DE102009028258A1 - Relative pressure sensor for detecting difference between media pressure and atmospheric pressure, has reference air path running between base plate and substrate body beside pressure-bearing bonded joint, so that joint encloses path - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Relativdrucksensor, zum Erfassen der Differenz zwischen einem Mediendruck und dem Atmosphärendruck.The The present invention relates to a relative pressure sensor for detecting the difference between a media pressure and the atmospheric pressure.
Ein
gattungsgemäßer Relativdrucksensor umfasst
einen
Druckmesswandler, wobei der Druckmesswandler eine Messmembran und
einen Substratkörper aufweist, wobei zwischen der Messmembran
und dem Substratkörper eine Referenzdruckkammer ausgebildet
ist,
einen Trägerkörper, wobei der Substratkörper
mittels einer drucktragenden Klebung mit dem Trägerkörper verbunden
ist,
wobei sich durch den Substratkörper und den Trägerkörper
ein Referenzdruckpfad erstreckt, um den Referenzdruck in die Referenzdruckkammer
einzuleiten,
einen Messwerkkörper, in dem eine Wandlerkammer ausgebildet
ist,
wobei die Wandlerkammer eine erste Öffnung und eine
zweite Öffnung aufweist,
wobei der Druckmesswandler
durch die erste Öffnung in die Wandlerkammer eingebracht
ist und mittels des Trägerkörpers in der Wandlerkammer
gehalten wird,
wobei der Trägerkörper die
erste Öffnung druckdicht verschließt, und
wobei
eine der Referenzdruckkammer abgewandte Seite der Messmembran durch
die zweite Öffnung mit dem Mediendruck beaufschlagbar ist.A generic relative pressure sensor comprises
a pressure transducer, wherein the pressure transducer comprises a measuring membrane and a substrate body, wherein between the measuring diaphragm and the substrate body, a reference pressure chamber is formed,
a carrier body, wherein the substrate body is connected by means of a pressure-bearing adhesive bond to the carrier body,
wherein a reference pressure path extends through the substrate body and the carrier body to introduce the reference pressure into the reference pressure chamber,
a measuring body in which a transducer chamber is formed,
wherein the transducer chamber has a first opening and a second opening,
wherein the pressure transducer is introduced through the first opening in the converter chamber and is held by means of the carrier body in the converter chamber,
wherein the carrier body pressure-tightly closes the first opening, and
wherein a side facing away from the reference pressure chamber of the measuring diaphragm can be acted upon by the second opening with the media pressure.
Bei
gattungsgemäßen Relativdrucksensoren erweist es
sich als Problem, dass die drucktragende Klebung feuchteempfindlich
ist. Dies führt zu mechanischen Spannungen im Druckmesswandler,
die letztlich Messfehler bewirken. Dazu beschreibt die
Wenngleich diese Ansätze eine Verbesserung bewirken, sind sie keine grundsätzlichen Lösungen, da die Arten der Barrieren, beispielsweise eine Silikonschicht auf der Klebung oder ein Gummischlauch zwischen Klebung und Referenzluftpfad nicht hermetisch dicht sind und insofern im Verhältnis zum Aufwand hinsichtlich der erzielten Verbesserung noch zu wünschen übrig lassen.Although these approaches are an improvement, they are not fundamental solutions, as the types of barriers, For example, a silicone layer on the bond or a rubber hose between bond and reference air path are not hermetically sealed and thus in relation to the effort in terms of improvement still to be desired to let.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.It is therefore the object of the invention to remedy this situation.
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
den Relativdrucksensor gemäß dem unabhängigen
Patentanspruch 1.The
The object is achieved by
the relative pressure sensor according to the
Der erfindungsgemäße Relativdrucksensor, ist gegenüber einem gattungsgemäßen Relativdrucksensor dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzluftpfad zwischen Trägerkörper und Substratkörper neben der drucktragenden Klebung verläuft, wobei weder die drucktragende Klebung den Referenzuftpfad umschließt noch der Referenzluftpfad die drucktragende Klebung umschließt.Of the Relative pressure sensor according to the invention, is opposite a generic relative pressure sensor characterized characterized in that the reference air path between the carrier body and substrate body runs next to the pressure-bearing bond, wherein neither the pressure-bearing bond surrounds the reference air path nor the reference air path encloses the pressure-bearing bond.
Der Begriff „drucktragend” bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die Eigenschaft, dass jene Kräfte, welche aufgrund einer Druckbeaufschlagung des Druckmesswandlers in der Wandlerkammer auf die Klebung einwirken, praktisch zu keinen irreversiblen Verformungen der Klebung führen, die eine Auswirkung auf die den Nullpunkt und die Spanne des Sensors haben könnten.Of the Term "pressure bearing" in connection with the present invention the property that those forces, which due to pressurization of the pressure transducer act in the transducer chamber on the bond, virtually no cause irreversible deformation of the bond, the one Affect the zero and span of the sensor could.
Die Schubspannung in der Klebung sollte bei einer Druckbaufschlagung des beispielsweise nicht mehr als das E/500, vorzugsweise nicht mehr als das E/1000 betragen, wobei E das Elastizitätsmodul des für die Klebung verwendeten Werkstoffs ist.The Shear stress in the bond should be at a Druckbaufschlagung for example, not more than the E / 500, preferably not more than the E / 1000, where E is the modulus of elasticity of the material used for the bonding is.
Es ist offensichtlich, dass die tatsächlich auftretende Schubspannung drei Größen eingehen, nämlich erstens die Materialeigenschaften des Werkstoffs, zweitens die wirksame Fläche der Klebung und drittens der anliegende Druck, bzw. der spezifizierte Maximaldruck.It is obvious that the actual shear stress occurring three sizes, namely first the material properties of the material, secondly the effective Surface of the bond and thirdly the applied pressure, or the specified maximum pressure.
Als Werkstoff für die Klebung sind insbeondere Epoxidklebstoffe geeignet, welche beispielsweise ein Elastizitätsmodul zwischen etwa 2000 MPa und etwa 4000 MPa aufweisen können.When Bonding materials are, in particular, epoxy adhesives suitable, for example, a modulus of elasticity between may have about 2000 MPa and about 4000 MPa.
Die wirksame Fläche der Klebung ist in einer Weiterbildung der Erfindung gegenüber der Grundfläche des Substratkörpers reduziert, um auf diese Weise eine Einschnürung zwischen Substratkörper und Trägerkörper auszubilden. Die Einschnürung bewirkt, dass mechanische Spannungen im Substratkörper aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von Substratkörper und Trägerkörper gegenüber einer Ausgestaltung mit einer Klebung über die gesamte Basisfläche des Substratkörpers reduziert sind. Insoweit als die Klebung nun vollflächig sein kann, und keinen Durchgang für den Referenzdruckpfad enthält, kann die gleiche wirksame Fläche der Klebung bei geringeren äußeren Abmessungen erzielt werden, was mit einer Reduzierung der durch die Klebung bewirkten mechanischen Spannungen im Substratkörper einhergeht. In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die vom Rand der Klebung eingeschlossene Fläche nicht mehr als 18%, vorzugsweise nicht mehr als 12% und weiter bevorzugt nicht mehr als 6% der Basisfläche des Substratkörpers.The effective surface of the bond is in a development the invention relative to the base surface of the substrate body reduced, in this way a constriction between Form substrate body and carrier body. The constriction causes mechanical stresses in the Substrate body due to different thermal expansion coefficients of substrate body and carrier body opposite an embodiment with a bond over the entire Base surface of the substrate body are reduced. Insofar as the bond can now be full-surface, and does not contain a passage for the reference pressure path, can be the same effective area of adhesion at lower outer Dimensions are achieved, resulting in a reduction of through the Bonding caused mechanical stresses in the substrate body accompanied. In one embodiment of the invention the area enclosed by the edge of the bond no longer than 18%, preferably not more than 12% and more preferably not more as 6% of the base area of the substrate body.
In einer Weiterbildung umfasst der Referenzdruckpfad einen ersten Abschnitt mit einem Kanal durch den Substratkörper umfasst, der sich zwischen einer ersten Öffnung in einer ersten Oberfläche des Substratkörpers, die der Referenzdruckkammer zugewandt ist, und einer zweiten Öffnung in einer zweiten Oberfläche des Substratkörpers, die dem Trägerkörper zugewandt ist, erstreckt, wobei die zweite Öffnung in der zweiten Oberfläche mit einem zweiten Abschnitt des Referenzdruckpfads kommuniziert, der sich durch den Trägerkörper erstreckt.In In a further development, the reference print path comprises a first section comprising a channel through the substrate body extending between one first opening in a first surface of the substrate body, which faces the reference pressure chamber, and a second opening in a second surface of the substrate body, which faces the carrier body, extends, the second opening in the second surface communicates with a second portion of the reference print path, which extends through the carrier body.
In einer Ausgestaltung der Erfindung fluchtet die zweite Öffnung mit einer dritten Öffnung, des zweiten Abschnitts des Referenzdruckpfads, wobei zwischen der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ein ringförmiger Dichtungskörper angeordnet ist, durch welchen der erste Abschnitt des Referenzdruckpfades mit dem zweiten Abschnitt des Referenzdruckpfades druckdicht verbunden ist.In According to one embodiment of the invention, the second opening is aligned with a third opening, the second portion of the reference printing path, being between the second opening and the third opening an annular sealing body is arranged, by which the first portion of the reference pressure path with the second section of the reference pressure path is connected pressure-tight.
Der Dichtungskörper ist in einer Ausgestaltung der Erfindung nicht drucktragend. Insbesondere weist der Dichtungskörper einen Werkstoff auf dessen Elastizitätsmodul mindestens um einen Faktor 5, bevorzugt mindestens um einen Faktor 10 weiter bevorzugt mindestens um einen Faktor 20 kleiner ist als das Elastizitätsmodul des Werkstoffs der Klebung.Of the Sealing body is in one embodiment of the invention not pressure-bearing. In particular, the sealing body a material on its modulus of elasticity at least by a factor of 5, preferably at least a factor of 10 further is preferably at least a factor of 20 smaller than the elastic modulus the material of the bond.
Der Dichtungskörper umfasst vorzugsweise ebenfalls einen Klebstoff, so dass er weitgehend ohne Einspannkräfte in Position gehalten wird. Der Dichtungskörper kann als Werkstoff ein Elastomer bzw. einen elastomerhaltigen Klebstoff aufweisen, insbesondere Silikonkleber, welche beispielsweise ein Elastizitätsmodul zwischen etwa 10 MPa und 100 MPa aufweisen können.Of the Sealing body preferably also comprises an adhesive, so that he kept largely in position without clamping forces becomes. The sealing body may be an elastomer or have an elastomeric adhesive, in particular silicone adhesive, which, for example, a modulus of elasticity between about 10 MPa and 100 MPa.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anlagefläche des Dichtungskörpers an dem Substratkörper, welche mit der Anlagefläche des Dichtungskörper um die dritte Öffnung mindestens um einen Faktor 2, bevorzugt mindestens um einen Faktor 4 kleiner als die wirksame Fläche der Klebung an dem Substratkörper, die mit der wirksamen Fläche der Klebung an dem Trägerkörper fluchtet.In An embodiment of the invention is the contact surface the sealing body on the substrate body, which with the contact surface of the seal body to the third opening at least a factor of 2, preferably at least a factor of 4 smaller than the effective area the bond to the substrate body, with the effective Surface of the bond to the carrier body flees.
Durch die beschriebene, weiche Ausgestaltung des Dichtungskörpers, ist gewährleistet, dass keine unvertretbar großen mechanischen Spannungen über den Dichtkörper in den Substratkörper eingeleitet werden.By the described, soft design of the seal body, is guaranteed that no unreasonably large mechanical stresses on the sealing body in the substrate body are introduced.
Der Trägerkörper kann einteilig oder mehrteilig gestaltet sein. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst er eine Basisplatte, ein Rohr, welches sich durch die Basisplatte erstreckt, und den zweiten Abschnitt des Referenzdruckpfades bildet, sowie einen Sockel, der an der Basisplatte befestigt ist, und an dem der Substratkörper mittels der Klebung befestigt ist.Of the Carrier body can be designed in one piece or multiple parts be. In a development of the invention, it comprises a base plate, a tube which extends through the base plate, and the second section of the reference pressure path, and a pedestal, which is attached to the base plate, and on which the substrate body is attached by means of gluing.
Die Erfindung wird nun anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:The Invention will now be described with reference to the embodiment shown in the drawings explained. It shows:
Der
in
Durch
die dargestellte Konstruktion ist die drucktragende Klebung
Die
Kontaktierung der Wandlerschaltung kann beispielsweise in der Weise
erfolgen, wie es in der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10
2009 001133 dargestellt ist. Gleichermaßen können
die dort offenbarten Füllkörper in der Wandlerkammer vorgesehen
sein, um das verbleibende Ölvolumen zu minimieren. Auf
die Darstellung der Kontaktierung und der Füllkörper
wird in der vorliegenden Anmeldung im sinne der Übersichtlichkeit
verzichtet.The
Contacting the converter circuit, for example, in the way
be carried out as in the patent application with the
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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