JP7232347B2 - センサ - Google Patents

Description

本発明は、媒体の圧力を測定するように適合された圧力センサに関し、圧力センサの測定要素と媒体とが分離されている。

圧力センサは、測定領域内の媒体の圧力を決定するために複数の用途で使用される。そのような媒体は、腐食性または毒性であり得る液体または気体を含む。測定要素を腐食性媒体への曝露から保護し、センサを毒性媒体から容易に洗浄することができるようにするために、媒体は通常、膜によって測定要素から分離される。測定要素は、膜の後方のセンサ空間に配置される。膜に作用する媒体の圧力は、流体によって測定要素に伝達され、この流体はセンサ空間内に充填される。このような圧力センサは、測定要素がセンサ空間に配置されている国際公開第２０１２０２７８５３（Ａ１）号パンフレットから知られている。センサ空間は、支持部材、膜、およびジャケットによって境界付けられる。センサ空間は、充填ダクトを通って流体で充填され、流体は測定要素を取り囲む。膜は、測定領域内の媒体から流体を分離する。流体は通常、圧縮性ではなく、それにより、圧力が測定領域内で変化するときに膜はあまり膨出しない。

このセンサの欠点は、センサの温度の変化時、流体は、流体の熱膨張係数にしたがって膨張または収縮することである。センサ空間はそれに応じて増加しないので、流体が占める空間の追加または減少は、膜の膨出によって実現される。膜の弾性が限られているため、センサ空間内側の流体の圧力の増加または減少は、膜の膨出固有のものとなる。この圧力の増減は、測定要素によって決定される。決定された圧力変化は、媒体の圧力変化ではなく、むしろ圧力センサの温度変化に対応するため、これは悪影響である。この悪影響は、６ｍｍ未満（ｍｍはミリメートルを指す）の小さい膜直径を有する圧力センサにはより一層明確であり、その理由は、数センチメートル直径を有する膜よりも小面積を有する膜の方が可撓性が低いためである。

さらに、小さな膜は、クリケット挙動と呼ばれることもある明確なクリッカ挙動を有することが知られている。クリッカ挙動は、膜のような金属の薄いシートが、１つの整列から別の整列に突然動くことを指し、整列は膜の異なる安定状態である。このような突然の動きは通常、クリック音および流体の圧力の急激な変化と共に起こる。この突然の動きは、中圧のゆっくりとした変化または圧力センサ温度のゆっくりとした変化時に起こることがあり、その結果いずれも膜の動きをもたらす。そのようなクリッカ挙動は、媒体圧力の対応する急激な変化がないのに流体の圧力を急激に変化させ、したがって媒体圧力の不正確な測定をもたらす。

本発明の課題は、流体の熱膨張によるセンサの温度依存性を低減することである。本発明の第２の課題は、温度依存性が低減されたそのような圧力センサの費用効果の高い製造を可能にすることである。

国際公開第２０１２０２７８５３（Ａ１）号パンフレット

課題の少なくとも１つは、独立請求項の特徴によって解決される。

本発明は、測定領域内の圧力を決定するための圧力センサに関し、圧力センサは測定要素を有し、測定要素はセンサ空間内に配置され、センサ空間は、少なくとも支持部材、膜、およびジャケットによって境界付けられ、センサ空間は流体で充填され、流体は測定要素を取り囲み、膜は流体媒体を測定領域から分離し、少なくとも１つのフィラー本体が、センサ空間内に配置される。

フィラー本体は、そうでなければ流体で充填されるセンサ空間内の空間を充填し、したがってセンサ空間内の流体の量を減少させる。より少ない量の流体の熱膨張は、より少ない追加の空間を占有する。したがって、膜の膨出はより小さくなり、流体の熱膨張による圧力上昇は、緩和される。

本発明はまた、測定領域内の圧力を決定するための圧力センサに関し、圧力センサは測定要素を有し、測定要素はセンサ空間内に配置され、センサ空間は、少なくとも支持部材、膜、およびジャケットによって境界付けられ、センサ空間は流体で充填され、流体は測定要素を取り囲み、膜は流体媒体を測定領域から分離し、膜（６）およびジャケット（５）は、膜（６）の外側領域（６２）で接続され、膜は、圧力が測定領域から膜に加えられたときに補剛領域の撓みを回避する補剛領域を有し、補剛領域は、膜の外側領域の平面から測定要素に向かって突出し、したがってセンサ空間内の流体の量を減少させる。

補剛領域は、膜がクリッカ挙動を防止するために重要である。流体の熱膨張の影響は、膜に補剛領域を導入することによって軽減される。さらに、補剛領域は、膜の外側領域の平面から測定要素に向かって突出し、したがってセンサ空間内の流体の量を減少させるように実現される。より少ない量の流体の熱膨張は、より少ない追加の空間を占有する。したがって、膜の膨出はより小さくなり、流体の熱膨張による圧力上昇は、緩和される。

本発明はまた、測定領域内の圧力を決定するための圧力センサに関し、圧力センサは測定要素を有し、測定要素はセンサ空間内に配置され、センサ空間は、少なくとも支持部材、膜、およびジャケットによって境界付けられ、センサ空間は流体で充填され、流体は測定要素を取り囲み、膜は流体媒体を測定領域から分離し、膜は、外側領域、少なくとも１つの中間領域、および内側領域を有し、膜の膨出部は外側領域を中間領域から分離し、膜の膨出部は中間領域を内側領域から分離し、膨出部は可撓性があり、可撓性ジョイントとして作用し、内側領域は外側領域に対してシフト可能である。

膜の役割は、圧力を測定領域の媒体から流体を通って測定要素まで通過させながら、測定領域内の媒体を圧力センサのセンサ空間内の測定要素から分離することである。センサの温度の上昇時に流体が流体の熱膨張係数によって膨張すると、膜は変形して、流体が占有する追加の体積のための空間を作る。現況技術では、膜は、球形ドーム状に変形する。膜の外側領域と中間領域との間に予め形成された膨出部、および膜の中間領域と内側領域との間に予め形成された膨出部を導入することにより、膜は、ピストンおよびシリンダのようにより自由に移動することができ、このとき膜の内側領域はピストンであり、外側領域はシリンダである。膨出部は、可撓性ジョイントとして作用し、中間領域がその表面に垂直に外側領域に対してシフトすることを可能にする。膜の内側領域を外側領域に対して移動させるのに必要な圧力は、同じ厚さおよび材料を有する全平面膜に必要な力の２０％超低減される。

特に６ｍｍ未満の直径を有する膜では、正確に２つの膨出部を有することが最も有益であることが分かった。３つ以上の膨出部および２つ未満の膨出部のいずれもが、膜の可撓性を効果的に低下させ、したがって、センサの温度変化時にセンサ空間内の圧力を変化させる。

本発明は、温度依存性が低減された圧力センサをもたらす３つの異なる技術的に相互に関連する解決策に関する。

以下では、本発明を図面を参照して例示的に説明する。

現況技術から知られている圧力センサの概略断面図である。 本発明による圧力センサの１つの実施形態の概略断面図である。 本発明による圧力センサの１つの実施形態の概略断面図である。 第１のフィラー本体部分の１つの実施形態の概略図である。 第１のフィラー本体部分の１つの実施形態の概略図である。 第２のフィラー本体部分の１つの実施形態の概略図である。 第２のフィラー本体部分の１つの実施形態の概略図である。 膜の１つの実施形態の概略図である。 膜の拡大断面図の概略図である。

図１は、参照のために現況技術からの知られている、膜６を有する圧力センサ１の概略断面図を示す。

図２は、本発明による圧力センサ１の１つの実施形態の概略図を示す。現況技術による図１に示す圧力センサ１からの知られている要素は、同じ参照番号を有する。

図１および図２はいずれも、膜６を有する圧力センサ１を示す。圧力センサ１は、長手方向軸Ｚと第１の半径方向軸Ｘと第２の半径方向軸Ｙとを有する円筒形状を有し、半径方向軸Ｘ、Ｙの両方は、長手方向軸Ｚに垂直であり、互いに垂直である。圧力センサ１は、センサ空間３内に配置された測定要素２を有する。センサ空間３は、支持部材４、膜６、およびジャケット５によって境界付けられる。圧力センサは、測定領域９内に存在する媒体の圧力を決定するために使用され、測定領域９は、センサ空間３の遠い側の膜６に隣接する。センサ空間３は、流体７で充填され、流体７は、測定要素２を取り囲む。センサ空間３が境界付けられているため、測定領域９内の媒体と流体７とは、分離される。

流体７は、支持部材４内のチューブ１１を介してセンサ空間３に充填される。流体７がセンサ空間４内に充填された後、チューブ１１は、キャップ１２でシールされる。１つの実施形態では、キャップ１２は、支持部材４に溶接またははんだ付けされる。当然ながら、チューブ１１は、ねじ山を有するキャップ１２と、支持部材およびガスケット内のそれぞれのねじ山とを有してシールするような別の形でシールされてもよい。１つの実施形態では、キャップ１２は、接着剤によって支持部材４に取り付けられる。

測定要素２は、支持部材４を貫通して圧力センサ１の裏面から突出する少なくとも２つの接触要素４１に電気的に接続されている。圧力センサ１の裏面は、膜６が位置する圧力センサ１の前面の反対側である。接触要素４１は、支持部材４から電気的に絶縁されている。測定要素２は、導電要素４３によって前記接触要素４１のそれぞれに接続される。測定要素２の種類に応じて、異なる数の接触要素４１および導電要素４３を使用して、測定要素２を電気的に接続することができる。

膜６は、０．００５ｍｍから０．１００ｍｍ（ｍｍはミリメートルを指す）の間の所定の厚さを有する主に円形の金属シートであり、はんだ付けまたは溶接などの材料係止を介して円形シートのリムにおいてジャケット５に接続される。ジャケット５は、材料係止または形状嵌合または圧入を介して支持部材４に接続される。

図１に示す現況技術による圧力センサ１を図２の本発明による圧力センサ１と比較すると、センサ空間３がフィラー本体８で部分的に充填されているため、センサ空間３を充填する流体７の量は、図２に示す圧力センサ１の方がはるかに少ないことを直接見ることができる。

決定されるべき測定領域９内の媒体の圧力は、膜６に作用し、膜６を通って流体７に伝達され、流体７を通って測定要素２に伝達される。流体７は通常非導電性であり、比電気抵抗は１０^１０Ωｍ以上（Ωはオームを指し、ｍはメートルを指し、１０^１０は１０の１０乗を指す）であり、圧縮率は０．５ＧＰａから１０ＧＰａ（ＧＰａはギガパスカルを指す）である。流体７の圧縮率により、媒体圧力の増加時の膜６の動きは大きくなく、圧力センサ１のすべての形状について容易に計算することができる。測定要素２は、流体７によって取り囲まれ、流体７の圧力を決定する。

圧力センサ１の温度変化の結果、流体７の熱膨張係数により、センサ空間３内の流体７の体積は変化する。センサ空間３は、支持部材４、膜６、およびジャケット５によって境界付けられているので、流体７の圧力は変化することになり、このとき流体は、前記支持部材４、膜６、およびジャケット５に対して作用する必要無しに膨張または収縮することができない。したがって、測定要素２は、媒体圧力の変化によるものではなく、圧力センサ１の温度変化によって誘発される流体７の圧力の変化を決定する。

この温度誘発圧力変化は、本発明による圧力センサ１では減少し、その理由は、センサ空間２内に少なくとも１つのフィラー本体８を充填することによって流体７の量が減少するためである。

したがって、フィラー本体８の体積熱膨張係数は、流体７の体積熱膨張係数よりも著しく低くなければならない。フィラー本体８の満足できる熱膨張係数は、流体７の体積熱膨張係数の２５％未満である。

フィラー本体８は、主にセンサ空間３の形状を有し、支持部材４およびジャケット５に隣接して配置され、フィラー本体８とジャケット５との間、およびフィラー本体８と支持部材４との間に流体７が充填するための０．１ｍｍ未満の空間の隙間を残す。円筒形圧力センサ１の場合、センサ空間３は円筒形であり、フィラー本体８は主に円筒形である。

フィラー本体８は、圧力センサ１の機能を妨げず、したがって、図３、図４、および図８に示すように、測定要素２のための隙間８２、各導電要素のための隙間８３、および各接触要素のための隙間８１を有する。隙間８１、８２、８３は、それぞれの測定要素２、導電要素４３、および接触要素４１に最もよく適合するように作られる。これは複合形状のフィラー本体８をもたらすことができ、この場合、隙間８１、８２、８３はフィラー本体８から彫り込まれ、膜６に面するフィラー本体表面から支持要素４に面するフィラー本体表面までフィラー本体８を通過しない。

圧力センサ１の瞬間的に好ましい実施形態では、図３、図４、および図８に示すように、少なくとも２つのフィラー本体部分８ａ、８ｂがフィラー本体８を形成する。これにより、その有益な効果を維持しながら、フィラー本体８の費用効果の高い製造が可能になる。フィラー本体８は、図２の２つに分割されたフィラー本体８に一例として示すように、両方とも円筒形状を有し、長手方向軸に沿って積み重ねられた少なくとも２つの部分８０に分割される。

第１のフィラー本体部分８ａは、支持部材４に隣接して配置されている。この第１のフィラー本体部分８ａは、図４および図５に示すように、測定要素２のための隙間８２と、各接触要素４１のための１つの隙間８１とを有する。第１のフィラー本体部分８０の厚さは、第１のフィラー本体部分８０から膜６までの距離が、膜６から接触要素４１までの距離または測定要素２から膜６までの距離のいずれか長い方の距離よりも長くなるようなものである。接触要素４１のための隙間８１および測定要素２のための隙間８２は、互いに分離されている。長手方向軸Ｚに沿ったすべての平面について、長手方向軸Ｚに垂直な平面内で直線が１つの隙間８１、８２、８３に到達できない場合、２つの隙間８１、８２、８３が分離される。

第２のフィラー本体部分８０は、第１のフィラー本体部分８０と膜６との間に配置され、センサ空間３を膜６近くまで充填する。第２のフィラー本体部分８０と膜６との間の残りの空隙は、膜６が測定要素２に向かって移動している最大量よりも少なくとも０．０５ｍｍ大きくなるように選択される。膜６が測定要素２に向かって移動している量は、センサ空間３の寸法、膜の寸法および流体７の熱膨張係数、流体７の圧縮率および圧力センサ１が承認されている測定領域９内の媒体の最大許容圧力から容易に計算することができる。

第２のフィラー本体部分８０は、測定要素２のための隙間８２と、各接触要素４１のための１つの隙間８１とを有する。導電要素４３は、膜６に面する導電要素４３の端面と膜６に面する測定要素２の表面との間に配置され、したがって、第２のフィラー本体部分８０は、長手方向軸Ｚの同じ軸切片に配置される。第２のフィラー本体部分８０の場合、接触要素４１のための各隙間８１は、導電要素４３のための隙間８３を有さない第１のフィラー本体部分８０とは対照的に、導電要素４３のための隙間８３によって測定要素２のための隙間８２に接続される。各隙間８１、８２、８３は、それぞれのセンサ、導電または接触要素２、４１、４３および追加量の流体７で充填される。したがって、フィラー本体部分８０内にそれぞれの要素に必要な隙間８１、８２、８３のみを有することにより、センサ空間３を充填するのに必要な流体７の量が減少する。

第１のフィラー本体部分８０および第２のフィラー本体部分８０内のすべての隙間８１、８２、８３は、それぞれのフィラー本体部分８０を、膜６に面するその表面から支持要素４に面するその表面まで通り抜ける。貫通孔としての隙間８１、８２、８３の生成は、フィラー本体８の複合形状の彫り込みよりもはるかに容易である。したがって、フィラー本体８の少なくとも２つに分割された実施形態は、フィラー本体８を通り抜ける端から端までの隙間を備えて製造するのが容易で費用効果が高く、各フィラー本体部分８０は、最小限の隙間８１、８２、８３を備えて製造することができ、したがって、センサ空間３を充填するのに必要な流体７の量を減少させることができる。

好ましい実施形態では、少なくとも１つのフィラー本体８は、セラミックまたはガラス材料からなる。セラミックおよびガラス材料は、熱膨張係数が低い。さらに、適切な幾何学的形状のフィラー本体８の生成は、セラミック、結晶およびガラス材料を用いて、例えばフライス加工または研削によって容易に達成される。加えて、セラミックおよびガラス材料は、高い電気抵抗を有し、接触要素４１間の漏れ電流または短絡のリスクを低下させ、したがって欠陥製品の量を低減し、最終的に製造コストを低減する。

圧力センサ１の１つの実施形態では、膜６に最も近いフィラー本体８は、膜６に面する表面上に図７および図８に示すように、凹形状８５を特徴とする。膜に最も近いフィラー本体８が２つ以上のフィラー本体部分８０によって形成される場合、膜６に最も近いフィラー本体部分８０は、膜６に面する表面上に凹形状８５を特徴とすることが理解される。膜６が測定領域９内の媒体の圧力の変化時に移動すると、膜６の内側領域６１は、膜６がジャケット５に接続されている外側領域６２よりも長い距離で転位する。膜６が測定要素２に向かって移動するとき、膜６は、図８に示すように、フィラー本体８と衝突しなくてもよい。膜６に面するフィラー本体８の表面の凹形状８５により、膜６がフィラー本体８と衝突することなく移動することができ、その間膜６に対するフィラー本体８の最も近い距離は、１ｍｍ未満、好ましい実施形態では０．５ｍｍ以下であり得ることが確実にされる。

圧力センサ１の現在好ましい実施形態では、凹形状８５は、円錐形状である。そのような形状は、旋盤加工またはフライス加工または研削によって容易に形成される。したがって、円錐形状を有する凹形状８５を有するフィラー本体８の製造は、費用効果が高い。

膜６に面するフィラー本体８の表面の凹形状８５は、膜６の任意の補剛領域６５が測定要素２に向かって突出することを可能にするように理想的に適合され、したがって前記態様の両方を相互に関連付けることに留意されたい。

上記で説明した圧力センサ１は、以下の工程を実行して組み立てられる。
ａ．測定要素２は、形状嵌合または圧入または材料係止によって支持部材４に接続される。
ｂ．第１のフィラー本体部分８０は、測定要素２が測定要素２のための隙間８２内に配置され、接触要素４１が接触要素４１のための隙間８１内に配置されるように、支持部材４に隣接して置かれる。
ｃ．導電要素４３は、形状嵌合または圧入または材料係止によってそれぞれの接触要素４１に接続される。導電要素４３は、形状嵌合または圧入または材料係止によって測定要素２に接続される。
ｄ．第２のフィラー本体部分８０は、測定要素２が測定要素２のための隙間８２内に配置され、接触要素４１が接触要素４１のための隙間８１内に配置され、導電要素４３が導電要素４３のための隙間８３内に配置されるように、第１のフィラー本体部分８０に隣接して置かれる。

これらのステップに従うことにより、フィラー本体部分８０内に各要素に必要な隙間８１、８２、８３のみを有するフィラー本体部分８０を使用し、それによってセンサ空間３を充填するのに必要な流体７の量を低減することができながら、圧力センサ１を容易に製造することができる。

当然ながら、圧力センサ１および膜２は、別の実施形態では、長手方向軸に垂直な平面において長方形または楕円形、および長方形または楕円形の膜を有するような異なる形状を有することができる。本発明には、他の形状も同様に使用することができる。

圧力センサ１の別の実施形態では、膜６は、測定領域９から膜６に圧力が加えられたときに補剛領域６５の撓みを回避する補剛領域６５を有する。補剛領域６５は、膜６の外側領域６２の平面から測定要素２に向かって突出し、したがってセンサ空間３内の流体７の量を減少させる。この補剛領域は、膜６が移動される場合に６ｍｍ以下の小さい直径を有する膜６に対して特に起こり得るクリッカ挙動を防止する。流体７の熱膨張による温度変化時に膜６の動きが起こり得るため、補剛領域６５は、測定要素２によって決定される圧力に対する圧力センサ１の温度変化の影響を効果的に低減している。さらに、測定要素２に向かって突出する補剛領域６５は、センサ空間３を減少させ、したがって、センサ空間３を充填するのに必要な流体７の量を減少させる。したがって、補剛領域６５は、測定要素２によって決定される圧力に対する圧力センサ１の温度変化の影響を効果的に低減する。

圧力センサ１の１つの実施形態では、補剛領域６５は、膜６の内側領域６１内にあり、膜６の表面の一部は、例えばスタンピングまたは展伸によって、膜６の外側領域６２の平面に対して垂直にシフトされる。そのような膜６は、平坦な金属シートから容易に製造可能である。スタンピングまたは展伸は、そのような金属シートに構造を導入する費用効果の高い方法である。金属シートの構造化はその安定性を高めることが知られている。

圧力センサ１の別の実施形態では、膜６の厚さは、膜６の表面に対して垂直に測定した場合に一定であり、一定とは、厚さが膜６の厚さの２０％未満の厚さ公差で一定であると理解される。膜６の厚さを一定に維持することにより、膜６の均一な動きが確実にされる。例えば、円形膜６では、円形膜６の同じ半径上にあるすべての点は、膜６が移動しているときに同じ距離だけ移動するはずである。厚さが膜６にわたって、特に同じ半径で一定でない場合、クリッカ挙動が起こりやすく、その結果、流体７の体積の温度で誘発された変化時に測定要素２によって決定される圧力の突然の変化およびその結果として膜６の動きが生じる。

圧力センサ１の別の実施形態では、膜６は、外側領域６２、少なくとも１つの中間領域６３、および内側領域６１を有する。膜６内の膨出部６６ａは、外側領域６２を中間領域６３から分離する。膜６内の別の膨出部６６ｂは、中間領域６３を内側領域６１から分離する。膨出部６６ａ、６６ｂは可撓性であり、可撓性ジョイントとして作用する。内側領域６１は、外側領域６２に対してシフト可能である。

通常、不透過膜６は、流体７に圧力変化を導入せずにセンサ空間３内の流体７の体積の変化を許容しない。可撓性がない膜、例えば厚さ数ミリメートルの金属シートは、移動されることに対して作用するので、厚さ数十マイクロメートルのみの薄い膜６の動きよりも、厚さ数ミリメートルの金属シートの動きにははるかに高い圧力が必要とされる。しかし、図１の膜６’の変形を示す破線によって示すように、厚さ数十マイクロメートルの平坦な膜は、球形ドーム状に変形する。現況技術による膜６’のこの球形ドームの変形は、材料に高い応力をかけることによって膜を摩耗させ、したがって膜の故障の理由となるため、不利である。膜６の可撓性をこれより高くすることにより、流体７の圧力のはるかに小さい増加を伴う流体７の温度変化時に、流体７がその体積を変化させることを可能にする。膜６の可撓性は、本発明の１つの実施形態では、図２、図８および図９に示すように、少なくとも２つの膨出部６６を膜６に導入することによって高められる。膨出部６６は、そうでなければ平坦な金属シートの永久変形であり、膨出部６６の金属は、金属シートの平面から外れて転位される。金属シートの平面から膨出部６６の転位した金属までの最大距離は、膨出部６６の底部と呼ばれる。膨出部６６は、膨出部６６の底部が金属シートの平面に対して垂直にシフトした平面内に閉じた線を形成するように導入される。金属シートの平面に垂直であり、かつ膨出部６６の底部の閉じた線に垂直な断面では、連続的に微分可能関数のように成形され、形状の線は、約９０°にわたって金属シートの平面から外に負の曲率を辿り、この負の曲率は、約１８０°の正の曲率に滑らかに移行し、この正の曲率は、約９０°の負の曲率に滑らかに移行する。曲率半径は、結果として線が金属シートの平面内に戻るように選択される。

そのような膨出部６６は、金属のシート、この場合は膜６を既存の曲率に沿って容易にさらに曲げることができるので、可撓性ジョイントとなる。したがって、膨出部６６を導入することは、流体７の温度変化による流体７の体積の変化時の膜６の動きに有益であり、その理由は、動きがより定められ、平坦な金属シートにしばしば起こるクリッカ挙動のリスクが低減されるためである。これは、膜６の動きが測定領域内の圧力変化による場合にも有益である。

特に６ｍｍ以下の小直径を有する膜では、２つの膨出部６６が最も有益であることが分かっている。ここで、膜６は、平坦な外側領域６２、平坦な内側領域６１、および平坦な中間領域６３を有し、これらはすべて同じ平面内にある。内側領域６１内の任意選択の補剛領域６５は、次の説明と矛盾せず、補剛領域６５を有する内側領域６１は、便宜上、依然として平坦であるように見える。外側領域６２および中間領域６３は、膨出部６６によって分離される。中間領域６３および内側領域６１は、膨出部６６によって分離される。中間領域６３は、１つの実施形態では、図６および図７および図９に示すように、外側領域６２と同じ平面上にある、２つの膨出部６６の間に成形された線のみであってもよい。

図９は、明確にするためにセンサの他の要素を省略して、膜のみを示す。流体７の温度変化時のセンサ空間３内の流体７の体積の変化時、外側領域６２と中間領域６３との間の膨出部６６は、中間領域６３の平面外への動きを可能にする。図９内の点線は、流体７の温度の低下時に流体７の体積が減少するときの膜６’’を示す。図９の破線は、流体７の温度の上昇時に流体７の体積が増加するときの膜６’を示す。中間領域６３の平面は、外側領域６２の平面と平行のままである。中間領域６３と内側領域６１との間の膨出部６６は、内側領域６１が中間領域６３よりもさらに平面外に移動することを可能にする。中間領域６３の平面は、外側領域６２の平面と平行のままである。２つの膨出部６６により、内側領域６１は、外側領域６２に対してピストン様の形でシフト可能であり、動きを安定した再現性のあるものにする。したがって、流体７の体積の温度で誘発された変化時、内側領域６１の移動は容易に達成され、２つの膨出部６６を有する膜６の高い可撓性により、流体７の圧力増加を最小限にする。

任意選択の補剛領域６５は、内側領域６１に追加の剛性を導入することによってピストン様挙動を支持し、したがって前記態様の両方を相互に関連付けることに留意されたい。

当然ながら、追加の中間領域６３を有して、３つ以上の膨出部６６を有する膜６が考えられてもよい。しかし、外側領域６２に対する内側領域６１の動きは、一定ではなく、定められておらず、それによって流体７の温度で誘発された体積変化時に流体７の圧力の突然の変化をもたらし得る。しかし、流体７の圧力上昇は、膜６内の膨出部６６がない場合よりも依然として低い。

膨出部６６は、スタンピングまたは展伸によって膜６に導入される。膨出部６６のような構造を、膜６のような金属シートにスタンピングまたは展伸するプロセスは、費用効果が高く、膜６の製造プロセスに容易に導入することができる。

膨出部６６を有する膜６の厚さは、膜６の表面に対して垂直に測定した場合に依然として一定であり、一定とは、厚さが膜６の厚さの２０％未満の厚さ公差で一定であると理解される。

圧力センサ１の測定要素２は、ピエゾ電気測定素子、ピエゾ抵抗測定素子、歪ゲージのいずれであってもよい。当然ながら、当業者はまた、容量変化または測定要素２の２つの要素間の距離の変化が圧力に比例する測定要素２を選択することもできる。

本発明は、膜６の最大寸法が６ｍｍ以下である圧力センサ１にとって最も重要であり、これは、これらの圧力センサ１内の膜６が１０ｍｍ以上の直径を有する膜と比較して非常に剛性が高いためである。したがって、流体７の体積の温度で誘発された変化時の流体７の圧力の増加は、直径６ｍｍ以下のそのような膜６を有する圧力センサ１においてより顕著である。

本発明による圧力センサ１は、測定領域９内の媒体１０の圧力を測定するために使用される。特に、媒体の温度およびこれに伴うセンサ空間３内の流体７の温度が変化しやすい環境では、上記で説明した圧力センサ１の使用が有益である。そのような環境は、内燃機関の内側、ガスタービン内、ガス、オイルまたは他のパイプライン内、加熱または冷却システム内、または航空宇宙および航空産業におけるものであり得る。

本発明の異なる態様および実施形態は可能な限り組み合わせることができ、上記で説明した実施形態のそのような組み合わせから生じる実施形態も本発明の一部であることが理解される。

１ センサ
２ 測定要素
３ センサ空間
４ 支持部材
４１ 接触要素
４２ 電気絶縁
４３ 導電要素
５ ジャケット
６，６’，６’’ 膜
６１ 内側領域
６２ 外側領域
６３ 中間領域
６５ 補剛領域
６６ 膨出部
７ 流体
８ フィラー本体
８ フィラー本体部分
８１ 接触要素のための隙間
８２ センサ要素のための隙間
８３ 導電要素のための隙間
８５ 凹形状
９ 測定領域
１１ チューブ
１２ キャップ
Ｘ 半径方向軸
Ｙ 半径方向軸
Ｚ 長手方向軸

Claims (14)

1. 測定領域（９）内の圧力を決定するための圧力センサ（１）であって、前記圧力センサ（１）は測定要素（２）を有し、前記測定要素（２）は、センサ空間（３）内に配置され、前記センサ空間（３）は、少なくとも支持部材（４）、膜（６）、およびジャケット（５）によって境界付けられ、前記センサ空間（３）は流体（７）で充填され、前記流体（７）は前記測定要素（２）を取り囲み、前記膜（６）は、前記流体（７）媒体を前記測定領域（９）から分離する、圧力センサにおいて、
   前記膜（６）が、平坦な外側領域（６２）、１つの平坦な中間領域（６３）および平坦な内側領域（６１）を有し、前記膜（６）内の膨出部（６６）が、前記外側領域（６２）を前記中間領域（６３）から分離し、前記膜（６）内の膨出部（６６）が、前記中間領域（６３）を前記内側領域（６１）から分離し、前記膨出部（６６）が、可撓性であり、可撓性ジョイントとして作用し、前記内側領域（６１）が、前記外側領域（６２）に対してピストン様の形でシフト可能であり、動きを安定した再現性のあるものにすることを特徴とする、圧力センサ。
2. 少なくとも１つのフィラー本体（８）が、前記センサ空間（３）内に配置され、前記少なくとも１つのフィラー本体（８）が、セラミックまたはガラス材料からなり、前記フィラー本体（８）が、前記流体（７）の体積熱膨張係数の２５％未満の体積熱膨張係数を有することを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサ（１）。
3. 少なくとも２つのフィラー本体部分（８０）が、フィラー本体（８）を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 少なくとも２つの接触要素（４１）が前記支持部材（４）を通過し、前記接触要素（４１）が前記支持部材（４）から電気的に絶縁され、前記測定要素（２）が、導電要素（４３）によって前記接触要素（４１）に接続されることを特徴とする、請求項３に記載の圧力センサ。
5. 第１のフィラー本体部分（８０）が、前記支持部材（４）に隣接して配置され、前記第１のフィラー本体部分（８０）が、測定要素（２）のための隙間（８２）を有し、前記第１のフィラー本体部分（８０）が、各接触要素（４１）に対して１つの隙間（８１）を有し、前記第１のフィラー本体部分（８０）について、前記接触要素（４１）のための前記隙間（８１）および前記測定要素（２）のための前記隙間（８２）が、別のものから分離され、第２のフィラー本体部分（８０）が、前記第１のフィラー本体部分（８０）と前記膜（６）との間に配置され、前記第２のフィラー本体部分（８０）が、測定要素（２）のための隙間（８２）を有し、前記第２のフィラー本体部分（８０）が、各接触要素（４１）のための１つの隙間（８１）を有し、前記第２のフィラー本体部分（８０）について、接触要素（４１）のための各隙間（８１）が、導電要素（４３）のための隙間（８３）によって前記測定要素（２）のための前記隙間（８２）に接続されることを特徴とする、請求項３に記載の圧力センサ（１）。
6. 前記少なくとも１つのフィラー本体（８）が、結晶性材料からなることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
7. 前記膜（６）に最も近い前記フィラー本体（８）が、前記膜（６）に面する表面上に凹形状（８５）を特徴とすることを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
8. 前記膜（６）および前記ジャケット（５）は、前記膜（６）の外側領域（６２）で接続されており、前記膜（６）が、前記測定領域（９）から前記膜（６）に圧力が加えられたときに補剛領域（６５）の撓みを回避する前記補剛領域（６５）を有し、前記補剛領域（６５）が、前記膜（６）の外側領域（６２）の平面から前記測定要素（２）に向かって突出し、したがって前記センサ空間（３）内の流体（７）の量を減少させることを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサ（１）。
9. 前記補剛領域（６５）が、前記膜（６）の内側領域（６１）内の領域であり、前記膜（６）の表面の一部は、例えばスタンピングまたは展伸によって前記膜の外側領域（６２）の平面に対して垂直にシフトされることを特徴とする、請求項８に記載の圧力センサ（１）。
10. 前記膜（６）の厚さが、前記膜（６）の表面に対して垂直に測定したときに一定であり、一定とは、前記厚さが、前記膜（６）の前記厚さの２０％未満の厚さ公差で一定であると理解されることを特徴とする、請求項８または９に記載の圧力センサ（１）。
11. 前記膨出部（６６）が、スタンピングまたは展伸によって前記膜（６）に導入され、前記膜（６）の厚さが、前記膜（６）の表面に対して垂直に測定したときに一定であり、一定とは、前記厚さが、前記膜（６）の前記厚さの２０％未満の厚さ公差で一定であると理解されることを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサ（１）。
12. 前記測定要素（２）が、ピエゾ電気測定素子またはピエゾ抵抗測定素子またはひずみゲージであり、前記膜（６）の最大寸法が、６ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
13. 測定領域（９）内の媒体（１０）の圧力を測定するための、請求項１から１２のいずれか一項に記載の圧力センサ（１）の使用。
14. 請求項５から７のいずれか一項に記載の圧力センサ（１）を部分的に組み立てるための方法であって、以下のステップが実行され、
    ａ）前記測定要素（２）が、形状嵌合または圧入または材料係止によって前記支持部材（４）に接続され、
    ｂ）前記第１のフィラー本体部分（８０）が、前記測定要素（２）が前記測定要素（２）のための前記隙間（８２）内に配置され、前記接触要素（４１）が前記接触要素（４１）のための前記隙間（８１）内に配置されるように前記支持部材（４）に隣接して置かれ、
    ｃ）前記導電要素（４３）が、形状嵌合または圧入または材料係止によって前記それぞれの接触要素（４１）に接続され、前記導電要素（４３）が、形状嵌合または圧入または材料係止によって前記測定要素（２）に接続され、
    ｄ）前記第２のフィラー本体部分（８０）が、前記測定要素（２）が前記測定要素（２）のための前記隙間（８２）内に配置され、前記接触要素（４１）が前記接触要素（４１）のための前記隙間（８１）内に配置され、前記導電要素（４３）が前記導電要素（４３）のための前記隙間（８３）内に配置されるように前記第１のフィラー本体部分（８０）に隣接して置かれる
    ことを特徴とする方法。

Images