DE6602312U

DE6602312U - Gleichzeitig melde ich fuer diesen gegenstand ein hilfsgebrauchmuster an.

Info

Publication number: DE6602312U
Application number: DE19686602312
Authority: DE
Original assignee: ETHER LANGHAM THOMPSON Ltd
Current assignee: ETHER LANGHAM THOMPSON Ltd
Priority date: 1964-03-18
Filing date: 1968-09-03
Publication date: 1969-05-22
Also published as: NL6503394A; LU48214A1; GB1088723A

Description

DR. ING. KARL BOEHMERT · DIPL-ING. ALBERT BOEKMERT

28 BREMiN · FELDSTRASSE 24 · TEL. (0421) 491700, 442551

Aktenzeichen. E 21 382/4-2k Gbm

Name d. Anm.t ETHER ENGINEERING LIMITED

Posticheckkonto ι Hamburji 126083 Bankkonto ι Bremer Bank; Bremen, Kto. 1001449 Mein Zelchem

E 422

28 Bremen, den 1. August 1968

ETHER ENGINEERING LIMITED, Bushey, Grafschaft Hertfordshire (England)

Dehnungsmeßwandler

•"Die Erfindung "betrifft Meßwandler mit ein£r Membran und Mitteln zum Dehnungsmessen wie "beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, die auf einer oder mehreren Oberflächen der Membran aufgebracht oder in dieser gebildet sind. Derartige Meßwandler sind als Druckaufnehmer oder Gewichtsmeßdosen und für andere Anwendungszwecke geeignet.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte IPorm für eine Membran eines Dehnungsmeßwandlers zu schaffen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung betrifft eine Verbesserung der elektrischen Empf indlicLkeit eines Membranmeßwand-

lers,

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Nach einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll ein MembranmeiJwandler vorgesehen werden, dessen Wandlerelemente zweckmäßiger als bisher auf der Membran angeoidnet sind.

Weiterhin soll ein Meßwandler mit einer an ihren Kanten eingespannten Membran vorgeschlagen werden.

Demgemäß wird ein Dehnungsmeßwandler mit einer Membran und mit Mitteln zum Messen von Dehnungen vorgeschlagen, die auf Biegespannungen in der Membran ansprechen, wobei erfindungsgemäß mindestens eine Hauptfläche der Membran so geformt ist j daß die Membrandicke im Bereich ihrer Einspannstelle größer ist als an einer von der- F-insp annstelle weiter entfernt liegenden Stelle.

Weiterhin wird ein Dehnungsmeßwandler mit einer Membran und mit Dehnungsmeßmitteln vorgeschlagen, die auf Biegespannungen in der Membran ansprechen und ein elektrisches Signal abgeben, bei dem erfindungsgemäß Einsparinmittel zum Halten der Membran vorgesehen sind, wobei sich die Membran um d =5 Einspannmittel ausbiegen kann; bei dem weiterhin mindestens eine derart geformte Membranhauptfläche vorge

sehen ist, daß die Membrandicke im Bereich der Einspannmittel größer ist als an einer von der Einspannstelle weiter entfernt liegenden Stelle, um die Nachgiebigkeit der Membran is Bereich der Dehnungsmeßisittel zu vergrößern.

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.,ei".ere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einiger Ausführung sbeisj. ieIe, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 bis

Figur 4 Querschnitte durch vier Ausführungsmöglichkeiten der Membran des Dehnungsmeßwandlers; und

Figur 5 ein Schaubild der radialen Spannungsverteilung in einer der Membranen.

Keines der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Membranen hat die bestimmten Nachteile, die dadurch entstehen, daß für einen Meßwandler eine Membran verwendet v/ird, die planparallele Hauptflächen hat. Bei der Verwendung einer derartigen, an ihrem Umfang eingespannten Membran entsteht der schwerwiegende Nachteil, daß die größten Spannungen an den Kembranlcanten auftreten und daß darüber hinaus im 3oreich der größten Spannungen auch der größte Anstieg d'T Spannung liegt«

üs ist QrW'iniiCilt, daß der Dehnungsmesser dort auf die Membran aufgebracht wird, v/o für eine gegebene Membranbelastung dis Spannung eis Meucimum hat₅ so daß die AnsprechempfindlichkfJit verbessert wird. Es ist jedoch nicht möglich, einen Dehnungsmesser und insbesondere einen Dehnungsme»istreifön an der äußersten freiliegenden Kante der Membran anzubringen, da die Dehnungsmesser eine endliche Größe

haben, so daß die mittlere Spannung in dem Meßstreifen üblicherweise sehr viel kleiner ist als die maximale Spannung in der Membran. Demzufolge können di,e elastischen Eigenschaften des Membranmaterials nur zu einem Teil ausgenutzt werden.

Die in den Figuren 1-4 dargestellten Membranen sind so ausgebildet, daß ihre Dicke über den Membranradius variiert, wobei die Dicke im Bereich der Einspannstelle der Membran größer ist als in einem Bereich, der von dieser Einspannkante entfernt ist, d.h. also, der näher im Bereich des Membranmittelpuinktes liegt. So ist beispielsweise die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform der Membran 10 an ihren Kanten mittels Einspannelementen 11, 12 befestigt, die ein freiliegendes mittleres und vorzugsweise rundes Gebiet freilassen. Dieses freiliegende Gebiet hat eine Dicke, die im l'mfangsbe reich 15 ein Maximum hat und sich dann gleichmäßig zu einem Bereich 14 nach innen auf den Membranmittelpunkt zu verringert. Die Mittelzone der Membran ist darin im Bereich 14 von konstanter Dicke.

Eine andere Ausiführungsform der Membran ist in Figur 2 dargestellt. Diese entspricht im wesentlichen der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die in Figur 1 dargestellte «ine Membranfläche 15 eben ist, während in Figur 2 beide Hauptflächen 17, 18 in einer Art

geformt sind, die der unteren Oberfläche 16 in Figur 1 entspricht. In den Figuren 1 und 2 haben gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern.

Eine andere vorteilhafte Äusführungsforiä eise? Heabras. ist in Figur 3 dargestellt, in der eine Oberfläche 20 eben und die gegenüberliegende Oberfläche 21 sphärisch ist. Die in Figur 4 dargestellte Membran hat zwei sphärische Oberflächen 22 und 23.

Die nicht plane Oberfläche bzw. Oberflächen der Membranen können verschieden geformt sein. Die Oberflächen können z.B. teilweise plan und teilweise kege!stumpfförmig sein, wie es bei 16, 17 un<l 18 gezeigt ist; die Oberflächen können jedoch auch sphärisch sein, wie es bei 21, 22 und 23 gezeigt ist. Die oberflächen können jedoch auch anders gekrümmt sein, beispielsweise parabolisch, hyperbolisch, elliptisch, exponential oder sinusförmig. Schließlich kann auch eine Oberfläche verwendet werden, die einer Seilkurve oder einer Annäherung an die genannten Oberflächen entspricht.

Als Ergebnis der Anwendung einer dieser Membranausführungen werden die Vorteile erzielt, daß der Bereich der Maximalspannung aus der unmittelbaren Umgebung des Membranumfanges in einen Bereich verschoben wird, der für das Aufbringen eines geeigneten Dehnungsmessers besser geeignet ist, und

weiterhin wird der Spannungsanstieg an dem Umfang; der Membran vermindert, so daß das Material, aus dem die Membran hergestellt ist, besser ausgenutzt wird.

Die Membranen können aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, sie bestehen jedoch vorteilhaft aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium oder Germanium, so daß in diesen Fällen die Dehnungsmesser direkt durch Diffusion auf den Oberflächen der Halbleiter gebildet werden können. Eine Membran mit einer ebenen Oberfläche, wie beispielsweise die in den Figuren 1 bis 5 gezeigte Membran, ist vorteilhaft, da die betreffende Oberfläche einfach maschinell hergestellt werden kann und im fertigen Zustand besser für die Anbringung eines Dehnungsmessers geeignet ist. Eine echte sphärische Oberfläche kann darüber hinaus einfacher hergestellt v/erden als anders gekrümmte formen, da uie Herstellung sphärischer Oberflächen mit aus der Optik bekannten Mitteln bekannt und häufig durchgeführt ist.,

Der Dickenberexch der Membranen kann je nach Anforderungen schwanken. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, eine Membran mit einsui Verhältnis der Kentendicite zur Mittendicke im Bereich von 1,5 : 1 bis 4 : 1 zu verwenden, obwohl bis zu einem gewissen Grade auch brauchbare Ergebnisse mit Verhältnissen außerhalb des genannten Berei-

ehes erzielt werden können.

Der erzielte Fortschritt wird bei der Betrachtung der Figur 5 deutlich, in der das Verhältnis von Biegespannung: "bei einem gegebenen Radius zur Biegespannung im Mittelpunkt als Funktion des Radius dargestellt ist, wobei eine Membran mit einer ebenen und einer sphärischen Oberfläche, auf die ein konstanter Druck einwirkt, zugrunde gelegt ist. Als Parameter sind die Werte: Kantendicke zu Mittelpunktsdicke = 1,5,2,5 und 4- angegeben. Es ist erkenntlich, daß mit der Zunahme dieses Dickenverhältnisses die Spannung im Umfang der Membran vermindert wird. Insbesondere wird deutlich, daß sich die Spannung bei einem Verhältnis von 4- : 1 geringfügig in Richtung auf den Membranumfang zu vermindert und daß ein weiter Bereich vorhanden ist, iEonerhalb dessen die Spannung fast konstant ist. Wenn ein Verhältnis von großer als 4 verwendet wird, wird der rechte Ast der in Figur 5 gezeigten Kurve stärker positiv ansteigen. Grundsätzlich wird mit zunehmendem Verhältnis Kantendicke zu LÜttelpunktsdicke das Verhältnis zwischen den Biegespannungen am Umfang zu denen in der Mitte vermindert, und der Spannungsanstieg im Bereich der Kante wird ebenfalls verringert und kann sogar für groß« Verhältnisse Kantendicke su Mittelpunktsdicke sein Vorzeichen ändern.

Claims

Ansprüche

1. Dehnungsmeßwandler mit einer Membran und mit Mitteln zum Messen von Dehnungen, die auf Biegespannungen in der Membran ansprechen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hauptfläche der Membran (10) so geformt ist, daß vlie Membrandicke im Bereich ihrer Einspannstclle (13) größer ist als an einer von der Einspannstelle weiter entfernt liegenden Stelle.

2. Dehnungsmeßv/aiidler mit einer Membran und mit Dehnungsmeßmitteln ₉ die auf Biegespannungen in der Membran anspre-

^! chen und ein elektrisches Signal abgeben, gekennzeichnet

durch Einspannmittel (11, 12) zum Halten der Membran (10), v/obei sich die Membran um die Einspannmittel ausbiegen kann; durch mindestens eine derart geformte Membranhauptflache, daß die Membrandicke im Bereich der Einspannmittel größer ist als an einer von der Einspsinnstelle weiter ent

fernt liegenden Stelle, um die Nachgiebigkeit der Membran im Boreich der Dehnungsmeßmittel zu vergrößern.

3· Meßwandler nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannmittel der Membran (10) an deren umfang (15) angeordnet sind, der die dickste Stelle der Membran darstellt.

4-. Meßwandler nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die genannte Hauptfläche der Membran konkav geformt ist.

5· Meßwandler nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Membran progressiv bis zum Mittelpunkt der Membran hin abnimmt.

6. Meßwandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Membran an ihrem Umfang zwischen 1,5 und viermal so groß ist wie die Dicke im ^] Membranmi11 elpunkt.

7· Meßwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hauptfläche der Membran im wesentlichen sphärisch ist.

8. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Haupfcflache der

Membran ke gel stumpf fö'rmig ist*

9. Meßwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Hoüptfläöhen dwx M eine ähnliche Form haben.

10. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis % dadurch gekennzeichnet, daß eine der Hauptflachen der Membran im wesentlichen eben ist.

11. Meßwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, (daß die Dehnungsmeßmittel an der im wesentlichen ebenen Jäauptflache der Membran angeordnet sind.

12. Meßwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel auf mindestens feine Hauptfläche der Membran aufgebracht sind,

15. Meßwandler nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mer^vran aus einem Halbleitermaterial besteht und daß die Dehnungsmeßmittel in einem Bereich dieses Materials gebildet sind, das eine vom übrigen Bereich der Membran abweichende elektrische Charakteristik hat.