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DD244818A1 - MEMBRANE ASSEMBLY FOR PRESSURE SENSORS - Google Patents

MEMBRANE ASSEMBLY FOR PRESSURE SENSORS Download PDF

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Publication number
DD244818A1
DD244818A1 DD28542085A DD28542085A DD244818A1 DD 244818 A1 DD244818 A1 DD 244818A1 DD 28542085 A DD28542085 A DD 28542085A DD 28542085 A DD28542085 A DD 28542085A DD 244818 A1 DD244818 A1 DD 244818A1
Authority
DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
membrane
layer structure
pressure
aow
membrane layer
Prior art date
Application number
DD28542085A
Other languages
German (de)
Inventor
Klaus Forke
Volker Zuerich
Hans-Georg Clemens
Angelika Minge
Original Assignee
Medizin Labortechnik Veb K
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Medizin Labortechnik Veb K filed Critical Medizin Labortechnik Veb K
Priority to DD28542085A priority Critical patent/DD244818A1/en
Publication of DD244818A1 publication Critical patent/DD244818A1/en

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Membrananordnung fuer einen Drucksensor, die auf der Basis akustischer Oberflaechenwellen zur Druckmessung in Gasen, Gasgemischen und Fluessigkeiten in allen Gebieten der Technik Anwendung findet. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Membrananordnung fuer Drucksensoren zu entwickeln, die durch geometrische Variation einer Membranschichtstruktur und durch eine geeignete Positionierung der Membranschichtstruktur ueber der Oberflaeche eines AOW-Bauelementes eine vorzugsweise druckproportionale mechanische Deformation der Membran bewirkt und eine Erhoehung der Empfindlichkeit erreicht. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine Membranschichtstruktur aus einer elektrisch leitenden Grundschicht mit einer darauf angeordneten elektrisch nichtleitenden Deckschicht besteht und dass die Membranschichtstruktur mit einer Membranaufnahme- und Spannvorrichtung in einem Grundabstand von 5 bis 100 mm wahlweise ueber den Interdigitalwandlerstrukturen, ueber der Wandlermittenflaeche oder ueber der gesamten Oberflaeche eines AOW-Bauelementes fixiert ist.The invention relates to a diaphragm assembly for a pressure sensor, which is used on the basis of acoustic surface waves for pressure measurement in gases, gas mixtures and fluids in all areas of technology application. The object and the object of the invention are to develop a membrane arrangement for pressure sensors which, by geometrically varying a membrane layer structure and by suitable positioning of the membrane layer structure over the surface of an SAW component, effects a preferably pressure-proportional mechanical deformation of the membrane and achieves an increase in sensitivity. According to the invention, this object is achieved in that a membrane layer structure consists of an electrically conductive base layer with an electrically nonconductive cover layer arranged thereon and in that the membrane layer structure with a Membranaufnahme- and tensioning device in a basic distance of 5 to 100 mm optionally via the interdigital transducer structures, on the Wandlermittenflaeche or is fixed over the entire surface of an AOW device.

Description

-2- £f¥* Ö »Ö -2- £ f ¥ * Ö »Ö

Die Membranschichtstruktur kann auch aus einer elektrisch nichtleitenden Grundschicht und einer elektrisch leitendenThe membrane layer structure can also be made of an electrically non-conductive base layer and an electrically conductive

Deckschicht bestehen.Cover layer exist.

Es ist zweckmäßig, daß die Membranschichtstruktur beliebig in ihrer geometrischen Form und Dicke ausgebildet ist.It is expedient that the membrane layer structure is arbitrarily formed in its geometric shape and thickness.

Ausführungsbeispielembodiment

Die erfindungsgemäße Lösung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The solution according to the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Die Zeichnung zeigt eine Membrananordnung für einen Drucksensor mit einer Membranschichtstruktur 1, die aus einer elektrisch leitenden Grundschicht 2 mit einer darauf angeordneten elektrisch nichtleitenden Deckschicht 3 besteht. Die Membranschichtstruktur 1 ist mit einer Membranaufnahme- und Spannvorrichtung 4 in einem Grundabstand von 5 bis 100/xm wahlweise über den Interdigitalwandlerstrukturen 5, über der Wandlermittenfläche 6 oder über der gesamten Oberfläche eines AOW-Bauelementes 7 fixiert. Die Membranschichtstruktur 1 kann auch aus einer elektrisch nichtleitenden Grundschicht 2 und einer elektrisch leitenden Deckschicht 3 bestehen. Die Membranschichtanordnung kann auch beliebig in ihrer geometrischen Form und Dicke ausgebildet sein.The drawing shows a membrane arrangement for a pressure sensor with a membrane layer structure 1, which consists of an electrically conductive base layer 2 with an electrically non-conductive cover layer 3 arranged thereon. The membrane layer structure 1 is fixed with a membrane holding and tensioning device 4 at a basic distance of 5 to 100 / xm optionally via the interdigital transducer structures 5, over the transducer center surface 6 or over the entire surface of an SAW component 7. The membrane layer structure 1 can also consist of an electrically non-conductive base layer 2 and an electrically conductive cover layer 3. The membrane layer arrangement can also be formed arbitrarily in its geometric shape and thickness.

Durch die erfindungsgemäße Membrananordnung wird unter Ausnutzung des Effektes eines abdeckungsabhängigen Feldkurzschlusses des mit der AOW-Anregung und AOW-Ausbreitung verbundenen elektrischen Feldes die Empfindlichkeit der Druckeinwirkung auf die Membran-Bauelementeanordnung durch die Positionierung und die geometrische Form der Membranschichtstruktur 1 beeinflußt. Die Dicke der Membranschichtstruktur 1 ist ebenfalls ausschlaggebend für diesen Effekt: Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß eine Möglichkeit der Empfindlichkeitserhöhung gegenüber der Meßgröße Druck durch räumliche Anordnung der Membrananordnung über der Oberfläche des AOW-Bauelementes, durch geometrische Form der Membranschichtstruktur bzw. durch Membrangestaltung geschaffen wurde, ohne die Anforderungen an das AOW-Bauelement zu verändern.By utilizing the membrane arrangement according to the invention, by utilizing the effect of a cover-dependent field short circuit of the electric field associated with the SAW excitation and SAW propagation, the sensitivity of the action of pressure on the membrane component arrangement is influenced by the positioning and geometric shape of the membrane layer structure 1. The thickness of the membrane layer structure 1 is also crucial for this effect: The advantages of the invention are that a possibility of sensitivity increase over the measured pressure by spatial arrangement of the membrane assembly over the surface of the SAW device, by geometric shape of the membrane layer structure or through Membrane design was created without changing the requirements for the AOW device.

Außerdem ist eine Erweiterung der Möglichkeit der Auslegung des Druckmeßbereiches durch die Variation der Membrananordnung und der Positionierung der Membrananordnung gegeben.In addition, an extension of the possibility of designing the Druckmeßbereiches by the variation of the membrane assembly and the positioning of the membrane assembly is given.

Claims (3)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Membrananordnung für Drucksensoren mit einer Membran, die mit einer Spanneinrichtung fixiert und gespannt ist und die aus elektrisch leitendem Material oder elektrisch nichtleitendem Material besteht, wobei die Membranunterseite mit einem metallischen Belag versehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß eine Membranschichtstruktur(i) aus einer elektrisch leitenden Grundschicht (2) mit einer darauf angeordneten elektrisch nichtleitenden Deckschicht (3) besteht und daß die Membranschichtstruktur (1) miteiner Membranaufnahme- und Spannvorrichtung (4) in einem Grundabstand von 5 bis 100 μιη wahlweise über den Interdigitalwandlerstrukturen (5), über der Wandlermittenfläche (6) oder über der gesamten Oberfläche eines AOW-Bauelementes (7) fixiert ist.Membrane assembly for pressure sensors with a membrane which is fixed and tensioned with a clamping device and which consists of electrically conductive material or electrically non-conductive material, wherein the membrane underside is provided with a metallic coating, characterized in that a membrane layer structure (i) of a electrically conductive base layer (2) with an electrically nonconductive covering layer (3) arranged thereon, and in that the membrane layer structure (1) with a membrane receiving and tensioning device (4) at a basic distance of 5 to 100 μm optionally via the interdigital transducer structures (5), over the Wandlermittenfläche (6) or over the entire surface of an AOW device (7) is fixed. 2. Membrananordnung für Drucksensoren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Membranschichtstruktur (1) aus einer elektrisch nichtleitenden Grundschicht (2) mit einer darauf angeordneten elektrisch leitenden Deckschicht (3) besteht.2. Membrane arrangement for pressure sensors according to item 1, characterized in that the membrane layer structure (1) consists of an electrically non-conductive base layer (2) with an electrically conductive cover layer (3) arranged thereon. 3. Membrananordnung für Drucksensoren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Membranschichtstruktur (1) beliebig in ihrer geometrischen Form und Decke ausgebildet ist.3. membrane assembly for pressure sensors according to item 1 and 2, characterized in that the membrane layer structure (1) is arbitrarily formed in its geometric shape and ceiling. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine Membrananordnung für Drucksensoren mit einer Membran, die mit einer Spanneinrichtung fixiert und gespannt ist und die aus elektrisch leitendem Material oder elektrisch nichtleitendem Material besteht, wobei die Unterseite mit einem metallischen Belag versehen ist.
Die Erfindung findet Anwendung zur Druckmessung in Gasen, Gasgemischen und Flüssigkeiten in allen Gebieten der Technik.
The invention relates to a membrane assembly for pressure sensors with a membrane which is fixed and tensioned with a clamping device and which consists of electrically conductive material or electrically non-conductive material, wherein the underside is provided with a metallic coating.
The invention finds application in pressure measurement in gases, gas mixtures and liquids in all fields of technology.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Es sind Membranlösungen bekannt, die in Einrichtungen zur Messung von Druck auf der Basis des AOW-Prinzips enthalten sind, bei denen das Substrat des akustischen Oberflächenwellenbauelementes als Membran ausgeführt ist. Eine Deformation der Geometrie der Interdigitalwandlerstruktur eines als Matched-Filter ausgeführten AOW-Bauelementes bewirkt eine druckabhängige Änderung des Oberflächensignals (DD-WP 218794). Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß die zu messende Größe Druck eine mechanische Deformation des mikroakustischen Bauelementes hervorruft. Außerdem sind Sensorparameter, wie z. B. Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit, in hohem Maße an die mechanischen Eigenschaften des Substrats geknüpft. Weiterhin erweist es sich als nachteilig, daß die Abmessungen und Toleranzen des als Membran realisierten Substrates die technisch-technologischen Kennwerte des Drucksensors festlegen. Weiterhin wurde bereits eine Lösung vorgeschlagen, bei welcher planparallel zur Oberfläche eines akustischen Oberflächenwellen- Bauelementes eine elektrisch leitende Membran mit einer Spannvorrichtung fixiert und gespannt ist. Die Membran kann bei dieser Lösung auch aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen, wobei die Mem bra η Unterseite mit 3inem metallischen Belag versehen ist.Membrane solutions are known which are included in devices for measuring pressure on the basis of the AOW principle, in which the substrate of the surface acoustic wave device is designed as a membrane. A deformation of the geometry of the interdigital transducer structure of a designed as a matched filter SAW device causes a pressure-dependent change of the surface signal (DD-WP 218794). The disadvantage of this device is that the size to be measured pressure causes a mechanical deformation of the microacoustic device. In addition, sensor parameters, such. As sensitivity and reproducibility, highly linked to the mechanical properties of the substrate. Furthermore, it proves to be disadvantageous that the dimensions and tolerances of the substrate realized as a membrane define the technical-technological characteristics of the pressure sensor. Furthermore, a solution has already been proposed in which plane-parallel to the surface of a surface acoustic wave device, an electrically conductive membrane is fixed with a clamping device and tensioned. The membrane may also consist of electrically non-conductive material in this solution, wherein the Mem bra η bottom is provided with 3inem metallic coating. Nachteilig bei dieser Membrananordnung ist die Beeinflussung der gesamten Oberfläche des AOW-Bauelementes, so daß die Empfindlichkeit der Membran-Bauelementeanordnung nur durch den Abstand der Membran zur AOW-Bauelementeoberfläche /ariiert werden kann.A disadvantage of this membrane arrangement is the influencing of the entire surface of the AOW component, so that the sensitivity of the membrane component arrangement can be Ariiert / only by the distance of the membrane to the AOW device surface /. Ziel der ErfindungObject of the invention Es ist Ziel der Erfindung, eine Membrananordnung für Drucksensoren zu schaffen, die durch den Einsatz von beliebigen Wembranmaterialien oder Membranschichtstrukturen eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber der Meßgröße — Druck — auch im Bereich kleinster Änderungen erreicht.It is an object of the invention to provide a membrane assembly for pressure sensors, which achieved by the use of any Wembranmaterialien or membrane layer structures, a significant increase in sensitivity to the measured variable - pressure - even in the smallest changes. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Membrananordnung für Drucksensoren zu entwickeln, die durch geometrische /ariation einer Membranfolie oder einer Membranschichtstruktur aus beliebigen Materialien bzw. Materialkombinationen und durch eine geeignete Positionierung der Membranschichtstruktur über der Oberfläche eines AOW-Bauelementes eine /orzugsweise druckproportionale mechanische Deformation der Membran bewirkt, die eine hohe Empfindlichkeit im Bereich cleinster Druckänderungen aufweist und die in ein Oberflächenwellensignal als Funktion des Druckes umgewandelt wird, irfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Membranschichtstruktur aus einer elastisch leitenden 3rundschicht mit einer darauf angeordneten Deckschicht besteht und daß die Membranschichtstruktur mit einer Vlembranaufnahme- und Spannvorrichtung in einem Grundabstand von 5 bis 100μνη wahlweise über den nterdigitalwandlerstrukturen, über der Wandlermittenfläche oder über der gesamten Oberfläche eines AOW-Bauelementes ixiert ist.The object of the invention is to develop a membrane arrangement for pressure sensors which, by geometric / ariation of a membrane film or a membrane layer structure of any materials or material combinations and by a suitable positioning of the membrane layer structure over the surface of an AOW device, a pressure-proportional mechanical deformation According to the invention, the object is achieved in that a membrane layer structure consists of an elastically conductive 3rundschicht with a cover layer disposed thereon and that the membrane layer structure of the membrane causes a high sensitivity in the region of smallest pressure changes with a Vlembranaufnahme- and tensioning device in a basic distance of 5 to 100 μνη either via the nterdigitalwandlerstrukturen, on the converter center surface or over the entire n surface of an AOW device is ixiert.
DD28542085A 1985-12-24 1985-12-24 MEMBRANE ASSEMBLY FOR PRESSURE SENSORS DD244818A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1505379A1 (en) * 2003-08-04 2005-02-09 The Goodyear Tire & Rubber Company Passive tire pressure sensor and method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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