DE3818458A1

DE3818458A1 - Vorrichtung zur messung des druckes fluessiger oder gasfoermiger medien

Info

Publication number: DE3818458A1
Application number: DE19883818458
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Erlewein; Ludwig Englert
Original assignee: Moto Meter AG
Current assignee: Moto Meter AG
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1989-12-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Druckes flüssiger oder gasförmiger Medien mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse durch einen Abstützring abgestützten, dem Meßdruck ausgesetzten Membran und mit auf der Membran angeordneten, elektrischen Meßwiderständen.

Bei bekannten Anordnungen dieser Art sind Membran und Abstütz ring als jeweils separate Teile ausgebildet. Hierdurch können an der Meßvorrichtung im Bereich der Membran Abdicht- und Ein spannprobleme auftreten, die insbesondere auch die Meßgenauig keit der Vorrichtung nachteilig beeinflussen können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu verbessern, daß sie eine leichte Abdichtung und Einspan nung der Membran ermöglicht und hierdurch zu einer größeren Meßgenauigkeit führt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Abstütz ring und Membran einstückig gefertigt sind. Bei der bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung werden Abstützung und Membran einstückig aus Vollmaterial herausgearbeitet, wobei die Membran und der Abstützring vorteilhafterweise aus Metall bestehen.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Schnittansicht eines Drucksensors;

Fig. 2 eine Draufsicht des Drucksensors aus Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 vor der Montage einer druckempfindlichen Mem bran.

Der auf der Zeichnung dargestellte Drucksensor 1 ist eine Vor richtung zur Messung des Druckes flüssiger oder gasförmiger Medien. In einem rotationssymmetrischen Gehäuse 2, das mittels eines Gewindes 3 an eine das flüssige oder gasförmige Medium führende Leitung angeschlossen werden kann, ist ein beidseits offener Kanal 4 ausgebildet, der von der einen Stirnseite des Gehäuses 2 bis zu einem im Inneren des Gehäuses gelegenen Raum 5 reicht. Eine Trägerplatte 6 mit Mittelloch 7 ist im Raum 5 medium- und druckdicht mit dem Gehäuse 2 verbunden und koaxial zum Kanal 4 ausgerichtet. Mit der freien Oberfläche der Träger platte 6 ist wiederum medium- und druckdicht ein Abstützring 8 verbunden, der einstückig mit einer Membran 9 verbunden ist. Der im Kanal herrschende Druck kann sich somit unmittelbar auf die Membran 9 auswirken.

Die Membran 9 trägt auf ihrer freien Oberseite in an sich bekannter Weise deformationsempfindliche, elektrische Wider stände 11, 13, 14, 15, die in an sich bekannter Weise zu einer Brücke zusammengeschaltet sind (vgl. auch Fig. 2). Die Wider stände 11 und 13 liegen dabei über der Innenkante der ring förmigen Trägerplatte 6, so daß sie bei einer druckabhängigen Wölbung der Membran 9 die gewünschte Verformung erfahren, die dann in herkömmlicher Weise elektrisch gemessen wird und ein Maß für den herrschenden Druck ist.

Die hierfür erforderliche Mikroelektronik wird bevorzugt eben falls im Gehäuse 2 untergebracht. Hierzu weist das Gehäuse 2 eine kreisförmige Rinne 16 auf, zur Aufnahme des Randabschnitts einer zylindrischen Hülse mit geschlossenem Boden, welche die se Mikroelektronik überdeckt und in die Rinne 16 z. B. mittels eines Gießharzes eingeklebt ist. Die Mikroelektronik und die Hülsen bilden keinen Bestandteil der Erfindung und sind daher auf der Zeichnung nicht dargestellt.

Bei der beschriebenen Anordnung ist es wesentlich, daß der Abstützring 8 und die Membran 9 einstückig gefertigt sind. Hier durch entstehen im Bereich der Membran 9 keine Einspann- und Abdichtschwierigkeiten, die eventuell die Meßgenauigkeit beein trächtigen könnten. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Abstützring 8 und Membran 9 einstückig aus Vollmaterial herausgearbeitet, beispielsweise ausgedreht.

Als bevorzugtes Material für das einstückige, aus Abstützring 8 und Membran 9 bestehende Bauteil wird eine hochtemperatur feste Metallegierung, insbesondere eine Stahllegierung, verwen det. Günstige Ergebnisse lassen sich mit chromhaltigen Stahl legierungen erzielen, wobei der Chromgehalt 10 bis 25, insbe sondere 15 bis 19, vorzugsweise 16 bis 18 Gewichtsprozent betragen kann. Zusätzlich zu Chrom kann die Stahllegierung auch noch 0,5 bis 1,4 Gewichtsprozent an Niob und/oder Tantal enthalten.

Eine solche Stahllegierung weist die für die Membranfunktion er forderlichen elastischen Eigenschaften auf, sie läßt sich span abhebend gut bearbeiten und hat ausgezeichnete Haftungseigen schaften für die erwähnten Widerstände 11, 13, 14 und 15, die bevorzugt im an sich bekannten Dickschichtverfahren (Siebdruck verfahren) aufgebracht werden. Zwischen den Widerständen 11, 13, 14 und 15 und der Oberseite des Abstützringes 8 bzw. der Mem bran 9 wird dabei eine dielektrische Schicht 12 vorgesehen. Anschließend wird das Ganze mit einer isolierenden Abdeckschicht 17 überzogen. Die Fig. 2 zeigt weiterhin die erforderlichen elektrischen Anschlüsse, die im einzelnen nicht bezeichnet sind.

Die aus dem Abstützring 8 und der Membran 9 bestehende Einheit kann auch aus Keramik oder Kunststoff gefertigt werden. Sie könnte beispielsweise auch einstückig gegossen werden.

Bei der auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beste hen Abstützring 8 und Membran 9 aus chromhaltiger Stahllegie rung (Chromgehalt etwa 17 Gewichtsprozent). Die Trägerplatte 6 besteht aus dem gleichen Material wie der Abstützring 8 und die Membran 9. Hierdurch erreicht man besonders günstige Schweiß bedingungen. Einerseits lassen sich Abstützring 8 und Träger platte 6 problemlos miteinander verschweißen, andererseits unterliegt die Schweißverbindung zwischen Trägerplatte 6 und Gehäuse 2 geringeren Belastungen, so daß insgesamt ein fester Verbund der Gesamtanordnung in einfacher Weise herstellbar ist.

Die in Fig. 1 mit 18 und 19 bezeichneten Schweißstellen zwischen Abstützring 8 und Trägerplatte 6 einerseits sowie zwischen letzterer Platte und Gehäuse 2 sind ringförmig ausgebildet. Hierzu weisen, wie Fig. 3 zeigt, die jeweiligen Unterseiten des Abstützringes 8 und der Trägerplatte 6 ringförmige Schweiß buckel oder Schweißkränze 28 bzw. 29 auf, die nach einer an sich bekannten Elektroverschweißung die Schweißstellen 18 bzw. 19 gemäß Fig. 1 ergeben. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Verschweißung auch durch eine Verlötung oder Verklebung ersetzt werden.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, ist zwischen der Innenwand des Ge häuses 2 und den Außenseiten des Abstützringes 8 und der Trä gerplatte 6 ein ringförmiger Zwischenraum vorgesehen, der während einer Elektroverschweißung das Einführen einer elek trisch isolierenden Hülse gestattet. Außerdem weist die aus dem Abstützring 8 und der Membran 9 bestehende Einheit an ihrer die Widerstände 11, 13, 14, 15 tragenden Oberseite einen freien Rand 21 auf, auf den unter Ausbildung eines metallischen Kon taktes unmittelbar eine beispielsweise ebenfalls hülsenförmige Schweißelektrode aufgelegt werden kann.

Mit den aus Fig. 2 ersichtlichen Anschlußstellen der Wider stände 11, 13, 14 und 15 werden flexible Leitungen verbunden, welche zu der erwähnten, ebenfalls im Gehäuse 2 untergebrachten Mikroelektronik führen. Flexible Leitungen können einer Ver formung, insbesondere Auswölbung, der Membran 9 unter Druckbe dingungen leicht folgen.

Es ist günstig, die aus dem Abstützring 8 und der Membran 9 bestehende Baueinheit mit einer Winkelmarkierung, beispielsweise einer Kerbe, am Rand oder an der Oberfläche zu versehen, so daß diese Einheit leicht in bestimmter Weise orientierbar ist, insbesondere beim Aufbringen der Widerstände 11, 13, 14, 15 ein schließlich der Schichten 12 und 17, sowie beim Einschweißen in das Gehäuse 2.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung könnte die Öffnung 7 nach Einbringung eines unter bestimmtem Druck stehenden Mediums in den Raum zwischen Trägerplatte 6 und Membran 9 auch verschlos sen werden, so daß sich in einfacher Weise ein "Absolutdruck messer" herstellen läßt.

Schließlich kann am Gehäuse 2 auch eine Hochdrucksicherung vor gesehen werden, die verhindert, daß bei einer unerwarteten Ab lösung unter hohem Druck die Trägerplatte 6 und/oder der Ab stützring 8 mit der Membran 9 aus dem Gehäuse 2 herausgeschleu dert werden. Hierzu könnte beispielsweise nachträglich die innere Wand 22 der Rinne 16, gegebenenfalls unter Einschaltung einer Dichtung, auf die Oberseite des Abstützringes 8 herabge bogen werden.

Die dielektrische Schicht 12 wird vorzugsweise aus einer Sieb druckpaste gefertigt, die einen Gehalt an anorganischen Gläsern aufweist. Die auf die Membran 9 aufgebrachte Schicht 12 wird bei hoher Temperatur, z. B. 800°C eingebrannt. Sie verhaf tet sich dabei innig mit der Oberfläche der Membran und bil det ihrerseits die Abstützbasis für die vorzugsweise eben falls im Siebdruckverfahren aufgebrachten Widerstände 11, 13, 14, 15.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung des Druckes flüssiger oder gas förmiger Medien mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse durch einen Abstützring abgestützten, dem Meßdruck aus gesetzten Membran und mit auf der Membran angeordneten, elektrischen Meßwiderständen, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützring (8) und Membran (9) einstückig gefer tigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützring (8) und Membran (9) einstückig aus Vollma terial herausgearbeitet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützring (8) und Membran (9) aus Metall bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützring (8) und Membran (9) aus Keramik bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützring (8) und Membran (9) aus Kunststoff bestehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützring (8) und Membran (9) aus einer Stahllegierung bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung einen Gehalt an Chrom enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt der Stahllegierung 10 bis 25, insbeson dere 15 bis 19, vorzugsweise 16 bis 18 Gewichtsprozent beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung außer Chrom 0,5 bis 1,4 Gewichtspro zent an Aluminium, Titan, Niob und/oder Tantal enthält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeich net, daß der Abstützring (8) mit einer Trägerplatte (6) aus dem gleichen Material wie der Abstützring und die Trägerplatte (6) mit dem Gehäuse (2) verschweißt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Abstützring (8) und/oder der Trägerplatte (6) ring förmige Schweißbuckel (28, 29) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der die Meßwiderstände (11, 13, 14, 15) tragenden Ober fläche der Membran (9) ein freier Rand (21) zum Anlegen einer Schweißelektrode ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Membran (9) eine dielektrische Schicht (12) zur Abstützung und Isolierung der Meßwiderstände (11, 13, 14, 15) fest verbunden ist.