WO2015132089A1 - Drucksensor - Google Patents

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WO2015132089A1
WO2015132089A1 PCT/EP2015/053675 EP2015053675W WO2015132089A1 WO 2015132089 A1 WO2015132089 A1 WO 2015132089A1 EP 2015053675 W EP2015053675 W EP 2015053675W WO 2015132089 A1 WO2015132089 A1 WO 2015132089A1
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WO
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measuring
shell
pressure
glass
diaphragm
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/053675
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter KLÖFER
Anh Tuan Tham
Original Assignee
Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg filed Critical Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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    • 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
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0044—Constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor, with a pressurizable and pressure-dependent elastically deformable metallic
  • Measuring diaphragm a metallic half-shell having a connected to an outer edge of a first side of the measuring membrane, the measuring membrane facing the end face, one below the measuring membrane in the half-shell
  • Electromechanical transducer for metrological detection of a
  • Pressure sensors are used in industrial measurement technology to measure pressures.
  • Pressure sensors regularly have a pressurized and arranged on a base body including a pressure chamber
  • Body arranged measuring membrane can be designed as absolute pressure sensors that measure a pressure to vacuum by the pressure chamber is evacuated. Alternatively, they can be designed as relative pressure sensors which have a pressure with respect to one of the pressure chamber via a leading through the base body, opening in the pressure chamber
  • differential pressure sensors which measure a pressure difference between a first and a second pressure.
  • an identically constructed second base body is provided on a side facing away from the first body side of the measuring diaphragm, and the measuring diaphragm via a first through the first body leading into the first pressure chamber opening pressure supply to the first, and a second through the second body passing in the second pressure chamber opening pressure supplied to the second pressure.
  • the membrane bed preferably has a geometry adapted to the bending contour of the measuring membrane, on which the measuring membrane comes to rest in case of overload.
  • US Pat. No. 3,618,390 describes a differential pressure sensor comprising two metallic half-shells. Between the two half-shells a metallic measuring membrane is provided, which is welded to the two half-shells. The interiors of the half-shells are filled with the release of a subdivided by the measuring diaphragm into two pressure chambers portion with glass. In this case, the sides of the glass fillings facing the measuring membrane are ground in such a way that the glass forms a concave membrane bed inside the respective half-shell, which serves to support the measuring membrane in the event of overload.
  • a first side of the measuring membrane is filled with a first pressure via a first pressure-transmitting liquid filled with a first pressure and a second side of the measuring membrane via a second
  • Each pressure transmitter comprises a separating diaphragm which is acted upon externally by the first and the second pressure during measurement operation, and under which a pressure-receiving chamber is enclosed, which is connected to the associated pressure chamber via a pressure supply extending through the respective half-shell and its glass filling.
  • a capacitive electromechanical transducer is provided which metrologically detects a deformation of the metallic measuring diaphragm that is dependent on the difference between the first and the second pressure. This comprises metallic coatings applied to the concave membrane beds as electrodes, which together with the measuring membrane in each case form a capacitor.
  • the electrical connection of the electrodes takes place in each case through a metallic tube which opens out into the respective pressure chamber and runs through the glass filling, and is led out of the half-shell via a glass feedthrough in an electrically insulated manner with respect to the respective half-shell.
  • the two diaphragm seals are connected via these tubes filled with the pressure-transmitting liquid, and the tubes are then closed.
  • the invention comprises a pressure sensor, with
  • a metallic half-shell which has an end face connected to an outer edge of a first side of the measuring membrane and facing the measuring membrane
  • a capacitive electromechanical transducer for the metrological detection of a pressure - dependent deformation of the measuring diaphragm, with one on the
  • the measuring electrode is arranged on one of the measuring membrane facing the end face of the glass filling deep-drawn part.
  • the measuring electrode and the measuring membrane facing end face of the glass filling for supporting the measuring diaphragm in the event of an overload acting on a shape, which corresponds to a bending contour of the measuring diaphragm in the case of the overload acting thereon.
  • the contact pin is connected to an underside of the measuring electrode facing away from the measuring diaphragm by means of an electrically conductive mechanical connection, in particular by means of spot welds,
  • the contact pin is a hollow pin
  • the measuring electrode has a the pressure chamber with an interior of the hollow pin connecting recess. According to a development of the last-mentioned further development of the hollow pin forms a pressure supply, via which the half-shell facing side of the measuring diaphragm can be acted upon with a pressure.
  • the outer edge of the measuring diaphragm is connected to an end side of the half-shell facing the measuring diaphragm by means of a pressure-tight joint, in particular a weld.
  • the pressure sensor is as
  • a second half-shell connected to an outer edge of a second side of the measuring diaphragm is provided which is identical to that with the first side of the
  • a second glass filling is arranged, which is identical to the glass filling connected to the first side of the measuring diaphragm
  • Half shell is, and
  • a second measuring electrode is arranged, which is identical to the measuring electrode arranged in the half-shell connected to the first side of the measuring diaphragm.
  • the undersides of the two measuring electrodes facing away from the measuring diaphragm are each connected to an electrically conductive contact pin
  • the invention comprises a method for producing a
  • the one half-shell having a bore is produced in the bottom thereof
  • the measuring electrode is made by deep drawing of a metal sheet as a deep-drawn part
  • the contact pin in particular by means of one or more spot welds, is connected to the measuring electrode,
  • a predetermined amount of glass solder is introduced into the half shell such that the bore in the bottom of the half shell and a partial region of the interior of the half shell are filled with glass solder,
  • the measuring electrode is inserted together with the associated contact pin in the soft glass solder, and
  • the glass solder adapts to a shape of the measuring electrode due to the pressure exerted by the measuring membrane on the glass solder pressure.
  • the stamp has on the end face an area whose size and shape corresponds to the size and shape of the measuring electrode. According to another preferred embodiment of the invention
  • Procedure exits excess glass solder when inserting the measuring diaphragm and the associated contact pin through the hole in the bottom of the half-shell.
  • the measuring electrode is pressed by means of the punch so far into the soft glass solder that an outer edge of the punch rests on the shoulder surface.
  • the contact pin is a hollow pin, and - An interior of the hollow pin is sealed before insertion into the soft glass solder by means of a pin, esp. A pencil made of graphite, and the pin is removed after cooling of the glass solder again.
  • Fig. 1 shows: an absolute pressure sensor according to the invention
  • Fig. 2 shows: a relative pressure sensor according to the invention
  • FIG. 3 shows: a differential pressure sensor according to the invention
  • FIG. 4 shows an exploded view for illustrating a method for producing a pressure sensor according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a pressure sensor according to the invention. This comprises a metallic measuring membrane 1 to be acted upon during measuring operation with a pressure p to be measured which elastically deforms as a function of the pressure p acting on it.
  • the measuring membrane 1 is on a cup-shaped metallic half-shell. 3
  • the half-shell 3 comprises a bottom 5 and an adjoining, preferably substantially cylindrical, the measuring membrane 1 bearing
  • Measuring membrane 1 and half-shell 3 are connected to each other by means of a pressure-tight joint 9.
  • a pressure-tight joint 9 an outer edge of the half-shell 3 facing first side of the measuring membrane 1 with a side facing the measuring membrane 1 annular disc-shaped end face of the
  • Part of the interior of the half-shell 3 is filled with a glass filling 1 1.
  • the pressure sensor comprises a capacitive electromechanical transducer, which serves to metrologically to the pressure-dependent deformation of the measuring diaphragm 1 to capture.
  • the transducer has a measuring electrode 15 and a through the metallic
  • Measuring membrane 1 formed counter electrode. Measuring electrode 15 and
  • Measuring diaphragm 1 form a capacitor whose capacity of the
  • Pressure measurement takes place, for example, by determining the capacitance of this capacitor by means of a capacitance measuring circuit, not shown here, and by means of a characteristic curve determined beforehand within the scope of a calibration method, to be measured on the measuring diaphragm 1 to be measured pressure p.
  • the measuring electrode 15 is a deep-drawn part made of a metal sheet by deep-drawing on the end face of the glass filling 11 facing the measuring membrane 1.
  • the metal sheet preferably has a thickness less than or equal to one-tenth of a millimeter, and consists e.g. from a steel. Deep-drawn parts can be produced extremely cheaply in large quantities.
  • the end face of the glass filling 1 1 and the measuring electrode 15 are of the same shape and preferably formed as a membrane bed, which supports the measuring membrane 1 in the event of an overload acting on it.
  • they have a shape that corresponds to the bending contour of the measuring diaphragm 1 in the event of an overload acting thereon.
  • the measuring membrane 1 is thus in the event of an overload acting on the measuring electrode 15 and the end face of the glass filling 1 1 for support, and is supported thereby.
  • the pressure sensor is thus overload resistant.
  • an electrically conductive contact pin 17 is provided. This is one of the measuring membrane. 1
  • the connection consists for example of one or more of the measuring diaphragm 1 with the contact pin 17 electrically and mechanically connecting welds.
  • a passage 19 is provided through which the contact pin 17 passes, and over which the contact pin 17 is electrically isolated from the half-shell 3 contacted.
  • the passage 19 is preferably a glass feedthrough.
  • the bottom 5 has a through hole 21 through which the contact pin 17 passes. An existing between an inner wall of the bore 21 and the contact pin 17 annular cylindrical cavity is with filled a filling 23 made of glass.
  • the pressure sensor according to the invention can - as shown in Fig. 1 - as
  • Absolute pressure sensor may be formed, which measures the pressure to be measured p absolute, against a vacuum.
  • the contact pin 17 is a solid pin, and the pressure chamber 13 enclosed under the measuring diaphragm 1 is evacuated.
  • the pressure sensor according to the invention may be designed as a relative pressure sensor which measures the pressure p to be measured with reference to a reference pressure p r e f , for example the atmospheric pressure.
  • a preferred embodiment for this purpose is shown in Fig. 2.
  • the relative pressure sensor shown in FIG. 2 differs from the absolute pressure sensor shown in FIG. 1 in that, instead of the solid contact pin 17, a contact pin 25 designed as a hollow pin is provided, and the measuring electrode 15 connects the interior of the pressure chamber 13 to the interior of the hollow pin Has recess 27. Trained as a hollow pin contact pin 25 forms a pressure supply, via which the half-shell 3 facing first side of the measuring diaphragm 1 with a pressure - here the
  • Reference pressure p ref - can be acted upon.
  • the reference pressure p ref becomes the
  • a separate associated with additional manufacturing cost and additional manufacturing costs reference pressure supply is not required.
  • the pressure sensor according to the invention may be designed as a differential pressure sensor which measures a pressure difference ⁇ between a first pressure p-1 and a second pressure p 2 .
  • Fig. 3 An embodiment of this is shown in Fig. 3.
  • the differential pressure sensor differs from that shown in FIG.
  • Relative pressure sensor characterized in that on the second side of the measuring diaphragm 1, a second metallic half-shell 3 is provided, which is identical to the half-shell 3 connected to the first side of the measuring diaphragm 1.
  • the measuring membrane 1 facing end face of the second half-shell 3 is connected to an outer edge of the second side of the measuring membrane 1 by means of a pressure-tight joint 9, esp. Welded.
  • a glass filling 1 1 and one connected to a preferably designed as a hollow pin contact pin 25 second measuring electrode 15 is provided in the second half-shell 3.
  • the contact pin 25 is also here by a
  • the contact pins 25 are here also preferably formed as hollow pins, which also serve as a pressure supply, on the measuring side, the first side of the measuring diaphragm 1 with the first pressure p- ⁇ and the second side of the measuring diaphragm 1 with the second pressure p 2 is applied.
  • the first and the second pressure pi, p 2 respectively over the interior of the respective hollow pin and the
  • Recess 27 in the respective measuring electrode 15 of the respective pressure chamber 13 is supplied.
  • the pressure sensors according to the invention have the advantage that they can be produced inexpensively in a simple manner.
  • Deep-drawn part prefabricated, and each connected to the desired type of contact pin via an electrically conductive mechanical connection, esp. By means of one or more spot welds, to form a module.
  • Absolute pressure sensors are solid contact pins 17, preferably used as a hollow pin contact pins 25 for the production of relative or differential pressure sensors.
  • the half-shells 3 are preferably just like the modules in large
  • each metallic half-shell 3 a predetermined amount of glass solder 29 is introduced such that the bore 21 in the bottom 5 of the respective half-shell 3 and a portion of the interior of the respective half-shell 3 is completely filled with glass solder 29. This condition is in the manufacturing process
  • the predetermined amount is at least equal, preferably slightly larger than the total amount required for the glass filling 1 1 and the filling 23 of the glass duct 19.
  • the introduced glass solder 29 in the half-shell 3 is at a level above the softening point and below the melting point
  • the measuring electrode 15 is inserted together with the associated contact pin 17 or 25 in the soft glass solder 29.
  • a punch 31 is preferably used, through which the measuring electrode 15 in the direction shown by arrows in Fig. 4 on the soft glass solder 29th is pressed.
  • the contact pin 17 or 25 penetrates the glass solder 29 at least to the extent that its free end extends centrally after the impressions through the bore 21 therethrough.
  • the punch 31 is preferably made of graphite or other material that does not bond with glass.
  • the punch 31 has on the end face of a region 33, the size and shape of the size and shape of the measuring electrode 15 corresponds.
  • the measuring electrode 15 is supported flat when inserted into the glass solder 29, and is thus protected against deformation. Due to the pressure exerted on the glass solder 29 by the insertion of the measuring electrode 15, the soft glass solder 29 adapts to the shape of the measuring electrode 15, and in this way receives the
  • the half-shells 3 have a finished in the pressure sensor from the measuring membrane 1 spaced, the glass filling 1 1 outside enclosing, and flush with the glass filling 1 1 final sales area 35, and the punch 31 is connected to a measuring electrode-shaped portion 33 outside surrounding outer edge 37 equipped.
  • the measuring electrode 15 is pressed by means of the punch 31 so far into the soft glass solder 29 in that the edge 37 of the punch 31 rests on the shoulder surface 35.
  • the shoulder surface 35 thus forms a defined stop for the stamp 31. This ensures that the
  • Measuring electrode 15 in the finished pressure sensor a defined and
  • the interiors of the hollow pins are sealed before insertion into the soft glass solder 29 to prevent ingress of glass solder 29 into the interior.
  • a pin 39 is preferably inserted into the interior of the contact pin 25, which is removed after cooling the glass solder 29 again.
  • the pin 39 made of graphite or another with the metal of the contact pin 25 no connection incoming material.
  • the inventive method has the advantage that both the glass filling 1 1 and the glazing of the contact pin 17 or 25 are generated in a single operation.
  • the membrane bed forming, preferably the bending contour of the measuring diaphragm 1 corresponding shaping of the measuring diaphragm 1 facing end face of the glass filling 1 1 generates.

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Abstract

Es ist ein kostengünstig herstellbarer kapazitiver Drucksensor, mit einer mit einem Druck beaufschlagbaren und druckabhängig elastisch verformbaren metallischen Messmembran (1), einer metallischen Halbschale (3), die eine mit einem äußeren Rand einer ersten Seite der Messmembran (1) verbundene, der Messmembran (1) zugewandte Stirnseite aufweist, einer unter der Messmembran (1) in der Halbschale (3) eingeschlossenen Druckkammer (5), einer in der Halbschale (3) angeordneten, von der Messmembran (1) beabstandeten Glasfüllung (11), und einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer druckabhängigen Verformung der Messmembran (1), mit einer auf der Glasfüllung (11) angeordneten Messelektrode (15) und einer durch die metallische Messmembran (1) gebildete Gegenelektrode, beschrieben, dessen Messelektrode (15) ein auf einer der Messmembran (1) zugewandten Stirnseite der Glasfüllung (11) angeordnetes Tiefziehteil ist.

Description

Drucksensor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor, mit einer mit einem Druck beaufschlagbaren und druckabhängig elastisch verformbaren metallischen
Messmembran, einer metallischen Halbschale, die eine mit einem äußeren Rand einer ersten Seite der Messmembran verbundene, der Messmembran zugewandte Stirnseite aufweist, einer unter der Messmembran in der Halbschale
eingeschlossenen Druckkammer, einer in der Halbschale angeordneten, von der Messmembran beabstandeten Glasfüllung, und einem kapazitiven
elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer
druckabhängigen Verformung der Messmembran, mit einer auf der Glasfüllung angeordneten Messelektrode und einer durch die metallische Messmembran gebildete Gegenelektrode. Drucksensoren werden in der industriellen Messtechnik zur Messung von Drücken eingesetzt.
Drucksensoren weisen regelmäßig eine unter Einschluss einer Druckkammer auf einem Grundkörper angeordnete mit einem Druck beaufschlagbare und
druckabhängig elastisch verformbare Messmembran und einen elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung der druckabhängigen Verformung der Messmembran auf.
Drucksensoren mit einer unter Einschluss einer Druckkammer auf einem
Grundkörper angeordneten Messmembran können als Absolutdrucksensoren ausgebildet werden, die einen Druck gegenüber Vakuum messen, indem die Druckkammer evakuiert wird. Alternativ können sie als Relativdrucksensoren ausgebildet werden, die einen Druck bezogen auf einen der Druckkammer über eine durch den Grundkörper hindurch führende, in der Druckkammer mündende
Druckzufuhr zugeführten Referenzdruck, insb. dem Atmosphärendruck, messen.
Darüber hinaus können sie als Differenzdrucksensoren ausgebildet werden, die eine Druckdifferenz zwischen einem ersten und einem zweiten Druck messen. Hierzu wird auf einer vom ersten Grundkörper abgewandten Seite der Messmembran ein identisch aufgebauter zweiter Grundkörper vorgesehen, und die Messmembran über eine durch den ersten Grundkörper hindurch führende in der ersten Druckkammer mündende Druckzufuhr mit dem ersten, und über eine zweite durch den zweiten Grundkörper hindurchführende in der zweiten Druckkammer mündende Druckzufuhr mit dem zweiten Druck beaufschlagt. Bei Drucksensoren besteht die Gefahr, dass die Messmembran einer Überlast ausgesetzt wird. Dabei können auf die Messmembran einwirkende Drücke so groß werden, dass die Messmembran zu stark ausgelenkt und hierdurch beschädigt werden kann. Eine mögliche Maßnahme zum Schutz der Messmembran im Überlastfall besteht darin, im Drucksensor unter der Messmembran ein Membranbett vorzusehen, das die Messmembran im Überlastfall abstützt. Hierzu weist das Membranbett vorzugsweise eine an die Biegekontur der Messmembran angepasste Geometrie auf, auf der die Messmembran im Überlastfall zur Auflage kommt.
In der US 3, 618,390 ist ein Differenzdrucksensor beschrieben, der zwei metallische Halbschalen umfasst. Zwischen den beiden Halbschalen ist eine metallische Messmembran vorgesehen, die mit den beiden Halbschalen verschweißt ist. Die Innenräume der Halbschalen sind unter Freilassung eines durch die Messmembran in zwei Druckkammern unterteilten Teilbereichs mit Glas gefüllt. Dabei sind die der Messmembran zugewandten Seiten der Glasfüllungen derart abgeschliffen, dass das Glas im Inneren der jeweiligen Halbschale ein konkaves Membranbett bildet, das dazu dient die Messmembran im Überlastfall abzustützen. Im Messbetrieb wird eine erste Seite der Messmembran über einen ersten mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit gefüllten Druckmittler mit einem ersten Druck und eine zweite Seite der Messmembran über einen zweiten mit einer Druck
übertragenden Flüssigkeit gefüllten Druckmittler mit einem zweiten Druck beaufschlagt. Jeder Druckmittler umfasst eine im Messbetrieb außenseitig mit dem ersten bzw. dem zweiten Druck beaufschlagte Trennmembran, unter der eine Druckempfangskammer eingeschlossen ist, die über eine durch die jeweilige Halbschale und deren Glasfüllung hindurch verlaufende Druckzufuhr mit der zugehörigen Druckkammer verbunden ist. Es ist ein kapazitiver elektromechanischer Wandler vorgesehen, der eine von der Differenz des ersten und des zweiten Drucks abhängige Verformung der metallischen Messmembran messtechnisch erfasst. Dieser umfasst auf die konkaven Membranbetten als Elektroden aufgebrachte metallische Beschichtungen, die zusammen mit der Messmembran jeweils einen Kondensator bilden. Der elektrische Anschluss der Elektroden erfolgt jeweils durch ein in der jeweiligen Druckkammer mündendes metallisches Röhrchen, das durch die Glasfüllung verläuft, und über eine Glasdurchführung elektrisch isoliert gegenüber der jeweiligen Halbschale aus der Halbschale herausgeführt ist. Vor der ersten Inbetriebnahme werden die beiden Druckmittler über diese Röhrchen mit der Druck übertragenden Flüssigkeit befüllt, und die Röhrchen anschließend verschlossen.
Sowohl das Abschleifen der Glasfüllungen als auch die metallische Beschichtung der geschliffenen konkaven Membranbetten stellen Zeit und Kosten intensive
Arbeitsgänge dar.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen kostengünstig herstellbaren kapazitiven Drucksensor anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgaben umfasst die Erfindung einen Drucksensor, mit
- einer mit einem Druck beaufschlagbaren und druckabhängig elastisch verformbaren metallischen Messmembran,
- einer metallischen Halbschale, die eine mit einem äußeren Rand einer ersten Seite der Messmembran verbundene, der Messmembran zugewandte Stirnseite aufweist,
- einer unter der Messmembran in der Halbschale eingeschlossenen Druckkammer,
- einer in der Halbschale angeordneten, von der Messmembran beabstandeten
Glasfüllung, und
- einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen Erfassung einer druckabhängigen Verformung der Messmembran, mit einer auf der
Glasfüllung angeordneten Messelektrode und einer durch die metallische
Messmembran gebildete Gegenelektrode,
der sich dadurch auszeichnet, dass
- die Messelektrode ein auf einer der Messmembran zugewandten Stirnseite der Glasfüllung angeordnetes Tiefziehteil ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Messelektrode und die der Messmembran zugewandte Stirnseite der Glasfüllung zur Abstützung der Messmembran im Falle einer darauf einwirkenden Überlast eine Formgebung auf, die einer Biegekontur der Messmembran im Falle der darauf einwirkenden Überlast entspricht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
- ist ein elektrisch leitfähiger Kontaktstift vorgesehen,
- ist der Kontaktstift mit einer von der Messmembran abgewandten Unterseite der Messelektrode mittels einer elektrisch leitfähigen mechanischen Verbindung, insb. mittels Schweißpunkten, verbunden,
- verläuft der Kontaktstift durch die Glasfüllung hindurch, und
- ist in einem von der Messmembran abgewandten Boden der Halbschale eine Durchführung, insb. eine Glasdurchführung, vorgesehen, durch die hindurch der Kontaktstift verläuft und elektrisch isoliert gegenüber der Halbschale kontaktierbar ist. Gemäß einer Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung
- ist der Kontaktstift ein Hohlstift, und
- weist die Messelektrode eine die Druckkammer mit einem Innenraum des Hohlstifts verbindende Ausnehmung auf. Gemäß einer Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung bildet der Hohlstift eine Druckzufuhr, über die die der Halbschale zugewandten Seite der Messmembran mit einem Druck beaufschlagbar ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der äußere Rand der Messmembran mit einer der Messmembran zugewandten Stirnseite der Halbschale mittels einer druckdichten Fügung, insb. einer Schweißung, verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Drucksensor als
Differenzdrucksensor ausgebildet, indem
- eine mit einem äußeren Rand einer zweiten Seite der Messmembran verbundene zweite Halbschale vorgesehen ist, die identisch zu der mit der ersten Seite der
Messmembran verbundenen Halbschale ist,
- in der zweiten Halbschale eine zweite Glasfüllung angeordnet ist, die identisch zu der Glasfüllung der mit der ersten Seite der Messmembran verbundenen
Halbschale ist, und
- auf der der Messmembran zugewandten Stirnseite der zweiten Halbschale eine zweite Messelektrode angeordnet ist, die identisch zu der in der mit der ersten Seite der Messmembran verbundenen Halbschale angeordneten Messelektrode ist.
Gemäß einer Weiterbildung der letztgenannten Ausgestaltung sind die von der Messmembran abgewandten Unterseiten der beiden Messelektroden jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Kontaktstift verbunden,
- der durch die Glasfüllung der jeweiligen Halbschale hindurch verläuft,
- der über eine in einem von der Messmembran abgewandten Boden der jeweiligen Halbschale angeordnete Durchführung elektrisch isoliert gegenüber der jeweiligen Halbschale kontaktierbar ist,
- der als Hohlstift ausgebildet ist,
- dessen Innenraum über eine Ausnehmung in der mit dem jeweiligen Kontaktstift verbundenen Messelektrode mit der an die jeweilige Messelektrode angrenzenden Druckkammer verbundenen ist, und
- über den die dem jeweiligen Kontaktstift zugewandte Seite der Messmembran mit einem Druck beaufschlagbar ist. Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
erfindungsgemäßen Drucksensors, das sich dadurch auszeichnet, dass
- die eine Bohrung in deren Boden aufweisende Halbschale gefertigt wird,
- die Messelektrode durch Tiefziehen aus einem Metallblech als Tiefziehteil gefertigt wird,
- der Kontaktstift, insb. mittels einer oder mehrerer Punktschweißungen, mit der Messelektrode verbunden wird,
- eine vorgegebene Menge Glaslot derart in die Halbschale eingebracht wird, dass die Bohrung im Boden der Halbschale und ein Teilbereich des Innenraums der Halbschale mit Glaslot befüllt sind,
- das eingebrachte Glaslot in der Halbschale auf eine über einem Erweichungspunkt und unterhalb eines Schmelzpunkts des Glaslots liegende
Verarbeitungstemperatur erwärmt wird, bei der das Glaslot eine weiche und unter Druck verformbare Masse bildet,
- die Messelektrode zusammen mit dem damit verbundenen Kontaktstift in das weiche Glaslot eingesetzt wird, und
- sich das Glaslot aufgrund des dabei von der Messmembran auf das Glaslot ausgeübten Drucks an eine Formgebung der Messelektrode anpasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens
- wird die Messelektrode beim Einsetzen mittels eines Stempels, insb. eines
Stempels aus Graphit, auf das weiche Glaslot gedrückt, und
- der Stempel weist auf dessen Stirnseite einen Bereich auf, dessen Größe und Formgebung der Größe und der Formgebung der Messelektrode entspricht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens tritt überschüssiges Glaslot beim Einsetzen der Messmembran und des damit verbundenen Kontaktstifts durch die Bohrung im Boden der Halbschale aus.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
- weist die Halbschale eine Absatzfläche auf, und
- wird die Messelektrode mittels des Stempels so weit in das weiche Glaslot gedrückt, dass ein äußerer Rand des Stempels auf der Absatzfläche aufliegt.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
- ist der Kontaktstift ein Hohlstift ist, und - wird ein Innenraum des Hohlstifts vor dem Einsetzten in das weiche Glaslot mittels eines Stifts, insb. eines Stifts aus Graphit, verschlossen, und wird der Stift nach dem Erkalten des Glaslots wieder entfernt.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt: einen erfindungsgemäßen Absolutdrucksensor;
Fig. 2 zeigt: einen erfindungsgemäßen Relativdrucksensor;
Fig. 3 zeigt: einen erfindungsgemäßen Differenzdrucksensor; und Fig. 4 zeigt: eine Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Drucksensors.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors. Dieser umfasst eine im Messbetrieb mit einem zu messenden Druck p zu beaufschlagende metallische Messmembran 1 , die sich in Abhängigkeit von dem darauf einwirkenden Druck p elastisch verformt.
Die Messmembran 1 ist auf einer topfförmigen metallischen Halbschale 3
angeordnet. Die Halbschale 3 umfasst einen Boden 5 und eine daran anschließende, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrische, die Messmembran 1 tragende
Haibschalenwand 7. Messmembran 1 und Halbschale 3 sind mittels einer druckdichten Fügung 9 miteinander verbunden. Hierzu ist ein äußerer Rand einer der Halbschale 3 zugewandten ersten Seite der Messmembran 1 mit einer dieser Seite der Messmembran 1 zugewandten ringscheibenförmigen Stirnseite der
Haibschalenwand 7 druckdicht verbunden, insb. verschweißt.
Ein von der Messmembran 1 beabstandeter, an den Boden 5 angrenzender
Teilbereich des Innenraums der Halbschale 3 ist mit einer Glasfüllung 1 1 ausgefüllt.
Unter der Messmembran 1 ist in der Halbschale 3 eine Druckkammer 13
eingeschlossen, die durch die Messmembran 1 und eine der Messmembran 1 zugewandte Stirnseite der Glasfüllung 1 1 begrenzt ist.
Der Drucksensor umfasst einen kapazitiven elektromechanischen Wandler, der dazu dient, die druckabhängige Verformung der Messmembran 1 messtechnisch zu erfassen.
Der Wandler weist eine Messelektrode 15 und eine durch die metallische
Messmembran 1 gebildete Gegenelektrode auf. Messelektrode 15 und
Messmembran 1 bilden einen Kondensator, dessen Kapazität von der
druckabhängigen Durchbiegung der Messmembran 1 abhängig ist. Die
Druckmessung erfolgt zum Beispiel, indem die Kapazität dieses Kondensators mittels einer hier nicht dargestellten Kapazitätsmessschaltung bestimmt und anhand einer vorab im Rahmen eines Kalibrationsverfahrens ermittelten Kennlinie einem auf die Messmembran 1 einwirkenden zu messenden Druck p zugeordnet wird.
Erfindungsgemäß ist die Messelektrode 15 ein auf der der Messmembran 1 zugewandten Stirnseite der Glasfüllung 1 1 angeordnetes aus einem Metallblech durch Tiefziehen gefertigtes Tiefziehteil. Das Metallblech weist vorzugsweise eine Dicke kleiner gleich einem Zehntelmillimeter auf, und besteht z.B. aus einem Stahl. Tiefziehteile können in großen Stückzahlen extrem kostengünstig hergestellt werden.
Die Stirnseite der Glasfüllung 1 1 und die Messelektrode 15 sind formgleich und vorzugsweise als Membranbett ausgebildet, das die Messmembran 1 im Falle einer darauf einwirkenden Überlast abstützt. Hierzu weisen sie eine Formgebung auf, die der Biegekontur der Messmembran 1 im Falle einer darauf einwirkenden Überlast entspricht. Die Messmembran 1 kommt somit im Falle einer darauf einwirkenden Überlast auf der Messelektrode 15 und der Stirnseite der Glasfüllung 1 1 zur Auflage, und wird hierdurch abgestützt. Der Drucksensor ist somit überlastfest.
Zum elektrischen Anschluss der Messelektrode 15 an eine, hier nicht dargestellte, die Kapazitätsmessschaltung umfassende Messelektronik ist ein elektrisch leitfähiger Kontaktstift 17 vorgesehen. Dieser ist mit einer von der Messmembran 1
abgewandten Unterseite der Messelektrode 15 mittels einer elektrisch leitfähigen mechanischen Verbindung verbunden, und verläuft durch die Glasfüllung 1 1 hindurch. Die Verbindung besteht zum Beispiel aus einem oder mehreren die Messmembran 1 mit dem Kontaktstift 17 elektrisch und mechanisch verbindenden Schweißpunkten. Im Boden 5 der Halbschale 3 ist eine Durchführung 19 vorgesehen, durch die der Kontaktstift 17 hindurch führt, und über die der Kontaktstift 17 elektrisch isoliert gegenüber der Halbschale 3 kontaktierbar ist. Die Durchführung 19 ist vorzugsweise eine Glasdurchführung. Hierzu weist der Boden 5 eine durchgehende Bohrung 21 auf, durch die der Kontaktstift 17 hindurch führt. Ein zwischen einer Innenwand der Bohrung 21 und dem Kontaktstift 17 bestehender ringzylindrischer Hohlraum ist mit einer Füllung 23 aus Glas ausgefüllt.
Der erfindungsgemäße Drucksensor kann - wie in Fig. 1 dargestellt - als
Absolutdrucksensor ausgebildet sein, der den zu messenden Druck p absolut, gegenüber einem Vakuum misst. In dem Fall ist der Kontaktstift 17 ein massiver Stift, und die unter der Messmembran 1 eingeschlossene Druckkammer 13 ist evakuiert.
Alternativ kann der erfindungsgemäße Drucksensor als Relativdrucksensor ausgebildet sein, der den zu messenden Druck p bezogen auf einen Referenzdruck pref, z.B. den Atmosphärendruck, misst. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel hierzu ist in Fig. 2 dargestellt. Der in Fig. 2 dargestellte Relativdrucksensor unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Absolutdrucksensor dadurch, dass anstelle des massiven Kontaktstifts 17 ein als Hohlstift ausgebildeter Kontaktstift 25 vorgesehen ist, und die Messelektrode 15 eine den Innenraum der Druckkammer 13 mit dem Innenraum des Hohlstifts verbindende Ausnehmung 27 aufweist. Der als Hohlstift ausgebildete Kontaktstift 25 bildet eine Druckzufuhr, über die die der Halbschale 3 zugewandte erste Seite der Messmembran 1 mit einem Druck - hier dem
Referenzdruck pref - beaufschlagbar ist. Der Referenzdruck pref wird der
Druckmesskammer 13 über den zugleich den elektrischen Anschluss der
Messelektrode 1 bewirkenden Kontaktstift 25 zugeführt. Eine separate mit zusätzlichem Herstellungsaufwand und zusätzlichen Herstellungskosten verbundene Referenzdruckzufuhr ist nicht erforderlich.
Alternativ kann der erfindungsgemäße Drucksensor als Differenzdrucksensor ausgebildet sein, der eine Druckdifferenz Δρ zwischen einem ersten Druck p-ι und einem zweiten Druck p2 misst.
Ein Ausführungsbeispiel hierzu ist in Fig. 3 dargestellt. Der Differenzdrucksensor unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten
Relativdrucksensor dadurch, dass auf der zweiten Seite der Messmembran 1 eine zweite metallische Halbschale 3 vorgesehen ist, die identisch zu der mit der ersten Seite der Messmembran 1 verbundenen Halbschale 3 ist. Die der Messmembran 1 zugewandte Stirnseite der zweiten Halbschale 3 ist mit einem äußeren Rand der zweiten Seite der Messmembran 1 mittels einer druckdichten Fügung 9 verbunden, insb. verschweißt. In der zweiten Halbschale 3 ist eine Glasfüllung 1 1 und eine mit einem vorzugsweise als Hohlstift ausgebildeten Kontaktstift 25 verbundene zweite Messelektrode 15 vorgesehen. Der Kontaktstift 25 ist auch hier durch eine
Durchführung 19 im Boden 5 der zweiten Halbschale 3 elektrisch isoliert gegenüber der zweiten Halbschale 3 kontaktierbar. Glasfüllung 1 1 , Kontaktstift 25, Messelektrode 15 und Durchführung 19 der zweiten Halbschale 3 sind identisch zu den entsprechenden in der ersten Halbschale 3 vorgesehenen Elementen, so dass der Differenzdrucksensor bezogen auf die Messmembran 1 insgesamt symmetrisch aufgebaut ist.
Die Kontaktstifte 25 sind auch hier vorzugsweise als Hohlstifte ausgebildeten, die zugleich als Druckzufuhr dienen, über die im Messbetrieb die erste Seite der Messmembran 1 mit dem ersten Druck p-ι und die zweite Seite der Messmembran 1 mit dem zweiten Druck p2 beaufschlagt wird. Dabei werden der erste und der zweite Druck p-i , p2 jeweils über den Innenraum des jeweiligen Hohlstifts und die
Ausnehmung 27 in der jeweiligen Messelektrode 15 der jeweiligen Druckkammer 13 zugeführt.
Die erfindungsgemäßen Drucksensoren weisen den Vorteil auf, dass sie auf einfache Weise kostengünstig herstellbar sind. Dabei werden die Messelektroden 1 als
Tiefziehteil vorgefertigt, und jeweils mit dem gewünschten Kontaktstifttyp über eine elektrisch leitfähige mechanische Verbindung, insb. mittels einer oder mehrerer Punktschweißungen, zu einem Modul verbunden. Zur Herstellung von
Absolutdrucksensoren werden hierzu massive Kontaktstifte 17, zur Herstellung von Relativ- oder Differenzdrucksensoren vorzugsweise als Hohlstift ausgebildete Kontaktstifte 25 eingesetzt.
Die Halbschalen 3 werden vorzugsweise genau wie die Module in großen
Stückzahlen und damit kostengünstig vorgefertigt.
Nachfolgend wird in jede metallische Halbschale 3 eine vorgegebene Menge Glaslot 29 derart eingebracht, dass die Bohrung 21 im Boden 5 der jeweiligen Halbschale 3 und einen Teilbereich des Innenraums der jeweiligen Halbschale 3 vollständig mit Glaslot 29 befüllt ist. Dieser Zustand ist in der das Herstellungsverfahren
veranschaulichenden Explosionsdarstellung in Fig. 4 dargestellt. Die vorgegebene Menge ist mindestens gleich, vorzugsweise geringfügig größer als die insgesamt für die Glasfüllung 1 1 und die Füllung 23 der Glasdurchführung 19 benötigte Menge.
Anschließend wird das eingebrachte Glaslot 29 in der Halbschale 3 auf eine über dem Erweichungspunkt und unterhalb des Schmelzpunkts liegende
Verarbeitungstemperatur erwärmt, bei der das Glaslot 29 eine weiche, unter Druck verformbare Masse bildet. Anschließend wird die Messelektrode 15 zusammen mit dem damit verbundenen Kontaktstift 17 bzw. 25 in das weiche Glaslot 29 eingesetzt. Hierzu wird vorzugsweise ein Stempel 31 verwendet, durch den die Messelektrode 15 in der in Fig. 4 durch Pfeile dargestellten Richtung auf das weiche Glaslot 29 gedrückt wird. Dabei durchdringt der Kontaktstift 17 bzw. 25 das Glaslot 29 zumindest soweit, dass dessen freies Ende nach dem Eindrücken mittig durch die Bohrung 21 hindurch verläuft. Der Stempel 31 besteht vorzugsweise aus Graphit oder einem anderen Werkstoff, der mit Glas keine Verbindung eingeht. Der Stempel 31 weist auf dessen Stirnseite einen Bereich 33 auf, dessen Größe und Formgebung der Größe und der Formgebung der Messelektrode 15 entspricht. Hierdurch wird die Messelektrode 15 beim Einsetzen in das Glaslot 29 flächig abgestützt, und ist somit vor Verformungen geschützt. Aufgrund des beim Einsetzen von der Messelektrode 15 auf das Glaslot 29 ausgeübten Drucks passt sich das weiche Glaslot 29 an die Formgebung der Messelektrode 15 an, und erhält auf diese Weise die der
Biegekontur der Messmembran 1 im Falle einer darauf einwirkenden Überlast entsprechende Formgebung. Während des Eindrückens kann überschüssiges Glaslot 29 durch die Bohrung 21 im Boden 5 der Halbschale 3 austreten. Das nach dem Einsetzen von Messelektrode 15 und Kontaktstift 17 bzw. 25 wieder erkaltete Glaslot 29 bildet die Glasfüllung 1 1 und die Füllung 23 der
Glasdurchführung 19.
Vorzugsweise weisen die Halbschalen 3 eine im fertig gestellten Drucksensor von der Messmembran 1 beabstandte, die Glasfüllung 1 1 außenseitlich umschließende, und bündig mit der Glasfüllung 1 1 abschließende Absatzfläche 35 auf, und der Stempel 31 ist mit einem den messelektrodenförmigen Bereich 33 außenseitlich umgebenden äußeren Rand 37 ausgestattet. Die Messelektrode 15 wird mittels des Stempels 31 so weit in das weiche Glaslot 29 hinein gedrückt, dass der Rand 37 des Stempels 31 auf der Absatzfläche 35 aufliegt. Die Absatzfläche 35 bildet somit einen definierten Anschlag für den Stempel 31. Hierdurch wird erreicht, dass die
Messelektrode 15 im fertig gestellten Drucksensor einen definierten und
reproduzierbar herstellbaren Abstand zur Messmembran 1 aufweist. Bei der Herstellung von Drucksensoren mit als Hohlstift ausgebildeten Kontaktstiften 25, werden die Innenräume der Hohlstifte vor dem Einsetzten in das weiche Glaslot 29 verschlossen, um ein Eindringen von Glaslot 29 in den Innenraum zu verhindern. Hierzu wird vorzugsweise ein Stift 39 in den Innenraum des Kontaktstifts 25 eingesetzt, der nach dem Erkalten des Glaslots 29 wieder entfernt wird. Hierzu besteht der Stift 39 aus Graphit oder einem anderen mit dem Metall des Kontaktstifts 25 keine Verbindung eingehenden Material.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass sowohl die Glasfüllung 1 1 als auch die Einglasung des Kontaktstifts 17 bzw. 25 in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt werden. In diesem Arbeitsgang wird zugleich auch die das Membranbett bildende, vorzugsweise der Biegekontur der Messmembran 1 entsprechende Formgebung der der Messmembran 1 zugewandten Stirnfläche der Glasfüllung 1 1 erzeugt.
1 Messmembran
3 Halbschale
5 Boden
7 Halbschalenwand
9 Fügung
1 1 Glasfüllung
13 Druckkammer
15 Messelektrode
17 Kontaktstift
19 Durchführung
21 Bohrung
23 Füllung aus Glas
25 Kontaktstift
27 Ausnehmung
29 Glaslot
31 Stempel
33 Bereich
35 Absatzfläche
37 Rand
39 Stift

Claims

Patentansprüche
1. Drucksensor, mit
- einer mit einem Druck beaufschlagbaren und druckabhängig elastisch
verformbaren metallischen Messmembran (1 ),
- einer metallischen Halbschale (3), die eine mit einem äußeren Rand einer ersten Seite der Messmembran (1 ) verbundene, der Messmembran (1 ) zugewandte Stirnseite aufweist,
- einer unter der Messmembran (1 ) in der Halbschale (3) eingeschlossenen Druckkammer (5),
- einer in der Halbschale (3) angeordneten, von der Messmembran (1 )
beabstandeten Glasfüllung (1 1 ), und
- einem kapazitiven elektromechanischen Wandler zur messtechnischen
Erfassung einer druckabhängigen Verformung der Messmembran (1 ), mit einer auf der Glasfüllung (1 1 ) angeordneten Messelektrode (15) und einer durch die metallische Messmembran (1 ) gebildete Gegenelektrode,
der dadurch gekennzeichnet ist, dass
- die Messelektrode (15) ein auf einer der Messmembran (1 ) zugewandten
Stirnseite der Glasfüllung (1 1 ) angeordnetes Tiefziehteil ist.
2. Drucksensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Messelektrode (15) und die der Messmembran (1 ) zugewandte Stirnseite der Glasfüllung (1 1 ) zur Abstützung der Messmembran (1 ) im Falle einer darauf einwirkenden Überlast eine Formgebung aufweisen, die einer Biegekontur der Messmembran (1 ) im Falle der darauf einwirkenden Überlast entspricht.
Drucksensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- ein elektrisch leitfähiger Kontaktstift (17, 25) vorgesehen ist,
- der Kontaktstift (17, 25) mit einer von der Messmembran (1 ) abgewandten Unterseite der Messelektrode (15) mittels einer elektrisch leitfähigen mechanischen Verbindung, insb. mittels Schweißpunkten, verbunden ist,
- der Kontaktstift (17, 25) durch die Glasfüllung (1 1 ) hindurch verläuft, und
- in einem von der Messmembran (1 ) abgewandten Boden (5) der Halbschale (3) eine Durchführung (19), insb. eine Glasdurchführung, vorgesehen ist, durch die hindurch der Kontaktstift (17, 25) verläuft und elektrisch isoliert gegenüber der Halbschale (3) kontaktierbar ist.
4. Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kontaktstift (25) ein Hohlstift ist, und
- die Messelektrode (15) eine die Druckkammer (5) mit einem Innenraum des Hohlstifts verbindende Ausnehmung (27) aufweist.
Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlstift eine Druckzufuhr bildet, über die die der Halbschale (3) zugewandten Seite der Messmembran (1 ) mit einem Druck beaufschlagbar ist.
Drucksensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der äußere Rand der Messmembran (1 ) mit einer der Messmembran (1 ) zugewandten Stirnseite der Halbschale (3) mittels einer druckdichten Fügung (9), insb. einer Schweißung, verbunden ist.
7. Drucksensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass er als Differenzdrucksensor ausgebildet ist, indem
- eine mit einem äußeren Rand einer zweiten Seite der Messmembran (1 ) verbundene zweite Halbschale (3) vorgesehen ist, die identisch zu der mit der ersten Seite der Messmembran (1 ) verbundenen Halbschale (3) ist,
- in der zweiten Halbschale (3) eine zweite Glasfüllung (1 1 ) angeordnet ist, die identisch zu der Glasfüllung (1 1 ) der mit der ersten Seite der Messmembran (1 ) verbundenen Halbschale (3) ist, und
- auf der der Messmembran (1 ) zugewandten Stirnseite der zweiten Halbschale
(3) eine zweite Messelektrode (15) angeordnet ist, die identisch zu der in der mit der ersten Seite der Messmembran (1 ) verbundenen Halbschale (3) angeordneten Messelektrode (15) ist. 8. Drucksensor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die von der Messmembran (1 ) abgewandten Unterseiten der beiden
Messelektroden (15) jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Kontaktstift (25) verbunden sind,
- der durch die Glasfüllung (1 1 ) der jeweiligen Halbschale (3) hindurch verläuft, - der über eine in einem von der Messmembran (1 ) abgewandten Boden (5) der jeweiligen Halbschale (3) angeordnete Durchführung (19) elektrisch isoliert gegenüber der jeweiligen Halbschale (3) kontaktierbar ist,
- der als Hohlstift ausgebildet ist,
- dessen Innenraum über eine Ausnehmung (27) in der mit dem jeweiligen Kontaktstift (25) verbundenen Messelektrode (15) mit der an die jeweilige
Messelektrode (15) angrenzenden Druckkammer (13) verbundenen ist, und
- über den die dem jeweiligen Kontaktstift (25) zugewandte Seite der
Messmembran (1 ) mit einem Druck (p-i , p2) beaufschlagbar ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Drucksensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die eine Bohrung (21 ) in deren Boden (5) aufweisende Halbschale (3) gefertigt wird,
- die Messelektrode (15) durch Tiefziehen aus einem Metallblech als Tiefziehteil gefertigt wird,
- der Kontaktstift (17, 25), insb. mittels einer oder mehrerer Punktschweißungen, mit der Messelektrode (15) verbunden wird,
- eine vorgegebene Menge Glaslot (29) derart in die Halbschale (3) eingebracht wird, dass die Bohrung (21 ) im Boden (5) der Halbschale (3) und ein
Teilbereich des Innenraums der Halbschale (3) mit Glaslot (29) befüllt sind,
- das eingebrachte Glaslot (29) in der Halbschale (3) auf eine über einem
Erweichungspunkt und unterhalb eines Schmelzpunkts des Glaslots (29) liegende Verarbeitungstemperatur erwärmt wird, bei der das Glaslot (29) eine weiche und unter Druck verformbare Masse bildet,
- die Messelektrode (15) zusammen mit dem damit verbundenen Kontaktstift (17,
25) in das weiche Glaslot (29) eingesetzt wird, und
- sich das Glaslot (29) aufgrund des dabei von der Messmembran (15) auf das Glaslot (29) ausgeübten Drucks an eine Formgebung der Messelektrode (15) anpasst.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Messelektrode (15) beim Einsetzen mittels eines Stempels (31 ), insb. eines Stempels (31 ) aus Graphit, auf das weiche Glaslot (29) gedrückt wird, und
- der Stempel (31 ) auf dessen Stirnseite einen Bereich (33) aufweist, dessen Größe und Formgebung der Größe und der Formgebung der Messelektrode
(15) entspricht.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
überschüssiges Glaslot (29) beim Einsetzen der Messmembran (15) und des damit verbundenen Kontaktstifts (17, 25) durch die Bohrung (21 ) im Boden (5) der Halbschale (3) austritt.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Halbschale (3) eine Absatzfläche (31 ) aufweist, und
- die Messelektrode (15) mittels des Stempels (31 ) so weit in das weiche Glaslot (29) gedrückt wird, dass ein äußerer Rand (37) des Stempels (31 ) auf der Absatzfläche (35) aufliegt.
13. Verfahren nach Anspruch 9, 10, 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kontaktstift (25) ein Hohlstift ist, und - ein Innenraum des Hohlstifts vor dem Einsetzten in das weiche Glaslot (29) mittels eines Stifts (39), insb. eines Stifts (39) aus Graphit, verschlossen wird, und der Stift (39) nach dem Erkalten des Glaslots (29) wieder entfernt wird.
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