DE3313260A1

DE3313260A1 - Sensor

Info

Publication number: DE3313260A1
Application number: DE19833313260
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: ERMETO ARMATUREN GmbH
Current assignee: ERMETO ARMATUREN GmbH
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1984-10-25
Also published as: NL8401169A

Description

Sensor
Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Drücken, insbesondere hohen Drücken, und Temperaturen in einem hydraulischen oder pneumatischen System, vorzugsweise mit Hilfe einer piezoresistiven Druckmeßzelle und einer elektronischen Schaltung, welche in einem Gehäuse zu einer Baueinheit integriert ist.
Die im Laufe der schnellen technischen Entwicklung komplexer werdenden hydraulischen Systeme stellen zunehmend höhere Anforderungen an die erforderliche Genauigkeit und Schaltgeschwindigkeit der angeschlossenen Systeme. Flieraus ergibt sich die Forderung nach Druck- und Temperaturmeßverfahren, welche nicht nur die aktuellen Mcßwerte in die elektronische Schaltung kontinuierlich melden, sondern auftretende Störungen der Anlage frühzeitig, d. h. unmittelbar beim Entstehen anzeigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Manometern, die meist nur in Intervallen abgelesen werden und vielfach dem Scbwierigkeitsgrad bestimmter Messungen nicht gerecht werden, bieten elektronische Meßeinrichtungen kontinuierliche Meßwertaufnahme und schnelle Verarbeitung der Signale bei hoher Meßgenauigkeit.
Bei den bisher bekannten Druck-Meßzellen der eingangs aufgeführten Art wird das zur Druckaufnahme verwendete piczoresistive Halbleiterelement (Silicium-Chip) mit Hilfe von Bond-Drähten an entsprechende Kontakte angeschlossen. Das gesamte Sensorgeiü'use besteht dabei aus einem von der llalbleiLertechnik her genormten Gehäuse, ähnlich wie diese für Transistoren, Operationsverst,irker o(ler dergleis11cn verwender werden.
Die genormten Gehäuse sind wegen ihrer Bauweise nicht für den Einsatz zur Messung von hohen und höchsten Drücken geeignet, da die Druckbeeinflussung der Gehäuse eine M((ßvcrfälschung zur Folge hat.
Ferner halten die Gehäuse höchsten zu messenden Drücken nicht stand, sondern sind Deformationen unterworfen.
Ein Drucksensor weist eine thermische DriEL auf, welche durch Messung der Temperatur und Kempensation des Drucksensors beseitigt werden kann.
Insbesondere bei schnellen Temperaturätiderungen ist es daher von besonderer Bedeutung den Drucksensor auch Icontinuierlich zu kompensierett.
Bisher wird die Temperatur bei einer l)ruckmessung in einem hydraulischen oder pneumatischen System gesondert gemessen und zur Kompensation in bestimmten Temperaturintervallen für die Druckmeßsonde verwendet. Hierdurch treten einmal Fehler auf, weil die Temperaturmessung nicht unmittelbar am Orte der Druckmessung erfolgt und zum anderen weil schnelle Temperaturänderungen, welche nicht am Ort der Druckmessung ermittelt werden, nur mit einer Phasenverschiebung berücksichtigt werden können. Auch dies ergibt wiederum Falschmessungen. Ferner bedingen die Temperaturintervalle eine zu ungenaue Kompensation.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art anzugeben, welche zur Messung hoher Drücke und gleichzeitig von Temperaturen geeignet ist, wobei die Meßgenauigkeit durch eine kontinuierliche Temperaturkompensation erheblich gesteigert werden soll.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art ein Schraubgehäuse aufweist, welches in einen den Drucksensor enthaltenden, vom Drucksystem durch eine druckübertragende Membrane getrennten Druckraum und einen durch Bohrungen zur Aufnahme elektrischer Kontakte oder Anschlußpfosten verbundenen, die zugehörige elektronische Schaltung enthaltenden drucklosen Raum aufgeteilt ist, und daß der Druckraum einen Temperatursensor entholt, welcher ebenfalls mit der elektronischen Schaltung verbunden ist, wobei die im Druckraum und damit im System vorherrschende Temperatur fortlaufend meßbar und der Meßwert gleichzeitig zur Temperaturkompensation des Drucksensors verwertbar ist.
Gemäß der Erfindung ist die Druckmeßzelle und die Temperaturmeßzelle unmittelbar oder mittelbar auf der Wandung des Schraubgehäuses angeordnet, welche den Druckraum vom drucklosen Raum trennt.
Die elektronische Schaltung im drucklosen Raum des Schraubgehäuses ist zur Verstärkung schwacher Ausgangssignale des Drucksensors und des Temperatursensors in Weiterbildung der Erfindung als Verstärker-Hybrid ausgebildet ist, welche gleichzeitig eine Temperatur-Kompensationsschaltung zur Kennlinienkorrektur des Drucksensors aufweist.
Die die elektrischen Kontakte aufnehmenden Bohrungen sind in vorteilhafter Weise zur Druckabstützung bei höchsten Dicken konisch ausgebildet, wobei der Bohrungsdurchmesser zum drucklosen Raum hin abnimmt; ferner sind die elektrischen Kontakte zur Bohrungswandung mit Hilfe einer Glasfüllung isoliert.
Das Schraubgehäuse ist ferner in vorteilhafter Weise in einen zur Ankopplung an hyraulische oder pneumatische Systeme ausgelegten Adapter einschraubbar ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung als Handmeßgerät ausgebildet.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung ferner durch ein Verfahren zur Messung von hohen Driicken und Temperaturen mit Hilfe der eingangs aufgeführten Vorrichtung, wobei die von dem Temperatursensor kontinuierlich gemessenen Temperaturwerte zur fortlaufenden Kompensation des Temperaturfehlers des Drucksensors und gleichzeitig zur Abgabe eines verstärlcten Temperaturausgangssignals verwendet wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Hierbei zeigen: I:T(;II1( 1 einen Querschnitt durch das tictlrz Schraubgehäuse, und FlCUi 2 einen teilweisen 1,.ingsschllitt n(l( h In zur 1.
Die Vorrichtung zur Messung von hohen Drii<;ken und Temperaturen bestelll aus einem Scllrnubgchäusc 1, welche; in einen den Drucksensor 2 und den Temperatursensor 16 cnthalLcndcn, vom 1)rucksystem durch eine druclcübertragerlde Membrane 3 getrenntell Druckraum 4 und einen durch elektrische Kontakte oder Anschlußpfosten r) verbundenen, die zugehörige elektronische Schaltung 14 enthaltenden drucklosen Raum 6 aufgeteilt ist. Die zur Durchführung der elektrischen Kontakte vorhandenen, zur Längsachse des Schraubgehäuses 1 etwa parallel verlaufenden Bohrungen 7 sind auf einer geraden Linie liegend angeordnet. Diese Kontaktanordnung weicht von der Gerätesteckernormung vollständig ab und ermöglicht den Einbau der elektronischen Schaltung 14, welche als Verstärker-Hybrid ausgebildet ist und zur Verstärkung der schwachen Ausgangssignale des Drucksensors 2 dient.
In der aus Figur 2 ersichtlichen Ausführungsform ist die Membrane 3 zwischen einem Ring 8 und einer Abdeckplatte 11 eingeschweißt.
Die im Gehäuse befindlichen Bohrungen 7, welche die elektrischen Kontakte oder Anschlußpfosten 5 aufnehmen, sind zur Druckabstützung bei höchsten Drücken konisch ausgebildet, wobei der Bohrungsdurchmesser zum drucklosen Raum 6 hin abnimmt. Zur druckdichten Isolierung sind die elektrischen Kontakte zur Bohrungswandung mit Hilfe einer Glas füllung isoliert. Die Konizität beträgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 1:50.
Der Drucksensor 2 ist im Druckraum 4 auf einem Anschlußpfosten 5 angeordnet und befestigt, welcher an seinem oberen Ende mit einem "Nagelkopf" versehen ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Drucksensor möglichst störungsfrei die Druckwellen empfangen kann, die ihm über das im Druckraum 4 befindliche Trennfluid übertragen werden.
Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, ist die Membrane 3 zwischen dem Ring 8 und einer die mechanische Beschädigungen der Membrane 3 verhindernden konisch zulaufenden Abdeckplatte 11 eingeschweißt, welche ihrerseits Bestandteil des Schraubgehäuses 1 ist.
Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist der durch den Ring 8, die Membrane 3 und das eigentliche Gehäuse 1 gebildete Zwischenraum, nämlich der Druckraum 4, mit einem chemisch inerten, elektrisch isolierenden Trennfluid gefüllt, welches eine 1:1 Druckübersetzung ermöglicht.
In dem Druckraum 4 ist neben dem Drucksensor 2 und dem Temperatursensor 16 ein Druckschalter 13 angeordnet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Druckschalter 13 und der Temperatursensor 16 mit dem Boden des Gehäuses 1 im Druckraum 4 verbunden. Die elektrischen Kontakte des Drucksensors 2, des Druckschalters 13 und des Temperatursensors 16 sind jeweils durch die elektrischen Verbindungsleitungen 15 über die Anschlußpfosten 5 mit der im drucklosen Raum vorhandenen elektronischen Schaltung 14 verbunden.
Das Gehäuse 1 ist mit einem Einschraubgewinde 17 und einem darüber befindlichen Dichtungsring 18 versehen, so daß es in einen Adapter eingeschraubt werden kann.
Mit dem analogen Druck- und Temperat ursensor nach der Erfindung werden in Verbindung mit entsprechenden 1L.Iibaumeßgeräten kontinuierlich und gleichzeitig Drücke und Temperaturen gemessen. Dabei wird die physikalische Kenngröße "Druck" mittels des piezoresistiven Drücke sensors und Halbleiter-Chips 2 gemessen und in eine proportionale Kenngröße transformiert und mit einem integrierten Verstärker auf einen besonders störsicheren Signalpegel verstärkt. Die Meßbereiche erstrecken sich bis zu Nenndrücken von 400 bar bei 100% Überlastsicherheit. Es sind Spitzendrücke bis zu 600 bar erfaßbar und der Temperaturbereich erstreckt sich von - 200(; bis + 1200C.
Durch die integrierte Anordnung des Sensorverstärkers in dem Gehäuse der Vorrichtung ergeben sich kurze elektrische Verbindungen von den Sensoren zum Verstärker, so daß noch äußerst schwache Signale empfangen und verstärkt werden können. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist daher in der Lage bereits kleinste Druck- und Temperaturänderungen kontinuierlich und störungssicher zu erfassen und auszuwerten.
- Leerseite -

Claims

I>a s} n L ( s p r ii c t k 9 Vorrichtung zur Messung von Drücken, insbesondere hohen Drücken, und Temperaturen in einem hydraulischen oder pneumatischen System, vorzugsweise mit hilfe einer piezoresistiven Druckmeßzelle und einer elektronischen Schaltung, welche in einem (;ehäuse zu einer Baueinheit integriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Schraubgehäuse (1) aufweist, welches in einen den Drucksensor (2) enthaltenden, vom Drucksystem durch eine druckübertragende Membrane (3) getrennten Druckraum (4) und einen durch Bohrungen (7) für die Durchführung elektrischer Kontakte oder Anschlußpfosten (5) verbundenen, die zugehörige elektronische Schaltung (14) enthaltenden drucklosen Raum (6) aufgeteilt ist, und daß der Druckraum (4) einen Temperatursensor (16) enthält, welcher ebenfalls mit der elektronischen Schaltung (14) verbunden ist, wobei die im Druckraum (4) und damit im System vorherrschende Temperatur fortlaufend meßbar und der Meßwert gleichzeitig zur Temperaturkompensation des Drucksensors verwertbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßzelle (2) und die Temperaturmeßzelle (16) unmittelbar oder mittelbar auf der inneren Wandung des Schraubgehäuses (1) angeordnet sind, welche den Druckraum (4) vom drucklosen Raum (6) trennt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (14) im drucklosen Raum (6) des Schraubgehäuses zur Verstärkung schwacher Ausgangssignale des Drucksensors (2) und des Temperatursensors (16) als Verstärker-Hybrid ausgebildet ist, welcher gleichzeitig eine Temperatur-Kompensationsschaltung zur Kennlinienkorrektur des Drucksensors (2) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrischen Kontakte oder Anschlußpfosten (5) aufnehmenden Bohrungen (7) konisch ausgebildet sind, wobei der Bohrungsdurchmesser zum drucklosen Raum (6) hin abnimmt, und daß die elektrischen Kontakte oder Anschlußpfosten (5) zur Bohrungswandung mit Hilfe einer Glasfüllung isoliert sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubgehäuse (1) in einen zur Ankopplung an hyraulische oder pneumatische Systeme ausgelegten Adapter (12) einschraubbar ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Handmeßgerät ausgebildet ist.
7. Verfahren zur Messung von hohen Drücken und Temperaturen mit Hilfe der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Temperatursensor kontinuierlich gemessenen Temperaturwerte zur fortlaufenden Kompensation des Temperaturfehlers des Drucksensors und gleIchzeitig zur Abgabe cines verstärkten Temperaturausgangssignals verwendet wird.