Drucksensor für abrasive Medien Pressure sensor for abrasive media
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zur statischen und/oder dynamischen Druckmessung, mit einer Druckmesszelle, die eine sich über einem Grundkörper erstreckende Membran aufweist, wobei eine Messseite der Membran, die dem Grundkörper gegenüber liegt, mit einem Medium gekoppelt ist, dessen Druck gemessen werden soll, wobei eine Auslenkung der Membran durch den zu messenden Druck verursacht wird und wobei die Auslenkung mittels eines elektromechanischen Wandlers, insbesondere mittels eines DMS (Dehnungsmessstreifen), der an der Membran angebracht ist, erfassbar ist, und mit einem Anschlagselement zum Schutz vor Überlastdruck.The present invention relates to a pressure sensor for static and / or dynamic pressure measurement, with a pressure measuring cell which has a membrane extending over a base body, a measurement side of the membrane, which lies opposite the base body, being coupled to a medium whose pressure is measured should, wherein a deflection of the membrane is caused by the pressure to be measured and wherein the deflection can be detected by means of an electromechanical transducer, in particular by means of a strain gauge (strain gauge) attached to the membrane, and with a stop element for protection against overload pressure.
Ein solcher Drucksensor ist aus dem Dokument DE 102 21 219 AI bekannt .
Der Drucksensor der vorliegenden Erfindung kann mit abrasiven Medien eingesetzt werden, wie sie z.B. bei der Betonverarbeitung in Betonpumpen oder bei Tunnelbohrmaschinen, Pfahlbohrmaschinen oder Schlitzfräsen auftreten. Abrasive (verschleißende) Medien enthalten in der Regel Partikel, die typischerweise hart sind, wobei die Abrasionsenergie mit zunehmender Korngröße zunimmt. Je schneller sich die Partikel bewegen, desto größer wird die Abrasion. Ein Verschleiß kann zum Ausfall von Bauteilen führen.Such a pressure sensor is known from document DE 102 21 219 AI. The pressure sensor of the present invention can be used with abrasive media, such as occur, for example, in concrete processing in concrete pumps or in tunnel boring machines, pile boring machines or slot milling machines. Abrasive (abrasive) media usually contain particles that are typically hard, with the abrasion energy increasing with increasing grain size. The faster the particles move, the greater the abrasion. Wear can lead to component failure.
Im Stand der Technik sind Drucksensoren, Druckaufnehmer und Druckmessfühler allgemein bekannt. Ein Drucksensor erfasst bei einer Druckmessung entweder den Druck direkt oder Druckunter- sσhiede und wandelt diesen bzw. diese in elektrische Signale um. Neben Druckmessdosen, die mit Dehnungsmessstreifen (DMS) oder kapazitiv, d.h. über die Änderung des Luftspaltes zwischen zwei Kondensatorplatten, bzw. induktiv arbeiten, d.h. Übertragung einer Membrandurchbiegung auf einen Tauchanker einer Spule, kennt man auch piezoelektrische Drucksensoren, die den piezoelektrischen Effekt ausnutzen, und auf dem piezoresistiven Effekt beruhende Halbleiterdrucksensoren. Bei einem Halbleiterdrucksensor sind z.B. vier p-dotierte Piezowide stände in Form einer Wheatstone-Brücke in eine n-dotierte Siliziummembran eindiffundiert oder implantiert, die ihren elektrischen Widerstand bei Verformung ändern. Dadurch ändert sich in Abhängigkeit von dem auf die Membran wirkenden Druck die an der Brücke gemessene Spannung.Pressure sensors, pressure sensors and pressure sensors are generally known in the prior art. A pressure sensor either measures the pressure directly or pressure differences during a pressure measurement and converts this or these into electrical signals. In addition to pressure transducers with strain gauges (DMS) or capacitive, i.e. change the air gap between two capacitor plates, or work inductively, i.e. Transferring a membrane deflection to a plunger armature of a coil is also known for piezoelectric pressure sensors, which use the piezoelectric effect, and semiconductor pressure sensors based on the piezoresistive effect. In a semiconductor pressure sensor e.g. four p-doped piezowide stands in the form of a Wheatstone bridge diffused or implanted in an n-doped silicon membrane, which change their electrical resistance when deformed. As a result, the voltage measured at the bridge changes depending on the pressure acting on the membrane.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor, der zur Gruppe der Druckmessdosen zu zählen ist, die mit DMS arbeiten.
Das Problem eines solchen Sensors ist u.a. die Überlastfähigkeit.The present invention relates to a pressure sensor that belongs to the group of pressure measuring cells that work with strain gauges. One of the problems with such a sensor is overload capability.
DMS-Drucksensoren weisen üblicherweise eine zylindrische Druckmesszelle auf, die aus einem Grundkörper und einer Membran besteht, die durch ein Verbindungsmaterial, z.B. ein Hartlot in einem definierten Abstand voneinander gehalten und miteinander hermetisch dicht verbunden sind. An der Innenfläche der Membran können DMS angebracht sein. Der ohmsche Widerstandswert der DMS-Widerstände ist von der Durchbiegung der Membran abhängig und stellt somit ein Maß für den an der Membran anliegenden Druck dar. Bei derartigen Drucksensoren hat der Grundkörper in der Regel eine topfförmige Gestalt, so dass sich die Membran auf der dem Medium, dessen Druck gemessen werden soll, abgewandten Seite des Grundkörpers befindet. Der Boden des Topfes wird von der Membran gebildet.Strain gauge pressure sensors usually have a cylindrical pressure measuring cell which consists of a base body and a membrane which is connected by a connecting material, e.g. a brazing solder is held at a defined distance from one another and are hermetically sealed together. Strain gauges can be attached to the inner surface of the membrane. The ohmic resistance value of the strain gauge resistors depends on the deflection of the membrane and thus represents a measure of the pressure applied to the membrane. In the case of such pressure sensors, the base body generally has a cup-shaped shape, so that the membrane rests on the medium whose pressure is to be measured is located on the side of the base body facing away. The bottom of the pot is formed by the membrane.
Unabhängig von der Art des Messprinzips besteht bei den bekannten Drucksensoren das Problem, dass die Membran bei Überlastdruck, d.h. Überdrücken, mechanisch beschädigt werden kann. Beschädigungen treten insbesondere dann auf, wenn Schläge oder Drücke nicht zentrisch auf die Membran aufgebracht werden, wie z.B. durch größere Steine in einem Betongemisch. Ferner kann es zu einer nachteiligen Verschiebung des Nullpunkts des Sensors kommen .Regardless of the type of measurement principle, there is the problem with the known pressure sensors that the membrane at overload pressure, i.e. Press over, can be mechanically damaged. Damage occurs particularly when impacts or pressures are not applied centrally to the membrane, e.g. through larger stones in a concrete mix. Furthermore, there may be a disadvantageous shift in the zero point of the sensor.
Eine bekannte praktische Lösung dieses Problems ist es, die Dicke der Membran entsprechend zu vergrößern. Da der Berstdruck, d.h. der Druck, bei dem die Membran mechanisch zerstört wird, u.a. von der Dicke der Membran abhängt, kann durch eine Erhöhung der Dicke der Membran der maximale Berstdruck auf
einfache Art und Weise ebenfalls erhöht werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass mit der Erhöhung der Dicke der Membran gleichzeitig die Auslenkung der Membran bei Nenndruck, d.h. bei dem von dem Drucksensor zu messenden Druck des Mediums, verringert wird. Somit ist im Stand der Technik die Erhöhung des Berstdrucks der Membran durch eine Verringerung der Messgenauigkeit, d.h. der maximalen Auflösung des Drucksensors, bedingt.A known practical solution to this problem is to increase the thickness of the membrane accordingly. Since the bursting pressure, ie the pressure at which the membrane is mechanically destroyed, depends, inter alia, on the thickness of the membrane, the maximum bursting pressure can be increased by increasing the thickness of the membrane simple way can also be increased. The disadvantage here, however, is that with the increase in the thickness of the membrane, the deflection of the membrane at the nominal pressure, ie at the pressure of the medium to be measured by the pressure sensor, is simultaneously reduced. Thus, in the prior art the increase in the bursting pressure of the membrane is due to a reduction in the measurement accuracy, ie the maximum resolution of the pressure sensor.
Die DE 102 21 219 AI löst dieses Problem, indem die Dicke der Membran verringert wird und auf der dem Medium abgewandten Seite der Membran mindestens ein Abstützelement angeordnet ist, wobei das Abstützelement mit einem Abstand von der Membran angeordnet bzw. so ausgebildet ist, dass die Membran bei Überlast an dem Abstützelement oder an Teilen des Abstützelements zumindest teilweise anliegt. Die aufgrund der geringeren Dicke der Membran bei Überlast normalerweise auftretende Durchbiegung, die zur Zerstörung der Membran führt, wird dadurch verhindert, dass sich die Membran vorher an dem Abstützelement abstützt, wodurch die maximale Durchbiegung der Membran auf einen Wert begrenzt wird, bei dem es noch nicht zu einer Zerstörung der Membran kommt. Mit einem solchen Drucksensor lassen sich Drücke bis zu 25 bar messen.DE 102 21 219 AI solves this problem by reducing the thickness of the membrane and at least one support element being arranged on the side of the membrane facing away from the medium, the support element being arranged at a distance from the membrane or being designed such that the Membrane at least partially abuts the support element or parts of the support element in the event of an overload. The deflection that normally occurs due to the reduced thickness of the membrane during overload and leads to the destruction of the membrane is prevented by the membrane being supported on the support element beforehand, as a result of which the maximum deflection of the membrane is limited to a value at which it is still the membrane is not destroyed. With such a pressure sensor, pressures up to 25 bar can be measured.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der sowohl eine große Überlast- bzw. Berstfestigkeit aufweist, als auch ein möglichst großes Messsignal vorsieht und damit eine möglichst große Auflösung ermöglicht, wobei auch sehr hohe Drücke messbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird mit einem Drucksensor der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Messseite so mit einem Druckkopplungselement gekoppelt ist, dass zwischen der Messseite und dem Druckkopplungselement ein Hohlraum ausgebildet ist, in dem das Anschlagselement derart angeordnet ist, dass das Anschlagselement in Richtung einer druckmessverursachten Auslenkung der Membran ein Spiel aufweist, so dass über das Druckkopplungselement ab einem Überlastdruck das Anschlagselement an die Membran in einem Bereich des Grundkörpers anschlägt, um eine weitere Auslenkung der Membran zu verhindern.The invention has for its object to provide a pressure sensor of the type mentioned, which has both a high overload or burst strength, and also provides the largest possible measurement signal and thus enables the greatest possible resolution, with very high pressures should be measurable , This object is achieved with a pressure sensor of the type mentioned at the outset, the measuring side being coupled to a pressure coupling element in such a way that a cavity is formed between the measuring side and the pressure coupling element, in which the stop element is arranged such that the stop element in the direction of a deflection caused by the pressure measurement of the membrane has a play, so that the stop element strikes the membrane in an area of the base body via the pressure coupling element from an overload pressure in order to prevent further deflection of the membrane.
Das Vorsehen eines Druckkopplungselements zur Übertragung des zu messenden Drucks ermöglicht einen besseren Schutz der Membran. Die Membran kommt nicht mehr selbst mit dem zu messenden Medium in Berührung. Das Druckkopplungselement wird auf der Seite der Membran vorgesehen, die im Stand der Technik mit dem Medium in Berührung kam. Das Kopplungselement ist so ausgebildet, dass sich ein Hohlraum zwischen dem Kopplungselement und der Membran bildet, der ein Anschlagselement aufnehmen kann. Das Anschlagselement begrenzt die maximale Auslenkung der Membran. Der Verschleiß, der durch das Medium verursacht wird, tritt nicht mehr an der Membran, sondern am Kopplungselement auf. Das Kopplungselement kann im Falle einer Beschädigung oder eines Verschleißes ausgetauscht werden, ohne die Druckmesszelle austauschen zu müssen.The provision of a pressure coupling element for transmitting the pressure to be measured enables better protection of the membrane. The membrane no longer comes into contact with the medium to be measured. The pressure coupling element is provided on the side of the membrane that came into contact with the medium in the prior art. The coupling element is designed such that a cavity is formed between the coupling element and the membrane, which can accommodate a stop element. The stop element limits the maximum deflection of the membrane. The wear caused by the medium no longer occurs on the membrane, but on the coupling element. In the event of damage or wear, the coupling element can be replaced without having to replace the pressure measuring cell.
Es ist bevorzugt, wenn das Druckkopplungselement einstückig mit der Membran ausgebildet ist.It is preferred if the pressure coupling element is formed in one piece with the membrane.
Eine einstückige Ausführung des Druckkopplungselements mit der Membran gewährleistet eine sichere Druckübertragung. Die Her-
Stellung wird vereinfacht, da eine so gebildete Einheit einfach herstellbar ist, z.B. kann sie gegossen werden. Alternativ kann sie auch spanend herstellt werden.A one-piece design of the pressure coupling element with the membrane ensures reliable pressure transmission. The Her Position is simplified since a unit formed in this way is easy to manufacture, for example it can be cast. Alternatively, it can also be machined.
Weiter ist es bevorzugt, wenn (auch) der Grundkörper einstückig mit der Membran ausgebildet ist.It is further preferred if (also) the base body is formed in one piece with the membrane.
Auch hier ergeben sich die oben genannten Vorteile bei der Herstellung. Ferner erhöht sich die Berstfestigkeit der Druckmesszelle.Here, too, there are the advantages mentioned above in the manufacture. The burst strength of the pressure measuring cell also increases.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Grundkörper, die Membran, das Anschlagselement und das Druckkopplungselement rotationssymmetrisch, insbesondere zylindrisch, ausgebildet sind.It is particularly advantageous if the base body, the membrane, the stop element and the pressure coupling element are designed to be rotationally symmetrical, in particular cylindrical.
Auch durch diese Maßnahme vereinfacht sich der Herstellungspro- zess, da eine solche Einheit z.B. einfach auf einer Drehbank herstellbar ist.This measure also simplifies the manufacturing process, since such a unit e.g. is easy to manufacture on a lathe.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform koppeln das Druckkopplungselement 28 und die Membran 16 entlang der Rotationsachse.According to a preferred embodiment, the pressure coupling element 28 and the membrane 16 couple along the axis of rotation.
Die Rotationsachse stellt den Mittelpunkt der Membran dar. Eine Druck- bzw. Kraftübertragung auf den Mittelpunkt der Membran gewährleistet ein hohes Ansprechvermögen des Drucksensors, da bereits kleinste Kräfte zu einer Auslenkung der Membran führen. Selbst wenn die druckverursachte Kraft nicht zentrisch auf das Druckkopplungselement wirkt, wird die Kraft dennoch zentrisch auf die Membran übertragen.
Vorzugsweise weist das Druckkopplungselement einen T-förmigen Querschnitt entlang der Rotationsachse auf.The axis of rotation represents the center of the membrane. A pressure or force transmission to the center of the membrane ensures a high response of the pressure sensor, since even the smallest forces lead to a deflection of the membrane. Even if the pressure-induced force does not act centrally on the pressure coupling element, the force is nevertheless transmitted centrally to the membrane. The pressure coupling element preferably has a T-shaped cross section along the axis of rotation.
Von Vorteil ist auch, wenn der Hohlraum zumindest im Bereich des Grundkörpers vorgesehen ist.It is also advantageous if the cavity is provided at least in the area of the base body.
Diese Maßnahme unterstützt den Schutz vor Überlast (Druck) . Eine Kraft, die für die Membran zu groß wäre und zu deren Zerstörung führen würde, wird vom Kopplungselement auf das Anschlagselement übertragen, das an den Grundkörper der Druckmesszelle anschlägt. Somit kann die Membran nicht über eine maximale (zulässige) Auslenkung beansprucht werden.This measure supports protection against overload (pressure). A force that would be too great for the membrane and would lead to its destruction is transmitted from the coupling element to the stop element, which strikes the base body of the pressure measuring cell. This means that the membrane cannot be subjected to a maximum (permissible) deflection.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Anschlagselement ringförmig ausgebildet, so dass das Druckkopplungselement zum Koppeln mit der Membran durch das Anschlagselement hindurchgreift.According to a further preferred embodiment, the stop element is of annular design, so that the pressure coupling element reaches through the stop element for coupling to the membrane.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine der Membran gegenüberliegende Fläche des Anschlagselements kleiner als eine dem Druckkopplungselement gegenüberliegende Fläche ist.Furthermore, it has proven to be advantageous if an area of the stop element opposite the membrane is smaller than an area opposite the pressure coupling element.
Durch diese Maßnahme wird der Überlastschutz zusätzlich verstärkt. Unabhängig vom Ort der Kraftausübung auf das Druckkopplungselement wird die (Überlast-) raft in Richtung des Grundkörpers geleitet.This measure further increases the overload protection. Regardless of the location of the force exerted on the pressure coupling element, the (overload) raft is directed in the direction of the base body.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektromechani- sche Wandler ein DMS.
Mit einem DMS lassen sich kleinste Verformungen in ein elektrisches Signal umwandeln. Diese Maßnahme fördert das Ansprechverhalten sowie das Auflösungsvermögen des Drucksensors.According to a preferred embodiment, the electromechanical converter is a strain gauge. With a strain gauge, the smallest deformations can be converted into an electrical signal. This measure promotes the response behavior and the resolving power of the pressure sensor.
Es wird außerdem bevorzugt, wenn der DMS auf der der Messseite gegenüberliegenden Seite der Membran angeordnet ist.It is also preferred if the strain gauge is arranged on the side of the membrane opposite the measurement side.
Dadurch wird der DMS vor Zerstörung durch das Medium geschützt, dessen Druck gemessen werden soll. Sollte es zu einer Zerstörung oder Beschädigung des Druckkopplungselements kommen, so dass das Medium in Richtung der Membran vordringen kann, so ist der elektromechanische Wandler weiterhin vor Zerstörung geschützt.This protects the strain gauge from being destroyed by the medium whose pressure is to be measured. If the pressure coupling element is destroyed or damaged so that the medium can penetrate in the direction of the membrane, the electromechanical transducer is still protected against destruction.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Drucksensor ein Gehäuse mit einer Ausnehmung aufweist, in der die Druckmesszelle und das Druckkopplungselement angeordnet sind.It is further preferred if the pressure sensor has a housing with a recess in which the pressure measuring cell and the pressure coupling element are arranged.
Auf diese Weise wird die Druckmesszelle vor Beschädigung und Zerstörung durch das Medium geschützt.In this way, the pressure measuring cell is protected from damage and destruction by the medium.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt das Druckkopplungselement die Ausnehmung flächig gegenüber dem Medium ab, dessen Druck gemessen werden soll.According to a further preferred embodiment, the pressure coupling element closes off the recess areally with respect to the medium whose pressure is to be measured.
Eine flächige Abdeckung der Ausnehmung durch das Druckkopplungselement ermöglicht es, dass der Druσksensor z.B. seitlich an eine Leitung angebracht wird, die das zu messende Medium führt. Durch den flächigen Abschluss kommt es zu keinerlei Widerstand, der den Fluss in der Leitung hemmen oder stören
könnte. Die Funktionsweise des Drucksensors bleibt jedoch erhalten.A flat covering of the recess by the pressure coupling element makes it possible for the pressure sensor to be attached, for example, to the side of a line which carries the medium to be measured. Due to the flat termination there is no resistance that can inhibit or disturb the flow in the line could. However, the functionality of the pressure sensor is retained.
Ferner ist es bevorzugt, wenn zwischen dem Gehäuse und dem Druckkopplungselement zumindest eine Dichtung vorgesehen ist, um die Druσkmesszelle gegenüber dem Medium zu schützen, dessen Druck gemessen werden soll.It is further preferred if at least one seal is provided between the housing and the pressure coupling element in order to protect the pressure measuring cell against the medium whose pressure is to be measured.
Eine solche Dichtung hat zweierlei Funktion. Zum einen hält sie das Druckkopplungselement der mehrteiligen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors, bei der die Druckmesszelle und das Druckkopplungselement nicht einstückig miteinander ausgebildet sind, fest. Zum anderen verhindert die Dichtung ein Eindringen des Mediums in Richtung der Druckmesszelle.Such a seal has two functions. On the one hand, it holds the pressure coupling element of the multi-part embodiment of the pressure sensor according to the invention, in which the pressure measuring cell and the pressure coupling element are not integrally formed with one another. On the other hand, the seal prevents the medium from penetrating in the direction of the pressure measuring cell.
Vorzugsweise sind die Höhe und Breite des Hohlraums so gewählt, dass das Druckauflösungsvermögen möglichst groß ist, ohne dass die Membran eine vorgegebene Berstfestigkeit unterschreitet.The height and width of the cavity are preferably selected so that the pressure resolution is as large as possible without the membrane falling below a predetermined burst strength.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das ringförmige Anschlagselement einen Schlitz aufweist.It is further preferred if the annular stop element has a slot.
Die schlitzförmige Unterbrechung des Rings ermöglicht einen einfachen Einbau des Rings bzw. des Anschlagselements in den Hohlraum zwischen dem Druckkopplungselement und der Membran, insbesondere beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Drucksensors .The slot-shaped interruption of the ring enables the ring or the stop element to be easily installed in the cavity between the pressure coupling element and the membrane, in particular when assembling the pressure sensor according to the invention.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below not only in the respectively specified combination but also in other combinations or can be used alone without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung entlang einer Längsachse;1 shows a sectional view through a pressure sensor according to the present invention along a longitudinal axis;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines ausgewählten Bereichs des Drucksensors der Fig. 1; undFig. 2 is an enlarged view of a selected area of the pressure sensor of Fig. 1; and
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht des Anschlagselements, wie es bei dem Drucksensor der Fig. 1 verwendet wird.Fig. 3 is a schematic perspective view of the stop element, as used in the pressure sensor of Fig. 1.
Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.The pressure sensor according to the present invention is generally designated with reference number 10 below.
In Fig. 1 ist ein Drucksensor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch in Form einer Schnittansicht entlang einer Längs- bzw. Rotationsachse R dargestellt. Es versteht sich, dass die Ro ationsSymmetrie optional ist.In Fig. 1, a pressure sensor 10 according to the present invention is shown schematically in the form of a sectional view along a longitudinal or rotational axis R. It goes without saying that the ro ation symmetry is optional.
Der Drucksensor 10 weist eine Druckmesszelle 12 auf. Die Druckmesszelle 12 umfasst einen Grundkörper 14 und eine Membran 16. Der Grundkörper 14 und die Membran 16 können einstückig oder zweiteilig ausgebildet sein, wie durch punktierte Linien angedeutet, und bilden eine topfförmige Druckmesszelle 12. In der Ansicht der Fig. 1 ist die topfförmige Druckmesszelle 12 nach
oben offen, wobei der Boden des Topfs durch die Membran 16 gebildet ist.The pressure sensor 10 has a pressure measuring cell 12. The pressure measuring cell 12 comprises a base body 14 and a membrane 16. The base body 14 and the membrane 16 can be formed in one piece or in two parts, as indicated by dotted lines, and form a pot-shaped pressure measuring cell 12. In the view in FIG. 1, the pot-shaped pressure measuring cell 12 after open at the top, the bottom of the pot being formed by the membrane 16.
Die Druckmesszelle 12 kann in ein Gehäuse 18 eingesetzt werden, weshalb das Gehäuse 18 eine entsprechend geformte Ausnehmung 19 aufweist. Die Ausnehmung 19 kann in Form einer Mittelbohrung entlang der Achse R vorgesehen sein.The pressure measuring cell 12 can be inserted into a housing 18, which is why the housing 18 has a correspondingly shaped recess 19. The recess 19 can be provided in the form of a central bore along the axis R.
Das Medium, dessen Druck gemessen werden soll, ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Mit Hilfe eines Pfeils 20 ist jedoch eine Richtung einer Kraft veranschaulicht, die durch den Druck des Mediums verursacht wird. Der Pfeil bzw. die Kraftrichtung 20 ist im Beispiel der Fig. 1 parallel zur Achse R orientiert. Eine Auslenkung der Membran 16 erfolgt ebenfalls in Richtung des Pfeils 20, d.h. parallel zur Achse R. Dabei wirkt die Kraft 20 auf eine Messseite 22 der Membran 16.The medium, the pressure of which is to be measured, is not shown in FIG. 1. However, an arrow 20 illustrates a direction of a force that is caused by the pressure of the medium. The arrow or the direction of force 20 is oriented parallel to the axis R in the example of FIG. 1. The membrane 16 is also deflected in the direction of the arrow 20, i.e. parallel to the axis R. The force 20 acts on a measuring side 22 of the membrane 16.
Auf der gegenüberliegenden Seite 24 der Membran 16 ist ein DMS 26 als elektromechanischer Wandler angebracht. Die Verdrahtung und die zur Auswertung eines erzeugten Messsignals erforderliche Erfass- und Auswerteeinheit sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Der DMS 26 könnte aber auch auf der Messseite 22 angebracht werden.On the opposite side 24 of the membrane 16, a strain gauge 26 is attached as an electromechanical converter. The wiring and the detection and evaluation unit required for evaluating a generated measurement signal are not shown in FIG. 1. The DMS 26 could also be attached to the measuring side 22.
Des Weiteren umfasst der Drucksensor 10 ein Druckkopplungselement 28. Das Druσkkopplungselement 28 weist im Beispiel der Fig. 1 einen T-förmigen Querschnitt auf. In der Fig. 1 ist das „T" auf den Kopf gestellt. Der tragende Balken des „T" ist entlang der Achse R nach oben orientiert und steht mit der Messseite 22 der Membran 16 in Verbindung. Der tragende Balken bzw. Stössel wird im nachfolgenden auch mit dem Bezugszeiσhen
46 bezeichnet werden. Die Verbindung zwischen dem Stössel 46 und der Messseite 22 der Membran 16 kann beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Klebers hergestellt werden. Eine lose Verbindung ist ebenfalls möglich. Das Druckkopplungselement 28 kann auch einstückig mit der Membran 16 und ggf. auch einstückig mit dem Grundkörper 14 ausgebildet sein.Furthermore, the pressure sensor 10 comprises a pressure coupling element 28. In the example of FIG. 1, the pressure coupling element 28 has a T-shaped cross section. 1, the “T” is turned upside down. The supporting bar of the “T” is oriented upwards along the axis R and is connected to the measuring side 22 of the membrane 16. The supporting beam or ram is also referred to below with the reference line 46 are referred to. The connection between the plunger 46 and the measuring side 22 of the membrane 16 can be established, for example, by means of an adhesive (not shown). A loose connection is also possible. The pressure coupling element 28 can also be formed in one piece with the membrane 16 and possibly also in one piece with the base body 14.
Die Form des Druckkopplungselements 28 ist so gewählt, dass ein Hohlraum 30 zwischen der Membran 16 und dem Druckkopplungselement 28 gebildet ist. Im Beispiel der Fig. 1 wird der Hohlraum 30 ferner durch das Gehäuse 18 begrenzt. Die Begrenzung durch das Gehäuse 18 ist jedoch nicht zwingend erforderlich.The shape of the pressure coupling element 28 is selected such that a cavity 30 is formed between the membrane 16 and the pressure coupling element 28. In the example in FIG. 1, the cavity 30 is further delimited by the housing 18. However, the limitation by the housing 18 is not absolutely necessary.
Im Hohlraum 30 ist ein ringförmiges Anschlagselement 32 vorgesehen, das mit Bezug auf Fig. 3 nachfolgend detailliert beschrieben werden wird.An annular stop element 32 is provided in the cavity 30, which will be described in detail below with reference to FIG. 3.
Das im Beispiel der Fig. 1 ringförmige Anschlagselement 32 weist einen exemplarischen Außenradius auf, der dem Außenradius der Druckmesszelle 12 und des köpfähnlichen Teils des Druckkopplungselements 28 entspricht. Der Innendurchmesser des ringförmigen Anschlagselements 32 ist hier nur geringfügig kleiner gewählt, so dass das Anschlagselement 32 hauptsächlich im radialen äußeren Bereich relativ zur Achse R im Hohlraum 30 vorgesehen ist.The ring-shaped stop element 32 in the example in FIG. 1 has an exemplary outer radius which corresponds to the outer radius of the pressure measuring cell 12 and the head-like part of the pressure coupling element 28. The inside diameter of the annular stop element 32 is chosen to be only slightly smaller here, so that the stop element 32 is mainly provided in the radial outer region relative to the axis R in the cavity 30.
Bezugnehmend auf Fig. 2, die eine vergrößerte Ansicht des Drucksensors 10 der Fig. 1 darstellt. Man erkennt deutlich, dass das Anschlagselement 32 eine Höhe in Richtung der Achse R aufweist, die kleiner als der Abstand zwischen der Membran 16 und dem kopfförmigen Teil des Druckkopplungselements 28 bzw.
kleiner als die Höhe des Stössels 46 ist. Die Differenz zwischen Höhe des Anschlagselements 32 und dem Abstand zwischen der Membran 16 und dem Druckkopplungselement 28 ist in Fig. 2 als Spiel d gekennzeichnet. Das Spiel d gibt den Abstand zwischen einer ersten Anschlagsfläche 34 und der Messseite 22 an, wenn das Anschlagselement 32 mit seiner zweiten Anschlagsfläche 36 am Druckkopplungselement 28 anliegt. Die erste Anschlagsfläche 34 ist der Messseite 22 gegenüberliegend angeordnet. Die zweite Anschlagsfläche 36 ist dem köpfähnlichen Teil des Druckkopplungselements 28 gegenüberliegend angeordnet.Referring to FIG. 2, which is an enlarged view of the pressure sensor 10 of FIG. 1. It can clearly be seen that the stop element 32 has a height in the direction of the axis R which is smaller than the distance between the membrane 16 and the head-shaped part of the pressure coupling element 28 or is smaller than the height of the plunger 46. The difference between the height of the stop element 32 and the distance between the membrane 16 and the pressure coupling element 28 is identified in FIG. 2 as play d. The play d indicates the distance between a first stop surface 34 and the measuring side 22 when the stop element 32 abuts the pressure coupling element 28 with its second stop surface 36. The first stop surface 34 is arranged opposite the measuring side 22. The second stop surface 36 is arranged opposite the head-like part of the pressure coupling element 28.
Das Spiel d entspricht der maximal möglichen Auslenkung der Membran 16 bzw. des Druckkopplungselements in Richtung der Achse R. Angenommen die Kraft 20 wirkt auf das Druckkopplungselement 28, wie in Figuren 1 und 2 dargestellt, wobei die Kraft 20 größer als eine zulässige (Überlast-)Kraft ist. Die zulässige Kraft entspricht der Kraft, ab der der Druσkmesssensor 10 im Überlastbereich arbeitet, in dem die Gefahr einer Beschädigung bzw. Zerstörung sowie ungenauer Messungen besteht.The play d corresponds to the maximum possible deflection of the membrane 16 or the pressure coupling element in the direction of the axis R. Suppose the force 20 acts on the pressure coupling element 28, as shown in FIGS. 1 and 2, the force 20 being greater than a permissible (overload ) Power is. The permissible force corresponds to the force from which the pressure measuring sensor 10 operates in the overload range, in which there is a risk of damage or destruction and inaccurate measurements.
Ferner können umfänglich ein erster Dichtungsring 38 und/oder ein zweiter Dichtungsring 40 vorgesehen sein, die die Druckmesszelle 12 und insbesondere die Membran 16 vor dem Medium schützen. Dazu weisen das Druckkopplungselement 28 und/oder das Gehäuse 18 entsprechende Ausnehmungen auf.Furthermore, a first sealing ring 38 and / or a second sealing ring 40 can be provided circumferentially, which protect the pressure measuring cell 12 and in particular the membrane 16 from the medium. For this purpose, the pressure coupling element 28 and / or the housing 18 have corresponding recesses.
Das Anschlagselement 32 ist z.B. so ausgebildet, dass es je nach Messbereich und -weg wenige 0,01 mm Spiel hat, so dass bei nicht erlaubter Überlast das Anschlagselement 32 im Bereich des Grundkörpers 14, d.h. an einem Membranhals, auf Anschlag mit der Messseite 22 der Membran 16 geht.
Ferner kann man in der Fig. 2 erkennen, dass eine Messfläche 42 des Anschlagselements 28 fläσhenbündig mit einer Außenfläche des Gehäuses 18 abschließt.The stop element 32 is designed, for example, such that it has a play of a few 0.01 mm, depending on the measuring range and travel, so that when the overload is not permitted, the stop element 32 in the area of the base body 14, ie on a diaphragm neck, touches the measuring side 22 the membrane 16 goes. Furthermore, it can be seen in FIG. 2 that a measuring surface 42 of the stop element 28 is flush with an outer surface of the housing 18.
In Fig. 3 ist das Anschlagselement 32 schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.In Fig. 3, the stop element 32 is shown schematically in a perspective view.
Das Anschlagselement 32 kann ferner einen Schlitz 44 aufweisen. Der Schlitz 44 ermöglicht einen einfachen Einbau des Anschlagselements 32 in den Hohlraum 30, indem im Bereich des Schlitzes 44 der Anschlagsring 32 am Stössel 46 des Druckkopplungselements 28 vorbeigeführt wird. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Druckkopplungselement 28 und die Membran 16 einstückig ausgebildet sind.The stop element 32 can also have a slot 44. The slot 44 enables the stop element 32 to be easily installed in the cavity 30, in that the stop ring 32 is guided past the plunger 46 of the pressure coupling element 28 in the region of the slot 44. This is particularly advantageous if the pressure coupling element 28 and the membrane 16 are formed in one piece.
Vorzugsweise ist die zweite Anschlagsfläche 36 hinsichtlich der Fläche größer ausgebildet als die erste Anschlagsfläche 34, wodurch der Effekt vergrößert wird, dass die Kraft 20 lediglich auf den Membranhals übertragen wird.
The second stop surface 36 is preferably larger than the first stop surface 34, which increases the effect that the force 20 is only transmitted to the membrane neck.