53 with the silicon sensors 15 introduced therein.
  • the titanium disk 53 does not serve directly here as a separating diaphragm, but is mechanically connected to the separating diaphragm 51 in such a way that a deflection the separation membrane 51 causes a corresponding deflection of the titanium blank 53.
  • a closed end of the Titanronde 53 support member 55 is provided here, on which the sapphire support 13 is arranged with the introduced silicon sensors 15 on a side facing away from the holder 43 of the titanium disk 53.
  • the support member 55 is a preferably one-piece substantially cylindrical housing made of titanium, the bottom of which forms the titanium disk 53.
  • a tube segment 57 is integrally formed on its side facing away from the Titanronde 53, that end is inserted by means of a purely metallic compound in the recess 47 of the paragraph 45.
  • the recess 47 has at its side facing away from the separation membrane 51 a region with an enlarged inner diameter, in which the pipe segment 57 is inserted such that the inner wall of the pipe segment 57 is flush with the Inner wall of the recess 47 absdi vinegart.
  • the purely metallic compound is preferably a welded joint or a braze.
  • Plunger 59 is provided, which is connected to the separation membrane 51 and the titanium blank 53.
  • the plunger 59 is, for example, welded centrally on the inside of the separation membrane 51 and leads parallel to the longitudinal axis L of the holder 43 through the recess 47 in the shoulder 45 and the tube segment 57 into the housing, where it with the inside of the titanium disk 53, for example by a braze joint is connected.
  • the plunger 59 serves to transfer the mechanical deflection of the separation membrane 51 to the titanium blank 53 and above onto the sapphire support 13 with the silicon sensors 15 introduced therein.
  • a pressure compensating bore 61 passing through the shoulder 45 is preferably provided.
  • An advantage of this embodiment is that the connection between titanium and stainless steel takes place here via the tube segment 57.
  • the diameter of the pipe segment 57 is much smaller than that of the titanium disk 53. This requires a smaller contact surface and a higher thermal stability of the construction.
  • the connection between titanium and stainless steel is spatially separated from the titanium blank 53. As a result, effects of thermal stresses in the area of the contact surfaces on the titanium blank 53 are significantly reduced.
  • FIG. 5 shows an embodiment of such a support member 65.
  • the support member 65 is also a titanium housing with a molded thereon a housing neck forming tube segment 57 that is inserted by means of a metal-hen connection in the paragraph 45.
  • the interior of the support member 65 is cylindrical.
  • the outer wall has a hollow cylindrical region 67, which adjoins the tube segment 57, of lesser wall thickness, in which the annular peripheral recess 63 runs. Through the recess 63 of this housing portion is able to absorb stresses that may be caused by the different thermal expansion coefficients of the pipe segment 57 and the paragraph 45.
  • the region 67 is adjoined by a pipe segment 57 facing away from the titanium disk 53 adjacent hollow cylindrical area 69 with greater wall thickness.
  • the different wall thicknesses provide additional protection for the Titanronde 53 against tension.
  • All known pressure transmitters have the advantage that they are flush-mounted and have a purely metallic absorbency for the process. As a result, they are particularly suitable for applications in which high demands are placed on hygiene. They are very easy to clean, and can not only be used in a wide temperature range due to their design, but also withstand sudden temperature changes, as they may occur, for example, in the aforementioned industrial cleaning and / or sterilization. This is esp. Possible because all compounds Metallisdie compounds and was completely dispensed with pressure-transmitting liquids.
  • a further advantage is that the pressure measuring devices according to the invention are of modular construction.
  • the pressure sensor modules 3, 17, 29, 41 can thereby be calibrated in advance and subsequently used very flexibly in various types of process dilution.

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Abstract

Es ist ein trockener frontbündiger Druckmessaufnehmer, der in einem großen Temperaturbereich zuverlässige Messungen ermöglicht, vorgesehen mit einen Prozessanschluss (1, 1a, 1b) aus einem Edelstahl, der dazu dient, den Druckmessaufnehmer an einem Messort zu befestigen, einem Drucksensormodul (3, 17, 29, 41), mit einer Halterung (5, 19, 31, 43) aus einem Edelstahl, in die frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung eine metallische Trennmembran (7, 23, 35, 51) eingesetzt ist, auf deren Außenseite im Messbetrieb ein zu messender Druck (p) einwirkt, die frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung in den Prozessanschluss (1, 1a, 1b) eingesetzt ist, und einer von der Halterung (5, 19, 31, 43) getragenen Titanronde (7, 27, 53), auf der ein Saphirträger (13) mit darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) aufgebracht ist, die die Trennmembran (7) bildet oder mechanisch derart mit der Trennmembran (23, 35, 51) verbunden ist, dass eine Auslenkung der Trennmembran (23, 35, 51) eine korrespondierende Auslenkung der Titanronde (27) bewirkt.

Description

Beschreibung Druckmessaufnehmer
[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckmessaufnehmer.
[0002] In der Druckmesstechnik werden Druckmes sauf nehmer zur Erfassung von Drücken eingesetzt. Die gemessenen Drücke werden in der Industrie beispielsweise zur Steuerung oder Regelung von Prozessen eingesetzt.
[0003] Es gibt eine Vielzahl von industriellen Anwendungen, in denen
Druckmessaufnehmer drastisdien, zum Teil sehr abrupten Temperatursdiwankungen ausgesetzt sind. Zusätzliche gelten in einigen Industriezweigen, z.B. in der Pharmaindustrie, sehr hohe Hygieneanforderungen. Üblicher Weise werden in diesen Industriezweigen Reinigungsverfahren eingesetzt, bei denen die Drucksensoren starken Temperaturs-hwankungen ausgesetzt sein können. Beispiele für derartige Reinigungsverfahren sind die so genannten Cleaning-in -Hace (CIP) oder Sterilisation- in-Hace (SIP) Verfahren, bei denen die Behälter gereinigt bzw. sterilisiert werden, ohne dass Messgeräte oder Messaufnehmer vorher entfernt werden. Dabei wird beispielsweise ein Sprühkopf in dem Behälter angeordnet, der Reinigungs-hemikalien und Wasser bzw. Dampf zuführt und den Behälter je nach Bedarf ausspült oder ausgekocht. Je nach Anwendung können Temperaturen von z.B. - 20° C bis zu beispielsweise 2000C auftreten.
[0004] Ein solch breiter Temperaturbereich bereitet Probleme hinsichtlich der
Messgenauigkeit der Drucksensoren. Drucksensoren sind in der Regel aus versdiiedenen Bauteilen aus untersiiiedlichen Werkstoffen aufgebaut, deren untersdiiedliche thermisdie Ausdehnung über die Temperatur zu Spannungen, Verspannungen, und im sdilimmsten Fall sogar zu Verformungen der Bauteile führen können.
[0005] Heute weisen eine Vielzahl von Druckmessaufnehmern Druckmittler auf, die einen auf eine Trennmembran einwirkenden zu messenden Druck über eine Druck übertragende Flüssigkeit zu einem druckempfindlichen Messelement übertragen. Druck übertragende Flüssigkeiten weisen einen thermisdien Ausdehnungskoeffizienten auf, der bewirkt, dass sich das Volumen der im Druckmessaufnehmer enthaltenen Flüssigkeit mit der Temperatur ändert. Dies führt zu Messfehlern. Hinzu kommt, dass Druck übertragende Flüssigkeiten in einigen Anwendungen bei denen hohe Sicherheits- und/oder Hygieneanforderungen bestehen gar nicht oder nur ungern eingesetzt werden, da die Gefahr besteht, dass die Flüssigkeit bei einer Beschädigung des Druckmessaufnehmers auslaufen kann. In diesen Anwendungen werden bevorzugt so genannte , trockene Druckmessaufnehmer', dh. solche, die ohne eine Druck übertragende Flüssigkeit auskommen, eingesetzt.
[0006] Heute werden sehr gerne Halbleiter - Drucksensoren eingesetzt. Ein besonders bevorzugtes Beispiel sind Saphirträger mit darin eingeschlossenen Silizium-Sensoren, z.B. Silizium-Dehnungswiderständen oder Widerstandsbrückenschaltungen. Derartige Sensoren sind aus der Silicon on Sapphir Technologie (SOS Technologie) bekannt. Sie bieten den Vorteil, dass sie bei sehr tiefen und auch bei hohen sehr Temperaturen eingesetzt werden können.
[0007] In der traditionellen Siliziumtechnologie werden die Silizium-Sensoren auf
Siliziumträger aufgebracht und z.B. durch pn Übergänge isoliert. Diese Isolierung ist jedoch nur bei Temperaturen unterhalb von ca. 1500C effektiv. Demgegenüber bieten in SOS-Technologie aufgebaute Drucksensoren den Vorteil, dass Saphir ein Dielektrikum ist, das bei Temperaturen von bis zu 3500C eine gute Isolierung der eingesiilossenen Sensoren gewährleistet.
[0008] Saphir ist mechanisch äußerst stabil und weist eine Kristallstruktur auf, die kompatibel zu derjenigen von Silizium ist.
[0009] Saphirträger mit darin eingebrachten Silizium-Sensoren können in einem sehr breiten Temperaturbereich eingesetzt werden und auch sehr plötzliche große Temperaturs-hwankungen gut verkraften. Probleme treten jedoch z.B. dann auf, wenn diese Drucksensoren in einen Mes sauf nehmer aus einem Edelstahl eingesetzt werden. Saphir weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 8 x 10 6/K, Edelstahl dagegen einen von 16 x 106/K.
[0010] Es gibt heute Druckmessaufnehmer, bei denen auf Saphir aufgebrachte Silizium- Sensoren auf einer Trennmembran aus Titan aufgebracht sind. Titan weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der dem von Saphir entspricht. Titan ist ein sehr hochwertiges, aber auch sehr teures Material.
[0011] Eine weitere Anforderung, die besonders in Anwendungen mit hohen hygienischen Anforderungen, an Druckmessaufnehmer gestellt wird, ist die der Frontbündigkeit. Damit ist gemeint, dass der Druckmessaufnehmer in einer Ebene zum Prozess hin absjiließen muss und insbesondere keine Spalte, Ausnehmungen und/oder Hinterschneidungen aufweisen darf, in die das am Messort enthaltene Medium, dessen Druck es zu erfassen gilt, eindringen kann.
[0012] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen trockenen frontbündigen
Druckmessaufnehmer mit einem in SOS Technologie hergestellten Drucksensor anzugeben, der in einem großen Temperaturbereich zuverlässige Messungen ermöglicht.
[0013] Hierzu besteht die Erfindung in einem Druckmessaufnehmer mit [0014] - einen Prozessansdiluss aus einem Edelstahl, der dazu dient, [0015] den Druckmessaufnehmer an einem Messort zu befestigen, [0016] - einem Drucksensormodul, mit [0017] — einer Halterung aus einem Edelstahl,
[0018] — in die frontbündig mittels einer rein metallisdien Verbindung eine [0019] metallisdie Trennmembran eingesetzt ist, auf deren [0020] Außenseite im Messbetrieb ein zu messender Druck einwirkt, [0021] — die frontbündig mittels einer rein metallisdien Verbindung in den [0022] Prozessansdiluss eingesetzt ist, und [0023] — einer von der Halterung getragenen Titanronde, [0024] — auf der ein Saphirträger mit darin eingebrachten Siliziumsensoren [0025] aufgebradit ist,
[0026] — die die Trennmembran bildet oder derart mechanisdi mit der Trennmembran [0027] verbunden ist, dass eine Auslenkung der Trennmembran [0028] eine korrespondierende Auslenkung der Titanronde bewirkt. [0029] Gemäß einer Ausgestaltung ist die metallisdie Verbindung zwisdien der Halterung und dem Prozessansdiluss eine Schweißung. [0030] Gemäß einer Weiterbildung ist der Saphirträger durch Hartlöten auf die Titanronde aufgebracht. [0031] Gemäß einer ersten Variante bildet die Titanronde die Trennmembran und die metallisdie Verbindung zwisdien der Trennmembran und der Halterung umfasst einen ringförmigen Membranträger aus Titan,
[0032] - der frontbündig in die Halterung eingesdiweißt ist und frontbündig mit [0033] dem Prozessansdiluss absdiließt,
[0034] - in den die Trennmembran frontbündig eingesdiweißt ist, und [0035] - der auf dessen ins Innere des Druckmessaufnehmers weisenden [0036] Innenseite eine ringförmig umlaufende Ausnehmung aufweist, [0037] — durch die der Membranträger in der Lage ist, Spannungen, die durch [0038] die untersdiiedlichen thermisdien Ausdehnungskoeffizienten der [0039] Trennmembran und des Prozessansdilusses entstehen [0040] können, aufzunehmen. [0041] Gemäß einer zweiten Variante besteht die Trennmembran aus einer Edelstahlronde, die metallische Verbindung zwischen der Trennmembran und der Halterung ist eine
Schweißung, und die Titanronde ist auf einer Innenseite der Trennmembran aufgebracht.
[0042] Gemäß einer Weiterbildung der zweiten Variante ist die Titanronde auf die
Trennmembran aus Edelstahl mittels einer Hartlötverbindung, insb. mittels einer
Vielzahl von HartBtverbindungspunkten, aufgebracht.
[0043] Gemäß einer dritten Variante
[0044] - ist die Halterung rohrförmig,
[0045] - ist die Trennmembran eine Edelstahlronde,
[0046] — die frontbündig in ein erstes Ende der Halterung eingesetzt ist,
[0047] - ist die metallisdie Verbindung zwisiien der Halterung und der
[0048] Trennmembran eine Schweißung,
[0049] - sdiließt das erste Ende der Halterung frontbündig mit dem
[0050] Prozessansdiluss ab,
[0051] - ist die Titanronde auf ein zweites Ende der Halterung
[0052] aufgebraiit,
[0053] — wobei der Saphirträger mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren
[0054] auf einer von der Halterung abgewandten Seite der Titanronde
[0055] angeordnet ist, und
[0056] — wobei ein äußerer Rand der Titanronde mit dem zweiten Ende
[0057] der Halterung verbunden ist, und
[0058] - es ist ein mit der Trennmembran und der Titanronde verbundener
[0059] Stößel vorgesehen,
[0060] — der dazu dient eine mechanisdie Auslenkung der Trennmembran auf
[0061] die Titanronde und darüber auf den Saphirträger mit den darin
[0062] eingebrachten Siliziumsensoren zu übertragen. [0063]
[0064] Weiter umfasst die Erfindung eine vierte Variante, bei der
[0065] - die Halterung ein rohrförmiges Segment ist, an dessen
[0066] Innenwand ein sich radial dessen Innenraum erstreckender Absatz mit einer
[0067] zentralen koaxial zu einer Längsachse der Halterung verlaufenden
[0068] durchgängigen Ausnehmung angeformt ist,
[0069] - die Trennmembran eine Edelstahlronde ist,
[0070] — die frontbündig in ein erstes Ende der Halterung eingesetzt ist,
[0071] - die metallische Verbindung zwischen der Halterung und der [0072] Trennmembran eine Schweißung ist,
[0073] - das erste Ende der Halterung frontbündig mit dem
[0074] Prozessansdiluss absdiließt,
[0075] - ein endseitig von der Titanronde abgesdilossenes Trägerelement
[0076] vorgesehen ist,
[0077] — auf dem der Saphirträger mit den darin eingebrachten
[0078] Siliziumsensoren auf einer von der Halterung abgewandten Seite
[0079] der Titanronde angeordnet ist, und
[0080] — an dessen von der Titanronde abgewandten Seite ein Rohrsegment
[0081] angeformt ist, dass endseitig mittels einer rein metallis-hen Verbindung in
[0082] die Ausnehmung des Absatzes eingesetzt ist, und
[0083] - ein mit der Trennmembran und der Titanronde verbundener
[0084] Stößel vorgesehen ist,
[0085] — der durch die Ausnehmung im Absatz und das Rohrsegment hindurch
[0086] führt, und
[0087] — der dazu dient eine mechanisdie Auslenkung der Trennmembran auf
[0088] die Titanronde und darüber auf den Saphirträger mit den darin
[0089] eingebrachten Siliziumsensoren zu übertragen.
[0090] Gemäß einer Weiterbildung der vierten Variante ist das Trägerelement ein
Titangehäuse, in dessen Außenwand eine ringförmig umlaufende Aussparung vorgesehen ist.
[0091] Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines
Druckmessaufnehmers gemäß der ersten Variante, bei dem
[0092] - die als Trennmembran dienende Titanronde mittels einer Wolfram-
[0093] Inertgas-Schweißung frontbündig in den ringförmigen Membranträger
[0094] aus Titan eingeschweißt wird,
[0095] - der Saphirträger mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren
[0096] durch Hartlöten auf der Rückseite der Titanronde aufgelötet wird,
[0097] - der Membranträger mittels einer Elektronenstrahl-Schweißung
[0098] frontbündig in eine ringförmige Halterung aus Edelstahl eingesetzt wird,
[0099] und
[0100] - die Halterung mittels einer Wolfram-Inertgas-Schweißung frontbündig in
[0101] einen Prozessansdiluss aus Edelstahl eingesetzt wird.
[0102] Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines
Druckmessaufnehmers gemäß der zweiten Variante, bei dem [0103] - die als Trennmembran dienende Edelstahlronde mittels einer Wolfram-
[0104] Inertgas-Sdiweißung frontbündig in die ringförmige Halterung
[0105] eingesdi weißt wird,
[0106] - die Titanronde mittels Hartlöten, insb. mittels einer Vielzahl von
[0107] HartBtverbindungspunkten, auf der Innenseite
[0108] der Edelstahlronde aufgebracht wird,
[0109] - der Saphirträger mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren
[0110] durch Hartlöten auf die Rückseite der Titanronde aufgelötet wird, und
[Ol l i] - die Halterung mittels einer Wolfram-Inertgas-Schweißung frontbündig
[0112] in den Prozessanschluss aus Edelstahl eingesetzt wird.
[0113] Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung eines Druckmessaufnehmers gemäß der dritten Variante, bei dem
[0114] - der Stößel mittig auf die als Trennmembran dienende
[0115] Edelstahlronde geschweißt wird,
[0116] - die Trennmembran mittels einer Wolfram- Inertgas-Schweißung
[0117] frontbündig in das erste Ende der rohrförmigen Halterung eingeschweißt wird,
[0118] - der Saphirträger mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren
[0119] durch Hartlöten auf die Rückseite der Titanronde aufgelötet wird,
[0120] - die Vorderseite der Titanronde abschließend durch
[0121] Hartlöten mit dem Stößel und dem zweiten Ende
[0122] der Halterung verbunden wird, und
[0123] - das erste Ende der Halterung mittels einer Wolfram-Inertgas-
[0124] Schweißung frontbündig in den Prozessanschluss aus Edelstahl
[0125] eingeschweißt wird.
[0126] Durch die Erfindung ist es möglich Druckmes sauf nehmer mit Drucksensoren in SOS Technologie anzubieten, die einen rein metallischen frontbündigen Abschluss zum Prozess aufweisen, und ohne Druck übertragende Flüssigkeiten auskommen.
[0127] Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass ein Drucksensormodul verwendet wird, das den Saphirträger mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren und die damit verbundene Titanronde trägt. Dieses Modul weist eine Halterung aus Edelstahl auf, in der die Trennmembran frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung eingesetzt ist, und die unmittelbar frontbündig in Prozessans-hlüsse aus Edelstahl eingesjiweißt wird. Hierdurch ist es möglich das Drucksensormodul vorab zu kalibrieren und dann sehr flexibel in Verbindung mit unterschiedlichen Prozessanschlüssen einzusetzen. [0128] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Druckmes sauf nehmer mit einer sehr geringen Menge des sehr teuren Werkstoffes Titan auskommen. Es wird immer nur eine einzige Titanronde benötigt, und nur dann, wenn diese die Trennmembran bildet ist ein daran anschließender Membranträger aus Titan vorgesehen.
[0129]
[0130] Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
[0131] Druckmes s auf nehmer mit einer Trennmembran aus Titan ;
[0132] Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
[0133] Druckmes s auf nehmer mit einer Trennmembran aus einem
[0134] Edelstahl;
[0135] Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
[0136] Druckmes s auf nehmer mit einer Trennmembran aus einem
[0137] Edelstahl, die über einen Stößel mit einer Titanronde verbunden
[0138] ist; und
[0139] Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
[0140] Druckmes s auf nehmer mit einer Trennmembran aus einem
[0141] Edelstahl, die über einen Stößel mit einer Titanronde verbunden
[0142] ist, bei dem die Titanronde Bestandteil eines Trägerelements ist;
[0143] und
[0144] Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des Trägerelements von Fig. 4 mit einer
[0145] ringförmig umlaufenden Aussparung.
[0146] die Figuren 6 bis 9 zeigen die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten
Druckmessaufnehmer, wobei anstelle der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Flansche Gewindestutzen als Prozessans-hlüssen vorgesehen sind.
[0147] Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers. Er umfasst einen Prozessans-hluss 1, hier ein Flansch Ia, aus einem Edelstahl, der dazu dient, den Druckmes saufnehmer an einem Messort zu befestigen. Alternativ hierzu können selbstverständlich andere dem Fachmann bekannte Prozessans-hlussvarianten eingesetzt werden. Fig. 6 zeigt den in Fig. 1 dargestellten Druckmes saufnehmer in Verbindung mit einem als Gewindestutzen Ib ausgeführten Prozessans-hluss 1, der ein Außengewinde 2 aufweist, das dazu dient den Druckmessaufnehmer frontbündig in eine entsprechende Gewindebohrung am Messort einzuschrauben.
[0148] Es ist ein Drucksensormodul 3 vorgesehen, dass frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung in den Prozessansdiluss 1 eingesetzt ist. Das Drucksensormodul 3 weist hierzu eine ringförmige Halterung 5 aus einem Edelstahl auf. Die ringförmige Halterung 5 ist frontbündig in den Prozessansdiluss 1 eingesetzt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die ringförmige Halterung 5 eine L-förmige Quersdinittsfläche auf und ist mit deren äußerem Rand mit dem Prozessansdiluss 1 versdiweißt.
[0149] Das Drucksensormodul 3 umfasst eine metallisdie Trennmembran 7, die frontbündig mittels einer rein metallisdien Verbindung in die Halterung 5 eingesetzt ist. Im Messbetrieb wirkt auf eine Außenseite der Trennmembran 7 ein zu messender Druck p ein. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Trennmembran 7 aus Titan.
[0150] Die rein metallisdie Verbindung zwisdien der Trennmembran 7 und der Halterung 5 aus Edelstahl, umfasst einen ringförmigen Membranträger 9 aus Titan.
[0151] Der ringförmige Membranträger 9 sdiließt frontbündig mit der Halterung 5 und dem Prozessansdiluss 1 ab und die Trennmembran 7 ist frontbündig in den Membranträger 9 eingesdiweißt. Hierzu weist der Membranträger 9 an dessen vorderen Innenseite eine ringförmige Absatzfläche auf, auf der die Trennmembran 7 mit einem äußeren Rand aufliegt. Der Membranträger 9 liegt damit zwisdien der Trennmembran 7 aus Titan und der ringförmigen mit dem Prozessansdiluss 1 verbundenen Halterung 5. Der Membranträger 11 liegt in der Halterung 5 und dessen äußerer Rand ist derart mit einem inneren Rand der Halterung 5 versdiweißt, dass beide Bauteile frontbündig mit dem Prozessansdiluss 1 absdiließen. Die Halterung 5 und der Prozessansdiluss 1 bestehen beide aus Edelstahl. Der Membranträger 9 hat die Aufgabe, Spannungen, die durch die untersdiiedlichen thermisdien Ausdehnungskoeffizienten der Trennmembran 7 und der Halterung 5 bzw. des Prozessansdilusses 1 entstehen können, aufzunehmen. Hierzu weist der Membranträger 9 auf dessen ins Innere des Druckmessaufnehmers weisenden Innenseite eine ringförmig umlaufende Ausnehmung 11 auf. Hierdurch wird die Trennmembran 7 vor temperatur- abhängigen mechanisdien Verspannungen gesdiützt, die sich auf die Reproduzierbarkeit und die Genauigkeit der Messergebnisse auswirken könnten.
[0152] Es besteht ein rein metallisdier frontbündiger Absdiluss zum Prozess. Der Druckmessaufnehmer ist damit sehr gut zu reinigen.
[0153] Das Drucksensormodul 3 umfasst einen Saphirträger 13 mit darin eingebraditen
Siliziumsensoren 15. Der Saphirträger 13 mit den darin eingebrachte Siliziumsensoren ist ein in SOS Technologie hergestellter Sensor-Chip. Die Siliziumsensoren 15 sind vorzugsweise einzelne Dehnungswiderstände bzw. aus diesen aufgebaute Widerstandsbrückensdialtungen.
[0154] In SOS Technologie hergestellte Drucksensoren sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und daher hier nicht näher erläutert. Ein großer Vorteil dieser Drucksensoren ist es, dass sie in einem sehr weiten Temperaturbereich, z.B. von - 700C bis + 2000C, und bei sehr plötzlich auftretenden Temperatursdiwankungen einsetzbar sind.
[0155] Der Saphirträger 13 ist flächig auf einer Titanronde aufgebracht. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Hartlöten. Alternativ können auch andere Lötverfahren, z.B. Vakuumlötverfahren, eingesetzt werden. Saphir und Titan weisen praktisdi identische thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass die beiden Elemente auch bei großen und/oder sehr rasiien Temperaturwechseln nahezu spannungsfrei miteinander verbunden sind. Der Druck p wird flächig übertragen. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Titanronde gleichzeitig als Trennmembran 7.
[0156] Hergestellt wird der in Fig. 1 und 6 dargestellte Druckmes sauf nehmer vorzugsweise, indem zunächst die als Trennmembran 7 dienende Titanronde mittels einer Wolfram- Inertgas-Schweißung frontbündig in den ringförmigen Membranträger 9 eingesiiweißt wird. Anschließend wird der Saphirträger 13 mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren 15 durch Hartlöten auf einer ins Innere des Messaufnehmers weisenden Rückseite der Titanronde aufgelötet.
[0157] Der Membranträger 9 wird vorzugsweise mittels einer Elektronenstrahl-Sch weißung frontbündig in die ringförmige Halterung 5 aus Edelstahl eingesetzt. Dabei wird vorzugsweise Vanadium als Schweißzusatz verwendet. Die Halterung 5 wird vorzugsweise mittels einer Wolfram-Inertgas-Schweißung frontbündig in den Prozessanschluss 1 aus Edelstahl eingesetzt.
[0158] Die Figuren 2 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers. Genau wie bei dem zuvor besiiriebenen Ausführungsbeispiel weist der Druckmessaufnehmer einen Prozessans-hluss 1 aus einem Edelstahl auf, der dazu dient, den Druckmessaufnehmer an einem Messort zu befestigen. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Flansch dargestellt. In Fig. 7 ist ein Gewindestutzen dargestellt.
[0159] Auch hier ist wieder ein Drucksensormodul 17 vorgesehen, das frontbündig mittels rein metallisier Verbindungen in den Prozessanschluss 1 eingesetzt ist. Es umfasst eine ringförmige Halterung 19 aus einem Edelstahl, die in den Prozessanschluss 1 eingexh weißt ist. Die ringförmige Halterung 19 weist einen nahezu quadratisdien Quers-hnitt auf, und ist in eine formgleidie frontbündig mit dem Prozessanschluss 1 abs-hließende Ausnehmung 21 eingesetzt. Die Halterung 19 ist mit deren äußerem Rand mit dem Prozessansiiluss 1 versii weißt.
[0160] In die Halterung 19 ist frontbündig mittels einer rein metallisdien Verbindung eine metallische Trennmembran 23 eingesetzt ist. Anders als bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel besteht die Trennmembran 23 hier nicht aus Titan, sondern aus einem Edelstahl, und die rein metallische Verbindung besteht in einer Schweißung, über die die Trennmembran 23 frontbündig unmittelbar in die Halterung 19 eingesetzt ist. Hierzu weist die Halterung 19 an deren vorderen Innenseite eine ringförmige Absatzfläche 25 auf, auf der die Trennmembran 23 mit einem äußeren Rand aufliegt.
[0161] Vorzugsweise wird für die Trennmembran 23 der gleiche Werkstoff verwendet, wie für die Halterung 19 und den Prozessanschluss 1. Dies bietet den Vorteil, dass Prozessanschluss 1, Halterung 19 und Trennmembran 23 den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, und von der Temperatur abhängige Spannungen bzw. Verspannungen der Trennmembran 23 weitgehend vermieden werden.
[0162] Das Drucksensormodul 17 umfasst auch hier wieder den bereits beschriebenen auf einer Titanronde 27 aufgebrachten Saphirträger 13 mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren 15. Anders als bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel bildet die Titanronde 27 hier jedoch nicht unmittelbar die Trennmembran, sondern ist mechanisch derart mit der Trennmembran 23 verbunden, dass eine Auslenkung der Trennmembran 23 eine korrespondierende Auslenkung der Titanronde 27 bewirkt. Hierzu ist die Titanronde 27 auf der Innenseite der Trennmembran 23 aufgebracht. Hierzu wird z.B. eine Hartlötverbindung oder eine Vakuumlötung eingesetzt.
[0163] Vorzugsweise erfolgt diese mechanische Verbindung über eine Vielzahl von über die Verbindungsfläche verteilten Hartlötverbindungspunkten. Diese Punktverbindungen sind ausreichend, um den auf die Trennmembran 23 wirkenden Druck p flächig zu übertragen. Zusätzlich bieten sie genügend Spiel für die thermische Ausdehnung der verbundenen Elemente, so dass bei Änderungen der Temperatur nur geringe Scherkräfte auf die Hartlötverbindungspunkte und darüber auf die Titanronde 27 einwirken. Das Drucksensormodul 17 ist hierdurch trotz der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Edelstahl und Titan vor Temperatur bedingten Spannungen bzw. Verspannungen gesiiützt.
[0164] Hergestellt wird der zuletzt besiiriebene Druckmessaufnehmer vorzugsweise, indem die als Trennmembran 23 dienende Edelstahlronde mittels einer Wolfram- Inertgas-Schweißung frontbündig in die ringförmige Halterung 19 aus Edelstahl eingesiiweißt wird. Danach wird die Titanronde 27 mittels Hartlöten, vorzugsweise mittels Hartlötverbindungspunkten, auf der Innenseite der Edelstahlronde aufgebracht. Ans-hließend wird der Saphirträger 13 mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren 15 auf die Rückseite der Titanronde 15 aufgelötet. Dies erfolgt vorzugsweise durch Hartlöten oder durch Vakuumlöten. Absiiließend wird die so gebildete Einheit frontbündig in den Prozessans-hluss 1 eingesetzt, indem die Halterung 19 mittels einer Wolfram-Inertgas-Schweißung frontbündig in den Prozessanschluss 1 aus Edelstahl eingesetzt wird.
[0165] Die Figuren 3 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers. Genau wie bei dem zuvor besiiriebenen Ausführungsbeispiel weist der Druckmessaufnehmer einen Prozessans-hluss 1 aus einem Edelstahl auf, der dazu dient, den Druckmessaufnehmer an einem Messort zu befestigen. In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Flansdi dargestellt. In Fig. 8 ist ein Gewindestutzen dargestellt.
[0166] Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ist auch hier ein Drucksensormodul 29 vorgesehen, das eine Halterung 31 aus einem Edelstahl aufweist, die frontbündig mittels einer rein metallis-hen Verbindung in den Prozessanschluss 1 eingesetzt ist. Die rein metallische Verbindung ist beispielsweise eine Schweißung.
[0167] Die Halterung 31 ist im Wesentlichen rohrförmig und weist ein erstes Ende 33 auf, das frontbündig mit dem Prozessans-hluss 1 abschließt. In dieses erste Ende 33 ist frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung die metallische Trennmembran 35 eingesetzt ist. Die Halterung 31 weist hierzu auf deren Stirnseite eine ringförmige Ausnehmung auf, deren Tiefe der Dicke der Trennmembran 35 entspricht. Die Trennmembran 35 besteht in dem in Fig. 3 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen aus einem Edelstahl. Vorzugsweise wird hierfür auch hier der gleiche Werkstoff verwendet, wie für die Halterung 31 und den Prozessanschluss 1. Dies bietet den Vorteil, dass Halterung 31, Prozessanschluss 1 und Trennmembran 35 den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, und von der Temperatur abhängige Spannungen bzw. Verspannungen der Trennmembran 35 weitgehend vermieden werden.
[0168] Das Drucksensormodul 29 umfasst auch hier wieder den bereits beschriebenen auf einer Titanronde 27 aufgebrachten Saphirträger 13 mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren 15. Die Titanronde 27 dient hier nicht unmittelbar als Trennmembran, sondern ist mechanisch derart mit der Trennmembran 35 verbunden, dass eine Auslenkung der Trennmembran 35 eine korrespondierende Auslenkung der Titanronde 27 bewirkt.
[0169] Sie ist auf einem zweiten Ende 37 der rohrförmigen Halterung 31 derart angeordnet, dass sie dessen zweites Ende 37 abdeckt, und ein äußerer Rand der Titanronde 27 mit einer ringförmigen Stirnfläche des zweiten Endes 37 der Halterung 31 verbunden ist. Die Verbindung erfolgt z.B. durch Hartlöten oder durch Vakuumlöten. Dabei ist der Saphirträger 13 mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren 15 auf einer äußeren von der Halterung 31 abgewandten Seite der Titanronde 27 angeordnet. Die Trennmembran 35 ist über eine rein mechanische Verbindung, hier einen Stößel 39, mit der Titanronde 27 verbunden, der dazu dient eine mechanis-he Auslenkung der Trennmembran 35 auf die Titanronde 27 und darüber auf den auf den Sensor-Chip zu übertragen. Auch hier ist der Saphirträger 13 durch Hartlöten oder durch Vakuumlöten mit der Titanronde 27 verbunden.
[0170] Hergestellt wird der zuletzt besiiriebene Druckmessaufnehmer vorzugsweise, indem der Stößel 39 mittig auf die als Trennmembran 35 dienende Edelstahlronde geschweißt wird. Anschließend wird die mit dem Stößel 39 verbundene Trennmembran 35 mittels einer Wolfram- Inertgas-Schweißung frontbündig in das erste Ende 33 der rohrförmigen Halterung 31 aus Edelstahl eingeschweißt. Parallel wird der Saphirträger 13 mittels Hartlöten oder Vakuumlöten auf die Rückseite der Titanronde 27 aufgelötet. AnsJiließend wird die Vorderseite der Titanronde 27 durch Hartlöten oder Vakuumlöten mit dem Stößel 39 und dem zweiten Ende 37 der Halterung 31 verbunden.
[0171] Abschließend wird das auf diese Weise erhaltene Drucksensormodul 29 frontbündig in den Prozessanschluss 1 eingesetzt, indem das erste Ende 33 der Halterung 31 mittels einer Wolfram-Inertgas-Schweißung frontbündig den Prozessansiiluss 1 eingesjiweißt wird.
[0172] Die Figuren 4 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessaufnehmers. Genau wie bei dem zuvor besiiriebenen Ausführungsbeispiel weist der Druckmessaufnehmer einen Prozessansiiluss 1 aus einem Edelstahl auf, der dazu dient, den Druckmessaufnehmer an einem Messort zu befestigen. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Flansch dargestellt. In Fig. 9 ist ein Gewindestutzen dargestellt.
[0173] Wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen ist auch hier ein
Drucksensormodul 41 vorgesehen, das eine Halterung 43 aus einem Edelstahl aufweist, die frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung in den Prozessanschluss 1 eingesetzt ist. Die rein metallisdie Verbindung ist beispielsweise eine Sdiweißung.
[0174] Die Halterung 43 ist ein im Wesentlichen rohrförmiges Segment, an dessen
[0175] Innenwand ein sich radial in dessen Innenraum hinein erstreckender Absatz 45 mit einer zentralen koaxial zu einer Längsachse L der Halterung 43 verlaufenden durchgängigen Ausnehmung 47 angeformt ist.
[0176] Die Halterung 43 weist ein erstes Ende 49 auf, das frontbündig mit dem
Prozessansdiluss 1 absdiließt. In dieses erste Ende 49 ist frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung die metallische Trennmembran 51 eingesetzt. Die Halterung 43 weist hierzu auf deren Stirnseite eine ringförmige Ausnehmung auf, deren Tiefe der Dicke der Trennmembran 51 entspricht. Die Trennmembran 51 besteht in dem in Fig. 4 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen aus einem Edelstahl. Vorzugsweise wird hierfür auch hier der gleiche Werkstoff verwendet, wie für die Halterung 43 und den Prozessanschluss 1. Dies bietet den Vorteil, dass Halterung 43, Prozessansiiluss 1 und Trennmembran 51 den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, und von der Temperatur abhängige Spannungen bzw. Verspannungen der Trennmembran 51 weitgehend vermieden werden.
[0177] Das Drucksensormodul 41 umfasst auch hier wieder den bereits beschriebenen auf einer Titanronde 53 aufgebrachten Saphirträger 13 mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren 15. Die Titanronde 53 dient hier nicht unmittelbar als Trennmembran, sondern ist mechanisch derart mit der Trennmembran 51 verbunden, dass eine Auslenkung der Trennmembran 51 eine korrespondierende Auslenkung der Titanronde 53 bewirkt.
[0178] In Abweichung zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist hier ein endseitig von der Titanronde 53 abgeschlossenes Trägerelement 55 vorgesehen, auf dem der Saphirträger 13 mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren 15 auf einer von der Halterung 43 abgewandten Seite der Titanronde 53 angeordnet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trägerelement 55 ein vorzugsweise einteiliges im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse aus Titan, dessen Boden die Titanronde 53 bildet. An das Gehäuse ist auf dessen von der Titanronde 53 abgewandten Seite ein Rohrsegment 57 angeformt, dass endseitig mittels einer rein metallischen Verbindung in die Ausnehmung 47 des Absatzes 45 eingesetzt ist. Die Ausnehmung 47 weist hierzu an deren von der Trennmembran 51 abgewandten Seite einen Bereich mit vergrößertem Innendurchmesser auf, in den das Rohrsegment 57 derart eingesetzt wird, dass die Innenwand des Rohrsegments 57 bündig mit der Innenwand der Ausnehmung 47 absdiließt. Die rein metallixhe Verbindung ist vorzugsweise eine Schweißverbindung oder eine Lötung.
[0179] Genau wie bei dem zuletzt besdiriebenen Ausführungsbeispiel ist auch hier ein
Stößel 59 vorgesehen, der mit der Trennmembran 51 und der Titanronde 53 verbunden ist. Der Stößel 59 ist beispielsweise mittig auf die Innenseite der Trennmembran 51 aufgeschweißt und führt parallel zur Längsachse L der Halterung 43 durch die Ausnehmung 47 im Absatz 45 und das Rohrsegment 57 hindurch in das Gehäuse hinein, wo er mit der Innenseite der Titanronde 53, beispielsweise mittels einer Hartlötverbindung, verbunden ist. Der Stößel 59 dient auch hier dazu, die mechanis-he Auslenkung der Trennmembran 51 auf die Titanronde 53 und darüber auf den Saphirträger 13 mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren 15 zu übertragen.
[0180] Je nach Ausgestaltung des Absatzes 45 kann in der Halterung 43 ein durch die Trennmembran 51, den Absatz 45 und das Trägerelement 55 abgeschlossenes Innenvolumen entstehen. In dem Fall ist vorzugsweise eine durch den Absatz 45 hindurch führende Druckausgleichsbohrung 61 vorgesehen.
[0181] Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Verbindung zwisiien Titan und Edelstahl hier über das Rohrsegment 57 erfolgt. Der Durchmesser des Rohrsegments 57 ist sehr viel geringer als der der Titanronde 53. Dies bedingt eine geringere Kontaktfläche und eine höhere thermische Stabilität der Konstruktion. Hinzu kommt, dass Verbindung zwischen Titan und Edelstahl räumlich von der Titanronde 53 getrennt ist. Hierdurch werden Auswirkungen von thermischen Spannungen im Bereich der Kontaktflächen auf die Titanronde 53 deutlich reduziert.
[0182] Die Auswirkungen dieser thermischen Spannungen auf die Titanronde 53 können durch eine ringförmig umlaufende Aussparung 63 in der Außenwand des Trägerelements 65 noch weiter reduziert werden. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Trägerelements 65. Dort ist das Trägerelement 65 ebenfalls ein Titangehäuse mit einem daran angeformten einen Gehäusehals bildenden Rohrsegment 57, dass mittels einer metallis-hen Verbindung in den Absatz 45 eingesetzt ist. Der Innenraum des Trägerelements 65 ist zylindrisch. Die Außenwand weist einen an das Rohrsegment 57 angrenzenden hohlzylindrischen Bereich 67 geringerer Wanddicke auf, in dem die ringförmig umlaufende Aussparung 63 verläuft. Durch die Aussparung 63 ist dieser Gehäuseabschnitt in der Lage, Spannungen, die durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Rohrsegmentes 57 und des Absatzes 45 entstehen können, aufzunehmen. An den Bereich 67 schließt sich ein vom Rohrsegment 57 abgewandter an die Titanronde 53 angrenzender hohlzylindrisdier Bereich 69 mit größerer Wanddicke an. Die untersiiiedlichen Wanddicken bieten einen zusätzlichen Schutz der Titanronde 53 gegenüber Verspannungen.
[0183] Alle besdiriebenen Druckmes sauf nehmer bieten den Vorteil, dass sie frontbündig sind, und über einen rein metallis-hen Absiiluss zum Prozess hin verfügen. Dadurch sind sie insb. für Anwendungen besonders geeignet, in denen hohe Anforderungen an die Hygiene gestellt werden. Sie sind sehr leicht zu reinigen, und können aufgrund von deren Bauweise nicht nur in einem breiten Temperaturbereich eingesetzt werden, sondern auch sprunghaften Temperaturwechseln standhalten, wie sie beispielsweise bei den eingangs genannten industriellen Reinigungs- und/oder Sterilisationsverfahren auftreten können. Dies ist insb. deshalb möglich, weil alle Verbindungen metallisdie Verbindungen sind und völlig auf Druck übertragende Flüssigkeiten verzichtet wurde.
[0184] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass immer dort, wo Metalle mit untersiiiedlichen thermisdien Ausdehnungskoeffizienten aufeinander treffen, elastisdie Verbindungsmittel gewählt wurden, die in der Lage sind Spannungen aufzunehmen, die durch die untersdiiedlichen Ausdehnungen der einzelnen aneinander angrenzenden Elemente auftreten, aufzunehmen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Druckmessaufnehmer umfassen diese elastisiien Verbindungsmittel den Membranträger 9. Bei dem Druckaufnehmer von Fig. 2 umfassen sie die Hartlötverbindungspunkte zwisdien der Trennmembran 23 aus Edelstahl und der Titanronde 27. Bei den in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Druckmessaufnehmern wird das Entstehen solcher Spannungen durch die Übertragung der Auslenkung der Trennmembran 35 über den Stößel 39 bzw. 59 vermieden.
[0185] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Druckmes sauf nehmer modular aufgebaut sind. Die Drucksensormodule 3, 17, 29, 41 können dadurch vorab kalibriert und nachfolgend sehr flexibel in unters-hiedliche Arten von Prozessansdilüssen eingesetzt werden.
abelle 1

Claims

Ansprüche
[0001] 1. Druckmessaufnehmer mit - einen ProzessanscHuss (1, Ia, Ib) aus einem
Edelstahl, der dazu dient, den Druckmessaufnehmer an einem Messort zu befestigen,- einem Drucksensormodul (3, 17, 29, 41), mit-- einer Halterung (5, 19, 31, 43) aus einem Edelstahl, --- in die frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung eine metallische Trennmembran (7, 23, 35, 51) eingesetzt ist, auf deren Außenseite im Messbetrieb ein zu messender Druck (p) einwirkt, --- die frontbündig mittels einer rein metallischen Verbindung in den Prozessanschluss (1, Ia, Ib) eingesetzt ist, und -- einer von der Halterung (5, 19, 31, 43) getragenen Titanronde (7, 27, 53), --- auf der ein Saphirträger (13) mit darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) aufgebracht ist, -- die die Trennmembran (7) bildet oder mechanisch derart mit der Trennmembran (23, 35, 51) verbunden ist, dass eine Auslenkung der Trennmembran (23, 35, 51) eine korrespondierende Auslenkung der Titanronde (27, 53) bewirkt.
[0002] 2. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1, bei dem die metallische Verbindung zwischen der Halterung (5, 19, 31, 43) und dem Prozessanschluss (1, Ia, Ib) eine Schweißung ist.
[0003] 3. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1, bei dem der Saphirträger (13) durch
Hartlöten auf die Titanronde (7, 27, 53) aufgebracht ist.
[0004] 4. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1, bei dem die Titanronde (7) die
Trennmembran (7) bildet und die metallische Verbindung zwischen der Trennmembran (7) und der Halterung (5) einen ringförmigen Membranträger (9) aus Titan umfasst, - der frontbündig in die Halterung (5) eingeschweißt ist und frontbündig mit dem Prozessanschluss (1, Ia, Ib) abschließt, - in den die Trennmembran (7) frontbündig eingeschweißt ist, und - der auf dessen ins Innere des Druckmessaufnehmers weisenden Innenseite eine ringförmig umlaufende Ausnehmung (11) aufweist, -- durch die der Membranträger (9) in der Lage ist, Spannungen, die durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Trennmembran (7) und des Prozessanschlusses (1, Ia, Ib) entstehen können, aufzunehmen.
[0005] 5. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1, bei dem - die Trennmembran (23) aus einer Edelstahlronde besteht, - die metallische Verbindung zwischen der Trennmembran (23) und der Halterung (19) eine Schweißung ist, und - die Titanronde (27) auf einer Innenseite der Trennmembran (23) aufgebracht ist. [0006] 6. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 5, bei dem die Titanronde (27) auf die
Trennmembran (23) aus Edelstahl mittels einer Hartlötverbindung, insb. mittels einer Vielzahl von Hartlötverbindungspunkten, aufgebracht ist.
[0007] 7. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1, bei dem - die Halterung (31) rohrförmig ist, - die Trennmembran (35) eine Edelstahlronde ist, -- die frontbündig in ein erstes Ende (33) der Halterung (31) eingesetzt ist, - die metallische Verbindung zwischen der Halterung (31) und der Trennmembran (35) eine Schweißung ist, - das erste Ende (33) der Halterung (31) frontbündig mit dem Prozessanschluss (1, Ia, Ib) abschließt, - die Titanronde (27) auf ein zweites Ende (37) der Halterung (31) aufgebracht ist, -- wobei der Saphirträger (13) mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) auf einer von der Halterung (31) abgewandten Seite der Titanronde (27) angeordnet ist, und -- wobei ein äußerer Rand der Titanronde (27) mit dem zweiten Ende (37) der Halterung (31) verbunden ist, und - ein mit der Trennmembran (35) und der Titanronde (27) verbundener Stößel (39) vorgesehen ist, -- der dazu dient eine mechanische Auslenkung der Trennmembran (35) auf die Titanronde (27) und darüber auf den Saphirträger (13) mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) zu übertragen.
[0008] 8. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 1, bei dem - die Halterung (43) ein rohrförmiges Segment ist, an dessen Innenwand ein sich radial dessen Innenraum erstreckender Absatz (45) mit einer zentralen koaxial zu einer Längsachse (L) der Halterung (43) verlaufenden durchgängigen Ausnehmung (47) angeformt ist, - die Trennmembran (51) eine Edelstahlronde ist, -- die frontbündig in ein erstes Ende (49) der Halterung (43) eingesetzt ist, - die metallische Verbindung zwischen der Halterung (43) und der Trennmembran (51) eine Schweißung ist, - das erste Ende (49) der Halterung (43) frontbündig mit dem Prozessanschluss (1, Ia, Ib) abschließt, - ein endseitig von der Titanronde (53) abgeschlossenes Trägerelement (55, 65) vorgesehen ist, -- auf dem der Saphirträger (13) mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) auf einer von der Halterung (43) abgewandten Seite der Titanronde (53) angeordnet ist, und -- an dessen von der Titanronde (53) abgewandten Seite ein Rohrsegment (57) angeformt ist, dass endseitig mittels einer rein metallischen Verbindung in die Ausnehmung (47) des Absatzes (45) eingesetzt ist, und - ein mit der Trennmembran (51) und der Titanronde (53) verbundener Stößel (59) vorgesehen ist, -- der durch die Ausnehmung (47) im Absatz (45) und das Rohrsegment (57) hindurch führt, und -- der dazu dient eine mechanische Auslenkung der Trennmembran (51) auf die Titanronde (53) und darüber auf den Saphirträger (13) mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) zu übertragen.
[0009] 9. Druckmessaufnehmer nach Anspruch 8, bei dem das Trägerelement (65) ein
Titangehäuse ist in dessen Aussenwand eine ringförmig umlaufende Aussparung (63) vorgesehen ist.
[0010] 10. Verfahren zur Herstellung eines Druckmessaufnehmers nach Anspruch 3, bei dem - die als Trennmembran (7) dienende Titanronde mittels einer Wolfram- Inertgas-Schweißung frontbündig in den ringförmigen Membranträger (9) aus Titan eingeschweißt wird, - der Saphirträger (13) mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) durch Hartlöten auf der Rückseite der Titanronde (7) aufgelötet wird, - der Membranträger (9) mittels einer Elektronenstrahl- Schweißung frontbündig in eine ringförmige Halterung (5) aus Edelstahl eingesetzt wird, und - die Halterung (5) mittels einer Wolfram- Inertgas-Schweißung frontbündig in einen Prozessanschluss (1, Ia, Ib) aus Edelstahl eingesetzt wird.
[0011] 11. Verfahren zur Herstellung eines Druckmessaufnehmers nach Anspruch 5, bei dem - die als Trennmembran (23) dienende Edelstahlronde mittels einer Wolfram- Inertgas-Schweißung frontbündig in die ringförmige Halterung (19) aus einem Edelstahl eingeschweißt wird, - die Titanronde (27) mittels Hartlöten, insb. mittels einer Vielzahl von Hartlötverbindungspunkten, auf der Innenseite der Edelstahlronde aufgebracht wird, - der Saphirträger (13) mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) durch Hartlöten auf die Rückseite der Titanronde (27) aufgelötet wird, und - die Halterung (19) mittels einer Wolfram- Inertgas-Schweißung frontbündig in den Prozessanschluss (1, Ia, Ib) aus Edelstahl eingesetzt wird.
[0012] 12. Verfahren zur Herstellung eines Druckmessaufnehmers nach Anspruch 7, bei dem - der Stößel (39) mittig auf die als Trennmembran (35) dienende Edelstahlronde geschweißt wird, - die Trennmembran (35) mittels einer Wolfram-Inertgas-Schweißung frontbündig in das erste Ende (33) der rohrförmigen Halterung (31) aus Edelstahl eingeschweißt wird, - der Saphirträger (13) mit den darin eingebrachten Siliziumsensoren (15) durch Hartlöten auf die Rückseite der Titanronde (27) aufgelötet wird, - die Vorderseite der Titanronde (27) abschließend durch Hartlöten mit dem Stößel (39) und dem zweiten Ende (37) der Halterung (31) verbunden wird, und - das erste Ende (33) der Alterung (31) mittels einer Wolfram-Inertgas-Schweißung frontbündig in den Prozessanschluss (1, Ia, Ib) aus Edelstahl eingeschweißt wird.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2395336B1 (de) * 2010-06-08 2018-08-01 Sensata Technologies, Inc. Hermetisch abgedichtete Druckmessungsvorrichtung
US8656784B2 (en) 2011-08-19 2014-02-25 Kulite Semiconductor Products, Inc. Flat covered leadless pressure sensor assemblies suitable for operation in extreme environments
TW201331564A (zh) * 2012-01-20 2013-08-01 sen-mu Gao 以空氣壓力感測元件感測液體壓力之結構
DE102012103585A1 (de) * 2012-04-24 2013-10-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Druckmessaufnehmer
DE102013220735A1 (de) 2013-10-14 2015-04-16 Vega Grieshaber Kg Messanordnung mit einer keramischen Messzelle
DE102013114407A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor
WO2016043722A1 (en) * 2014-09-16 2016-03-24 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole formation fluid viscometer sensor
DE202015105132U1 (de) * 2015-09-29 2015-12-07 Holger Blum Druck-Messvorrichtung
DE102016123590A1 (de) * 2016-12-06 2018-06-07 Endress+Hauser SE+Co. KG Druckaufnehmer
DE102017211970A1 (de) * 2017-07-12 2019-01-17 Infineon Technologies Ag Sensoranordnung und Verfahren zum Testen einer Sensoranordnung
DE102018123041A1 (de) * 2018-09-19 2020-03-19 Endress+Hauser SE+Co. KG Druckmesseinrichtung
JP7451907B2 (ja) * 2019-09-09 2024-03-19 Tdk株式会社 圧力センサ素子
DE102019131342A1 (de) * 2019-11-20 2021-05-20 Tdk Electronics Ag Sensor zur Messung von Druck und Temperatur
US11378480B2 (en) 2020-09-21 2022-07-05 Rosemount Inc. Polysilicon on sapphire oil-less pressure sensor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5796109A (en) * 1996-05-03 1998-08-18 Frederick Energy Products Unitized radiation detector assembly
JP2004053290A (ja) * 2002-07-17 2004-02-19 Minebea Co Ltd 超高温型荷重計およびその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3018856A1 (de) * 1980-05-16 1981-11-26 SIEMENS AG AAAAA, 1000 Berlin und 8000 München Drucksensor fuer verbrennungsmotor
US4382377A (en) * 1980-05-16 1983-05-10 Siemens Aktiengesellschaft Pressure sensor for an internal combustion engine
US4768011A (en) * 1985-12-24 1988-08-30 Nippon Soken, Inc. Joint structure for diamond body and metallic body
DE3818458A1 (de) * 1988-05-31 1989-12-07 Moto Meter Ag Vorrichtung zur messung des druckes fluessiger oder gasfoermiger medien
DE4234290C2 (de) * 1992-10-12 1995-06-14 Fibronix Sensoren Gmbh Drucksensor
DE59504814D1 (de) * 1995-03-31 1999-02-25 Endress Hauser Gmbh Co Drucksensor
EP0759547B1 (de) * 1995-08-19 2001-09-19 Endress + Hauser GmbH + Co. Drucksensor
IT1313816B1 (it) * 1999-11-03 2002-09-23 Gefran Sensori S R L Dispositivo sensore di pressione ad elevata precisione
US7302855B2 (en) * 2004-10-28 2007-12-04 Denso Corporation Pressure detection device
DE602004015478D1 (de) * 2004-11-25 2008-09-11 Gefran Spa Drucksensor mit Kompensation der Gehäusewärmeausdehnung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5796109A (en) * 1996-05-03 1998-08-18 Frederick Energy Products Unitized radiation detector assembly
JP2004053290A (ja) * 2002-07-17 2004-02-19 Minebea Co Ltd 超高温型荷重計およびその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2008012162A1 *

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WO2008012162A1 (de) 2008-01-31
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CN101512314A (zh) 2009-08-19
DE102006035230A1 (de) 2008-01-31
US20090301210A1 (en) 2009-12-10
US8033179B2 (en) 2011-10-11

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