EP3167264A1 - Differenzdruckmesszelle - Google Patents

Differenzdruckmesszelle

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Publication number
EP3167264A1
EP3167264A1 EP15726994.5A EP15726994A EP3167264A1 EP 3167264 A1 EP3167264 A1 EP 3167264A1 EP 15726994 A EP15726994 A EP 15726994A EP 3167264 A1 EP3167264 A1 EP 3167264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
chamber
differential pressure
pressure
diaphragm
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15726994.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulfert Drewes
Michael Hügel
Nils Ponath
Andreas Rossberg
Elke Schmidt
Thomas Uehlin
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
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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 EP3167264A1 publication Critical patent/EP3167264A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/028—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using capsules
    • 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
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    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L15/00—Devices or apparatus for measuring two or more fluid pressure values simultaneously

Abstract

Eine Differenzdruckmesszelle (100) umfasst eine Messmembran (110); zwei Gegenkörper (140, 170); und einen Wandler (120), wobei die Messmembran (110) zwischen den Gegenkörpern (140, 170) angeordnet und mit beiden Gegenkörpern druckdicht unter Bildung jeweils einer Messkammer (160, 190) verbunden ist, wobei die Gegenkörper (140, 170) jeweils einen Druckkanal (164, 194) aufweisen, durch welchen die jeweilige Messkammer (160, 190) mit einem Druck (p1, p2) beaufschlagbar ist, wobei der Wandler (120) zum Wandeln einer von einer Differenz zwischen den Drücken (p1, p2) abhängigen Verformung der Messmembran (110) in ein elektrisches Signal vorgesehen ist; wobei die Gegenkörper (140, 170) jeweils einen der Messmembran (110) zugewandten Kammerabschnitt (142, 172) und einen der Messmembran (110) abgewandten Rückwandabschnitt (144, 174) mit einer Entkopplungskammer (162, 192) dazwischen aufweisen, wobei die Kammerabschnitte (142, 172) jeweils einen Ausgleichskanal (163, 193) zwischen der Messkammer (160, 190) und der Entkopplungskammer (162, 192) aufweisen, wobei die Entkopplungskammer (162, 192) einen Durchmesser aufweist, der mindestens so groß ist wie der Durchmesser der Messkammer (160, 190).

Description

Differenzdruckmesszelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differenzdruckmesszelle, insbesondere eine Differenzdruckmesszelle mit einem Schutz gegen statische Überlasten.
Differenzdruckmesszellen sind gewöhnlich darauf optimiert, geringe Druckdifferenzen P1-P2 bei großen statischen Drücken p-ι, p2 zu messen. Hierbei ist es wichtig, die richtige Balance zwischen Empfindlichkeit und Überlastfestigkeit zu finden. So kann beispielsweise für den Messbereich der Druckdifferenz |p P2| gelten | P1-P2I / P1 < 1 %- Wenn in einer Prozessanlage einer der Drücke p-ι, p2 entfällt, wird der
Differenzdrucksensor mit dem 100-fachen des Messbereichs belastet. Es sind
Differenzdruckmessaufnehmer bekannt, die solchen Überlasten standhalten. Ein bewährter Schutz der empfindlichen Differenzdruckmesszellen beruht darauf, eine Überlastmembran zum Differenzdrucksensor hydraulisch parallel zu schalten, und die Differenzdruckmesszelle und die Überlastmembran über hydraulische Pfade mit den beiden Drücken p-i , p2 zu beaufschlagen, wobei die Drücke durch Trennmembranen in die hydraulischen Pfade eingeleitet werden. Eine Überlastmembran weist eine hinreichend große hydraulische Kapazität auf, um im Falle einer einseitigen Überlast das Volumen einer Übertragungsflüssigkeit in einem hydraulischen Pfad so weit
aufzunehmen, dass die Trennmembran dieses hydraulischen Pfads an einem
Membranbett zur Anlage kommt, so dass ein weiterer Anstieg des auf den
Differenzdrucksensor wirkenden Differenzdrucks zuverlässig verhindert ist. Beispiele für Differenzdruckmessaufnehmer mit Überlastmembranen sind in EP 1 299 701 B1 , DE 10 2006 040 325 A1 und DE 10 2006 057 828 A1 offenbart. Der Einsatz von Überlastmembranen führt jedoch zwingend zu größeren
Volumenhüben der Übertragungsflüssigkeit und damit - bei gleicher Leistungsfähigkeit - zu größeren Trennmembranflächen, was größere Geräteabmessungen und höhere Kosten zur Konsequenz hat. Außerdem wird die Messwerksdynamik durch die
Überlastmembran und das größere Volumen der Übertragungsflüssigkeit negativ beeinflusst.
Es sind daher Bemühungen bekannt, den Überlastschutz für die Messmembran durch Membranbetten zu realisieren. Hierbei soll sich die Messmembran bei
Überschreiten eines Grenzwerts für einen einseitigen Überdruck zumindest in dem Maße an dem Membranbett abstützen, dass die Berstspannung der Messmembran auch bei einem weiteren Druckanstieg nicht erreicht wird.
Dafür sind insbesondere asphärische Membranbetten geeignet, welche die Biegelinie der Messmembran bei dem Grenzwert für den Überdruck approximieren. Die Patentschrift US 4 458 537 offenbart eine kapazitiven Differenz- druckmesszelle mit einem asphärischen Membranbett aus Glas, welches in eine Struktur koaxialer Ringe eingebracht ist, wobei die Höhen der Ringe eine Kontur bilden, welche der Biegelinie der Messmembran entspricht.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 046 229 A1 offenbart einen Drucksensor bzw. eine Differenzdruckmesszelle mit einem asphärischen Membranbett aus Glas, welches durch thermisches Einsinken geformt ist. Die Patentschrift US 7 360 431 B2 offenbart einen Drucksensor bzw.
Differenzdrucksensor mit einem asphärischen Membranbett, welches in Silizium mittels Grauskalenlithographie präpariert ist.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 028 773 A1 offenbart einen Drucksensor bzw. eine Differenzdruckmesszelle mit einem asphärischen Membranbett, welches in Silizium mittels Laserablation, gefolgt von einem Oxidationsschritt und einem
abschließenden Ätzen, präpariert ist.
Wenngleich die genannten Membranbrettkonzepte tatsächlich die Messmembran zu einem gewissen Grade schützen können, belastet doch der in die
Differenzdruckmeszelle eingeleitete statische Druck die Fügestellen zwischen
Messmembran und Gegenkörpern oder daran angrenzende Bereiche, so dass dort Spannungsspitzen auftreten können, die zu einer Zerstörung des Differenzdrucksensors führen.
Die Veröffentlichung WO 201 1/076477 A1 offenbart eine Differenzdruckmesszelle, bei welcher der Volumenhub der Messmembran ausreicht, das Volumen der Übertragungsflüssigkeit unter einer Trennmembran im Überlastfall ohne plastische Verformung der Messmembran aufzunehmen.
Die noch unveröffentlichte Patentanmeldung DE 1020121 13033 offenbart eine Differenzdrucksensor mit einer Differenzdruckmesszelle, die eine Messmembran und Gegenkörper aus Silizium aufweist, wobei die Gegenkörper jeweils rückseitig durch einen Keramikkörper versteift sind, um ein Durchbiegen der Gegenkörper unter statischen Drücken zu vermeiden bzw. zu vermindern. Auf diese Weise sollen insbesondere die Kerbspannungen an den Fügestellen zwischen der Messmembran und den Gegenkörpern verringert werden. Insofern als Kerbspannungen, insbesondere in spitzwinkligen Kavitäten auftreten, sind Ansätze bekannt, solche spitzen Winkel zwischen Bauteilen zu vermeiden, die eine Kammer bilden, in welcher ein hoher statischer Druck eingeleitet wird. Hierzu sei beispielsweise auf das US Patent Nr. 5,520,054 hingewiesen, welches einen
Drucksensor offenbart, dessen Druckkammer im Querschnitt ausschließlich stumpfer Winkel aufweist.
Abgesehen von beidseitig anstehenden statischen Überlastdrücken kann auch eine einseitige Beaufschlagung der Differenzdruckmesszelle mit einem statischen Überlastdruck die Messmembran, die Gegenkörper oder die Fügestellen zwischen
Messmembran und Gegenkörpern oder daran angrenzende Bereiche beschädigen oder zerstören, wenn die einseitige Überlast zu Verformungen der Gegenkörper führt, wodurch beispielsweise die Stützfunktion der Membranbetten beeinträchtigt wird. Um dem zu begegnen, offenbaren Hein et al. (Transducers '97 S. 1477 -1480,
1997) einen gekapselten kapazitiven Differenzdrucksensor, bei dem die Gegenkörper zwischen Druckanschlussstücken axial eingespannt sind, wobei jeweils zwischen einem Gegenkörper und einem Druckanschlussstück zusätzlich ein Dichtring eingespannt ist. Das Patent DE 37 51 546 T2 offenbart ebenfalls einen Differenzdrucksensor, welcher eine Messmembran zwischen zwei Gegenkörpern aufweist, wobei die beiden
Gegenkörper in einer elastischen Spannvorrichtung axial eingespannt sind, um die Berstfestigkeit des Differenzdrucksensors zu erhöhen. Den beiden zuvor beschriebenen Anordnungen ist gemein, dass es bei einer Beaufschlagung des Differenzdrucksensors mit statischem Druck zu Relativbewegungen zwischen den Gegenkörpern und der Einspann- Vorrichtung kommen kann. Dies kann insbesondere zu Hysterese-Fehlern bei Nullpunkt und Spanne eines vom Differenzdruck abhängigen Messsignals des
Differenzdrucksensors führen. Die noch unveröffentlichte Anmeldung DE 102014104831 löst dieses Problem, indem sie einen Differenzdrucksensor mit einer
Einspannvorrichtung, welche Relativbewegungen zwischen Gegenkörpern und
Einspannvorrichtung vermeidet, beschreibt. Diese Konstruktionen stellen jedoch große Anforderungen an Bauteiltoleranzen und sind insofern teuer.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Ansätze zu einer hydraulischen Abstützung der Differenzdruckmesszelle bekannt. Hierzu offenbart beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 01 180 A1 einen Differenzdrucksensor mit einer gekapselten Differenzdruckmesszelle, wobei die Differenzdruckmesszelle in der Kapsel von einer Übertragungsflüssigkeit umgeben ist, die mittels eines Druckspeichers unter Druck gehalten ist. Die US Patente 4,257,274 und 5,684,253 offenbaren jeweils einen Differenzdrucksensor mit einer isostatisch gekapselten Differenzdruckmesszelle, wobei jeweils einer der statischen Drücke, der in die Differenzdruckmessung eingeht, in eine die Differenzdruckmesszelle umgebende Kapsel eingeleitet wird. Dieses Konzept ist von vergleichsweise einfachem Aufbau, es scheitert aber dann, wenn der statische
Überlastdruck der andere Druck ist, also gerade nicht jener, der in die Kapsel eingeleitet wird. Diesem Problem trägt das US Patent 7624642 Rechnung, indem jeweils der höhere der beiden Prozessdrücke den eine Differenzdruckmesszelle umgebenden Druck in einer Kapsel definiert, was über„hydraulische Dioden" erreicht wird. Diese umzusetzen, ist jedoch sehr aufwändig, weil für die„hydraulischen Dioden" zusätzliche Trennmembranen erforderlich sind.
Der obige Überblick zum Stand der Technik zeigt eine Vielzahl von Ansätzen, um Differenzdrucksensoren für hohe statische Drücke tauglich zu machen; wobei sich abzeichnet, dass keine der genannten Lösungen für alle Anwendungen geeignet ist, sei es aus Kostengründen, konstruktiven oder thermomechanischen Randbedingungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine in sich
überlastfeste Differenzdruckmesszelle bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Differenzdruckmesszelle gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.
Die erfindungsgemäße Differenzdruckmesszelle umfasst: eine Messmembran, einen ersten Gegenkörper, einen zweiten Gegenkörper und einen Wandler, wobei die Messmembran zwischen dem ersten Gegenkörper und dem zweiten Gegenkörper angeordnet und mit beiden Gegenkörpern druckdicht verbunden ist, wobei zwischen der Messmembran und dem ersten Gegenkörper eine erste Messkammer und zwischen der Messmembran und dem zweiten Gegenkörper eine zweite Messkammer gebildet ist, wobei der erste Gegenkörper und der zweite
Gegenkörper jeweils einen Druckkanal aufweisen, durch welchen die jeweilige
Messkammer mit einem ersten bzw. zweiten Druck (p-i , p2) beaufschlagbar ist, wobei der Wandler zum Wandeln einer von einer Differenz zwischen dem ersten Druck (p-i) und dem zweiten Druck (p2) abhängigen Verformung der Messmembran in ein elektrisches Signal vorgesehen ist; wobei mindestens ein Gegenkörper einen der Messmembran zugewandten
Kammerabschnitt und einen der Membran abgewandten Rückwandabschnitt und eine Entkopplungskammer zwischen dem Kammerabschnitt und dem Rückwandabschnitt aufweist, wobei der Kammerabschnitt mindestens einen Ausgleichskanal aufweist, durch den die Messkammer mit der Entkopplungskammer kommuniziert, wobei die Entkopplungskammer in einer Ebene parallel zur Messmembran einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Ausgleichskanals.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Entkopplungskammer in einer Ebene parallel zur Messmembran einen Durchmesser auf, der mindestens so groß ist wie der Durchmesser der Messkammer. In einer Weiterbildung der Erfindung weist eine Oberfläche des
Kammerabschnitts, welche der Entkopplungskammer zugewandt ist, eine ringförmig umlaufende Entlastungsnut auf.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist eine Oberfläche des
Rückwandabschnitts, welche der Entkopplungskammer zugewandt ist, eine ringförmig umlaufende Entlastungsnut auf.
Die Entlastungsnuten bieten insbesondere den Vorteil, dass sie die
Kerbspannungen zwischen dem Rückwandabschnitt und dem Kammerabschnitt am Außenradius der Entkopplungskammer reduzieren. Grundsätzlich kann dies auch dadurch erreicht werden, dass die Entkopplungskammer eine hinreichende axiale Höhe aufweist, beispielsweise 100 μιη oder mehr. Dies würde jedoch das in der
Differenzdruckmesszelle eingeschlossene Volumen erheblich vergrößern, was es zu vermeiden gilt, denn Differenzdruckmesszellen werden in den meisten Anwendungsfällen der industriellen Prozessmesstechnik über eine Übertragungsflüssigkeit mit den zu erfassenden Prozessdrücken beaufschlagt, wobei die Übertragungsflüssigkeit mittels einer Trennmembran vom Prozessmedium getrennt ist. Da die Trennmembran den insbesondere durch Temperaturschwankungen bedingten Volumenhub der
Übertragungsflüssigkeit aufnehmen muss, welcher zum Volumen der Übertragungsflüssigkeit proportional ist, gilt es, dieses Volumen zu minimieren. Aus diesem Grund sind die Entlastungsnuten in den Stirnseiten der Rückwandabschnitte und der Kammerabschnitte einer Vergrößerung der axialen Höhe der Entkopplungskammer vorzuziehen.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Differenzdruckmesszelle mindestens einen Füllkörper auf, welcher insbesondere ringförmig und in das Volumen der Entlastungsnut bzw. Entlastungsnuten weitgehend ausfüllt. Der Füllkörper weist vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, welcher mit dem
Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstoffs des Kam merabschnitts und/oder des Rückwandabschnitts kompatibel ist, insbesondere weniger als 1 ppm/K von letzterem abweicht. Dies kann offensichtlich dadurch erreicht werden, dass der Füllkörper den gleichen Werkstoff aufweist, wie der Kammerabschnitt und/oder der Rückwandabschnitt. Es ist jedoch kostengünstiger, bei einem Rückwandabschnitt und/oder einem Kammer- abschnitt aus Korund einen Füllkörper aus Kovar einzusetzen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Volumenhub der
Entkopplungskammer AVE = VE(pstat) - VE(p0) bei einer Beaufschlagung der ersten Messkammer und der zweiten Messkammer mit dem gleichen statischen Druck pstat mindestens so groß wie der Volumenhub der mit der Entkopplungskammer durch den Ausgleichskanal kommunizierenden Messkammer AVM = VM(pstat) - VM(po), wobei p0 ein Gleichgewichtsdruck ist, bei dem innerhalb und außerhalb der Differenzdruckmesszelle der gleiche Druck herrscht. In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt der Volumenhub der
Entkopplungskammer AVE mindestens das Doppelte, insbesondere nicht weniger als das Vierfache des Volumenhubs der mit der Entkopplungskammer durch den
Ausgleichskanal kommunizierenden Messkammer AVM.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist mindestens einer der
Kammerabschnitte ein der Messmembran zugewandtes Membranbett auf, welches dii Messmembran im Falle einer eines einseitigen Überlastdrucks abstützt.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Membranbett eine Kontur auf, welche eine Biegelinie der Messmembran bei einem einseitigen Grenzdruck approximiert, so dass die Messmembran bei Erreichen dieses Grenzdrucks von dem Membranbett abgestützt wird. In einer Weiterbildung der Erfindung sind der Kammerabschnitt und der
Rückwandabschnitt durch eine umlaufende Gegenkörperfügestelle druckdicht miteinander verbunden, wobei bei einer Druckbeaufschlagung der
Differenzdruckmesszelle die maximalen Spannungen in der Gegenkörperfügestelle geringer sind als die maximale Spannungen im Rückwandabschnitt.
In einer Weiterbildung der Erfindung grenzt die maximale Spannung im
Rückwandabschnitt an die Entlastungsnut, wobei die Entlastungsnut eine Tiefe von nicht weniger als 0, 1 mm, insbesondere nicht weniger als 0,2 mm aufweist, und wobei der Ort der maximalen Spannung im Rückwandabschnitt mindestens um die Hälfte der Tiefe der Entlastungsnut, vorzugsweise um mindestens die Tiefe der Entlastungsnut, von der Fügestelle beabstandet ist. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Messmembran mit den Gegenkörpern jeweils entlang einer umlaufenden Membranfügestelle verbunden, wobei die maximale Spannung in der Membranfügestelle bei einer Beaufschlagung der ersten Messkammer und der zweiten Messkammer mit dem gleichen statischen Druck pstat kleiner ist als die maximale Spannung in der Gegenkörperfügestelle.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Membranbett an seinem äußeren Rand eine ringförmig umlaufende Membranbettnut auf, welche sich bis an die
Membranfügestelle erstreckt. Die Membranbettnut dient einerseits zur Reduzierung von Kerbspannungen in der Membranfügestelle und andererseits, kann sie bei
Membranfügestellen, welche mit einem Aktivhartlot präpariert sind, das Einlaufen des Aktivhartlots in das Membranbett verhindern. Selbstverständlich ist jeweils eine solche Membranbettnut bevorzugt in beiden Membranbetten vorzusehen, und die Membran bettnuten sind symmetrisch zu gestalten. In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Messmembran und/oder der
Kammerabschnitt und/oder der Rückwandabschnitt einen keramischen Werkstoff auf, insbesondere Korund. Wenngleich diese durchgängige Verwendung von Korund derzeit bevorzugt ist, sind auch andere Materialien, wie andere keramische Werkstoffe, Metalle und Halbleiter, sowie Materialkombinationen, beispielsweise von metallischen und keramischen Werkstoffen, von der Erfindung umfasst.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Fügestellen ein Aktivhartlot auf, beispielsweise ein Zr-Ni-Ti-haltiges Aktivhartlot. In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Differenzdruckmesszelle mindestens einen weiteren elektrischen Wandler auf, zum Ermitteln eines statischen Drucks, mit dem die Differenzdruckmesszelle beaufschlagt ist, zumindest anhand einer druckabhängigen Verformung eines Rückwandabschnitts.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der weitere elektrische Wandler einen kapazitiven Wandler, welcher eine erste Elektrode an einer der
Entkopplungskammer zugewandten Stirnfläche des Rückwandabschnitts und eine zweite Elektrode an einer der Entkopplungskammer zugewandten Stirnfläche des
Kammerabschnitts aufweist.
Die Erfindung wird nun anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels einer Differenzdruckmesszelle erläutert, es zeigt: Fig. 1 : einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Differenzdruckmesszelle; und
Fig.2: einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Differenzdruckmesszelle.
Die in Fig. 1 dargestellte Differenzdruckmesszelle 100 umfasst eine
Messmembran 1 10, die zwischen einem ersten und einem zweiten, im Wesentlichen zumindest abschnittsweise zylindrischen, Gegenkörper 140, 170 angeordnet und mit beiden Gegenkörpern jeweils unter Bildung einer ersten bzw. zweiten Messkammer 160, 190 entlang einer umlaufenden Membranfügestelle 148, 178 druckdicht gefügt ist. Die Messmembran und die Gegenkörper weisen insbesondere Korund als Werkstoff auf, wobei die Membranfügestelle ein Aktivhartlot, insbesondere eine Zirkonium-Nickel-Titan- Legierung aufweist. Die Differenzdruckmesszelle kann beispielsweise einen Durchmesser von 15-50 mm aufweisen, wobei derzeit Durchmesser zwischen 20 und 30 mm, beispielsweise etwa 22-26 mm als günstig betrachtet werden. Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel einer Differenzdruckmesszelle 100 weist einen Außendurchmesser von 25 mm auf. Die Größenverhältnisse in der Zeichnung sind jedoch keinesfalls maßstäblich zu betrachten, beispielsweise weisen die an die Messmembran 1 10 angrenzenden Messkammern 160, 190 eine Tiefe von beispielsweise nicht mehr als 20 μιτι, insbesondere nicht mehr als 15 μιη und bevorzugt nicht mehr als 10 μιη auf, während die axiale Dimension der Differenzdruckmesszelle beispielsweise 5-20 mm betragen kann. Zwischen der Messmembran 1 10 und dem ersten Gegenkörper 140 ist eine erste Messkammer 160 gebildet, welcher über einen ersten Druckkanal 164 ein erster Mediendruck zugeführt wird. Entsprechend ist zwischen der Messmembran 1 10 und dem zweiten Gegenkörper eine zweite Messkammer 190 gebildet, welcher über einen zweiten Druckkanal 194 ein zweiter Mediendruck zugeführt wird.
Die Differenzdruckmesszelle 100 umfasst weiterhin einen kapazitiven Wandler, welcher eine von einer Differenz der beiden Mediendrücke abhängige Auslenkung der Messmembran in ein elektrisches Signal wandelt. Hierzu weisen die beiden
Gegenkörpern jeweils an ihrer membranseitigen Stirnfläche mindestens eine
Messelektrode auf, wobei die Messmembran beidseitig jeweils eine Membranelektrode aufweist, die einer Messelektrode zugewandt ist. In einer einfachen Ausgestaltung des kapazitiven Wandlers ergibt sich die zu messende Druckdifferenz aus der Differenz der Kehrwerte der Kapazitäten zwischen jeweils einer Messelektrode und der
gegenüberliegenden Membranelektrode. Die Summe der Kapazitätskehrwerte kann zur Bestimmung des statischen Drucks herangezogen werden, dem die zu messende Druckdifferenz überlagert ist. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit können die Stirnseiten der Gegenkörper jeweils eine kreisscheibenförmige Zentralelektrode und eine diese umgebende, insbesondere kapazitätsgleiche, Ringelektrode aufweisen. Einzelheiten zur Beschaltung eines solchen kapazitiven Wandlers sind bekannt und beispielsweise in EP 1 883 797 B1 offenbart.
Die Membranfügestellen 148,178 sind vorzugsweise mit einem so genannten „Nullspalt" gestaltet, das heißt, am Innenrand der Membranfügestellen ist der Abstand zwischen den Gegenkörpern und der Messmembran im Idealfall Null. Da dies aufgrund von Fertigungstoleranzen nur mit großem Aufwand zu realisieren ist, soll der Begriff Nullspalt hier einen Abstand von nicht mehr als 5 μιη, insbesondere nicht mehr als 2 μιτι und bevorzugt nicht mehr als 1 μιη bezeichnen. Die Gegenkörpern 140,170 weisen an ihren der Messmembran 110 zugewandten Stirnseite jeweils eine Kontur 158,188 auf, welche eine Biegelinie der Messmembran 1 10 im Fall einer einseitigen Überlast approximiert, um ein Membranbett zu bilden, an welchem die Messmembran im Fall einer solchen Überlast anliegt, um sie vor einer weiteren Verformung zu schützen. Die Wirkungen der Membranbetten werden durch die Nullspalte begünstigt, da die
Messmembran somit gerade im Randbereich abgestützt werden kann, wo im Falle einer einseitigen Überlast die größten Spannungen auftreten. Die beschriebene Form der Membranfügestellen 148,178 und der Konturen 158, 188 an den Stirnflächen der Gegenkörpern 140,170 würden jedoch bei Differenzdruckmesszellen nach dem Stand der Technik zu erheblichen Kerbspannungen im Bereich der Membranfügestellen führen, wenn die Differenzdruckmesszelle beidseitig mit einem hohen statischen Druck beaufschlagt wird. Um dies zu vermeiden, weisen die Gegenkörper 140,170
erfindungsgemäß jeweils einen Kammerabschnitt 142, 172 und einen
Rückwandabschnitt 144, 174 auf, die mit einer Gegenkörperfügestelle 146, 176 druckdicht verbunden sind. Die Kammerabschnitte 142,172 sind jeweils der
Messmembran 1 10 zugewandt, begrenzen gemeinsam mit der Messmembran 1 10 die Messkammern 160, 190 und weisen an ihrer membranseitigen Stirnfläche die Konturen 158,188 auf weiche das Membranbett bilden. Weiterhin weisen die Kammerabschnitte 142,172 jeweils eine rückseitige Stirnfläche auf, die einer Entkopplungskammer 162,192, welche zwischen dem Kammerabschnitt 142, 172 und dem Rückwandabschnitt 144, 174 gebildet ist, zugewandt ist. Die Entkopplungskammern weisen einen im Wesentlichen kreisscheibenförmigen Grundriss auf, und erstrecken sich parallel zu den Messkammern 160,190, wobei der Durchmesser der Entkopplungskammern 162,192 größer ist als der Durchmesser der Messkammern 160, 190. Zwischen den Entkopplungskammern 162,192 und den Messkammern 160, 190 erstreckt sich jeweils ein Ausgleichskanal 163,193, welcher durch einen Abschnitt der Druckkanäle 164,194 gebildet wird. Damit herrscht in jeder der Entkopplungskammern der gleiche Druck wie in der mit ihr verbundenen Messkammer. Die Entkopplungskammern bewirken, dass der jeweilige
Mediendruck nicht nur frontseitig von den Messkammern 160,190 her, sondern auch rückseitig, nämlich von den Entkopplungskammern 162, 192, her auf den
Kammerabschnitt einwirkt. Auf diese Weise ist eine druckabhängige Durchbiegung der Kammerabschnitte 142,172 erheblich reduziert. Damit ist das Problem der
Kerbspannungen an den Membranfügestellen 148,178 bei einer gleichmäßigen
Beaufschlagung bei der Messkammern mit einem hohen statischen Überlastdruck weitgehend eliminiert. Insofern, als die Kammerabschnitte 142, 172 der Gegenkörper 140,170 nun weit gehend unempfindlich gegenüber statischen Drücken sind, ist auch die Querempfindlichkeit des zu messenden Differenzdrucks gegenüber statischen Drücken reduziert.
Die in die Differenzdruckmesszelle eingeleiteten statischen Drücke wirken jedoch auf die Rückwandabschnitte 144, 174 der Gegenkörper 140, 170, so dass diese elastisch verformt werden. Dies ist jedoch weniger problematisch, da die Position der
Rückwandabschnitte 144,174, insbesondere der Stirnflächen 150,180 der
Rückwandabschnitte nicht unmittelbar in die Übertragungsfunktion des kapazitiven Wandlers eingehen. Zudem können die Gegenkörperfügestellen 146,176 einfacher vor Kerbspannungen geschützt werden als die Membranfügestellen 148,178. Hierzu bieten sich beispielsweise erste Entlastungsnuten 154, 184 an, welche von der Seite der Entlastungskammern 162,192 her ringförmig umlaufend in den Rückwandabschnitten 144,174 der Gegenkörper 140, 170 ausgebildet sind. Gleichermaßen können zweite
Entlastungsnuten 156,186, welche von der Seite den Entlastungskammern 162,192 her in den Kammerabschnitten 142,172 ausgebildet sind, zum Abbau der Kerbspannungen an den Gegenkörperfügestellen 146,176 beitragen. Die Entlastungsnuten schließen vorzugsweise unmittelbar an die Gegenkörperfügestellen 146,176 an. Weiterhin bestehen bei der Gestaltung der Gegenkörperfügestellen 146,176 größere Freiheiten als bei den Membranfügestellen 148, 178. So können die
Gegenkörperfügestellen stärker gestaltet sein und eine Höhe von einigen wenigen 10 μιη aufweisen. Die radiale Stärke der Gegenkörperfügestellen 146,176 beträgt, ähnlich wie die der Membranfügestellen, beispielsweise 1-3 μιη. Um die Gegenkörperfügestellen 146,176 weiter zu entlasten, können Randbereiche 152, 182 der Rückwandabschnitte 144,174 durch Materialreduzierung kontrolliert geschwächt werden, so dass diese Randbereiche eine erhöhte Nachgiebigkeit aufweisen. Die konkret dargestellten Formen in der Zeichnung sind keinesfalls maßstäblich zu verstehen, sondern sollen lediglich das Prinzip erläutern. Im Einzelnen ist natürlich darauf zu achten, dass an keiner Stelle der Gegenkörper, insbesondere in den geschwächten Randbereichen 152, 182, bei einer Verformung aufgrund einer Beaufschlagung mit einem Prüfdruck, die Bruchspannung des Materials der Gegenkörper erreicht wird. Dies läuft dann im Ergebnis auf ein
Optimierungsproblem hinaus, welches durch Berechnung mit finiten Elementen gelöst werden kann. Bei den in Rede stehenden Differenzdruckmesszellen bedeutet dies, dass bei statischen Drücken von beispielsweise 500 bar bzw. 800 bar die auftretenden mechanischen Spannungen unterhalb der Bruchspannung von Korund bleiben, beispielsweise unterhalb von 500 Megapascal, wenn hochfestes Korund eingesetzt wird, bzw. unterhalb von 400 bzw. 350 Megapascal, wenn Korund geringerer Reinheit verwendet wird.
Zum Erfassen des statischen Drucks kann mindestens noch ein weiterer kapazitiver Wandler vorgesehen sein, welcher jeweils eine Elektrode an den die
Entlastungskammer 162,192 begrenzenden Stirnflächen eines Kammerabschnitts 142,172 bzw. Rückwandabschnitts 144, 174 aufweist.
Gleichermaßen kann ein resistiver Wandler zum Erfassen des statischen Drucks vorgesehen sein, wobei der Rückwandabschnitt in diesem Fall verformungsabhängige Widerstandselemente aufweist. Letztere können beispielsweise Dehnungsmessstreifen umfassen, wobei im Fall einer Differenzdruckmesszelle, die ein Halbleitermaterial aufweist, piezo-resistive Widerstandselemente vorzuziehen sind.
Vorzugsweise ist in beiden Gegenkörpern 140,170 ein solcher weiterer Wandler vorgesehen, so dass für beide Seiten der Differenzdruckmesszelle ein statischer Druck bestimmt werden kann. Die Differenz der beiden Werte für den statischen Druck sollte im Idealfall mit dem gemessenen Differenzdruck-Messwert übereinstimmen und bietet bei allen Abstrichen bezüglich der Genauigkeit zumindest einen Plausibilitätstest für den gemessenen Differenzdruckmesswert. Weiterhin kann im Fall von einseitigen Überlasten, wenn also die Messmembran 1 10 an einem Membranbrett anliegt und damit nicht mehr zur Differenzdruckmessung zur Verfügung steht, anhand einer errechneten Differenz zwischen den beiden statischen Drücken zumindest ein ungefährer Wert für den aktuell herrschenden Differenzdruck ausgegeben werden.
Die Beschaltung der kapazitiven Wandler ist dem Fachmann geläufig und braucht hier nicht im Einzelnen erläutert zu werden. Beispielsweise können die Elektroden auf beiden Seiten der Messmembran 1 10 über die Membranfügestellen 148,178 kontaktiert und insbesondere auf Schaltungsmasse gelegt werden. Gleichermaßen kann, sofern eine Messung des jeweiligen statischen Drucks mittels weiterer kapazitiver Wandler vorgesehen ist, jeweils eine Elektrode an der entkopplungskammerseitigen Stirnfläche des Rückwandabschnitts 144, 174 über die Gegenkörperfügestelle 146,176 kontaktiert werden. Die Messelektroden zur Bestimmung des Differenzdrucks an den
messkammerseitigen Stirnflächen der Kammerabschnitte 142,172 sind jeweils über elektrische Durchführungen zu kontaktieren, die insbesondere radial aus dem jeweiligen Kammerabschnitt herauszuführen sind. Entsprechendes gilt für die Elektroden an den entkopplungskammerseitigen Oberflächen der Kammerabschnitte, die jeweils zum
Erfassen einer vom statischen Druck abhängigen Kapazität vorgesehen sind. Auch diese Elektroden sind über insbesondere radial aus dem Kammerabschnitt herausgeführte Durchführungen zu kontaktieren. Die Elektroden können insbesondere Tantal, Oxide von Tantal, Titan, Oxide von Titan, oder ähnliche Metalle und deren Oxide aufweisen, wobei die Elektrodenmaterialien beispielsweise durch Sputtern abgeschieden sind. Die
Durchführungen zum Kontaktieren der Elektroden können beispielsweise Tantal-Stifte umfassen, welche druckdicht in die Kammerabschnitts eingelötet sind.
Die in Fig. 2 dargestellte Differenzdruckmesszelle 200 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Differenzdruckmesszelle 100 aus Fig. 1., so dass die
Erläuterungen zu Fig. 1 entsprechend für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 gelten. In Fig. 2 sind die Komponenten der Differenzdruckmesszelle 200 in den korrekten
Größenverhältnissen zueinander dargestellt, so dass einige Strukturen, nicht mehr im Detail erkennbar sind. Die Differenzdruckmesszelle 200 umfasst eine Messmembran 210, die zwischen einem ersten und einem zweiten, im Wesentlichen zumindest
abschnittsweise zylindrischen, Gegenkörper 240, 270 angeordnet und mit beiden Gegenkörpern jeweils unter Bildung einer ersten bzw. zweiten Messkammer 260, 290 entlang einer umlaufenden Membranfügestelle 248, 278 druckdicht gefügt ist. Die Messmembran und die Gegenkörper weisen insbesondere Korund als Werkstoff auf, wobei die Membranfügestelle ein Aktivhartlot, insbesondere eine Zirkonium-Nickel-Titan-Legierung aufweist.
Die Differenzdruckmesszelle 200 weist beispielsweise einen Durchmesser 0Z von etwa 25 mm auf. Die an die Messmembran 210 angrenzenden Messkammern 260,290 weisen eine Tiefe von beispielsweise nicht mehr als 15 μιη und bevorzugt nicht mehr als 10 μιη auf, während die axiale Dimension der Differenzdruckmesszelle beispielsweise etwa 25 mm betragen kann. Zwischen der Messmembran 210 und dem ersten Gegenkörper 240 ist eine erste
Messkammer 260 gebildet, welcher über einen ersten Druckkanal 264 ein erster Mediendruck zugeführt wird. Entsprechend ist zwischen der Messmembran 210 und dem zweiten Gegenkörper 270 eine zweite Messkammer 290 gebildet, welcher über einen zweiten Druckkanal 294 ein zweiter Mediendruck zugeführt wird.
Die Differenzdruckmesszelle 200 umfasst weiterhin einen kapazitiven Wandler, welcher eine von einer Differenz der beiden Mediendrücke abhängige Auslenkung der Messmembran in ein elektrisches Signal wandelt. Hierzu weisen die beiden
Gegenkörpern jeweils an ihrer membranseitigen Stirnfläche mindestens eine
Messelektrode auf, wobei die Messmembran beidseitig jeweils eine Membranelektrode aufweist, die einer Messelektrode zugewandt ist. Die im Zusammenhang mit Fig. 1 erörterten Einzelheiten zum kapazitiven Wandler gelten für dieses Ausführungsbeispiel entsprechend. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Gegenkörper 240, 270 an ihren der Messmembran 210 zugewandten Stirnseite jeweils eine Kontur 258, 288 auf, welche eine Biegelinie der Messmembran 210 im Fall einer einseitigen Überlast approximiert, um ein Membranbett zu bilden, an welchem die Messmembran im Fall einer solchen Überlast anliegt, um sie vor einer weiteren Verformung zu schützen. Die Wirkungen der Membranbetten werden durch Nullspalte begünstigt, da die Messmembran somit gerade im Randbereich abgestützt werden kann, wo im Falle einer einseitigen Überlast die größten Spannungen auftreten. Allerdings sind die Nullspalte hier anders gestaltet als beim ersten Ausführungsbeispiel, denn die Membranbetten weisen an ihrem äußeren Rand jeweils eine ringförmig umlaufende Membranbettnut 249, 279 zur weiteren Entlastung der Fügestellen 248, 278 auf.
In diesem Fall weist eine radiale Extrapolation der Kontur der Membranbetten, welche dem Verlauf der Biegelinie der Messmembran 210 folgt und sich über die Membranbettnuten 249, 279 hinweg erstreckt, am Innenradius der Membranfügestellen 248, 278 ungefähr den Nullspaltabstand zur Messmembran auf, wie er für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. D.h., die Stärke der Fügestellen beträgt an ihrem Innenradius nicht mehr als 5 μιη, insbesondere nicht mehr als 2 μιτι und bevorzugt nicht mehr als 1 μιη. Die Membranbettnuten 249, 279 weisen eine Breite und/oder Tiefe von beispielsweise nicht mehr als 0,5 mm insbesondere nicht mehr als 0,3 mm auf.
Auch diese Form der Membranfügestellen 248, 278 und der Konturen 258, 288 an den Stirnflächen der Gegenkörpern 240, 270 würden bei hohen statischen Drücken ohne weitere Schutzmaßnahmen noch erheblichen Kerbspannungen im Bereich der Membranfügestellen ausgesetzt sein. Um dies zu vermeiden, weisen die Gegenkörper 240, 270 auch bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils einen Kammerabschnitt 242, 272 und einen Rückwandabschnitt 244, 274 auf, die mittels einer Gegenkörperfügestelle 246, 276 druckdicht verbunden sind. Die Kammerabschnitte 242, 272 sind jeweils der Messmembran 210 zugewandt, begrenzen gemeinsam mit der Messmembran 210 die
Messkammern 260, 290 und weisen an ihrer membranseitigen Stirnfläche die Konturen 258, 288 auf weiche das Membranbett bilden. Weiterhin weisen die Kammerabschnitte 242, 272 jeweils eine rückseitige Stirnfläche auf, die einer Entkopplungskammer 262, 292, welche zwischen dem Kammerabschnitt 242, 272 und dem Rückwandabschnitt 244, 274 gebildet ist, zugewandt ist. Die Entkopplungskammern weisen eine axiale Höhe von einigen 10 μιη auf. Sie haben einen im Wesentlichen kreisscheibenförmigen Grundriss und erstrecken sich parallel zu den Messkammern 260, 290, wobei der Durchmesser 0e der Entkopplungskammern 262, 292 größer ist als der Durchmesser 0m der
Messkammern 260, 290. Zwischen den Entkopplungskammern 262, 292 und den
Messkammern 260, 290 erstreckt sich jeweils ein Ausgleichskanal 263, 293, welcher durch einen Abschnitt der Druckkanäle 264, 294 gebildet wird. Damit herrscht in jeder der Entkopplungskammern der gleiche Druck wie in der mit ihr verbundenen
Messkammer. Die Entkopplungskammern bewirken, dass der jeweilige Mediendruck nicht nur frontseitig von den Messkammern 260, 290 her, sondern auch rückseitig, nämlich von den Entkopplungskammern 262, 292, her auf den Kammerabschnitt einwirkt. Auf diese Weise ist eine druckabhängige Durchbiegung der Kammerabschnitte 242, 272 erheblich reduziert. Damit ist das Problem der Kerbspannungen an den
Membranfügestellen 248, 278 bei einer gleichmäßigen Beaufschlagung beider
Messkammern mit einem hohen statischen Überlastdruck weitgehend eliminiert. Insofern, als die Kammerabschnitte 242, 272 der Gegenkörper 240, 270 nun weit gehend unempfindlich gegenüber statischen Drükken sind, ist auch die Querempfindlichkeit des zu messenden Differenzdrucks gegenüber statischen Drücken reduziert.
Die Gegenkörperfügestellen 246, 276 sind ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel durch erste Entlastungsnuten 254, 284, welche von der Seite der Entlastungskammern 262, 292 her ringförmig umlaufend in den Rückwandabschnitten 244, 274 der Gegenkörper 240, 270 ausgebildet sind, und durch zweite Entlastungsnuten 256, 286, welche von der Seite der Entlastungskammern 262, 292 her in den
Kammerabschnitten 242, 272 ausgebildet sind, vor zerstörerischen Kerbspannungen geschützt. Die Entlastungsnuten 256, 286 weisen beispielsweise eine Breite und/oder eine Tiefe von etwa 1 ,5 mm auf und schließen vorzugsweise unmittelbar an die
Gegenkörperfügestellen 246, 276 an.
Die den beiden Gegenkörpern 240, 270 ist jeweils in einen zwischen der ersten und zweiten Entlastungsnut 254, 256, 284, 286, gebildeten Ringkanal ein Füllkörper, welcher beispielsweise Kovar aufweist, lose eingelegt, um das freie Volumen in der Differenzdruckmesszelle, das im Messbetrieb mit einer Übertragungsflüssigkeit zu füllen ist, zu minimieren. Weiterhin bestehen bei der Gestaltung der Gegenkörperfügestellen 246, 276 größere Freiheiten als bei den Membranfügestellen 248, 278. So können die
Gegenkörperfügestellen stärker gestaltet sein und eine Höhe von einigen wenigen 10 μιη aufweisen. Die radiale Stärke der Gegenkörperfügestellen 246, 276 beträgt, ähnlich wie die der Membranfügestellen, beispielsweise 1-3 mm. Um die Gegenkörperfügestellen 246, 276 weiter zu entlasten, sind Randbereiche 252, 282 der Rückwandabschnitte 244, 274 zur Materialreduzierung abgerundet.
Gleichermaßen weisen rückseitige Öffnungen der Druckkanäle 264, 294 konische Fasen auf, um Spannungsspitzen unter statischer Druckbeaufschlagung abzubauen.
Zum Erfassen des statischen Drucks kann mindestens ein Gegenkörper noch einen weiteren kapazitiven oder resistiven Wandler aufweisen. Vorzugsweise weisen beide Gegenkörper 240, 270 einen solchen Wandler auf, so dass für beide Seiten der Differenzdruckmesszelle ein statischer Druck bestimmt werden kann. Die Erläuterungen zu den Einzelheiten der Wandler im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gelten hier entsprechend.

Claims

Patentansprüche
1. Differenzdruckmesszelle (100), umfassend: eine Messmembran (1 10); einen ersten Gegenkörper (140); einen zweiten
Gegenkörper (170); und einen Wandler (120), wobei die Messmembran (1 10) zwischen dem ersten Gegenkörper (140) und dem zweiten Gegenkörper (170) angeordnet und mit beiden Gegenkörpern druckdicht verbunden ist, wobei zwischen der Messmembran (1 10) und dem ersten Gegenkörper (140) eine erste Messkammer (160) und zwischen der Messmembran (1 10) und dem zweiten Gegenkörper (170) eine zweite Messkammer (190) gebildet ist, wobei der erste
Gegenkörper (140) und der zweite Gegenkörper (170) jeweils einen Druckkanal (164,194) aufweisen, durch welchen die jeweilige Messkammer (160, 190) mit einem ersten bzw. zweiten Druck (p-i , p2) beaufschlagbar ist, wobei der Wandler zum Wandeln einer von einer Differenz zwischen dem ersten Druck (p-i ) und dem zweiten Druck (p2) abhängigen Verformung der Messmembran (1 10) in ein elektrisches Signal vorgesehen ist; wobei mindestens ein Gegenkörper (140, 170) einen der Messmembran (1 10) zugewandten Kammerabschnitt (142, 172) und einen der Messmembran (1 10) abgewandten Rückwandabschnitt (144, 174) und eine Entkopplungskammer (162, 192) zwischen dem Kammerabschnitt (142, 172) und dem Rückwandabschnitt (144, 174) aufweist, wobei der Kammerabschnitt (142, 172) mindestens einen Ausgleichskanal (163, 193) aufweist, durch den die Messkammer (160, 190) mit der Entkopplungskammer (162, 192) kommuniziert, wobei die Entkopplungskammer (162, 192) in einer Ebene parallel zur
Messmembran (110) einen Durchmesser aufweist, der mindestens so groß ist wie der Durchmesser der Messkammer (160, 190), vorzugsweise größer ist als der Durchmesser der Messkammer (160, 190).
2. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 1 , wobei eine Oberfläche des Kammerabschnitts, welche der Entkopplungskammer zugewandt ist, eine ringförmig umlaufende Entlastungsnut aufweist.
3. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 1 oder 2,
wobei eine Oberfläche des Rückwandabschnitts, welche der
Entkopplungskammer zugewandt ist, eine ringförmig umlaufende Entlastungsnut aufweist.
4. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Volumenhub der Entkopplungskammer AVE = VE(pstat) - VE(po) bei einer
Beaufschlagung der ersten Messkammer und der zweiten Messkammer mit dem gleichen statischen Druck pstat mindestens so groß ist wie der Volumenhub der mit der Entkopplungskammer durch den Ausgleichskanal kommunizierenden Messkammer AVM = VM(Pstat) - VM(po), wobei p0 ein Gleichgewichtsdruck ist, bei dem innerhalb und außerhalb der Differenzdruckmesszelle der gleiche Druck herrscht.
5. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 1 , wobei der Volumenhub der Entkopplungskammer AVE mindestens das Doppelte, insbesondere nicht weniger als das Vierfache des Volumenhubs der mit der Entkopplungskammer durch den
Ausgleichskanal kommunizierenden Messkammer AVM beträgt.
6. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Kammerabschnitte ein der Messmembran zugewandtes Membranbett aufweist, welches die Messmembran im Falle einer eines einseitigen Überlastdrucks abstützt.
7. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 6, wobei das Membranbett eine Kontur aufweist, welche eine Biegelinie der Messmembran bei einem einseitigen
Grenzdruck approximiert, so dass die Messmembran bei Erreichen dieses Grenzdrucks von dem Membranbett abgestützt wird.
8. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kammerabschnitt und der Rückwandabschnitt durch eine umlaufende
Gegenkörperfügestelle druckdicht miteinander verbunden sind, wobei bei einer
Druckbeaufschlagung der Differenzdruckmesszelle die maximale Spannung in der Gegenkörperfügestelle geringer sind als die maximale Spannungen im
Rückwandabschnitt.
9. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 8 und Anspruch 3, wobei die maximalen Spannungen im Rückwandabschnitt an die Entlastungsnut angrenzen, wobei die Entlastungsnut eine Tiefe von nicht weniger als 0, 1 mm aufweist, und wobei der Ort der maximalen Spannung im Rückwandabschnitt mindestens um die Hälfte der Tiefe der Entlastungsnut, vorzugsweise um mindestens die Tiefe der Entlastungsnut, von der Fügestelle beabstandet ist.
10. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 8 oder 9, wobei die
Messmembran mit den Gegenkörpern jeweils entlang einer umlaufenden
Membranfügestelle verbunden ist, wobei die maximale Spannung in der
Membranfügestelle bei einer Beaufschlagung der ersten Messkammer und der zweiten Messkammer mit dem gleichen statischen Druck pstat kleiner ist als die maximale Spannung in der Gegenkörperfügestelle.
1 1. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messmembran und/oder der Kammerabschnitt und/oder der
Rückwandabschnitt einen keramischen Werkstoff aufweisen, insbesondere Korund.
12. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügestellen ein Aktivhartlot aufweisen, insbesondere ein Zr-Ni-Ti-haltiges
Aktivhartlot.
13. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens einen weiteren elektrischen Wandler, zum Ermitteln eines statischen Drucks, mit dem die Differenzdruckmesszelle beaufschlagt ist, zumindest anhand einer druckabhängigen Verformung eines Rückwandabschnitts.
14. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 13, wobei der weitere elektrische Wandler einen kapazitiven Wandler umfasst, welcher eine erste Elektrode an einer der Entkopplungskammer zugewandten Stirnfläche des Rückwandabschnitts und eine zweite Elektrode an einer der Entkopplungskammer zugewandten Stirnfläche des
Kammerabschnitts aufweist.
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