DE2630640B2 - Piezoresistive pressure measuring cell assembly - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine DruckmeßzelLn-Baueinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a pressure measuring cell assembly according to the preamble of claim 1.
Es ist bereits eine Druckmeßzellen-Baueinheit der erwähnten Art aus »messen + prüfen/automatik«, Februar 1974, Seiten 89—92 bekannt, welche in einem ölgefüllten Übertragangsmembrangehäuse untergebracht ist, wobei die Sockelstifte in über den Umfang verteilten Preßglasführungen des Übertragungsmembrangehäuses eingebettet sind. Die Druckmeßzellen-Baueinheit selbst ist auf ein Bassisscheibchen gekittet welches einen demgegenüber größeren Durchmesser aufweist und darüber hinaus mit über den Umfang verteilten Durchtritten zur Durchführung der Sockelstifte versehen ist wobei diese Durchtritte mit denjenigen des Übertragungsmembrangehäuses korrespondieren. Die Sockelstifte sind aber nicht mit dem Basisscheibchen in irgendeiner mechanischen Verbindung, so daß dieses lediglich zur Zentrierung der Druckmeßzellen-Baueinheit innerhalb des Übertragungsmembrangehäuses dient, jedoch nicht zur Halterung der Druckmeßzellen-Baueinheit Es ist auch eine Trennung gegenüber einem inkompressiblen Fluid nicht möglich. Auf dieser Grundlage kann aber eine Druckmeßzellen-Baueinheit in universeller Form nicht hergestellt werden, sondern es muß vielmehr vom Hersteller je nach dem in Frage kommenden Anwendungszweck zusätzlich zu der eigentlichen Druckmeßzellen-Baueinheit nebst Sockelstiften auch ein ganz spezielles Übertragungsmembrangehäuse hergestellt werden.It is already a pressure measuring cell assembly of the type mentioned from "measure + check / automatic", February 1974, pages 89-92 known, which in one Oil-filled transmission membrane housing is housed, with the socket pins in over the circumference distributed pressed glass guides of the transmission membrane housing are embedded. The pressure measuring cell assembly itself is cemented onto a base washer which, in contrast, has a larger diameter and also over the circumference distributed passages is provided for the implementation of the base pins, these passages with correspond to those of the transmission diaphragm housing. The socket pins are not however with the Base washer in some mechanical connection, so that this is only for centering the Pressure measuring cell assembly within the transmission membrane housing is used, but not to hold the pressure measuring cell assembly. It is also a Separation from an incompressible fluid is not possible. On this basis, however, a Pressure measuring cell assembly in universal form can not be produced, but rather it must be from Manufacturer, depending on the intended application in question, in addition to the actual pressure measuring cell assembly and socket pins, also a whole special transmission membrane housing can be made.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer demgegenüber universell anwendbaren Druckmeßzellen-Baueinheit, die entweder unmittelbar oder in Verbindung mit verschiedenartigsten Übertragungsmembrangehäusen und gegebenenfalls zusätzlichen Außengehäusen anwendbar ist. Erreicht wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The object of the invention is to create a contrast, universally applicable pressure measuring cell assembly, which either directly or in Connection with a wide variety of transmission membrane housings and possibly additional ones External housings is applicable. This is achieved by the characterizing features of claim 1.
Durch die Erfindung wird eine universell anwendbare Druckmeßzellen-Baueinheit geschaffen, die sowohl für Absolut- als auch für Referenzdruckmessungen Anwendung finden kann.Die Druckmeßzellen-Baueinheit stell; einen fertigen Artikel dar, der als solcher an Hersteller von Druckfühlern lieferbar ist. Dies ergibt wesentliche Einsparungen in der Herstellung, da die Erzeugung von Druckmeßzellen-Baueinheiten einerseits und spezieller Druckfühler mit entsprechenden Übertragungsmembrangehäusen andererseits von hierfür eingerichteten Herstellerbetrieben erfolgen kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß der Sockel mit den darin vorgesehenen Preßglasdurchührungcn im Stanzverfahren aus nicht korrosionsbeständigem Weicheisen hergestellt werden kann. Bei einem solchen Material läßt sich jede Glasdurchführung mit etwa '/?<i der Kosten im Vergleich zu einem korrosionsbeständigen Stahl (z. B. V4A) herstellen. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Druckmeßzcllen-Baueinhcit in einem Druckfühler (Umfassend ein spezielles Übcrtragungsmembrangchäuse) knnn durch einen geeigneten Aufbau des letzteren erreicht werden, daß der aus nicht korrosionsbeständigem Material bestehende SockelThe invention provides a universally applicable pressure measuring cell assembly that can be used for both Absolute as well as for reference pressure measurements can be used. The pressure measuring cell assembly stell; a finished article that can be delivered as such to manufacturers of pressure sensors. This yields essentials Savings in production, since the production of pressure measuring cell units on the one hand and more specifically Pressure sensors with corresponding transmission membrane housings, on the other hand, from those set up for this purpose Manufacturing companies can take place. Another major advantage is that the base with it provided pressed glass leadthroughs in the punching process from non-corrosion-resistant soft iron can be produced. With such a material, any glass bushing can be identified with about '/? <I der Produce costs compared to a corrosion-resistant steel (e.g. V4A). When using a Druckmeßzcllen-Baueinhcit according to the invention in a pressure sensor (including a special transmission membrane housing) can be through a suitable Structure of the latter can be achieved that the base made of non-corrosion-resistant material
hermetisch gegenüber korrodierenden Atmosphären abgedichtet ist, was nach dem Stand der Technik nicht möglich war.is hermetically sealed against corrosive atmospheres, which is not according to the prior art was possible.
Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 2 wird die universelle Anwendbarkeit der Druckmeßzellen-Baueinheit noch erweitert, so daß es gleichgültig ist, ob die Druckmeßzellen-Baueinheit in einem weiterverarbeitenden Betrieb in einen Druckfühler für Absolutoder Referenzdruckmessung eingesetzt wird. The further development according to claim 2 extends the universal applicability of the pressure measuring cell assembly so that it does not matter whether the pressure measuring cell assembly is used in a further processing operation in a pressure sensor for absolute or reference pressure measurement.
Weiterbildungen der Erfindung nach den Patentansprüchen 3—7 betreffen besondere Gestaltungen von Druckfühlern unter Anwendung einer erfindungsgemäßen Druckmeßzellen-BaueinheitDevelopments of the invention according to the claims 3-7 relate to particular designs of pressure sensors using one according to the invention Pressure measuring cell assembly
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmeßzellen-Baueinheit im Axialschnitt,F i g. 1 an embodiment of an inventive Pressure measuring cell assembly in axial section,
F i g.2 die Druckmeßzellen-Baueinheit von F i g. 1 in Draufsicht, wobei eine fluiddicht aufgesetzte Schutzkappe der besseren Obersicht halber weggelassen ist,FIG. 2 shows the pressure measuring cell assembly from FIG. 1 in Top view, with a fluid-tight protective cap being omitted for the sake of better clarity,
Fig.3 ein Ausführungsbeispiel eines Druckfühlers unter Anwendung einer Druckmeßzellen-Baueinheit gemäß F i g. 1,2 im Axialschnitt,3 shows an embodiment of a pressure sensor using a pressure measuring cell assembly according to FIG. 1.2 in axial section,
Fig.4 ein gegenüber Fig.3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Druckfühlers in Teildarstellung während des Herstellungsganges in einem gegenüber F i g. 3 wesentlich vergrößerten Axialschnitt,FIG. 4 shows an exemplary embodiment which is modified from FIG. 3 a pressure sensor in partial representation during the production process in one opposite F i g. 3 significantly enlarged axial section,
Fig.5 ein Ausführungsbeispiel eines gegenüber Fig.3 ausgestalteten Druckfühlers mit eingebautem Steckerkörper, im Axialschnitt,5 shows a Ausführu n gsbeispiel an opposite Fig.3 configured pressure sensor with built-in connector body, in axial section,
Fig.6 ein gegenüber Fig. 5 abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Druckfühlers mit seitlich herausgeführtem Steckerkörper, im Axialschnitt,FIG. 6 shows an exemplary embodiment which is modified from FIG. 5 of a pressure sensor with a connector body brought out at the side, in axial section,
Fig.7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Druckfühlers mit seitlich herausgeführtem Steckerkörper, im Axialschnitt.7 shows a further embodiment of a pressure sensor with connector body brought out to the side, in axial section.
In der Zeichnung sind bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen für gleichartige oder äquivalente Bauelemente der besseren Übersicht halber nach Möglichkeit gleiche Bezugsziffern verwendet.In the drawing are the various exemplary embodiments for similar or equivalent For the sake of clarity, components have used the same reference numerals whenever possible.
Gemäß Fig. 1, 2 umfaßt eine piezoresistive Druckmeßzellen-Baueinheit eine dosenartige Druckmeßzelle 17, deren eine Stirnseite aus einer mehrere aufgeschichtete Widerstände 2 enthaltenden Meßmembran I besteht Über eine Isolierscheibe 20 ist die Druckmeßzelle 17 mit ihrer anderen stirnseitigen Zellenwand auf einem Sockel 10 angebracht. Mehrere elektrische Zuleitungen 3 gehen von den Anschlußstellen der Widerstände 2 auf der Meßmembran 1 aus und sind mit je einem axialen Sockelstift 13 verbunden, wobei die Sockelstifte 13 in dem Sockel 10 mittels Preßglasdurchführungnn 12 derart eingebettet sind, daß sie neben der Druckmeßzelle 17 verlaufen. Der Sockel 10, in dem die Preßglasdurchführungen 12 für die Sockelstifte 13 angeordnet sind, ist als Scheibe ausgebildet, wobei, wie sich dies am besten aus F i g. I ergibt, der Randumfangsbereich außerhalb der Preßglasdurchführungen als Dichtfläche mit einer Dichtnut 16 ausgebildet ist. Von den Enden der Sockelstifte 13 verlaufen Anschlußdrähte 19 zu je einem Verbindungspunkt 5 der Zuleitungen 3, die als Dünnfilmschicbten ausgebildet sind. Die Meßmembran 1, welche die Form eines einseitig abgeschlossenen kurzen Zylinders hat, ist auf eine Kreisplatte 7 von entsprechenden Durchmesser mittels eines Gold/Siüzium-Eutcktikums aufgelötet.According to Fig. 1, 2 comprises a piezoresistive pressure measuring cell assembly a can-like pressure measuring cell 17, one end face of which consists of a plurality of stacked Measuring membrane I containing resistors 2 consists of an insulating disk 20 which is the pressure measuring cell 17 attached with its other front cell wall on a base 10. Multiple electrical Leads 3 go from the connection points of the resistors 2 on the measuring membrane 1 and are with each connected to an axial base pin 13, the base pins 13 in the base 10 by means of pressed glass bushings 12 are embedded in such a way that they run next to the pressure measuring cell 17. The base 10, in which the Pressed glass bushings 12 for the base pins 13 are arranged, is designed as a disc, wherein, as this can best be seen from FIG. I results, the peripheral area outside of the pressed glass bushings as Sealing surface is formed with a sealing groove 16. Connecting wires run from the ends of the base pins 13 19 to a respective connection point 5 of the supply lines 3, which are designed as thin-film layers. The measuring membrane 1, which has the shape of a short cylinder closed on one side, is on a circular plate 7 of corresponding diameter by means of a gold / silicon eutectic soldered on.
In der Mitte de. Sockelschcibe 10 ist ein Durchführungsrohr 15 gasisoliert eingeschmolzen, so daß eine Verbindung zu einem innenraum 23 der DruckmeßzelleIn the middle de. Base disk 10 is a lead-through tube 15 gas-insulated melted down, so that a Connection to an interior 23 of the pressure measuring cell
17 hergestellt ist17 is made
Gemäß Fig.3 ist die Druckmeßzelle 17 von einem Übertragungsmembrangehäuse 31 umgeben, welches auf der dem Meßdruck zugewandten Seite mit einer Übertragungsmembran 35 abgeschlossen ist Der gebildete Raum 26, in dem die Druckmeßzelle 10 aufgenommen wird, ist mit einer isolierenden inkom· pressiblen Flüssigkeit 26 gefüllt Auf der Gegenseite ist das Übertragungsmembrangehäuse 31 durch die Sokkelscheibe 10 mittels eines Schraubringes 32 abgeschlossen. Das Übertragungsmembrangehäuse 31 kann mittels eines Gewindes 33 in einen (nicht gezeigten) Druckbehälter eingeschraubt werden, wobei an einer Flanschschulter eine Abdichtung über einen Dichtring 34 erfolgtAccording to Figure 3, the pressure measuring cell 17 is of a Transfer membrane housing 31 surrounded, which on the side facing the measuring pressure with a Transmission membrane 35 is completed. The space 26 formed in which the pressure measuring cell 10 is taken up, is filled with an insulating, incompressible liquid 26 on the opposite side the transmission membrane housing 31 is closed off by the base plate 10 by means of a screw ring 32. The transmission diaphragm housing 31 can by means of a thread 33 in a (not shown) Pressure vessel are screwed in, with a seal on a flange shoulder via a sealing ring 34 takes place
Die Übertragungsmembran 35 ist mit der Stirnseite des Übertragungsmembrangehäuses 31 unter Zuhilfenahme eines schützenden Schweißringes 37 verschweißt Eine Abdichtung der Flüssigkeit 26 gegenüber dem Sctkel 10 erfolgt durch einen Dichtring 29, der in der Dichtnut 16 aufgenommen istThe transmission membrane 35 is with the front side of the transmission membrane housing 31 with the aid a protective welding ring 37 is welded. A seal of the liquid 26 with respect to it the Sctkel 10 is carried out by a sealing ring 29, which in the sealing groove 16 is added
Bei dem Ausführungsbeispiel naca F i g. 4 ist die Übertragungsmembran 35 mit dem Übertragungsmembrangehäuse 31 nicht verschweißt sondern verlötet Zu diesem Zweck ist in eine Nut ein Lotring 47 eingelegt auf ν eichen die Ubertragungsmembran 35 zusammen mit einem Zentrierring 43 gesetzt wird. Die Anordnung wird mittels zweier verspannter Stahlbänder 45, 46 in ihrer Lage fixiert und zum Verlöten auf eine geeignete Temperatur gebracht.In the exemplary embodiment naca FIG. 4 is the transmission membrane 35 with the transmission membrane housing 31 not welded but soldered. For this purpose, a solder ring 47 is inserted into a groove The transmission membrane 35 is calibrated to ν is set with a centering ring 43. The arrangement is made by means of two tensioned steel belts 45, 46 in fixed in their position and brought to a suitable temperature for soldering.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist anstelle des Schraubringes 32 (F i g. 3) ein Steckerkörper 92 als Befestigungselement verwendet Die Sockelslifte 13 der Druckmeßzelle 17 sind an Steckerkontakte 94 gelötet, die in einem Isolierkörper 95 aufgenommen sind, der seinerseits wiederum in dem Steckerkörper 92 zentriert ist. Der vorliegend betrachtete Druckfühler ist vor allem zur Messung von Absolutdrücken geeignet. Bei Anwendung für Referenzdrücke muß der üeferenzdruck in einen Innenraum 98 des Steckerkörpers 92 eingeleitet werden, was zu Schwierigkeiten führen kann, wenn das zur Erzeugung des Referenzdruckes verwendete Fluid feucht ist da in diesem Fall Kurzschlüsse entstehen können.In the embodiment according to FIG. 5 is instead of the screw ring 32 (FIG. 3) a plug body 92 as Fastening element used The base lifts 13 of the pressure measuring cell 17 are soldered to plug contacts 94, which are received in an insulating body 95, which in turn centers in the plug body 92 is. The pressure sensor considered here is particularly suitable for measuring absolute pressures. at The reference pressure in an interior 98 of the plug body 92 must be used for reference pressures can be initiated, which can lead to difficulties if the used to generate the reference pressure The fluid is moist because short circuits can occur in this case.
Eine zur Messung von Referenzdrücken günstigere Ausbildung eines Druckfühlers ergibt sich aus Fig. 6. Hier ist das Übertragungsmembrangehäuse 31 in einem Außengehäuse 50 angeordnet, welches in einem seitlichen Durchtritt eine mechanische Halterung zur Einführung eines Steckerkörpers 92 mit elektrischen Verbindungen in Form von Steckerkontakten 94 bis zu den Sockelstiften 13 aufweist. In dem Außengehäuye 50 ist ein Referenznippcl 56 mit einem Druckausgleichsroln' 67 befestigt, um einen Innenraum des Außengehäuses 50, in dem die Steckerkoniakte 94 und Sockelstifte 13 verlaufen, von der äußeren Umgebung abzudichten und gleichzeitig einen Außenraum des Außengehäuses 50 mit der von der Meßmembran 1 abgewandten Zellenwand 7 bzw. mit dem diese durchsetzenden Durchführungsrohr zu verbinden. An seiner der Übertragungsmembran 35 zugewendeten Sei;e weist das Außengehäuse 50 ein Innengewinde 57 zum Anschluß an einen (nicht gezeigten) Druckbehälter auf. Um Temperatureinflüsse zu kompensieren, kann sich das Durchführunfsrohr 15 koaxial zu dem Druckausgleichsrohr 67 bewegen, wobei für eine zuverlässige Abdichtung durch einen O-Dichtring 65 gesorgt ist. Voraussetzung für den Einsatz dieses Druckfühlers istA design of a pressure sensor which is more favorable for measuring reference pressures is shown in FIG. 6. Here, the transmission membrane housing 31 is arranged in an outer housing 50, which is in a lateral passage a mechanical holder for the introduction of a plug body 92 with electrical Has connections in the form of plug contacts 94 up to the base pins 13. In the outer housing 50 is a reference nipple 56 with a pressure compensation roller 67 attached to an interior of the outer housing 50 in which the plug cone 94 and socket pins 13 run to seal from the external environment and at the same time an external space of the outer housing 50 with the cell wall 7 facing away from the measuring membrane 1 or with the one passing through it To connect duct pipe. On its side facing the transmission membrane 35; e has the outer housing 50 has an internal thread 57 for connection to a pressure vessel (not shown). In order to compensate for temperature influences, the feed-through tube 15 can be coaxial with the pressure equalization tube 67 move, a reliable seal being provided by an O-sealing ring 65. The prerequisite for using this pressure sensor is
allerdings, daß das unter dem Referenzdruck stehende. das Druckausgleichsrohr 67 durchsetzende Fluid die Meßmembran 1 nicht angreift.however, that that which is under the reference pressure. the pressure equalization pipe 67 penetrating the fluid Measuring diaphragm 1 does not attack.
Sollte diese Voraussetzung nicht erfüllt sein, so läßt sich der Druckfühler nach Fig. 7 günstig einsetzen. Hierbei sind in dem Außengehäuse 50 ein Gewindenippel 76 und ein Differenzmembrankörper 75 mit einer Differenzmembran 750 und einem Druckübertraguiigsrohr 670 befestigt, um einen Innenraiim des Außengehäuses 50, in dem die .Sockelstifte 13 verlaufen, von der äußeren Umgebung abzudichten. Der Differenzmembrankörper 75 bildet mit dem Druckübertragungsrohr 670, dem Durchführungsrohr 15 sowie der Meßmembran 1 (in Fi g. 7 nicht veranschaulicht) einen dicht abgeschlossenen Raum, der mit einer inkompressiblen isolierenden Flüssigkeit 81 gefüllt ist.If this requirement is not met, then leave the pressure sensor according to FIG. 7 can be used favorably. Here are a threaded nipple in the outer housing 50 76 and a differential diaphragm body 75 with a differential diaphragm 750 and a pressure transmission tube 670 attached to an inner space of the outer case 50, in which the socket pins 13 run, to be sealed from the external environment. The differential membrane body 75 forms with the pressure transmission tube 670, the feed-through tube 15 and the measuring membrane 1 (not illustrated in Fig. 7) a tightly sealed space with an incompressible insulating liquid 81 is filled.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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DE2448629C3 (en) | Differential pressure measuring cell |
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Date | Code | Title | Description |
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8263 | Opposition against grant of a patent | ||
8228 | New agent |
Free format text: FLACH, D., DIPL.-PHYS., 8200 ROSENHEIM ANDRAE, S., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. HAUG, D., DIPL.-ING. OTTO, D., DIPL.-ING. DR.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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8228 | New agent |
Free format text: FLACH, D., DIPL.-PHYS., 8200 ROSENHEIM ANDRAE, S., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. HAUG, D., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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8235 | Patent refused |