DE1259600B

DE1259600B - Vorrichtung zum Messen des Druckes mittels einer den einen Belag eines elektrischen Kondensators bildenden Membran und Verfahren zur teilweisen Herstellung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE1259600B
Application number: DEO8134A
Authority: DE
Inventors: Rene Andre Lenfant
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1960-07-01
Filing date: 1961-06-30
Publication date: 1968-01-25

Description

Vorrichtung zum Messen des Druckes mittels einer den einen Belag eines elektrischen Kondensators bildenden Membran und Verfahren zur teilweisen Herstellung der Vorrichtung Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Messen des Druckes mittels einer den einen Belag eines elektrischen Kondensators bildenden Membran, die zwischen den Berührungsflächen zweier Gehäuseteile eingespannt ist, von denen einer einen eingesetzten Teil trägt, der eine der Membran gegegenüberliegende, konkave, den anderen Kondensatorbelag darstellende Fläche aufweist.
Bei Druckmeßgeräten, die eine elektrisch leitfähige Membran enthalten, welche sich in ihrer Form verändert, sobald der Druck auf das Innere der sie begrenzenden Einfassung variiert wird, also sich die Kapazität des elektrischen Kondensators ändert, ist es unbedingt erforderlich, daß solche Meßgeräte sehr empfindlich arbeiten, wenn die Anderungen von Kapazitäten gemessen werden.
Bekannt sind mehrteilige Druckmeßgeräte, wobei mindestens ein Teil eine feste Elektrode mit konkaver Polfläche trägt, während eine ebene Membran mit ihrem Rand zwischen schmalen Ringbünden oder eingelegten Ringen von zwei oder mehreren Gehäuseteilen eingespannt ist. Eine solche Ausführung zeigt noch die Besonderheit, daß die Membran noch zusätzlich unter Spannung gesetzt wird dadurch, daß die aus Glas bestehende feste Armatur unter dem Druck von Federklammern sich mit ihrer Randkante unter Zwischenschaltung der planliegenden Membran auf einen Ringbund des unteren Gehäusesockels abstützt. Um die Gegenelektrode elektrisch wirksam zu machen, muß bei einer solchen Ausführung die konkave Polfläche dieser Elektrode noch mit einer metallischen Haut überzogen werden. Eine solche Bauweise ist nicht nur sehr kompliziert, sie ist auch sehr kostspielig, ohne daß der Grad ihrer Präzision überragend groß ist.
Bei einem anderen bekannten Differentialdruckmeßgerät wird die Einspannung der Membran von Gummiringen, die gleichzeitig der Abdichtung der beiden Druckkammern dienen, bewerkstelligt. Es ist natürlich nicht verwunderlich, daß durch dieVerformbarkeit der in diesem Fall verwendeten Einspannmittel keine extrem hohe Genauigkeit in der Positionierung der Membran in bezug auf die wirksame Polfläche der festen Elektrode zu erzielen sein wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei solchen Druckmessern die Weiterentwicklung dahin zu richten, einerseits ein Höchstmaß an Empfindlichkeit in der Anzeige von Anderungen der elektrischen Kapazität zu erzielen, andererseits eine weitgehende Vereinfachung der dazu erforderlichen technischen Bauelemente zu schaffen, und zwar mit vorbestimmten elektrischen Charakteristiken.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Berührungsflächen und die konkave Fläche an Teilen einer gemeinsamen, geschliffenen Kugelfläche vorgesehen sind.
Eine weitere Ausbildung ist dabei darin zu sehen, daß der die konkave Fläche aufweisende Teil sich in einer Aussparung des einen Gehäuseteiles befindet und das Kopfstück eines in diesem Gehäuseteil fest eingesetzten Bolzens bildet.
Gemäß einem weiteren Ausbildungsmerkmal ist der Gehäuseteil, der dem die konkave Fläche aufweisenden Teil gegenüberliegt, mit einer gegenüber der Aussparung in dem einen Gehäuseteil im Durchmesser kleineren, jedoch gleichachsigen Aussparung versehen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der konkaven und der konvexen Berührungsflächen einschließlich der konkaven Flächen die der Membran gegenüberliegen; sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu bearbeitenden Teile im vorgefertigten und vormontierten Zustand mittels eines konvexen bzw. konkaven rotierenden Schleifkörpers hohlkugelig bzw. kugelig geschliffen werden wobei beide Schleifkörper den gleichen Kugelradius aufweisen.
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, F i g. 2 eine Teilansicht dieser Vorrichtung in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine Stufe des Herstellungsverfahrens von Einzelteilen, Fig.4 eine Stufe des Herstellungsverfahrens von anderen Einzelteilen und F i g. 5 eine schematische Darstellung eines abgewandelien Ausführungsbeispieles.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 besteht die Druckmeßvorrichtung in der Hauptsache aus einem ersten Gehäuseteil 10 aus leitendem Material und aus einem zweiten Gehäuseteil 11 aus Isoliermaterial.
Der erste Gehäuseteil 10 weist eine zylindrische Außenform auf und besitzt eine axial durchlaufende zentrische Aussparung 12, die vom Meßdruck beaufschlagt wird. Diese Aussparung wird auf der dem anderen Gehäuseteil 11 zu gelegenen Seite durch eine dünne metallische Membran 13 abgeschlossen, welche zwischen der konvexen Innenfläche 17 des Gehäuseteiles 10 und der anliegenden konkaven Innenfläche 18 des zweiten Gehäuseteiles 11 eingespannt ist.
Diese Membran bildet den Belag eines Kondensators und arbeitet kapazitiv zusammen mit der konkaven Fläche 14, die die andere Elektrode darstellt und auf einem festen Teil 15 im zweiten Gehäuseteil 11 vorgesehen ist. Die aufeinanderliegenden Berührungsflächen 17 und 18 der beiden Gehäuseteile 10 und 11 bilden zusammen mit der konkaven Fläche 14 des festen Teiles 15 die Konturen ein und derselben Kugeloberfläche. Der feste Teil 15 bildet das Kopfstück eines Bolzens 19, der im Gehäuseteil 11 verankert ist; sein dem Kopfstück gegenüberliegendes Ende ist an einen Stromkreis 20 angeschlossen, der gleichzeitig mit dem Gehäuseteil 10 aus leitendem Material in Verbindung steht und mit Hilfe dessen die elektrische Kapazität des Kondensators bzw. die Veränderungen der Kapazität gemessen werden können.
Eine Aussparung 21 im Gehäuseteil 111 dient zur Aufnahme des festen Teiles 15. Die innere Kontur 22 des Gehäuseteiles 10 ragt in die Aussparung 21 hinein. Der Gehäuseteil 11 besitzt wie der Gehäuseteil 10 zylindrische Gestalt; die Außenflächen 23 und 24 dieser beiden Teile sind bündig, wodurch das Zusammenpassen des Meßgeräts wesentlich erleichtert wird. Die erfindungsgemäße Bauweise gewährleistet eine extrem genaue Lageeinstellung des mittleren wirksamen Teiles 13 der Membran und der konkaven Fläche 14, die die andere Elektrode bildet. Die Abdichtung der zentrischen Aussparung 12 wird durch einfaches Kontaktzusammenwirken der sphärischen Flächen 17 und 18 sowie der Membran erhalten.
Die Fig.3 stellt eine Phase der Herstellung der hohlkugeligen Flächen am Gehäuseteil 11 und am festen Teil 15 dar, der zu diesem Zweck in den Teil 11 bereits fest eingesetzt ist. Mit Hilfe eines sphärisch konvexen Schleifkörpers 25 werden durch gemeinsames Schleifen der Teile 11 und 15 gleichzeitig die Berührungsfläche 18 und die konkave Fläche 14 geschaffen.
Die F i g. 4 veranschaulicht eine andere Phase der Herstellung, gemäß welcher ein konkav sphärischer Schleifkörper 26 verwendet wird, um durch Schleifen der Innenfläche des Gehäuseteiles 10 die konvexe Berührungsfläche 17 zu erlangen.
In der Variante eines erfindungsgemäßen Druckmeßgeräts nach F i g. 5 wird eine gleiche metallisierte Membran 30 zwischen die zwei Gehäusehälften 31 und 32 mit ihren sphärischen Berührungsflächen 33 und 34 gespannt, wobei diese Berührungsflächen ebenfalls den gleichen Kugelhalbmesser aufweisen.
Wie im zuerst dargestellten Fall sind auch hier die beiden Gehäusehälften außen zylindrisch und weisen mit ihren Außenflächen 35 und 36 den gleichen Außendurchmesser auf. Durch zwei Bohrungen 37 und 38 im Gehäuseteil 31 werden zwei Kammern 39 und 40 gebildet, die ein Druckmedium enthalten, dessen Druckveränderungen zu messen oder zu vergleichen sind. Die beiden Bereiche 41 und 42 der Membran 30, die eine verformbare Wand der Kammern 39 und 40 bilden, arbeiten kapazitiv wechselseitig mit den konkaven Flächen 43 und 44 zusammen, welche einen Teil der gleichen sphärischen Oberfläche darstellen wie jene der Berührungsflächen 33 und 34. Analog wie im ersten Ausführungsbeispiel werden sie auf den festen Teilen 45 und 46, die mit ihren Bolzen im Gehäuseteil 32 verankert sind, hergestellt. Die genaue Lageeinstellung der wirksamen Bereiche 41 und 42 in bezug auf die konkaven Flächen 43 und 44 gestattet die Herstellung von Kondensatoren, die in ihrer Empfindlichkeit alle bisher bekannten Meßgeräte weit übertreffen, wobei nicht unberücksichtigt werden darf, daß Druckmeßgeräte der einen wie der anderen erfindungsgemäßen Bauweise sich zusätzlich durch ihre einfache Konstruktion, durch leichte Bearbeitung der einzelnen Organe und unkomplizierte Montage derselben vorteilhaft auszeichnen.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Messen des Druckes mittels einer den einen Belag eines elektrischen Kondensators bildenden Membran, die zwischen den Berührungsflächen zweier Gehäuseteile eingespannt ist, von denen einer einen eingesetzten Teil trägt, der eine der Membran gegenüberliegende, konkave, den anderen Kondensatorbelag darstellende Fläche aufweist, d a d u r c h g e -Iennzeichnet, daß die Berührungsflächen (17, 18 bzw. 33, 34) und die konkave Fläche (14 bzw. 43, 44) an Teilen (10, 11 und 15 bzw. 31, 32 und 45, 46) einer gemeinsamen, geschliffenen Kugelfläche vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die konkave Fläche (14) aufweisende Teil (15) sich in einer Aussparung des einen Gehäuseteiles (11) befindet und das Kopfstück eines in diesem Gehäuseteil fest eingesetzten Bolzens (19) bildet.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (10), der dem die konkave Fläche (14) aufweisenden Teil (15) gegenüberliegt, mit einer gegenüber der Aussparung (21) im Gehäuseteil (11) im Durchmesser kleineren, jedoch gleichachsigen Aussparung (12) versehen ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (10,11 bzw. 31, 32) als zylindrische Teile ausgebildet sind und gleichen Außendurchmesser aufweisen.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die konkave Fläche (43,44) aufweisende Teil aus zwei gleichen, symmetrisch in den einen Gehäuseteil (32) eingesetzten Bolzen besteht, deren Kopfstücke (45, 46) in Aussparungen dieses Gehäuseteiles liegen und mit ihren konkaven Flächen mit ein und derselben Membran kapazitiv zusammenwirken.
6. Verfahren zur Herstellung der konkaven und der konvexen Berührungsflächen einschließlich der konkaven Flächen, die der Membran gegenüberliegen, gemäß einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu be- arbeitenden Teile im vorgefertigten und vormontierten Zustand mittels eines konvexen bzw. konkaven rotierenden Schleifkörpers (25 bzw. 26) hohlkugelig bzw. kugelig geschliffen werden, wobei beide Schleifkörper den gleichen Kugelradius aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 154421, 503 949, 574 873; französische Patentschrift Nr.964 108; USA.-Patentschriften Nr.2667786, 2751 530; »Vakuumtechnik«, 1958, Heft 8, S. 177 bis 184.