EP3167264A1 - Differential pressure measuring cell - Google Patents

Differential pressure measuring cell

Info

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
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Withdrawn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
EP15726994.5A
Other languages
German (de)
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
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 EP3167264A1 publication Critical patent/EP3167264A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G01L19/0618—Overload protection
    • 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
    • G01L13/025—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
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a differential pressure measuring cell, in particular a differential pressure measuring cell with protection against static overloads.
  • Differential pressure cells are usually optimized to measure small pressure differences P1-P2 at high static pressures p- ⁇ , p 2 . It is important to find the right balance between sensitivity and overload resistance. For example, for the measuring range of the pressure difference
  • Differential pressure sensor loaded with 100 times the measuring range. There are
  • Differential pressure transducer known to withstand such overloads.
  • Proven protection of the sensitive differential pressure cells is based on hydraulically switching an overload diaphragm to the differential pressure sensor and applying pressure to the differential pressure cell and the overload diaphragm via hydraulic paths with the two pressures pi, p 2 , whereby the pressures are introduced into the hydraulic paths by separating diaphragms.
  • An overload membrane has a sufficiently large hydraulic capacity to, in the case of a one-sided overload, the volume of a transfer fluid in a hydraulic path so far
  • Membrane bed comes to rest, allowing a further increase in the on
  • volume strokes of the transfer fluid and thus - with the same performance - to larger separation membrane surfaces, which has larger device dimensions and higher costs to the consequence.
  • dynamics of the movement of the movement are determined by the
  • the measuring membrane is at
  • the published patent application DE 10 2009 046 229 A1 discloses a pressure sensor or a differential pressure measuring cell with an aspherical membrane bed made of glass, which is shaped by thermal sinking.
  • the patent US 7 360 431 B2 discloses a pressure sensor or
  • Differential pressure sensor with an aspherical membrane bed which is prepared in silicon by means of gray scale lithography.
  • the published patent application DE 10 2010 028 773 A1 discloses a pressure sensor or a differential pressure measuring cell with an aspherical membrane bed, which in silicon by means of laser ablation, followed by an oxidation step and a
  • the publication WO 201 1/076477 A1 discloses a differential pressure measuring cell in which the volume stroke of the measuring diaphragm is sufficient to absorb the volume of the transfer fluid under a separating diaphragm in the event of overload without plastic deformation of the measuring diaphragm.
  • the unpublished patent application DE 1020121 13033 discloses a differential pressure sensor with a differential pressure measuring cell, which has a measuring membrane and counter-body made of silicon, wherein the counter-bodies are each stiffened on the back by a ceramic body to prevent or reduce bending of the counter-body under static pressures. In this way, in particular the notch stresses at the joints between the measuring membrane and the counter-bodies are to be reduced. Insofar as notch stresses, especially in acute-angled cavities, approaches are known to avoid such sharp angles between components that form a chamber in which a high static pressure is introduced. Reference is made, for example, to US Pat. No. 5,520,054, which is a
  • the pressure chamber has in cross-section only obtuse angle.
  • a one-sided loading of the differential pressure measuring cell with a static overload pressure can also cause the measuring diaphragm, the counter-bodies or the joints between
  • Counter-body are clamped axially in an elastic clamping device to increase the bursting strength of the differential pressure sensor.
  • the two arrangements described above have in common that when the differential pressure sensor is acted upon by static pressure, relative movements between the counter bodies and the clamping device can occur. This can in particular to hysteresis errors at zero and span of a differential pressure-dependent measurement signal of the
  • German patent application DE 101 01 180 A1 discloses a differential pressure sensor with an encapsulated differential pressure measuring cell, wherein the differential pressure measuring cell is surrounded in the capsule by a transfer fluid, which is held under pressure by means of a pressure accumulator.
  • US Pat. Nos. 4,257,274 and 5,684,253 each disclose a differential pressure sensor having an isostatically encapsulated differential pressure cell, wherein one of each of the static pressures entering the differential pressure measurement is introduced into a capsule surrounding the differential pressure cell. This concept is of relatively simple construction, but it fails when the static
  • the present invention is based on the object, one in itself
  • the differential pressure measuring cell comprises: a measuring diaphragm, a first counter-body, a second counter-body and a transducer, wherein the measuring diaphragm is arranged between the first counter-body and the second counter-body and pressure-tightly connected to both counter-bodies, wherein between the measuring diaphragm and the first counter-body, a first measuring chamber and between the measuring diaphragm and the second counter body, a second measuring chamber is formed, wherein the first counter body and the second
  • Each counter-body have a pressure channel through which the respective
  • Measuring chamber with a first or second pressure (pi, p 2 ) can be acted upon, wherein the transducer is provided for converting a deformation of the measuring diaphragm dependent on a difference between the first pressure (pi) and the second pressure (p 2 ) into an electrical signal; wherein at least one counter-body facing one of the measuring membrane
  • the decoupling chamber in a plane parallel to the measuring diaphragm has a diameter which is at least as great as the diameter of the measuring chamber.
  • a surface of the decoupling chamber in a plane parallel to the measuring diaphragm has a diameter which is at least as great as the diameter of the measuring chamber.
  • Chamber section which faces the decoupling chamber, an annular circumferential relief groove.
  • Rear wall section which faces the decoupling chamber, an annular circumferential relief groove.
  • Differential pressure measuring cell significantly increase the volume enclosed, which should be avoided, because differential pressure measuring cells are acted upon in most applications of industrial process measurement technology via a transfer liquid to be detected process pressures, the transfer liquid is separated by a separation membrane from the process medium. Since the separation membrane the particular caused by temperature fluctuations in volume
  • Transmitting fluid must absorb, which to the volume of Transfer fluid is proportional, it is necessary to minimize this volume. For this reason, the relief grooves in the end faces of the rear wall sections and the chamber sections are to be preferred to an increase in the axial height of the decoupling chamber.
  • the differential pressure measuring cell has at least one filling body, which, in particular, fills annularly and largely into the volume of the relief groove or relief grooves.
  • the filler body preferably has a thermal expansion coefficient, which with the
  • Thermal expansion coefficient of the material of the Kam merabitess and / or the rear wall portion is compatible, in particular less than 1 ppm / K deviates from the latter. This can obviously be achieved in that the filler has the same material as the chamber portion and / or the rear wall portion. However, it is more cost-effective to use a packing of Kovar in a rear wall section and / or a chamber section made of corundum.
  • the volume stroke is the
  • Decoupling chamber AV E at least twice, in particular not less than four times the volume stroke of the decoupling chamber through the
  • the membrane bed has a contour which approximates a bending line of the measuring membrane with a one-sided limit pressure, so that the measuring membrane is supported by the membrane bed when this limit pressure is reached.
  • the chamber section and the chamber section are configured to approximate a bending line of the measuring membrane with a one-sided limit pressure, so that the measuring membrane is supported by the membrane bed when this limit pressure is reached.
  • the maximum stresses in the mating body frame are lower than the maximum stresses in the back wall section.
  • the maximum voltage in the borders is the maximum voltage in the borders
  • the measuring diaphragm is connected to the counter-bodies along a circumferential diaphragm frame, wherein the maximum stress in the diaphragm frame at a loading of the first measuring chamber and the second measuring chamber with the same static pressure p stat is smaller than the maximum voltage in the counter-body joint.
  • the membrane bed at its outer edge on an annular circumferential Membranbettnut, which extends up to the
  • Membrane frame extends.
  • the membrane bed groove serves on the one hand to reduce notch stresses in the diaphragm frame and on the other hand, it can at
  • Membrane frames which are prepared with an active hard solder, prevent the entry of the active braze into the membrane bed.
  • each such Membranbettnut is preferably provided in both membrane beds, and the membrane bettnuten are to make symmetrical.
  • Chamber section and / or the rear wall portion of a ceramic material in particular corundum.
  • a ceramic material in particular corundum.
  • other materials such as other ceramic materials, metals and semiconductors, as well as material combinations, for example, of metallic and ceramic materials, are also encompassed by the invention.
  • the joints on an active brazing for example, a Zr-Ni-Ti-containing active brazing.
  • the differential pressure measuring cell has at least one further electrical converter for determining a static pressure with which the differential pressure measuring cell is acted upon, at least based on a pressure-dependent deformation of a rear wall section.
  • the further electrical converter comprises a capacitive transducer, which has a first electrode on one of the
  • Chamber section has.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through an embodiment of a differential pressure measuring cell according to the invention
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a second embodiment of a differential pressure measuring cell according to the invention.
  • the differential pressure measuring cell 100 shown in FIG. 1 comprises a
  • Measuring diaphragm 1 10 which is arranged between a first and a second, substantially at least partially cylindrical counter-body 140, 170 and pressure-tightly joined with two counter-bodies each forming a first and second measuring chamber 160, 190 along a peripheral diaphragm frame 148, 178.
  • the measuring diaphragm and the counter-bodies have corundum as the material, the diaphragm connecting shaft having an active hard solder, in particular a zirconium-nickel-titanium alloy.
  • the differential pressure measuring cell may, for example, have a diameter of 15-50 mm, with currently considered diameters between 20 and 30 mm, for example about 22-26 mm as favorable.
  • the illustrated in the drawing embodiment of a differential pressure measuring cell 100 has an outer diameter of 25 mm.
  • the size ratios in the drawing are in no way to be considered to scale, for example, the measuring diaphragm 1 10 adjacent measuring chambers 160, 190 have a depth of, for example, not more than 20 ⁇ , in particular not more than 15 ⁇ and preferably not more than 10 ⁇ on while the axial dimension of the differential pressure measuring cell may be for example 5-20 mm.
  • a first measuring chamber 160 is formed, which is supplied via a first pressure channel 164, a first media pressure.
  • a second measuring chamber 190 is formed between the measuring diaphragm 1 10 and the second counter body, which is supplied via a second pressure channel 194, a second medium pressure.
  • the differential pressure measuring cell 100 further comprises a capacitive transducer, which converts a dependent of a difference of the two media pressures deflection of the measuring diaphragm into an electrical signal. For this the two have
  • the measuring membrane has on both sides in each case a membrane electrode which faces a measuring electrode.
  • the pressure difference to be measured results from the difference between the reciprocal values of the capacitances between a respective measuring electrode and the
  • the end faces of the counter-bodies can each have a circular disk-shaped central electrode and a surrounding, in particular capacitance-equal, ring electrode. Details of the wiring of such a capacitive transducer are known and disclosed for example in EP 1 883 797 B1.
  • the membrane junctions 148, 178 are preferably designed with a so-called "zero gap", that is, at the inner edge of the membrane limbs, the distance between the counter bodies and the measuring membrane is ideally zero since this can only be achieved with great effort due to manufacturing tolerances
  • Zero gap here denote a distance of not more than 5 ⁇ m, in particular not more than 2 ⁇ m, and preferably not more than 1 ⁇ m
  • the counter-bodies 140, 170 each have a contour 158, 188 on their end face facing the measuring diaphragm 110, which has a bending line of the measuring diaphragm 1 10 in the case of a one-sided overload, to form a membrane bed against which the diaphragm rests in the event of such overload to protect it from further deformation
  • Measuring diaphragm can thus be supported just in the edge region, where in the case of a one-sided overload, the greatest stresses occur.
  • the described shape of the diaphragm stubs 148,178 and the contours 158, 188 on the end faces of the counter-bodies 140,170 would lead to significant notch stresses in the region of the diaphragm stubs in differential pressure cells according to the prior art, if the differential pressure cell on both sides with a high static pressure is charged. To avoid this, the counter-bodies 140, 140
  • Rear wall portion 144, 174 which are pressure-tightly connected to a counter-body frame 146, 176.
  • the chamber sections 142, 172 are each the
  • the measuring chambers 160, 190 have on their membrane-side end face the contours 158.188 on soft form the membrane bed. Furthermore, the chamber sections 142, 172 each have a rear end face which faces a decoupling chamber 162, 192 which is formed between the chamber section 142, 172 and the rear wall section 144, 174.
  • the decoupling chambers have a substantially circular disk-shaped outline, and extend parallel to the measuring chambers 160, 190, wherein the diameter of the decoupling chambers 162, 1992 is greater than the diameter of the measuring chambers 160, 190.
  • the decoupling chambers cause the respective
  • Chamber section acts. In this way, a pressure-dependent deflection of the chamber sections 142, 172 is considerably reduced. This is the problem of
  • Rear wall sections do not enter directly into the transfer function of the capacitive transducer.
  • the mating body joints 146, 766 can be more easily protected from notch stresses than the membrane mounts 148, 178.
  • second relief grooves 154, 184 which are formed from the side of the relief chambers 162,192 ago annularly circumferentially in the rear wall portions 144,174 of the counter-body 140, 170.
  • Relief grooves 156,186 which from the side of the discharge chambers 162,192 ago are formed in the chamber portions 142,172, contribute to the reduction of the notch stresses on the mating body joints 146,176.
  • the relief grooves preferably connect directly to the mating body joints 146, 176.
  • Counter body joints to be designed stronger and have a height of a few 10 ⁇ .
  • the radial strength of the counter-body stiffeners 146, 76 is, similar to that of the membrane stiffeners, for example, 1 to 3 ⁇ .
  • edge regions 152, 182 of the rear wall sections 144, 74 can be controlledly weakened by material reduction, so that these edge regions have an increased flexibility.
  • the concrete forms shown in the drawing are by no means to scale, but are merely intended to explain the principle.
  • At least one further capacitive transducer can be provided, which in each case has an electrode to which the
  • a resistive transducer may be provided to sense the static pressure, the back wall portion in this case having strain-dependent resistive elements.
  • the latter may for example comprise strain gauges, wherein in the case of a differential pressure measuring cell comprising a semiconductor material, piezoresistive resistive elements are preferable.
  • such a further converter is provided in both counter bodies 140, 170 so that a static pressure can be determined for both sides of the differential pressure measuring cell.
  • the difference between the two values for the static pressure should be in Ideally, they match the measured differential pressure measured value and offers at least a plausibility test for the measured differential pressure measured value with all accuracy deviations.
  • one-sided overloads ie when the measuring membrane 1 10 is applied to a membrane board and thus is no longer available for differential pressure measurement, based on a calculated difference between the two static pressures at least an approximate value for the currently prevailing differential pressure.
  • the electrodes on both sides of the measuring membrane 110 can be contacted via the membrane joints 148, 178 and, in particular, placed on circuit ground.
  • the electrodes on each side of the measuring membrane 110 can be contacted via the membrane joints 148, 178 and, in particular, placed on circuit ground.
  • one electrode can be contacted at the decoupling chamber-side end face of the rear wall section 144, 174 via the counter-body framing 146, 146.
  • Measuring chamber-side end faces of the chamber sections 142, 172 are to be contacted in each case via electrical feedthroughs, which are to be led out in particular radially out of the respective chamber section.
  • electrical feedthroughs which are to be led out in particular radially out of the respective chamber section.
  • Electrodes too are to be contacted via bushings which are led out in particular radially out of the chamber section.
  • the electrodes may in particular comprise tantalum, oxides of tantalum, titanium, oxides of titanium, or similar metals and their oxides, the electrode materials being deposited by sputtering, for example.
  • Bushings for contacting the electrodes may, for example, comprise tantalum pins which are soldered pressure-tight into the chamber section.
  • the differential pressure measuring cell 200 shown in FIG. 2 has substantially the same construction as the differential pressure measuring cell 100 of FIG. 1, so that the
  • the differential pressure measuring cell 200 comprises a measuring diaphragm 210, which between a first and a second, substantially at least
  • the measuring membrane and the counter-body have in particular corundum as a material, wherein the Membrane frame has an active brazing, in particular a zirconium-nickel-titanium alloy.
  • the differential pressure measuring cell 200 has, for example, a diameter 0 Z of about 25 mm.
  • the measuring chambers 260, 290 adjoining the measuring diaphragm 210 have a depth of, for example, not more than 15 ⁇ m, and preferably not more than 10 ⁇ m, while the axial dimension of the differential pressure measuring cell may be, for example, approximately 25 mm.
  • Measuring chamber 260 is formed, which is supplied via a first pressure channel 264, a first media pressure.
  • a second measuring chamber 290 is formed between the measuring membrane 210 and the second counter-body 270, to which second medium pressure is supplied via a second pressure channel 294.
  • the differential pressure measuring cell 200 further includes a capacitive transducer, which converts a dependent of a difference of the two media pressures deflection of the measuring diaphragm into an electrical signal. For this the two have
  • the measuring membrane has on both sides in each case a membrane electrode which faces a measuring electrode.
  • the opposing bodies 240, 270 each have a contour 258, 288 on their front side facing the measuring diaphragm 210, which approximates a bending line of the measuring diaphragm 210 in the case of a one-sided overload in order to form a diaphragm bed on which the measuring diaphragm in the case such overload is applied to protect it from further deformation.
  • the effects of the membrane beds are favored by zero gaps, since the measuring membrane can thus be supported just in the edge region, where in the case of a one-sided overload the greatest stresses occur.
  • the zero gaps are designed differently than in the first embodiment, because the membrane beds each have at their outer edge an annular circumferential Membranbettnut 249, 279 for further relief of the joints 248, 278 on.
  • a radial extrapolation of the contour of the membrane beds which follows the course of the bending line of the measuring membrane 210 and extends over the membrane bed grooves 249, 279, at the inner radius of the membrane frames 248, 278 approximately the zero gap distance to the measuring diaphragm, as described for the first embodiment. That is, the strength of the joints is at its inner radius not more than 5 ⁇ , in particular not more than 2 ⁇ and preferably not more than 1 ⁇ .
  • the membrane bed grooves 249, 279 have a width and / or depth of, for example, not more than 0.5 mm, in particular not more than 0.3 mm.
  • the counter bodies 240, 270 also in this embodiment each have a chamber section 242, 272 and a rear wall section 244, 274, which are connected in a pressure-tight manner by means of a counter-body frame 246, 276.
  • the chamber sections 242, 272 in each case face the measuring diaphragm 210, delimit together with the measuring diaphragm 210
  • Measuring chambers 260, 290 have on their membrane-side end face the contours 258, 288 soft on the membrane bed form. Furthermore, the chamber sections 242, 272 each have a rear end face which faces a decoupling chamber 262, 292 formed between the chamber section 242, 272 and the rear wall section 244, 274.
  • the decoupling chambers have an axial height of a few 10 ⁇ . They have a substantially circular disk-shaped outline and extend parallel to the measuring chambers 260, 290, wherein the diameter 0 e of the decoupling chambers 262, 292 is greater than the diameter 0 m of
  • Measuring chambers 260, 290 are Measuring chambers 260, 290. Between the decoupling chambers 262, 292 and the
  • Measuring chambers 260, 290 each extending a compensation channel 263, 293, which is formed by a portion of the pressure channels 264, 294.
  • the same pressure prevails in each of the decoupling chambers as in the one connected to it
  • the decoupling chambers cause the respective media pressure to act on the chamber section not only on the front side of the measuring chambers 260, 290, but also on the rear side, namely on the decoupling chambers 262, 292. In this way, a pressure-dependent deflection of the chamber sections 242, 272 is significantly reduced. This is the problem of notch stresses on the
  • Diaphragm shafts 248, 278 with a uniform admission of both
  • the counter body cradles 246, 276 are, as in the first embodiment by first relief grooves 254, 284, which from the side of the Relief chambers 262, 292 ago annularly circumferentially in the rear wall portions 244, 274 of the counter body 240, 270 are formed, and by second relief grooves 256, 286, which from the side of the discharge chambers 262, 292 ago in the first relief grooves 254, 284, which from the side of the Relief chambers 262, 292 ago annularly circumferentially in the rear wall portions 244, 274 of the counter body 240, 270 are formed, and by second relief grooves 256, 286, which from the side of the discharge chambers 262, 292 ago in the
  • Chamber sections 242, 272 are formed, protected from destructive notch stresses.
  • the relief grooves 256, 286, for example, have a width and / or a depth of about 1, 5 mm and preferably close directly to the
  • the two counter-bodies 240, 270 is in each case in a between the first and second relief groove 254, 256, 284, 286, formed annular channel a packing, which, for example Kovar, loosely inserted to the free volume in the differential pressure measuring cell, in the measuring operation with a transfer fluid is to be minimized. Furthermore, there are in the design of the mating body frames 246, 276 greater freedom than in the membrane frames 248, 278. So can the
  • Counter body joints to be designed stronger and have a height of a few 10 ⁇ .
  • edge regions 252, 282 of the rear wall sections 244, 274 for material reduction are rounded off.
  • backside openings of the pressure channels 264, 294 have conical chamfers to relieve stress peaks under static pressurization.
  • At least one counterbody may have another capacitive or resistive converter.
  • both counter-bodies 240, 270 have such a converter, so that a static pressure can be determined for both sides of the differential pressure measuring cell.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

A differential pressure measuring cell (100) comprises a measuring membrane (110); two opposing bodies (140, 170); and one converter (120), wherein the measuring membrane (110) is arranged between the opposing bodies (140, 170) and is connected in a pressure-tight manner to the two opposing bodies, forming in each case one measuring chamber (160, 190), wherein the opposing bodies (140, 170) each have a pressure duct (164, 194) through which a pressure (p1, p2) can be made to act on the respective measuring chamber (160, 190), wherein the converter (120) is provided in order to convert a deformation of the measuring membrane (110), which deformation is dependent on a difference between the pressures (p1, p2), into an electrical signal; wherein the opposing bodies (140, 170) each have a chamber section (142, 172) oriented toward the measuring membrane (110) and a rear wall section (144, 174) oriented away from the measuring membrane (110) with, between these, a decoupling chamber (162, 192), wherein the chamber sections (142, 172) each have an equalizing duct (163, 193) between the measuring chamber (160, 190) and the decoupling chamber (162, 192), wherein the decoupling chamber (162, 192) has a diameter that is at least as large as the diameter of the measuring chamber (160, 190).

Description

Differenzdruckmesszelle  Differential pressure measuring cell
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differenzdruckmesszelle, insbesondere eine Differenzdruckmesszelle mit einem Schutz gegen statische Überlasten. The present invention relates to a differential pressure measuring cell, in particular a differential pressure measuring cell with protection against static overloads.
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 Differential pressure cells are usually optimized to measure small pressure differences P1-P2 at high static pressures p-ι, p 2 . It is important to find the right balance between sensitivity and overload resistance. For example, for the measuring range of the pressure difference | p P2 | apply | P1-P2I / P1 <1% - If in a process plant one of the pressures p-ι, p 2 is omitted, the
Differenzdrucksensor mit dem 100-fachen des Messbereichs belastet. Es sind Differential pressure sensor loaded with 100 times the measuring range. There are
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 Differential pressure transducer known to withstand such overloads. Proven protection of the sensitive differential pressure cells is based on hydraulically switching an overload diaphragm to the differential pressure sensor and applying pressure to the differential pressure cell and the overload diaphragm via hydraulic paths with the two pressures pi, p 2 , whereby the pressures are introduced into the hydraulic paths by separating diaphragms. An overload membrane has a sufficiently large hydraulic capacity to, in the case of a one-sided overload, the volume of a transfer fluid in a hydraulic path so far
aufzunehmen, dass die Trennmembran dieses hydraulischen Pfads an einem record that the separation membrane of this hydraulic path to a
Membranbett zur Anlage kommt, so dass ein weiterer Anstieg des auf den Membrane bed comes to rest, allowing a further increase in the on
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 Differential pressure sensor acting differential pressure is reliably prevented. Examples of differential pressure transducers with overload membranes are disclosed in EP 1 299 701 B1, DE 10 2006 040 325 A1 and DE 10 2006 057 828 A1. However, the use of overload membranes inevitably leads to larger ones
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 Volume strokes of the transfer fluid and thus - with the same performance - to larger separation membrane surfaces, which has larger device dimensions and higher costs to the consequence. In addition, the dynamics of the movement of the movement are determined by the
Überlastmembran und das größere Volumen der Übertragungsflüssigkeit negativ beeinflusst. Overload membrane and the larger volume of the transmission fluid adversely affected.
Es sind daher Bemühungen bekannt, den Überlastschutz für die Messmembran durch Membranbetten zu realisieren. Hierbei soll sich die Messmembran bei  There are therefore known efforts to realize the overload protection for the measuring membrane by membrane beds. Here, the measuring membrane is at
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. Exceeding a limit value for a one-sided overpressure at least to the extent supported on the membrane bed, that the bursting voltage of the measuring membrane is not reached even with a further increase in pressure.
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. In particular aspherical membrane beds are suitable for this, which approximate the bending line of the measuring diaphragm at the limit value for the overpressure. US Pat. No. 4,458,537 discloses a capacitive differential pressure measuring cell with an aspherical membrane bed made of glass, which is introduced into a structure of coaxial rings, wherein the heights of the rings form a contour which corresponds to the bending line of the measuring diaphragm.
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. The published patent application DE 10 2009 046 229 A1 discloses a pressure sensor or a differential pressure measuring cell with an aspherical membrane bed made of glass, which is shaped by thermal sinking. The patent US 7 360 431 B2 discloses a pressure sensor or
Differenzdrucksensor mit einem asphärischen Membranbett, welches in Silizium mittels Grauskalenlithographie präpariert ist.  Differential pressure sensor with an aspherical membrane bed, which is prepared in silicon by means of gray scale lithography.
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 The published patent application DE 10 2010 028 773 A1 discloses a pressure sensor or a differential pressure measuring cell with an aspherical membrane bed, which in silicon by means of laser ablation, followed by an oxidation step and a
abschließenden Ätzen, präpariert ist. final etching, is prepared.
Wenngleich die genannten Membranbrettkonzepte tatsächlich die Messmembran zu einem gewissen Grade schützen können, belastet doch der in die Although the above-mentioned membrane board concepts can actually protect the measuring diaphragm to a certain extent, the load in the
Differenzdruckmeszelle eingeleitete statische Druck die Fügestellen zwischen Differential pressure cell initiated static pressure the joints between
Messmembran und Gegenkörpern oder daran angrenzende Bereiche, so dass dort Spannungsspitzen auftreten können, die zu einer Zerstörung des Differenzdrucksensors führen. Measuring diaphragm and counter-bodies or adjoining areas, so that there may occur voltage spikes, which lead to destruction of the differential pressure sensor.
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. The publication WO 201 1/076477 A1 discloses a differential pressure measuring cell in which the volume stroke of the measuring diaphragm is sufficient to absorb the volume of the transfer fluid under a separating diaphragm in the event of overload without plastic deformation of the measuring diaphragm.
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 The unpublished patent application DE 1020121 13033 discloses a differential pressure sensor with a differential pressure measuring cell, which has a measuring membrane and counter-body made of silicon, wherein the counter-bodies are each stiffened on the back by a ceramic body to prevent or reduce bending of the counter-body under static pressures. In this way, in particular the notch stresses at the joints between the measuring membrane and the counter-bodies are to be reduced. Insofar as notch stresses, especially in acute-angled cavities, approaches are known to avoid such sharp angles between components that form a chamber in which a high static pressure is introduced. Reference is made, for example, to US Pat. No. 5,520,054, which is a
Drucksensor offenbart, dessen Druckkammer im Querschnitt ausschließlich stumpfer Winkel aufweist. Pressure sensor disclosed, the pressure chamber has in cross-section only obtuse angle.
Abgesehen von beidseitig anstehenden statischen Überlastdrücken kann auch eine einseitige Beaufschlagung der Differenzdruckmesszelle mit einem statischen Überlastdruck die Messmembran, die Gegenkörper oder die Fügestellen zwischenApart from static overload pressures present on both sides, a one-sided loading of the differential pressure measuring cell with a static overload pressure can also cause the measuring diaphragm, the counter-bodies or the joints between
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,Damaging or destroying the measuring membrane and counter-bodies or adjacent areas when the one-sided overload leads to deformations of the counter-body, whereby, for example, the supporting function of the membrane beds is impaired. To counter this, Hein et al. (Transducers '97 pp. 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 1997) an encapsulated capacitive differential pressure sensor in which the counter-body between the pressure connection pieces are clamped axially, in each case between a counter-body and a pressure connection piece a sealing ring is clamped. The patent DE 37 51 546 T2 also discloses a differential pressure sensor, which has a measuring diaphragm between two counter-bodies, wherein the two
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  Counter-body are clamped axially in an elastic clamping device to increase the bursting strength of the differential pressure sensor. The two arrangements described above have in common that when the differential pressure sensor is acted upon by static pressure, relative movements between the counter bodies and the clamping device can occur. This can in particular to hysteresis errors at zero and span of a differential pressure-dependent measurement signal of the
Differenzdrucksensors führen. Die noch unveröffentlichte Anmeldung DE 102014104831 löst dieses Problem, indem sie einen Differenzdrucksensor mit einer Lead differential pressure sensor. The unpublished application DE 102014104831 solves this problem by providing a differential pressure sensor with a
Einspannvorrichtung, welche Relativbewegungen zwischen Gegenkörpern und Clamping device, which relative movements between counter bodies and
Einspannvorrichtung vermeidet, beschreibt. Diese Konstruktionen stellen jedoch große Anforderungen an Bauteiltoleranzen und sind insofern teuer. Clamp avoids describes. However, these designs place great demands on component tolerances and are therefore expensive.
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 Approaches to a hydraulic support of the differential pressure measuring cell are also known from the prior art. For this purpose, for example, the German patent application DE 101 01 180 A1 discloses a differential pressure sensor with an encapsulated differential pressure measuring cell, wherein the differential pressure measuring cell is surrounded in the capsule by a transfer fluid, which is held under pressure by means of a pressure accumulator. US Pat. Nos. 4,257,274 and 5,684,253 each disclose a differential pressure sensor having an isostatically encapsulated differential pressure cell, wherein one of each of the static pressures entering the differential pressure measurement is introduced into a capsule surrounding the differential pressure cell. This concept is of relatively simple construction, but it fails when the static
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.  Overload pressure is the other pressure, so just not that initiated in the capsule. US Pat. No. 7,624,642 addresses this problem by the fact that the higher of the two process pressures in each case defines the pressure in a capsule surrounding a differential pressure measuring cell, which is achieved via "hydraulic diodes." However, this is very complicated because for the "hydraulic diodes" additional separation membranes are required.
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. The above overview of the prior art shows a variety of approaches to making high pressure differential pressure sensors suitable; it is apparent that none of the solutions mentioned is suitable for all applications, be it for cost reasons, structural or thermo-mechanical boundary conditions.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine in sich The present invention is based on the object, one in itself
überlastfeste Differenzdruckmesszelle bereitzustellen. provide overload-proof differential pressure cell.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Differenzdruckmesszelle gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. The object is achieved by the differential pressure measuring cell according to independent claim 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 The differential pressure measuring cell according to the invention comprises: a measuring diaphragm, a first counter-body, a second counter-body and a transducer, wherein the measuring diaphragm is arranged between the first counter-body and the second counter-body and pressure-tightly connected to both counter-bodies, wherein between the measuring diaphragm and the first counter-body, a first measuring chamber and between the measuring diaphragm and the second counter body, a second measuring chamber is formed, wherein the first counter body and the second
Gegenkörper jeweils einen Druckkanal aufweisen, durch welchen die jeweilige Each counter-body have a pressure channel through which the respective
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 zugewandtenMeasuring chamber with a first or second pressure (pi, p 2 ) can be acted upon, wherein the transducer is provided for converting a deformation of the measuring diaphragm dependent on a difference between the first pressure (pi) and the second pressure (p 2 ) into an electrical signal; wherein at least one counter-body facing one of the measuring membrane
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. Chamber portion and a diaphragm facing away from the rear wall portion and a decoupling chamber between the chamber portion and the rear wall portion, wherein the chamber portion has at least one compensation channel through which the measuring chamber communicates with the decoupling chamber, wherein the decoupling chamber in a plane parallel to the measuring membrane has a diameter larger is the diameter of the compensation channel.
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 In a development of the invention, the decoupling chamber in a plane parallel to the measuring diaphragm has a diameter which is at least as great as the diameter of the measuring chamber. In one embodiment of the invention, a surface of the
Kammerabschnitts, welche der Entkopplungskammer zugewandt ist, eine ringförmig umlaufende Entlastungsnut auf.  Chamber section, which faces the decoupling chamber, an annular circumferential relief groove.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist eine Oberfläche des In one embodiment of the invention, a surface of the
Rückwandabschnitts, welche der Entkopplungskammer zugewandt ist, eine ringförmig umlaufende Entlastungsnut auf. Rear wall section, which faces the decoupling chamber, an annular circumferential relief groove.
Die Entlastungsnuten bieten insbesondere den Vorteil, dass sie die The relief grooves offer the particular advantage that they the
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 Reduce notch stresses between the back wall portion and the chamber portion at the outer radius of the decoupling chamber. In principle, this can also be achieved in that the decoupling chamber has a sufficient axial height, for example 100 μιη or more. However, this would be the case in the
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 Differential pressure measuring cell significantly increase the volume enclosed, which should be avoided, because differential pressure measuring cells are acted upon in most applications of industrial process measurement technology via a transfer liquid to be detected process pressures, the transfer liquid is separated by a separation membrane from the process medium. Since the separation membrane the particular caused by temperature fluctuations in volume
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. Transmitting fluid must absorb, which to the volume of Transfer fluid is proportional, it is necessary to minimize this volume. For this reason, the relief grooves in the end faces of the rear wall sections and the chamber sections are to be preferred to an increase in the axial height of the decoupling chamber.
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 In one development of the invention, the differential pressure measuring cell has at least one filling body, which, in particular, fills annularly and largely into the volume of the relief groove or relief grooves. The filler body preferably has a thermal expansion coefficient, which with the
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. Thermal expansion coefficient of the material of the Kam merabschnitts and / or the rear wall portion is compatible, in particular less than 1 ppm / K deviates from the latter. This can obviously be achieved in that the filler has the same material as the chamber portion and / or the rear wall portion. However, it is more cost-effective to use a packing of Kovar in a rear wall section and / or a chamber section made of corundum.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Volumenhub der In one embodiment of the invention, the volume stroke of
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 Decoupling chamber AV E = V E (p stat ) - V E (p 0 ) when the first measuring chamber and the second measuring chamber with the same static pressure p sta t at least as large as the volume stroke of the measuring chamber communicating with the decoupling chamber through the compensation channel AV M = V M (p s tat) - V M (po), where p 0 is an equilibrium pressure at which the same pressure prevails inside and outside the differential pressure cell. In one embodiment of the invention, the volume stroke is the
Entkopplungskammer AVE mindestens das Doppelte, insbesondere nicht weniger als das Vierfache des Volumenhubs der mit der Entkopplungskammer durch den Decoupling chamber AV E at least twice, in particular not less than four times the volume stroke of the decoupling chamber through the
Ausgleichskanal kommunizierenden Messkammer AVM. Compensation channel communicating measuring chamber AV M.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist mindestens einer der In one embodiment of the invention, at least one of
Kammerabschnitte ein der Messmembran zugewandtes Membranbett auf, welches dii Messmembran im Falle einer eines einseitigen Überlastdrucks abstützt. Chamber sections on a membrane membrane facing the membrane bed, which supports the diaphragm in the case of a one-sided overload pressure.
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 In one development of the invention, the membrane bed has a contour which approximates a bending line of the measuring membrane with a one-sided limit pressure, so that the measuring membrane is supported by the membrane bed when this limit pressure is reached. In one embodiment of the invention, the chamber section and the
Rückwandabschnitt durch eine umlaufende Gegenkörperfügestelle druckdicht miteinander verbunden, wobei bei einer Druckbeaufschlagung der Rear wall portion connected pressure-tight by a rotating Gegenkörperfügestelle each other, wherein at a pressure of the
Differenzdruckmesszelle die maximalen Spannungen in der Gegenkörperfügestelle geringer sind als die maximale Spannungen im Rückwandabschnitt. Differential pressure cell, the maximum stresses in the mating body frame are lower than the maximum stresses in the back wall section.
In einer Weiterbildung der Erfindung grenzt die maximale Spannung im In one embodiment of the invention, the maximum voltage in the borders
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. Rear wall portion to the relief groove, wherein the relief groove has a depth of not less than 0, 1 mm, in particular not less than 0.2 mm, and wherein the location of the maximum stress in the rear wall portion at least half the depth of the relief groove, preferably at least the depth of the relief groove is spaced from the joint. In one embodiment of the invention, the measuring diaphragm is connected to the counter-bodies along a circumferential diaphragm frame, wherein the maximum stress in the diaphragm frame at a loading of the first measuring chamber and the second measuring chamber with the same static pressure p stat is smaller than the maximum voltage in the counter-body joint.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Membranbett an seinem äußeren Rand eine ringförmig umlaufende Membranbettnut auf, welche sich bis an die In one embodiment of the invention, the membrane bed at its outer edge on an annular circumferential Membranbettnut, which extends up to the
Membranfügestelle erstreckt. Die Membranbettnut dient einerseits zur Reduzierung von Kerbspannungen in der Membranfügestelle und andererseits, kann sie bei Membrane frame extends. The membrane bed groove serves on the one hand to reduce notch stresses in the diaphragm frame and on the other hand, it can at
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 derMembrane frames, which are prepared with an active hard solder, prevent the entry of the active braze into the membrane bed. Of course, each such Membranbettnut is preferably provided in both membrane beds, and the membrane bettnuten are to make symmetrical. In one embodiment of the invention, the measuring membrane and / or the
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. Chamber section and / or the rear wall portion of a ceramic material, in particular corundum. Although this consistent use of corundum is presently preferred, other materials, such as other ceramic materials, metals and semiconductors, as well as material combinations, for example, of metallic and ceramic materials, are also encompassed by the invention.
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 one embodiment of the invention, the joints on an active brazing, for example, a Zr-Ni-Ti-containing active brazing. In one development of the invention, the differential pressure measuring cell has at least one further electrical converter for determining a static pressure with which the differential pressure measuring cell is acted upon, at least based on a pressure-dependent deformation of a rear wall section.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der weitere elektrische Wandler einen kapazitiven Wandler, welcher eine erste Elektrode an einer der In a further development of the invention, the further electrical converter comprises a capacitive transducer, which has a first electrode on one of the
Entkopplungskammer zugewandten Stirnfläche des Rückwandabschnitts und eine zweite Elektrode an einer der Entkopplungskammer zugewandten Stirnfläche des Decoupling chamber facing end face of the rear wall portion and a second electrode on one of the decoupling chamber facing end face of the
Kammerabschnitts aufweist. Chamber section has.
Die Erfindung wird nun anhand des in der Zeichnung dargestellten The invention will now be described with reference to the drawing
Ausführungsbeispiels einer Differenzdruckmesszelle erläutert, es zeigt: Fig. 1 : einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Differenzdruckmesszelle; und FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through an embodiment of a differential pressure measuring cell according to the invention; FIG. and
Fig.2: einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Differenzdruckmesszelle. 2 shows a longitudinal section through a second embodiment of a differential pressure measuring cell according to the invention.
Die in Fig. 1 dargestellte Differenzdruckmesszelle 100 umfasst eine The differential pressure measuring cell 100 shown in FIG. 1 comprises a
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. Measuring diaphragm 1 10, which is arranged between a first and a second, substantially at least partially cylindrical counter-body 140, 170 and pressure-tightly joined with two counter-bodies each forming a first and second measuring chamber 160, 190 along a peripheral diaphragm frame 148, 178. In particular, the measuring diaphragm and the counter-bodies have corundum as the material, the diaphragm connecting shaft having an active hard solder, in particular a zirconium-nickel-titanium alloy. The differential pressure measuring cell may, for example, have a diameter of 15-50 mm, with currently considered diameters between 20 and 30 mm, for example about 22-26 mm as favorable. The illustrated in the drawing embodiment of a differential pressure measuring cell 100 has an outer diameter of 25 mm. However, the size ratios in the drawing are in no way to be considered to scale, for example, the measuring diaphragm 1 10 adjacent measuring chambers 160, 190 have a depth of, for example, not more than 20 μιτι, in particular not more than 15 μιη and preferably not more than 10 μιη on while the axial dimension of the differential pressure measuring cell may be for example 5-20 mm. Between the measuring membrane 1 10 and the first counter-body 140, a first measuring chamber 160 is formed, which is supplied via a first pressure channel 164, a first media pressure. Accordingly, a second measuring chamber 190 is formed between the measuring diaphragm 1 10 and the second counter body, which is supplied via a second pressure channel 194, a second medium pressure.
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 The differential pressure measuring cell 100 further comprises a capacitive transducer, which converts a dependent of a difference of the two media pressures deflection of the measuring diaphragm into an electrical signal. For this the two have
Gegenkörpern jeweils an ihrer membranseitigen Stirnfläche mindestens eine Gegenkörpern each at its diaphragm-side end face at least one
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  Measuring electrode, wherein the measuring membrane has on both sides in each case a membrane electrode which faces a measuring electrode. In a simple embodiment of the capacitive transducer, the pressure difference to be measured results from the difference between the reciprocal values of the capacitances between a respective measuring electrode and the
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. opposite membrane electrode. The sum of the capacity inversion values can be used to determine the static pressure to which the pressure difference to be measured is superimposed. To increase the accuracy of measurement, the end faces of the counter-bodies can each have a circular disk-shaped central electrode and a surrounding, in particular capacitance-equal, ring electrode. Details of the wiring of such a capacitive transducer are known and disclosed for example in EP 1 883 797 B1.
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 The membrane junctions 148, 178 are preferably designed with a so-called "zero gap", that is, at the inner edge of the membrane limbs, the distance between the counter bodies and the measuring membrane is ideally zero since this can only be achieved with great effort due to manufacturing tolerances Zero gap here denote a distance of not more than 5 μm, in particular not more than 2 μm, and preferably not more than 1 μm The counter-bodies 140, 170 each have a contour 158, 188 on their end face facing the measuring diaphragm 110, which has a bending line of the measuring diaphragm 1 10 in the case of a one-sided overload, to form a membrane bed against which the diaphragm rests in the event of such overload to protect it from further deformation
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 Measuring diaphragm can thus be supported just in the edge region, where in the case of a one-sided overload, the greatest stresses occur. However, the described shape of the diaphragm stubs 148,178 and the contours 158, 188 on the end faces of the counter-bodies 140,170 would lead to significant notch stresses in the region of the diaphragm stubs in differential pressure cells according to the prior art, if the differential pressure cell on both sides with a high static pressure is charged. To avoid this, the counter-bodies 140, 140
erfindungsgemäß jeweils einen Kammerabschnitt 142, 172 und einen According to the invention, in each case a chamber section 142, 172 and a
Rückwandabschnitt 144, 174 auf, die mit einer Gegenkörperfügestelle 146, 176 druckdicht verbunden sind. Die Kammerabschnitte 142,172 sind jeweils der Rear wall portion 144, 174, which are pressure-tightly connected to a counter-body frame 146, 176. The chamber sections 142, 172 are each the
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 Measuring membrane 1 10 facing limit together with the measuring membrane 1 10, the measuring chambers 160, 190 and have on their membrane-side end face the contours 158.188 on soft form the membrane bed. Furthermore, the chamber sections 142, 172 each have a rear end face which faces a decoupling chamber 162, 192 which is formed between the chamber section 142, 172 and the rear wall section 144, 174. The decoupling chambers have a substantially circular disk-shaped outline, and extend parallel to the measuring chambers 160, 190, wherein the diameter of the decoupling chambers 162, 1992 is greater than the diameter of the measuring chambers 160, 190. Extending between the decoupling chambers 162, 192 and the measuring chambers 160, 190 is one Compensation channel 163,193, which is formed by a portion of the pressure channels 164,194. Thus, the same pressure prevails in each of the decoupling chambers as in the measuring chamber connected to it. The decoupling chambers cause the respective
Mediendruck nicht nur frontseitig von den Messkammern 160,190 her, sondern auch rückseitig, nämlich von den Entkopplungskammern 162, 192, her auf den Media pressure not only front of the measuring chambers 160,190 forth, but also the back, namely from the decoupling chambers 162, 192, forth on the
Kammerabschnitt einwirkt. Auf diese Weise ist eine druckabhängige Durchbiegung der Kammerabschnitte 142,172 erheblich reduziert. Damit ist das Problem der Chamber section acts. In this way, a pressure-dependent deflection of the chamber sections 142, 172 is considerably reduced. This is the problem of
Kerbspannungen an den Membranfügestellen 148,178 bei einer gleichmäßigen Notch stresses at the membrane joints 148,178 with a uniform
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. Exposure to the measuring chambers with a high static overload pressure largely eliminated. Insofar as the chamber sections 142, 172 of the counter-bodies 140, 170 are now largely insensitive to static pressures, the cross-sensitivity of the differential pressure to be measured with respect to static pressures is also reduced.
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 However, the static pressures introduced into the differential pressure measuring cell act on the rear wall sections 144, 174 of the counter bodies 140, 170, so that they are elastically deformed. However, this is less problematic as the position of the
Rückwandabschnitte 144,174, insbesondere der Stirnflächen 150,180 der Rear wall sections 144,174, in particular the end faces 150,180 of
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 Rear wall sections do not enter directly into the transfer function of the capacitive transducer. In addition, the mating body joints 146, 766 can be more easily protected from notch stresses than the membrane mounts 148, 178. For this purpose, for example, offer first relief grooves 154, 184, which are formed from the side of the relief chambers 162,192 ago annularly circumferentially in the rear wall portions 144,174 of the counter-body 140, 170. Similarly, second
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 Relief grooves 156,186, which from the side of the discharge chambers 162,192 ago are formed in the chamber portions 142,172, contribute to the reduction of the notch stresses on the mating body joints 146,176. The relief grooves preferably connect directly to the mating body joints 146, 176. Furthermore, there are in the design of the counter-body stiffeners 146,176 greater freedoms than at the diaphragm stiffeners 148, 178. So can the
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 Counter body joints to be designed stronger and have a height of a few 10 μιη. The radial strength of the counter-body stiffeners 146, 76 is, similar to that of the membrane stiffeners, for example, 1 to 3 μιη. In order to further relieve the counterweight bodies 146, 76, edge regions 152, 182 of the rear wall sections 144, 74 can be controlledly weakened by material reduction, so that these edge regions have an increased flexibility. The concrete forms shown in the drawing are by no means to scale, but are merely intended to explain the principle. In particular, of course, care must be taken that at no point the counter body, in particular in the weakened edge regions 152, 182, in a deformation due to exposure to a test pressure, the breaking stress of the material of the counter body is achieved. This then ends up in the result
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. Optimization problem, which can be solved by calculation with finite elements. In the case of the differential pressure measuring cells in question, this means that at static pressures of, for example, 500 bar or 800 bar, the occurring mechanical stresses remain below the breaking stress of corundum, for example below 500 megapascals, when high-strength corundum is used, or below 400 or below 350 megapascals when using lower grade corundum.
Zum Erfassen des statischen Drucks kann mindestens noch ein weiterer kapazitiver Wandler vorgesehen sein, welcher jeweils eine Elektrode an den die For detecting the static pressure, at least one further capacitive transducer can be provided, which in each case has an electrode to which the
Entlastungskammer 162,192 begrenzenden Stirnflächen eines Kammerabschnitts 142,172 bzw. Rückwandabschnitts 144, 174 aufweist. Relief chamber 162,192 limiting end faces of a chamber portion 142,172 and rear wall portion 144, 174 has.
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. Similarly, a resistive transducer may be provided to sense the static pressure, the back wall portion in this case having strain-dependent resistive elements. The latter may for example comprise strain gauges, wherein in the case of a differential pressure measuring cell comprising a semiconductor material, piezoresistive resistive elements are preferable.
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. Preferably, such a further converter is provided in both counter bodies 140, 170 so that a static pressure can be determined for both sides of the differential pressure measuring cell. The difference between the two values for the static pressure should be in Ideally, they match the measured differential pressure measured value and offers at least a plausibility test for the measured differential pressure measured value with all accuracy deviations. Furthermore, in the case of one-sided overloads, ie when the measuring membrane 1 10 is applied to a membrane board and thus is no longer available for differential pressure measurement, based on a calculated difference between the two static pressures at least an approximate value for the currently prevailing differential pressure.
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 The wiring of the capacitive transducer is familiar to the expert and need not be explained in detail here. For example, the electrodes on both sides of the measuring membrane 110 can be contacted via the membrane joints 148, 178 and, in particular, placed on circuit ground. Similarly, if a measurement of the respective static pressure is provided by means of further capacitive transducers, in each case one electrode can be contacted at the decoupling chamber-side end face of the rear wall section 144, 174 via the counter-body framing 146, 146. The measuring electrodes for the determination of the differential pressure at the
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 zumMeasuring chamber-side end faces of the chamber sections 142, 172 are to be contacted in each case via electrical feedthroughs, which are to be led out in particular radially out of the respective chamber section. The same applies to the electrodes on the decoupling chamber side surfaces of the chamber sections, each for
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 Detecting a static pressure-dependent capacity are provided. These electrodes too are to be contacted via bushings which are led out in particular radially out of the chamber section. The electrodes may in particular comprise tantalum, oxides of tantalum, titanium, oxides of titanium, or similar metals and their oxides, the electrode materials being deposited by sputtering, for example. The
Durchführungen zum Kontaktieren der Elektroden können beispielsweise Tantal-Stifte umfassen, welche druckdicht in die Kammerabschnitts eingelötet sind.  Bushings for contacting the electrodes may, for example, comprise tantalum pins which are soldered pressure-tight into the chamber section.
Die in Fig. 2 dargestellte Differenzdruckmesszelle 200 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Differenzdruckmesszelle 100 aus Fig. 1., so dass die The differential pressure measuring cell 200 shown in FIG. 2 has substantially the same construction as the differential pressure measuring cell 100 of FIG. 1, so that the
Erläuterungen zu Fig. 1 entsprechend für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 gelten. In Fig. 2 sind die Komponenten der Differenzdruckmesszelle 200 in den korrekten  Explanations to Fig. 1 apply to the embodiment of FIG. 2 accordingly. In Fig. 2, the components of the differential pressure measuring cell 200 in the correct
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 Size ratios shown to each other, so that some structures are no longer recognizable in detail. The differential pressure measuring cell 200 comprises a measuring diaphragm 210, which between a first and a second, substantially at least
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. partially cylindrical, opposing body 240, 270 arranged and with two counter-bodies in each case to form a first or second measuring chamber 260, 290 along a circumferential diaphragm frame 248, 278 is joined pressure-tight manner. The measuring membrane and the counter-body have in particular corundum as a material, wherein the Membrane frame has an active brazing, in particular a zirconium-nickel-titanium alloy.
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 ersteThe differential pressure measuring cell 200 has, for example, a diameter 0 Z of about 25 mm. The measuring chambers 260, 290 adjoining the measuring diaphragm 210 have a depth of, for example, not more than 15 μm, and preferably not more than 10 μm, while the axial dimension of the differential pressure measuring cell may be, for example, approximately 25 mm. Between the measuring diaphragm 210 and the first counter body 240 is a first
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. Measuring chamber 260 is formed, which is supplied via a first pressure channel 264, a first media pressure. Correspondingly, a second measuring chamber 290 is formed between the measuring membrane 210 and the second counter-body 270, to which second medium pressure is supplied via a second pressure channel 294.
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 The differential pressure measuring cell 200 further includes a capacitive transducer, which converts a dependent of a difference of the two media pressures deflection of the measuring diaphragm into an electrical signal. For this the two have
Gegenkörpern jeweils an ihrer membranseitigen Stirnfläche mindestens eine Gegenkörpern each at its diaphragm-side end face at least one
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. Measuring electrode, wherein the measuring membrane has on both sides in each case a membrane electrode which faces a measuring electrode. The details of the capacitive converter discussed in connection with FIG. 1 apply correspondingly to this exemplary embodiment. In this exemplary embodiment too, the opposing bodies 240, 270 each have a contour 258, 288 on their front side facing the measuring diaphragm 210, which approximates a bending line of the measuring diaphragm 210 in the case of a one-sided overload in order to form a diaphragm bed on which the measuring diaphragm in the case such overload is applied to protect it from further deformation. The effects of the membrane beds are favored by zero gaps, since the measuring membrane can thus be supported just in the edge region, where in the case of a one-sided overload the greatest stresses occur. However, the zero gaps here are designed differently than in the first embodiment, because the membrane beds each have at their outer edge an annular circumferential Membranbettnut 249, 279 for further relief of the joints 248, 278 on.
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. In this case, a radial extrapolation of the contour of the membrane beds, which follows the course of the bending line of the measuring membrane 210 and extends over the membrane bed grooves 249, 279, at the inner radius of the membrane frames 248, 278 approximately the zero gap distance to the measuring diaphragm, as described for the first embodiment. That is, the strength of the joints is at its inner radius not more than 5 μιη, in particular not more than 2 μιτι and preferably not more than 1 μιη. The membrane bed grooves 249, 279 have a width and / or depth of, for example, not more than 0.5 mm, in particular not more than 0.3 mm.
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 Also, this shape of the diaphragm stiffeners 248, 278 and the contours 258, 288 on the end faces of the counter-bodies 240, 270 would be exposed to considerable notch stresses in the region of the diaphragm stubs at high static pressures without further protective measures. In order to avoid this, the counter bodies 240, 270 also in this embodiment each have a chamber section 242, 272 and a rear wall section 244, 274, which are connected in a pressure-tight manner by means of a counter-body frame 246, 276. The chamber sections 242, 272 in each case face the measuring diaphragm 210, delimit together with the measuring diaphragm 210
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 Measuring chambers 260, 290 and have on their membrane-side end face the contours 258, 288 soft on the membrane bed form. Furthermore, the chamber sections 242, 272 each have a rear end face which faces a decoupling chamber 262, 292 formed between the chamber section 242, 272 and the rear wall section 244, 274. The decoupling chambers have an axial height of a few 10 μιη. They have a substantially circular disk-shaped outline and extend parallel to the measuring chambers 260, 290, wherein the diameter 0 e of the decoupling chambers 262, 292 is greater than the diameter 0 m of
Messkammern 260, 290. Zwischen den Entkopplungskammern 262, 292 und den Measuring chambers 260, 290. Between the decoupling chambers 262, 292 and the
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 Measuring chambers 260, 290 each extending a compensation channel 263, 293, which is formed by a portion of the pressure channels 264, 294. Thus, the same pressure prevails in each of the decoupling chambers as in the one connected to it
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 Measuring chamber. The decoupling chambers cause the respective media pressure to act on the chamber section not only on the front side of the measuring chambers 260, 290, but also on the rear side, namely on the decoupling chambers 262, 292. In this way, a pressure-dependent deflection of the chamber sections 242, 272 is significantly reduced. This is the problem of notch stresses on the
Membranfügestellen 248, 278 bei einer gleichmäßigen Beaufschlagung beider Diaphragm shafts 248, 278 with a uniform admission of both
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. Measuring chambers with a high static overload pressure largely eliminated. Insofar as the chamber sections 242, 272 of the opposing bodies 240, 270 are now largely insensitive to static pressures, the cross-sensitivity of the differential pressure to be measured with respect to static pressures is also reduced.
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 The counter body cradles 246, 276 are, as in the first embodiment by first relief grooves 254, 284, which from the side of the Relief chambers 262, 292 ago annularly circumferentially in the rear wall portions 244, 274 of the counter body 240, 270 are formed, and by second relief grooves 256, 286, which from the side of the discharge chambers 262, 292 ago in the
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 Chamber sections 242, 272 are formed, protected from destructive notch stresses. The relief grooves 256, 286, for example, have a width and / or a depth of about 1, 5 mm and preferably close directly to the
Gegenkörperfügestellen 246, 276 an. Counter body joints 246, 276 at.
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 The two counter-bodies 240, 270 is in each case in a between the first and second relief groove 254, 256, 284, 286, formed annular channel a packing, which, for example Kovar, loosely inserted to the free volume in the differential pressure measuring cell, in the measuring operation with a transfer fluid is to be minimized. Furthermore, there are in the design of the mating body frames 246, 276 greater freedom than in the membrane frames 248, 278. So can the
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. Counter body joints to be designed stronger and have a height of a few 10 μιη. The radial thickness of the counter-body joints 246, 276, similar to that of the diaphragm stiffeners, for example 1-3 mm. In order to further relieve the counter-body joints 246, 276, edge regions 252, 282 of the rear wall sections 244, 274 for material reduction are rounded off.
Gleichermaßen weisen rückseitige Öffnungen der Druckkanäle 264, 294 konische Fasen auf, um Spannungsspitzen unter statischer Druckbeaufschlagung abzubauen. Likewise, backside openings of the pressure channels 264, 294 have conical chamfers to relieve stress peaks under static pressurization.
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. For detecting the static pressure, at least one counterbody may have another capacitive or resistive converter. Preferably, both counter-bodies 240, 270 have such a converter, so that a static pressure can be determined for both sides of the differential pressure measuring cell. The explanations on the details of the converter in connection with the first embodiment apply here accordingly.

Claims

Patentansprüche claims
1. Differenzdruckmesszelle (100), umfassend: eine Messmembran (1 10); einen ersten Gegenkörper (140); einen zweitenA differential pressure measuring cell (100) comprising: a measuring diaphragm (110); a first mating body (140); a second
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 Counterbody (170); and a transducer (120), wherein the measuring diaphragm (110) is arranged between the first counter-body (140) and the second counter-body (170) and pressure-tightly connected to both counter-bodies, wherein between the measuring diaphragm (110) and the first counter-body ( 140) a first measuring chamber (160) and between the measuring diaphragm (1 10) and the second counter-body (170), a second measuring chamber (190) is formed, wherein the first
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 Counter body (140) and the second counter body (170) each have a pressure channel (164,194) through which the respective measuring chamber (160, 190) with a first or second pressure (pi, p 2 ) can be acted upon, wherein the transducer for converting one of a difference between the first pressure (pi) and the second pressure (p 2 ) dependent deformation of the measuring diaphragm (1 10) is provided in an electrical signal; wherein at least one counterbody (140, 170) has a chamber section (142, 172) facing the measuring diaphragm (110) and a rear wall section (144, 174) facing away from the measuring diaphragm (110) and a decoupling chamber (162, 192) between the chamber section (14). 142, 172) and the rear wall section (144, 174), wherein the chamber section (142, 172) has at least one compensation channel (163, 193) through which the metering chamber (160, 190) communicates with the decoupling chamber (162, 192) , wherein the decoupling chamber (162, 192) in a plane parallel to
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). Measuring diaphragm (110) has a diameter which is at least as large as the diameter of the measuring chamber (160, 190), preferably greater than the diameter of the measuring chamber (160, 190).
2. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 1 , wobei eine Oberfläche des Kammerabschnitts, welche der Entkopplungskammer zugewandt ist, eine ringförmig umlaufende Entlastungsnut aufweist. 2. Differential pressure measuring cell according to claim 1, wherein a surface of the chamber portion facing the decoupling chamber has an annular circumferential relief groove.
3. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 1 oder 2, 3. differential pressure measuring cell according to claim 1 or 2,
wobei eine Oberfläche des Rückwandabschnitts, welche der  wherein a surface of the rear wall portion, which is the
Entkopplungskammer zugewandt ist, eine ringförmig umlaufende Entlastungsnut aufweist.  Has facing decoupling chamber having an annular circumferential relief groove.
4. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Volumenhub der Entkopplungskammer AVE = VE(pstat) - VE(po) bei einer4. differential pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the volume stroke of the decoupling chamber AV E = V E (p s tat) - V E (po) at a
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. Loading the first measuring chamber and the second measuring chamber with the same static pressure p sta t is at least as large as the volume stroke of the communicating with the decoupling chamber through the compensation channel measuring chamber AV M = V M (Pstat) - V M (po), where p 0 is an equilibrium pressure at which the same pressure prevails inside and outside the differential pressure measuring cell.
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 5. Differential pressure measuring cell according to claim 1, wherein the volume stroke of the decoupling chamber AV E at least twice, in particular not less than four times the volume stroke of the decoupling chamber through the
Ausgleichskanal kommunizierenden Messkammer AVM beträgt. Compensation channel communicating measuring chamber AV M is.
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. 6. Differential pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein at least one of the chamber sections has a diaphragm facing the diaphragm, which supports the diaphragm in the case of a one-sided overload pressure.
7. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 6, wobei das Membranbett eine Kontur aufweist, welche eine Biegelinie der Messmembran bei einem einseitigen 7. differential pressure measuring cell according to claim 6, wherein the membrane bed has a contour which a bending line of the measuring membrane in a one-sided
Grenzdruck approximiert, so dass die Messmembran bei Erreichen dieses Grenzdrucks von dem Membranbett abgestützt wird. Boundary pressure is approximated, so that the measuring membrane is supported by the membrane bed when this limit pressure is reached.
8. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kammerabschnitt und der Rückwandabschnitt durch eine umlaufende 8. differential pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the chamber portion and the rear wall portion by a circumferential
Gegenkörperfügestelle druckdicht miteinander verbunden sind, wobei bei einer Gegenkörperfügestelle pressure-tight connected to each other, wherein at a
Druckbeaufschlagung der Differenzdruckmesszelle die maximale Spannung in der Gegenkörperfügestelle geringer sind als die maximale Spannungen im Pressurization of the differential pressure cell, the maximum stress in the counter - body joint is lower than the maximum stress in the
Rückwandabschnitt. Rear wall portion.
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. 9. Differential pressure measuring cell according to claim 8 and claim 3, wherein the maximum stresses in the rear wall portion adjacent to the relief groove, wherein the relief groove has a depth of not less than 0, 1 mm, and wherein the location of the maximum voltage in the rear wall portion at least half of Depth of the relief groove, preferably at least the depth of the relief groove, spaced from the joint.
10. Differenzdruckmesszelle nach Anspruch 8 oder 9, wobei die 10. Differential pressure measuring cell according to claim 8 or 9, wherein the
Messmembran mit den Gegenkörpern jeweils entlang einer umlaufenden Measuring membrane with the counter bodies each along a circumferential
Membranfügestelle verbunden ist, wobei die maximale Spannung in der Membrane frame is connected, the maximum stress in the
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. When the first measuring chamber and the second measuring chamber are acted upon by the same static pressure p sta t, the diaphragm joint position is smaller than the maximum stress in the counter body frame.
1 1. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messmembran und/oder der Kammerabschnitt und/oder der 1 1. Differential pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the measuring diaphragm and / or the chamber portion and / or the
Rückwandabschnitt einen keramischen Werkstoff aufweisen, insbesondere Korund. Rear wall portion have a ceramic material, in particular corundum.
12. Differenzdruckmesszelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügestellen ein Aktivhartlot aufweisen, insbesondere ein Zr-Ni-Ti-haltiges12. Differential pressure measuring cell according to one of the preceding claims, wherein the joints have an active brazing, in particular a Zr-Ni-Ti-containing
Aktivhartlot. Active braze.
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. 13. Differential pressure measuring cell according to one of the preceding claims, comprising at least one further electrical converter, for determining a static pressure, which is applied to the differential pressure measuring cell, at least based on a pressure-dependent deformation of a rear wall portion.
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 14. Differential pressure measuring cell according to claim 13, wherein the further electrical converter comprises a capacitive transducer, which has a first electrode on an end face of the rear wall section facing the decoupling chamber and a second electrode on an end face of the decoupling chamber
Kammerabschnitts aufweist. Chamber section has.
EP15726994.5A 2014-07-08 2015-06-08 Differential pressure measuring cell Withdrawn EP3167264A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014109491.3A DE102014109491A1 (en) 2014-07-08 2014-07-08 Differential pressure measuring cell
PCT/EP2015/062699 WO2016005120A1 (en) 2014-07-08 2015-06-08 Differential pressure measuring cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3167264A1 true EP3167264A1 (en) 2017-05-17

Family

ID=53284288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP15726994.5A Withdrawn EP3167264A1 (en) 2014-07-08 2015-06-08 Differential pressure measuring cell

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10247631B2 (en)
EP (1) EP3167264A1 (en)
CN (1) CN106489070A (en)
DE (1) DE102014109491A1 (en)
WO (1) WO2016005120A1 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014104831A1 (en) * 2014-04-04 2015-10-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Differential Pressure Sensor
DE102014109491A1 (en) 2014-07-08 2016-02-11 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Differential pressure measuring cell
DE102015122287A1 (en) 2015-12-18 2017-07-06 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Capacitive differential pressure sensor
DE102016102775A1 (en) * 2016-02-17 2017-08-17 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Capacitive pressure sensor
EP3229003A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-11 IMI Hydronic Engineering International SA Measurement module
DE102016107235B3 (en) 2016-04-19 2017-01-26 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Differential pressure measuring cell
DE102016107236A1 (en) 2016-04-19 2017-10-19 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for joining a differential pressure measuring cell and differential pressure measuring cell
DE102016112352A1 (en) * 2016-07-06 2018-01-11 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Differential pressure sensor for determining a pressure measuring signal
JP7105492B2 (en) * 2019-02-25 2022-07-25 ヤマシンフィルタ株式会社 Differential pressure detector
CN112985654B (en) * 2021-02-22 2022-06-10 上海洛丁森工业自动化设备有限公司 Pressure sensor and method for assembling the same
CN113183649A (en) * 2021-04-28 2021-07-30 滁州新彩家用玻璃有限公司 Printing method of wire drawing substrate

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140157905A1 (en) * 2012-11-20 2014-06-12 Azbil Corporation Pressure sensor chip

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3400588A (en) * 1965-05-27 1968-09-10 Lummus Co Fluid pressure gauge
US4072058A (en) * 1976-05-03 1978-02-07 Honeywell Inc. Differential pressure transmitter with pressure sensor protection
JPS5516228A (en) 1978-07-21 1980-02-04 Hitachi Ltd Capacity type sensor
JPS5740626A (en) * 1980-08-23 1982-03-06 Yokogawa Hokushin Electric Corp Differential pressure, pressure detector
US4458537A (en) 1981-05-11 1984-07-10 Combustion Engineering, Inc. High accuracy differential pressure capacitive transducer
IL82960A0 (en) 1986-06-30 1987-12-20 Rosemount Inc Differential pressure sensor
US5520054A (en) 1994-03-29 1996-05-28 Rosemount Inc. Increased wall thickness for robust bond for micromachined sensor
DE59502169D1 (en) 1995-01-12 1998-06-18 Endress Hauser Gmbh Co Ceramic pressure sensor with container connection element and double seal
US5684253A (en) 1997-01-08 1997-11-04 Honeywell Inc. Differential pressure sensor with stress reducing pressure balancing means
EP1172640A1 (en) 2000-07-13 2002-01-16 Endress + Hauser GmbH + Co. Differential pressure sensor
EP1305585B1 (en) * 2000-07-26 2009-05-13 Endress + Hauser GmbH + Co. KG Capacitive pressure sensor
DE10101180A1 (en) 2001-01-12 2002-09-12 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Differential pressure sensor and method for differential pressure measurement
JP3847281B2 (en) 2003-08-20 2006-11-22 株式会社山武 Pressure sensor device
DE102004017580A1 (en) * 2004-04-07 2005-12-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Differential pressure sensor with dynamic overload protection
WO2006061035A1 (en) * 2004-12-08 2006-06-15 Abb Patent Gmbh Differential pressure transducer unit
US7334484B2 (en) 2005-05-27 2008-02-26 Rosemount Inc. Line pressure measurement using differential pressure sensor
DE102006040325A1 (en) 2006-08-29 2008-03-13 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Joining section`s tightness monitoring device for differential pressure measuring device, has detection unit detecting condition change of detection medium, and output unit generating indication that leakage is occurred in joining section
DE102006057828A1 (en) 2006-12-06 2008-06-12 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Differential manometric sensor for recording differential pressure and for industrial measuring technique, has base body and recess is divided into two pressure measuring chamber, which are connected with overload chambers
US7624642B2 (en) 2007-09-20 2009-12-01 Rosemount Inc. Differential pressure sensor isolation in a process fluid pressure transmitter
DE102009046229A1 (en) 2009-10-30 2011-05-12 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Pressure sensor, in particular differential pressure sensor
DE102009055149A1 (en) 2009-12-22 2011-06-30 Endress + Hauser GmbH + Co. KG, 79689 Overload-safe, pressure sensor, in particular differential pressure sensor
DE102010028773A1 (en) 2010-05-07 2011-11-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Counter bearing with aspherical membrane bed, pressure sensor with such an abutment and method for their preparation
US8234927B2 (en) * 2010-06-08 2012-08-07 Rosemount Inc. Differential pressure sensor with line pressure measurement
DE102010043043A1 (en) * 2010-10-28 2012-05-03 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Pressure Transducers
DE102012113033A1 (en) 2012-12-21 2014-06-26 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Mechanical stabilization and electrical and hydraulic adaptation of a silicon chip by ceramics
DE102014104831A1 (en) 2014-04-04 2015-10-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Differential Pressure Sensor
DE102014109491A1 (en) 2014-07-08 2016-02-11 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Differential pressure measuring cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140157905A1 (en) * 2012-11-20 2014-06-12 Azbil Corporation Pressure sensor chip

Also Published As

Publication number Publication date
US10247631B2 (en) 2019-04-02
WO2016005120A1 (en) 2016-01-14
CN106489070A (en) 2017-03-08
DE102014109491A1 (en) 2016-02-11
US20170146418A1 (en) 2017-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016005120A1 (en) Differential pressure measuring cell
EP2516979B1 (en) Overload-proof pressure sensor, in particular differential pressure sensor
EP3126805B1 (en) Differential pressure sensor
EP2678653B1 (en) Ceramic pressure measuring cell
EP2691754B1 (en) Pressure-tight encapsulated differential pressure sensor
DE102007027274A1 (en) Differential Pressure Sensor
EP2936103B1 (en) Mechanical stabilization and electrical and hydraulic adaptation of a silicon chip by ceramics
WO2008107427A1 (en) Pressure sensor
WO2002006785A1 (en) Differential pressure sensor
DE102008019054A1 (en) Differential pressure sensor i.e. micromechanical differential pressure sensor, for detecting difference between two medium pressures, has measuring diaphragm lying at base in case of one-sided overload and having even contour
WO2016102121A1 (en) Differential pressure sensor and differential pressure measurement transducer having such a differential pressure sensor
DE102011008346A1 (en) Device for converting a force or a pressure into an electrical signal and method for producing such a device
WO2012055605A2 (en) Pressure transducer
DE102014104506A1 (en) pressure sensor
DE202009014795U1 (en) Pressure measurement module
WO2005121737A1 (en) Pressure transducer for abrasive media
DE10221219A1 (en) Pressure sensor for static and/or dynamic pressure measurements on media comprises a membrane which on the side facing away from the medium is provided with at least one support element
DE102015101323A1 (en) Pressure sensor without separation membrane
DE102013113171A1 (en) Piezoresistive silicon differential pressure cell and method for its production
DE102006058927A1 (en) Differential pressure transducer has first and second pressure measurement chambers to which pressures can be fed and first and second membrane beds, whereby measurement membrane forms overload membrane
WO2002018896A1 (en) Pressure measuring cell
EP3807608B1 (en) Pressure measuring device and method for producing same
DE102016107235B3 (en) Differential pressure measuring cell
DE4219178C2 (en) Clamping unit for a pressure sensor
DE102015122287A1 (en) Capacitive differential pressure sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20161117

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ENDRESS+HAUSER SE+CO. KG

17Q First examination report despatched

Effective date: 20180529

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20181211