Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Drucksensor nach der Gattung des
Anspruchs 1. Bei einem bekannten Drucksensor ist das die Druckmem
bran aufweisende Dickschichtsubstrat mit Hilfe einer Dichtung in der
Bodenplatte des Drucksensors gelagert. Zwischen dem Dickschichtsub
strat und der Bodenplatte herrscht ein geringes Spiel, um einen Ein
fluß einer mechanischen Verspannung auf die Membran zu verhindern.
Wird aber die Bodenplatte nun auf eine unebene Flanschfläche aufge
schraubt oder angenietet, so verwindet sich die Bodenplatte so, daß
das Dickschichtsubstrat bei Druckbeaufschlagung des Drucksensors
nicht mehr mit der gewünschten Ringfläche, sondern nur noch im Ex
tremfall an zwei Punkten aufliegt. Dadurch verbiegt sich das Dick
schichtsubstrat über den gesamten Querschnitt, also auch im Bereich
der Membran. Diese mechanischen Verspannungen wirken auch auf die
auf der Membran aufgebrachten Dehnmeßstreifen ein, so daß ein unde
finierter Spannungszustand vorliegt. Diese mechanischen Verspannun
gen verfälschen somit das Meßsignal.The invention is based on a pressure sensor of the type of
Claim 1. In a known pressure sensor, this is the pressure diaphragm
Bran thick-film substrate with the help of a seal in the
Bottom plate of the pressure sensor stored. Between the thick film sub
strat and the bottom plate there is little play to an on
prevent flow of mechanical tension on the membrane.
But if the base plate is now opened on an uneven flange surface
screwed or riveted, the base plate twists so that
the thick-film substrate when the pressure sensor is pressurized
no longer with the desired ring area, but only in the Ex
is at two points. This causes the dick to bend
Layer substrate over the entire cross-section, i.e. also in the area
the membrane. These mechanical tensions also affect the
strain gauges applied to the membrane, so that an unde
defined voltage state is present. This mechanical tension
gen thus falsify the measurement signal.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß während der Monta
ge der Bodenplatte auf ein Bauteil keine mechanischen Verspannungen
entstehen und somit keine undefinierten Spannungen auf der Membran
bewirkt werden können. Meßfehler können dadurch verhindert werden.
Die Teileanzahl wird verringert, wodurch die Montage vereinfacht
wird. Während der Montage braucht nicht darauf geachtet zu werden,
daß durch ein zu großes Anzugsmoment der Schrauben Verspannungen auf
der Membran des Dickschichtsubstrats erzeugt werden. Durch die un
symmetrisch ausgebildete Druckhülse kann diese nie falsch eingebaut
werden.The pressure sensor according to the invention with the characteristic features
of claim 1 has the advantage that during the Monta
no mechanical tension on the component
arise and therefore no undefined stresses on the membrane
can be effected. This can prevent measurement errors.
The number of parts is reduced, which simplifies assembly
becomes. There is no need to pay attention during assembly
that tension due to excessive tightening torque of the screws
the membrane of the thick-film substrate are generated. By the un
symmetrically designed pressure sleeve can never be installed incorrectly
will.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Drucksensors
möglich.The measures listed in the subclaims provide for
partial developments of the pressure sensor specified in claim 1
possible.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erlautert. Es zeigen die
Fig. 1 eine Draufsicht auf den Drucksensor mit einem teilweise auf
geschnittenen Deckel, die Fig. 2 einen Längsschnitt in Richtung
II-II nach Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer
Einzelheit und die Fig. 4, 4a und 5 je eine Abwandlung des Aus
führungsbeispiels.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1, there is shown in FIGS. A plan view of the pressure sensor with a part, to cut the cover, FIG. 2 is a longitudinal section in the direction II-II of FIG. 1. FIG. 3 is a perspective view of a detail, and Figs. 4, 4a and 5 each a modification of the exemplary embodiment.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In der Fig. 1 ist mit 10 das Steckergehäuse eines Drucksensors 11
bezeichnet, das eine mittige, abgesetzte, durchgehende Bohrung 12
aufweist. In diese Bohrung 12 ist ein einteiliges Bodenteil aus
Dickschichtsubstrat, z. B. Stahlgranulat eingesetzt, wobei ein ring
förmiger Rand 14 des Steckergehäuses 10 in eine im Bodenteil 13 aus
gebildete Ringnut 15 ragen. Der Rand 14 ist in der Ringnut 15 mit
Hilfe eines Klebers 16 fixiert. Die Bodenplatte 13 ist einteilig
ausgebildet, wird aber durch die Ringnut 15 in einen Aufbau 17 und
in eine den Aufbau 17 umgebende Grundplatte 18 aufgeteilt. Die Ring
nut 15 ist dabei so tief ausgebildet, daß nur ein relativ dünner,
die Grundplatte 18 und den Aufbau 17 elastisch, aber mechanisch fest
verbindender Steg 19 vorhanden ist. Mit der Grundplatte 18 liegt das
Bodenteil 13 auch an der Unterseite des Steckergehäuses 10 an. In
den beiden schmaleren Seiten der Grundplatte 18 sind jeweils vier
Befestigungsbohrungen 20 ausgebildet, um mit Hilfe einer Schraub-
oder Nietverbindung das Bodenteil 13 auf einem nicht dargestellten
Bauteil zu befestigen.In Fig. 1, 10 denotes the connector housing of a pressure sensor 11 , which has a central, stepped, continuous bore 12 . In this bore 12 is a one-piece bottom part made of thick-film substrate, for. B. steel granules, wherein a ring-shaped edge 14 of the connector housing 10 protrude into an annular groove 15 formed in the bottom part 13 . The edge 14 is fixed in the annular groove 15 with the aid of an adhesive 16 . The base plate 13 is formed in one piece, but is divided by the annular groove 15 into a structure 17 and into a base plate 18 surrounding the structure 17 . The ring groove 15 is so deep that only a relatively thin, the base plate 18 and the structure 17 elastic, but mechanically firmly connecting web 19 is present. With the base plate 18 , the bottom part 13 also abuts the underside of the plug housing 10 . Four fastening bores 20 are formed in each of the two narrower sides of the base plate 18 in order to fasten the base part 13 to a component (not shown) with the aid of a screw or rivet connection.
Der Aufbau 17 des Bodenteils 13 weist eine etwa mittige Vertiefung
25 auf, so daß ein dünner, als Membran 26 dienender Bereich ent
steht. In die Vertiefung 25 ist eine Druckhülse 27 eingesetzt, die
mit Hilfe einer Sicherungsscheibe 28 in der Vertiefung 25 fixiert
ist. Zur Abdichtung sind in der Außenwand der Druckhülse 27 Ringnu
ten 29 mit sich darin befindenden Dichtungen 30 ausgebildet.The structure 17 of the bottom part 13 has an approximately central recess 25 , so that a thin area serving as membrane 26 is formed. In the recess 25 is a pressure sleeve 27 is inserted, which is fixed in the recess 25 by means of a lock washer 28th For sealing 27 Ringnu th 29 are formed with seals 30 located therein in the outer wall of the pressure sleeve.
Das Steckergehäuse 10 weist seitlich angebrachte elektrische Kontak
te 32 auf. Ferner ist auf der Oberseite des Steckergehäuses 10 eine
Ringnut 33 ausgebildet, in der ein Rand 34 eines Deckels 35 befe
stigt ist. Der Deckel 35 weist eine Entlüftungsbohrung 36 auf, die
nach dem Verkleben des Deckels 35 durch Eindrücken einer Kugel 37
verschlossen wird.The connector housing 10 has side-mounted electrical contacts 32 te. Furthermore, on the top of the connector housing 10, an annular groove 33 is formed, in which an edge 34 of a cover 35 is BEFE Stigt. The cover 35 has a vent hole 36 , which is closed after the cover 35 has been glued by pressing in a ball 37 .
Im Bereich der Membran 26 sind mehrere Dehnmeßstreifen 40 in Form
einer Widerstands-Meßbrücke angeordnet. Es können aber auch andere
Widerstände, die ihre elektrischen Eigenschaften bei Verformung ver
ändern, wie z. B. Dickschicht- oder Dünnschichtwiderstände, verwendet
werden. Mit Hilfe von Bonddrähten 41 sind die auf der Oberseite des
Aufbaus 17 aufgebrachten Leiterbahnen 42 mit den Kontakten 32 des
Steckergehäuses 10 verbunden. Ferner kann auch auf dem Aufbau 17 ei
ne elektronische Hybridschaltung 43 aufgedruckt sein. Zum Schutz vor
Umwelteinflüssen sind die Dehnmeßstreifen 40, die Leiterbahnen 42
und die Hybridschaltung 43 durch eine Dichtmasse 44 bedeckt.A number of strain gauges 40 in the form of a resistance measuring bridge are arranged in the region of the membrane 26 . But there can also be other resistors that change their electrical properties when deformed, such as. B. thick film or thin film resistors can be used. With the help of bonding wires 41 , the conductor tracks 42 applied to the top of the structure 17 are connected to the contacts 32 of the plug housing 10 . Furthermore, an electronic hybrid circuit 43 can also be printed on the structure 17 . To protect against environmental influences, the strain gauges 40 , the conductor tracks 42 and the hybrid circuit 43 are covered by a sealing compound 44 .
Die Funktion eines Drucksensors 11 ist hinreichend bekannt und
braucht deshalb hier nicht ausführlich beschrieben zu werden. Der zu
bestimmende Druck, der bis zu 200 bar hoch sein kann, wird mit Hilfe
der Druckhülse 27 der Membran 26 zugeführt. Die Dichtringe 30 dich
ten dabei die Ausnehmung 25 ab. Aufgrund des einwirkenden Drucks
wird die Membran 26 durchgebogen, so daß auch die Dehnmeßstreifen 40
in ihrem elektrischen Verhalten beeinflußt werden. Das dadurch er
zeugte elektrische Meßsignal kann über die Leiterbahnen 42, die
Bonddrähte 41 und die Kontakte 32 des Steckergehäuses 10 einer nicht
dargestellten Auswerteschaltung zugeführt werden.The function of a pressure sensor 11 is well known and therefore need not be described in detail here. The pressure to be determined, which can be up to 200 bar high, is supplied to the membrane 26 with the aid of the pressure sleeve 27 . The sealing rings 30 th you from the recess 25 . Due to the pressure acting, the membrane 26 is bent, so that the strain gauges 40 are influenced in their electrical behavior. The electrical measurement signal thereby generated can be supplied via the conductor tracks 42 , the bonding wires 41 and the contacts 32 of the connector housing 10 to an evaluation circuit (not shown).
Bei der Montage des Drucksensors 11 werden die Fortsätze 19 des
Steckergehäuses 10 in die Ringnut 15 eingesetzt und mit Hilfe des
Klebers 16 befestigt. Anschließend wird das Bodenteil 13 auf einem
nicht dargestellten Bauteil zum Beispiel aufgeschraubt. Dabei ist
darauf zu achten, daß keine mechanischen Verspannungen entstehen,
die die Membran 26 bereits im nicht druckbeaufschlagten Zustand in
geringem Maß verformen würde. Dadurch könnten in undefinierbarer
Weise in den Dehnmeßstreifen 40 Vorspannungen auftreten, die zu Meß
fehlern führen würden. Um diese Meßfehler zu vermeiden bzw. weitge
hend zu verringern, ist der Steg 19 elastisch beweglich ausgebildet.
Wird das Bodenteil 13 auf einer unebenen Fläche eines Bauteils be
festigt, d. h. aufgeschraubt bzw. angenietet, so kann sich die
Grundplatte 18 gegenüber dem Aufbau 17 im Bereich des Stegs 19 in
geringem Maße verbiegen und der Oberflächenform anpassen, ohne daß
mechanische Spannungen im Bodenteil 13 erzeugt werden. Mit Hilfe der
Befestigungsbohrungen 20 ist das Bodenteil 13 und somit der Druck
sensor 11 auf dem Bauteil befestigt. Aufgrund der elastischen Aus
bildung des Stegs 19 können keine mechanischen Verspannungen im Be
reich der Membran 26 durch die Befestigung entstehen.When mounting the pressure sensor 11 , the extensions 19 of the connector housing 10 are inserted into the annular groove 15 and fastened with the aid of the adhesive 16 . The base part 13 is then screwed onto a component, not shown, for example. Care must be taken to ensure that there are no mechanical tensions which would deform the membrane 26 to a small extent even in the non-pressurized state. As a result, prestresses could occur in the strain gauges 40 in an indefinable manner, which would lead to measurement errors. In order to avoid these measurement errors or to reduce them extensively, the web 19 is designed to be elastically movable. If the bottom part 13 is fastened to an uneven surface of a component, ie screwed or riveted, the base plate 18 can bend slightly in relation to the structure 17 in the region of the web 19 and adapt to the surface shape without mechanical stresses in the bottom part 13 be generated. With the help of the mounting holes 20 , the bottom part 13 and thus the pressure sensor 11 is attached to the component. Due to the elastic formation of the web 19 , no mechanical stresses in the area of the membrane 26 can be caused by the fastening.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ist der Steg 19 so herge
stellt, indem in das Bodenteil 13 von einer Seite her eine Ringnut
15 eingebracht ist. Es ist aber auch, wie aus der Fig. 4 ersicht
lich ist, der Aufbau 17 mit Hilfe von Trägern 48 in der Grundplatte
18 aufhängbar. Dabei ist es möglich, daß drei Träger 48 vorhanden
sind, die in einem Abstand von 120 Grad angeordnet sind. Weist die
Trägeranzahl ein ganzzahliges Vielfaches von 3 auf, so sind die Win
kelabstände 60, 30 etc. Grad. Der Aufbau 17 kann aber auch mit vier
Trägern 48a in der Grundplatte 18 befestigt sein, wobei der Abstand
zwischen den Trägern 48a dann 90 Grad beträgt. Auch hier ist mit
einem Vielfachen von vier Trägern 48a bzw. mit dem entsprechenden
Vielfachen von 90 Grad der Aufbau 17 in der Grundplatte 18 aufhäng
bar.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the web 19 is provided by an annular groove 15 being introduced into the base part 13 from one side. But it is also, as is apparent from FIG. 4, the structure 17 can be suspended in the base plate 18 with the aid of supports 48 . It is possible that there are three supports 48 which are arranged at a distance of 120 degrees. If the number of supports is an integer multiple of 3, the angular distances are 60, 30 etc. degrees. The structure 17 can also be fastened with four supports 48 a in the base plate 18 , the distance between the supports 48 a then being 90 degrees. Again, with a multiple of four carriers 48 a or with the corresponding multiple of 90 degrees, the structure 17 in the base plate 18 is suspended.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 5 ist das Steckergehäuse 10
nicht in das Bodenteil 13 eingeklebt. Hier ist vielmehr in der
Außenwandung der Ringnut 15, d. h. auf der dem Aufbau 17 abgewandten
Wand eine ringförmige Ausnehmung 50 im Bodenteil 13 ausgebildet, in
die ein Dichtring 51 eingelegt ist. Die Fortsätze 14 des Steckerge
häuses 10 werden somit bei der Montage in die Ringnut 15 eingesetzt
und aufgrund der Vorspannung des Dichtringes 50 wird das Steckerge
häuse 10 im Bodenteil 13 fixiert und vom Dichtring gleichzeitig auch
abgedichtet. Die übrige Funktionsweise und die in den Fig. 4 und
4a dargestellten Abwandlungen sind auch hier anwendbar.In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the plug housing 10 is not glued into the base part 13 . Rather, an annular recess 50 is formed in the outer wall of the annular groove 15 , ie on the wall facing away from the structure 17 in the base part 13 , into which a sealing ring 51 is inserted. The extensions 14 of the Steckerge housing 10 are thus used in the assembly in the annular groove 15 and due to the bias of the sealing ring 50 , the Steckerge housing 10 is fixed in the bottom part 13 and at the same time also sealed by the sealing ring. The remaining mode of operation and the modifications shown in FIGS. 4 and 4a can also be used here.