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DE102007025528A1 - Measuring device i.e. temperature measuring device, for process automation technology, has sensor unit for producing measured parameter, and contact unit connected with sensor unit at contact region, which is formed as recess of sensor unit - Google Patents

Measuring device i.e. temperature measuring device, for process automation technology, has sensor unit for producing measured parameter, and contact unit connected with sensor unit at contact region, which is formed as recess of sensor unit Download PDF

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DE102007025528A1
DE102007025528A1 DE200710025528 DE102007025528A DE102007025528A1 DE 102007025528 A1 DE102007025528 A1 DE 102007025528A1 DE 200710025528 DE200710025528 DE 200710025528 DE 102007025528 A DE102007025528 A DE 102007025528A DE 102007025528 A1 DE102007025528 A1 DE 102007025528A1
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DE
Germany
Prior art keywords
sensor element
contact
sensor unit
partially
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200710025528
Other languages
German (de)
Inventor
Dieter Schmidt
Dirk Rassbach
Klaus Kessler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
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 Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG filed Critical Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority to DE200710025528 priority Critical patent/DE102007025528A1/en
Priority to PCT/EP2008/055892 priority patent/WO2008145512A2/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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Abstract

The device has a sensor unit (1) for producing a measured parameter that depends on a process parameter and/or a change of the process parameter. The sensor unit has a contact region (2), and a contact unit electrically and/or mechanically contacts the sensor unit. The contact unit is electrically and/or mechanically connected with the sensor unit at the contact region, where the sensor unit has a metallic coating (12) at an outer contour. The contact region is formed as a recess of the sensor unit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einem Sensorelement, welches mindestens eine von der Prozessgröße und/oder einer Änderung der Prozessgröße abhängige Messgröße erzeugt, wobei das Sensorelement mindestens einen Kontaktbereich aufweist, und mit mindestens einem Kontaktelement zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung des Sensorelements, wobei das Kontaktelement mindestens an dem Kontaktbereich elektrisch und/oder mechanisch mit dem Sensorelement verbunden ist. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um die Temperatur, den Druck, den Füllstand, die Dichte, die Viskosität, den Durchfluss, die Feuchtigkeit oder den pH-Wert eines Mediums, wobei das Medium beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Schüttgut oder ein Gas ist.The The invention relates to a device for determination and / or monitoring at least one process variable of a Medium, with at least one sensor element, which at least one from the process variable and / or a change of Process variable dependent measured variable generated, wherein the sensor element has at least one contact region, and with at least one contact element for electrical and / or mechanical contacting the sensor element, wherein the contact element at least at the contact area electrically and / or mechanically connected to the sensor element. At the process size is for example, the temperature, the pressure, the level, the density, the viscosity, the flow, the humidity or the pH of a medium, where the medium for example a liquid, a bulk material or a gas is.

In der Prozessautomatisierung gibt es eine große Anzahl von Messgeräten zur Bestimmung bzw. Überwachung von Prozessgrößen. In diesen Messgeräten ist üblicherweise ein Sensorelement vorgesehen, welches der eigentlichen Messung dient, indem es beispielsweise eine von der Prozessgröße bzw. einer Änderung der Prozessgröße abhängige Messgröße erzeugt. Für die Messung der Temperatur als Prozessgröße gibt es beispielsweise Widerstandselemente, deren elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist, d. h. die Messgröße elektrischer Widerstand erlaubt die Messung bzw. Überwachung der Prozessgröße Temperatur. Bei den Sensorelementen handelt es sich beispielsweise um in Dünnschichttechniken erzeugte Sensoren oder Thermoelemente (z. B. „Dünnschicht-Pt100"). Solche Sensorelemente gilt es im Messgerät passend zu kontaktieren, z. B. insbesondere um den elektrischen Widerstand auszumessen. Hierfür eignen sich beispielsweise Mantelleitungen mit z. B. aus MgO oder Al2O3 bestehenden, voneinander isoliert angeordneten Innenleitern (sog. MgO- oder MI-Kabel).In process automation, there are a large number of measuring devices for the determination or monitoring of process variables. In these measuring devices, usually a sensor element is provided, which serves for the actual measurement, for example by generating a measured variable which is dependent on the process variable or a change in the process variable. For the measurement of the temperature as a process variable, there are, for example, resistance elements whose electrical resistance is temperature-dependent, ie the measured variable electrical resistance allows the measurement or monitoring of the process variable temperature. The sensor elements are, for example, sensors or thermoelements produced in thin-film techniques (eg "thin-film Pt100") .Such sensor elements must be suitably contacted in the measuring device, for example in order to measure the electrical resistance For example, sheathed cables with, for example, MgO or Al 2 O 3 existing, insulated from each other arranged inner conductors (so-called. MgO or MI cable).

Oft ergeben sich durch die geringen Abmessungen des Sensorelements insbesondere bei der elektrischen Kontaktierung Probleme in der Fertigung. So kann es sein, dass die Fertigung nicht vollständig automatisierbar ist bzw. dass die Herstellung nicht zu reproduzierbaren Ergebnissen führt. Diese Probleme sind ggf. auch mit entsprechenden Ausfallraten verbunden.Often arise due to the small dimensions of the sensor element in particular in the electrical contacting problems in the production. So It may be that the production is not completely automatable that the production does not lead to reproducible results. These problems may also be associated with corresponding default rates.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät vorzuschlagen, in wessen Fertigung die Problematiken des Standes der Techniken vermieden sind.Of the Invention has for its object to propose a measuring device, in whose production the problems of the state of the art are avoided.

Die Erfindung besteht darin, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise in Form einer Aussparung des Sensorelements ausgestaltet ist. Das Sensorelement nimmt so zumindest teilweise das Kontaktelement auf. Dies im Gegensatz beispielsweise zum Verfahren, dass das Kontaktelement z. B. über eine Lötstelle auf dem Sensorelement mit diesem verbunden wird.The Invention is that the contact area at least partially is designed in the form of a recess of the sensor element. The sensor element at least partially absorbs the contact element. This in contrast For example, for the procedure that the contact element z. B. over a soldered point on the sensor element is connected to this.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise als ein Loch im Sensorelement ausgestaltet ist. Ein solches Loch lässt sich beispielsweise als Bohrung im Sensorelement realisieren.A Embodiment includes that the contact area at least partially is designed as a hole in the sensor element. Such a hole can be for example, realize as a hole in the sensor element.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise als ein durchgehendes Loch im Sensorelement ausgestaltet ist.A Embodiment provides that the contact area at least partially is designed as a through hole in the sensor element.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise als ein Sackloch im Sensorelement ausgestaltet ist. Der Kontaktbereich ist somit nicht durchgehend.A Embodiment includes that the contact area at least partially is designed as a blind hole in the sensor element. The contact area is therefore not continuous.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise als ein kegelförmiges Sackloch im Sensorelement ausgestaltet ist.A Embodiment provides that the contact area at least partially as a conical blind hole is configured in the sensor element.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise als ein Loch an einem Seitenrand des Sensorelements ausgestaltet ist.A Embodiment includes that the contact area at least partially is designed as a hole on a side edge of the sensor element.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise als ein halbseitiges Loch an einem Seitenrand des Sensorelements ausgestaltet ist. In dieser Ausgestaltung wird somit beispielsweise das Sensorelement an mindestens einem Seitenrand derartig angebohrt, dass sich eine lochförmige Aussparung in dem Sensorelement ergibt. Damit geht einher, dass das Kontaktelement somit quasi an dem Seitenrand des Sensorelements befestigt wird und über das Loch in das Sensorelement hineinragt.A Embodiment provides that the contact area at least partially as a half-sided hole on a side edge of the sensor element is designed. In this embodiment, thus, for example the sensor element is drilled on at least one side edge in such a way, that is a hole-shaped Recess in the sensor element results. This goes hand in hand with that the contact element thus attached quasi to the side edge of the sensor element will and over the hole projects into the sensor element.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Kontaktelement mindestens eine Ummantelung aufweist, und dass das Sensorelement zumindest teilweise in der Ummantelung angeordnet ist. Durch die Anordnung des Sensorelements in der Ummantelung des Kontaktelements ergibt sich quasi eine Einheit aus Sensorelement und Kontaktelement, welche gemeinsam durch die Ummantelung geschützt ist.A Embodiment includes that the contact element at least one Sheath has, and that the sensor element at least partially is arranged in the sheath. By the arrangement of the sensor element in the sheath of the contact element results in a quasi one unit Sensor element and contact element, which together through the sheath protected is.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Kontaktelement zumindest teilweise in dem Kontaktbereich angeordnet ist. Das Kontaktelement wird somit über den Kontaktbereich, welcher eine Aussparung in dem Sensorelement ist, teilweise in das Sensorelement selbst eingebracht.A Embodiment provides that the contact element at least partially is arranged in the contact area. The contact element is thus over the Contact area, which is a recess in the sensor element, partially introduced into the sensor element itself.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Kontaktelement zumindest teilweise mit dem Sensorelement verlötet, verschweißt, gecrimpt oder verklebt ist.An embodiment includes that Contact element is at least partially soldered to the sensor element, welded, crimped or glued.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Prozessgröße um die Temperatur handelt, und dass es sich bei dem Sensorelement um ein auf einem Substrat angeordnetes Widerstandselement oder ein Thermoelement handelt.A Embodiment includes that the process variable is the Temperature is, and that the sensor element to a on a substrate disposed resistive element or a thermocouple is.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens zwei Kontaktbereiche vorgesehen sind, und dass die zwei Kontaktbereiche in der Nähe einer Seitenberandung des Substrats angeordnet sind. In einer Ausgestaltung sind die zwei Kontaktbereiche symmetrisch zueinander angeordnet.A Embodiment provides that at least two contact areas provided are, and that the two contact areas in the vicinity of a side boundary of the Substrate are arranged. In one embodiment, the two Contact areas arranged symmetrically to each other.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Positionierhilfe vorgesehen ist, welche einer Orientierung des Sensorelements und des Kontaktelements zueinander dient. Eine solche mechanische oder optische Positionierhilfe ermöglicht oder vereinfacht ggf. die automatisierte Fertigung, indem präzisiert wird, wie das Sensorelement und das Kontaktelement für die Verbindung zueinander zu orientieren sind.A Embodiment includes that at least one positioning aid is provided, which an orientation of the sensor element and the contact element serves each other. Such a mechanical or optical positioning aid allows or possibly simplifies automated manufacturing by specifying is how the sensor element and the contact element for the connection to orient themselves to each other.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Sensorelement und das Kontaktelement derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass ein Innenraum, welcher zwischen Sensorelement und Kontaktelement besteht, geschlossen ist. Werden somit das Sensorelement und das Kontaktelement in der Fertigung miteinander verbunden, so ist der Innenraum, der sich zwischen Kontaktelement und Sensorelement befindet, gegenüber dem Eindringen von Medien geschlossen. In einer Ausgestaltung schließt das Sensorelement das Kontaktelement ab.A Embodiment provides that the sensor element and the contact element are designed and coordinated with each other, that one Interior, which consists of sensor element and contact element, closed is. Thus become the sensor element and the contact element interconnected in manufacturing, so is the interior, the is located between the contact element and sensor element, opposite to the Ingress of media closed. In one embodiment, the sensor element closes the contact element.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Sensorelement zumindest an einer Außenberandung eine Metallisierung aufweist. Eine solche Metallisierung kann beispielsweise dazu dienen, dass über die elektrische Kontaktierung von Sensorelement und Kontaktelement hinaus eine weitere, z. B. mechanische Verbindung erzeugt wird oder dass beispielsweise auch das Sensorelement mit einem weiteren Element, z. B. einem Schutzrohr verbunden wird.A Embodiment includes that the sensor element at least at one Outside boundary one Metallization has. Such a metallization can, for example serve that over the electrical contacting of sensor element and contact element addition, another, z. B. mechanical connection is generated or that, for example, the sensor element with a further element, z. B. is connected to a protective tube.

Die Erfindung ermöglicht somit die Umsetzung einer qualitativ hochwertigen und reproduzierbaren Fühlertechnologie. Die erfindungsgemäßen Messgeräte oder Fühler sind dabei mechanisch stabil und vibrationsresistent. Weiterhin vorteilhaft sind die kostengünstige, reproduzierbare und automatisierbare Herstellungsmethode und die Minimierung der Ausfallrate.The Invention allows thus the implementation of a high quality and reproducible Sensor technology. The measuring devices according to the invention or sensor are mechanically stable and vibration resistant. Further advantageous are the cost-effective, reproducible and automatable production method and the Minimizing the failure rate.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings.

Es zeigt:It shows:

1: eine Draufsicht auf ein Sensorelement in einer ersten Variante, 1 FIG. 4: a plan view of a sensor element in a first variant, FIG.

2: eine Draufsicht auf ein Sensorelement in einer zweiten Variante, 2 FIG. 2: a plan view of a sensor element in a second variant, FIG.

3a) und b): jeweils ein Schnitt durch zwei unterschiedliche Varianten des Sensorelements, 3a) and b): in each case a section through two different variants of the sensor element,

4a), b) und c): jeweils ein Schnitt durch eine Kontaktelement und ein Sensorelement in drei unterschiedlichen Phasen der Fertigung eines erfindungsgemäßen Messgerätes, 4a) , b) and c): in each case a section through a contact element and a sensor element in three different phases of the production of a measuring device according to the invention,

5: ein Schnitt durch eine schematische Darstellung eines Teiles eines erfindungsgemäßen Messgerätes einer ersten Variante, 5 FIG. 2: a section through a schematic illustration of a part of a measuring device according to the invention of a first variant, FIG.

6: ein Schnitt durch eine schematische Darstellung eines Teiles eines erfindungsgemäßen Messgerätes einer zweiten Variante, und 6 a section through a schematic representation of a part of a measuring device according to the invention a second variant, and

7a) und b): jeweils ein Schnitt durch eine schematische Darstellung eines Teiles eines erfindungsgemäßen Messgerätes einer dritten und einer vierten Variante. 7a) and b): in each case a section through a schematic illustration of a part of a measuring device according to the invention of a third and a fourth variant.

In der 1 ist ein kreisförmiges Sensorelement 1 dargestellt, wie es für das erfindungsgemäße Messgerät Verwendung findet. In dieser und in den folgenden Figuren wird als Beispiel für ein Messgerät stets ein Temperatur-Messgerät dargestellt. Dies ist jedoch nur ein Beispiel für ein Messgerät.In the 1 is a circular sensor element 1 illustrated how it is used for the measuring device according to the invention. In this and in the following figures, a temperature measuring device is always shown as an example of a measuring device. However, this is just one example of a meter.

Auf einem Substrat 6, welches beispielsweise aus einer Keramik besteht, ist hier als Beispiel ein Widerstandselement 7 angeordnet, welches über zwei Leiterbahnen 8 elektrisch kontaktiert wird. Die beiden Leiterbahnen münden jeweils auf einen Kontaktbereich 2, welche hier erfindungsgemäß als Aussparungen in dem Sensorelement 1, z. B. als Bohrungen, ausgestaltet sind. Diese beiden Anschlusspunkte der Kontaktbereiche 2 sind dabei mit einer leitfähigen Schicht mit definierter Schichtdicke versehen. Die Aussparungen sind beispielsweise kegelförmig oder (halb-)kugelförmig ausgestaltet.On a substrate 6 which is made of a ceramic, for example, here is an example of a resistance element 7 arranged, which has two tracks 8th is contacted electrically. The two interconnects each lead to a contact area 2 , which here according to the invention as recesses in the sensor element 1 , z. B. are designed as holes. These two connection points of the contact areas 2 are provided with a conductive layer with a defined layer thickness. The recesses are configured, for example, conical or (semi-) spherical.

Am Seitenrand des Sensorelements 1 ist eine Metallisierung 12 aufgebracht, welche einer weiteren Verbindung zwischen Sensorelement 1 und Kontaktelement 3 oder z. B. einem Schutzrohr dient. Die Aussparungen der Kontaktbereiche 2 befinden sich in der Variante der 1 vollständig im Innenbereich des Sensorelements 1. In die Aussparungen lassen sich bei der Fertigung des Messgerätes die Leitungen oder Stifte des Kontaktelements einbringen. Somit ist das Kontaktelement vor dem eigentlichen Verbindungsprozess mechanisch in dem Sensorelement 1 fixiert und gleichzeitig ist eine genaue Positionierung gegeben.At the side edge of the sensor element 1 is a metallization 12 applied, which a further connection between the sensor element 1 and contact element 3 or z. B. serves a protective tube. The recesses of the contact areas 2 are in the variant of 1 completely inside the sensor element 1 , In the recesses can be in the manufacture of the meter, the lines or pins of the contact element bring. Thus, the contact element before the eigentli chen connection process mechanically in the sensor element 1 fixed and at the same time an exact positioning is given.

Die 2 zeigt ein Sensorelement 1 mit Aussparungen, welche sich zur Hälfte in der Seitenberandung des Sensorelements 1 befinden. In dieser zweiten Variante wird somit das Sensorelement 1, welches hier überdies im Gegensatz zur ersten Variante in der 1 rechteckig ausgeführt ist, seitlich vom Kontaktelement 3 eingeklemmt oder gehalten. Gleichzeitig ist aber immer noch die relative Position von Sensorelement 1 und Kontaktelement 3 zueinander sicher vorgegeben.The 2 shows a sensor element 1 with recesses, which are half in the side boundary of the sensor element 1 are located. In this second variant, therefore, the sensor element 1 , which here also in contrast to the first variant in the 1 is rectangular, laterally from the contact element 3 trapped or held. At the same time, however, is still the relative position of the sensor element 1 and contact element 3 given to each other safely.

Dargestellt ist auch die Positionierhilfe 9, welche in der Ausgestaltung der 2 in einer Abkantung des Substrats 6 besteht. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Positionierhilfe optisch ausgeführt. Die Positionierhilfe 9 vereinfacht die automatisierte Herstellung der Messgeräte, indem die relative Orientierung von Sensorelement 1 und Kontaktelement 3 zueinander deutlich vorgegeben ist bzw. wobei insbesondere bei der mechanischen Ausführung nur eine wirklich passende Verbindung – im Sinne von Schlüssel und Schloss – zueinander ermöglicht ist.Also shown is the positioning aid 9 , which in the embodiment of 2 in a fold of the substrate 6 consists. In a further embodiment, the positioning aid is optically executed. The positioning aid 9 Simplifies the automated manufacturing of the measuring devices by the relative orientation of sensor element 1 and contact element 3 is clearly predetermined to each other or in particular in the mechanical design only a really suitable connection - in the sense of key and lock - each other is possible.

Die 3a) zeigt einen Schnitt durch ein Sensorelement 1, bei welchem das Widerstandselement 7 auf dem Substrat 6 befindlich ist. In einer alternativen Ausgestaltung handelt es sich um ein Thermoelement auf dem Substrat 6. Die beiden Leiterbahnen 8 stellen die Verbindungen zu den Kontaktbereichen 2 da, welche hier durchgehende Löcher sind, welche innen leitfähig beschichtet sind.The 3a) shows a section through a sensor element 1 in which the resistance element 7 on the substrate 6 is located. In an alternative embodiment, it is a thermocouple on the substrate 6 , The two tracks 8th make the connections to the contact areas 2 there, which are here through holes, which are coated conductive inside.

In der 3b) ist eine Variante gezeigt, in der das Substrat 6 unterhalb des Widerstandselements 7 eine reduzierte Stärke aufweist, d. h. praktisch befindet sich unterhalb des Widerstandselements 7 eine Ausbuchtung. Dies reduziert zum einen das Gewicht, zum anderen – was für einen Temperatursensor insbesondere wichtig ist – auch die thermische Masse, d. h. die Ansprechzeit des Sensorelements 1 wird verbessert. Weiterhin ist es somit möglich, die Widerstandsschicht, welche der eigentliche Messfühler ist, prozessseitig direkt in Mediumskontakt zu bringen, um somit einen optimale Wärmeübergang und damit extrem schnelle Ansprechzeiten sicherzustellen. Die Widerstandsschicht 7 ist dabei zumindest mediumsabhängig noch durch eine entsprechende Schutz- bzw. Passivierungsschicht abgedeckt.In the 3b) a variant is shown in which the substrate 6 below the resistance element 7 has a reduced thickness, ie practically located below the resistive element 7 a bulge. On the one hand this reduces the weight, on the other hand - which is particularly important for a temperature sensor - also the thermal mass, ie the response time of the sensor element 1 will be improved. Furthermore, it is thus possible to bring the resistance layer, which is the actual sensor, process side directly into medium contact, thus ensuring optimum heat transfer and thus extremely fast response times. The resistance layer 7 is at least medium dependent still covered by a corresponding protective or passivation layer.

In der 4 ist ein Kontaktelement 3 dargestellt, welches zwei Anschlussdrähte 13 aufweist, die in einer Füllung 10 eingebettet sind, welche von einer Ummantelung 4 umgeben ist.In the 4 is a contact element 3 shown, which two connecting wires 13 that is in a filling 10 which are surrounded by a sheath 4 is surrounded.

Grundsätzlich ist die Anzahl der Innenleiter 13 des Kontaktelements 3 beliebig, es können also ein, zwei oder mehrere Anschlussdrähte vorhanden sein. Bei Verwendung von einem Innenleiter (z. B. Mittelleiter bei koaxialem Aufbau) kann der metallische Mantel 4 als Rückleiter verwendet werden (z. B. für Thermoelement- oder Leitfähigkeitsmessung o. ä.). Bei mehreren Innenleitern lassen sich z. B. Doppel- bzw. Mehrfach- und Mehrparameter-Sensoren realisieren.Basically, the number of inner conductors 13 of the contact element 3 Any, so there may be one, two or more leads. When using an inner conductor (eg center conductor with coaxial structure), the metallic sheath 4 can be used as a return conductor (eg for thermocouple or conductivity measurement or similar). For several internal conductors can be z. B. double or multiple and multi-parameter sensors realize.

Die beiden Anschlussdrähte 13 werden beispielsweise durch Fräsen, Ätzen, Lasern oder Sandstrahlen freigelegt. Dies ist durch die gestrichelte horizontale Linie in der 4a) angedeutet.The two connecting wires 13 are exposed for example by milling, etching, laser or sandblasting. This is indicated by the dashed horizontal line in the 4a) indicated.

In der 4b) werden das Kontaktelement 3 und das Sensorelement 1 relativ zueinander in Kontakt gebracht, wobei die Anschlussdrähte 13 in die Aussparungen in den Kontaktbereichen 2 des Sensorelements 1 eingeführt werden. Die metallisierten und mit dem eigentlichen Sensorelement 1 verbundenen Anschlusspunkte oder Kontaktbereiche 3 des Messgerätes sind dabei in Abstand und Größe so gestaltet, dass sie den Außenseiten bzw. den Enden der Anschlussdräte oder Anschlussleiter 13 der zugehörigen Mantelleitung (bei dem Kontaktelement handelt es sich hier beispielsweise um ein sog. MgO-Kabel) direkt gegenüber stellbar sind.In the 4b) become the contact element 3 and the sensor element 1 brought into contact relative to each other, wherein the connecting wires 13 into the recesses in the contact areas 2 of the sensor element 1 be introduced. The metallized and with the actual sensor element 1 connected connection points or contact areas 3 The measuring device are designed in distance and size so that they the outer sides or the ends of the connection wires or connecting conductors 13 the associated sheath line (in the contact element is, for example, a so-called. MgO cable) are directly opposite adjustable.

In der 4c) ist angedeutet, dass die Verbindung z. B. durch einen Lötprozess, was das vorhergehende Aufbringen von Lot voraussetzt, hergestellt ist bzw. beispielsweise durch Verschweißen der Anschllussdrähte 13 mit dem metallisierten Kontaktbereich 2 hergestellt wird. Wie zu erkennen, ist das Kontaktelement 3 in dem Sensorelement 1 teilweise über die Anschlussdrähte 13 bzw. über die Aussparungen angeordnet. Gezeigt ist ebenfalls, dass das Sensorelement 1 z. B. über die Metallisierung der Außenberandung mit der Mantelleitung 4 des Kontaktelements 3 verbindbar ist, so dass sich quasi eine durchgehende Einheit ergibt. Die Dimensionierungen von Sensorelement 1 und Kontaktelement 3 sind dabei derartig gewählt, dass das Sensorelement 1 genau in die Ummantelung 4 des Kontaktelements 3 hineinpasst.In the 4c) is indicated that the compound z. B. by a soldering process, which requires the previous application of solder is made or, for example, by welding the connecting wires 13 with the metallized contact area 2 will be produced. As can be seen, the contact element 3 in the sensor element 1 partly via the connecting wires 13 or arranged over the recesses. It is also shown that the sensor element 1 z. B. on the metallization of the outer boundary with the sheathed cable 4 of the contact element 3 is connectable, so that virtually results in a continuous unit. The dimensions of sensor element 1 and contact element 3 are chosen such that the sensor element 1 exactly in the sheath 4 of the contact element 3 fits.

Das Verlöten bzw. Verschweißen zwischen Kontaktelement 3 und Sensorelement 1 lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass das Kontaktelement 3 oder beispielsweise auch nur die Anschlussdrähte 13 an einem Bereich jenseits des Verbindungsbereiches zwischen Kontaktelement 3 und Sensorelement 1 derartig erhitzt werden, dass sich im Kontaktbereich an den Anschlussdrähten 13 eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des verwendeten Lotes bzw. der Schmelztemperatur der verwendeten Anschlussdrähte ergibt.The soldering or welding between contact element 3 and sensor element 1 can be realized for example by the fact that the contact element 3 or for example only the connecting wires 13 at an area beyond the connection area between the contact element 3 and sensor element 1 be heated so that in the contact area at the leads 13 a temperature above the melting temperature of the solder used or the melting temperature of the connecting wires used results.

Im Allgemeinen gilt jedoch für die Beschaffenheit der beteiligten Bauteile, dass die verwendeten Materialien insbesondere in Hinblick auf deren thermischen Längenausdehnungskoeffizient geeignet zueinander gewählt sind.in the Generally, however, applies to the nature of the components involved that the used Materials in particular with regard to their thermal expansion coefficient chosen suitably to each other are.

In der 5 ist eine erste Variante des erfindungsgemäßen Messgerätes dargestellt. Für die Übersicht wurde auf die Darstellung aller Peripherie verzichtet.In the 5 a first variant of the measuring device according to the invention is shown. For the overview, the display of all peripherals was omitted.

Zu sehen ist, wie die Anschlussdrähte 13 in der hier dargestellten Variante seitlich mit den Aussparungen des Sensorelements 1 verbunden sind. Das Sensorelement 1 und die Anschlussdrähte 13 sind hier frei zugänglich und werden beispielsweise in ein Schutzrohr eingebracht.You can see how the connecting wires 13 in the variant shown here laterally with the recesses of the sensor element 1 are connected. The sensor element 1 and the connecting wires 13 are freely accessible here and are introduced for example in a protective tube.

Die 6 zeigt eine weitere Variante, in welcher die Mantelleitung 4 über zwei Schweißstellen mit einer Kappe 11 verbunden ist, d. h. das Sensorelement 1 ist quasi im Innenraum aus Kappe 11 und Mantelleitung 4 des Kontaktelements 3 geschützt. Unterhalb des Sensorelement 1 ist hier noch eine Wärmeleitpaste aufgetragen.The 6 shows a further variant, in which the sheathed cable 4 over two welds with a cap 11 is connected, ie the sensor element 1 is virtually in the interior of cap 11 and sheathed cable 4 of the contact element 3 protected. Below the sensor element 1 here is still a thermal compound applied.

In den 7 sind zwei weitere Varianten für die Ausgestaltung des Messgerätes dargestellt.In the 7 Two further variants for the design of the measuring device are shown.

In der 7a) ist eine Spitze – alternativ handelt es sich um eine Halbkugel – vorgesehen, welche z. B. die thermische Anbindung an ein Schutzrohr erhöht, welches eine entsprechend Bohrung aufweist.In the 7a) is a tip - alternatively it is a hemisphere - provided which z. B. increases the thermal connection to a protective tube, which has a corresponding bore.

Die 7b) zeigt, dass das Kontaktelement 3 und das Sensorelement 1 von einer Schutz- oder Passivierungsschicht abgeschlossen werden.The 7b) shows that the contact element 3 and the sensor element 1 be completed by a protective or passivation layer.

Die in den 5 bis 7 dargestellten Varianten beziehen sich auf Aussparungen an der Seite des Sensorelements 1. Die Prinzipien der Ausgestaltung des Messgerätes um den Bereich des Sensorelements 1 herum sind jedoch genauso auf die durchgehenden oder sackförmig endenden Aussparungen anzuwenden.The in the 5 to 7 Variants shown relate to recesses on the side of the sensor element 1 , The principles of the design of the measuring device to the area of the sensor element 1 however, the same applies to the continuous or bag-shaped ending recesses.

11
Sensorelementsensor element
22
Kontaktbereichcontact area
33
Kontaktelementcontact element
44
Ummantelungjacket
66
Substratsubstratum
77
Widerstandselementresistive element
88th
Leiterbahnconductor path
99
Positionierhilfepositioning
1010
Füllungfilling
1111
Kappecap
1212
Metallisierungmetallization
1313
AnschlussdrahtLead wire

Claims (15)

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einem Sensorelement (1), welches mindestens eine von der Prozessgröße und/oder einer Änderung der Prozessgröße abhängige Messgröße erzeugt, wobei das Sensorelement (1) mindestens einen Kontaktbereich (2) aufweist, und mit mindestens einem Kontaktelement (3) zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung des Sensorelements (1), wobei das Kontaktelement (3) mindestens an dem Kontaktbereich (2) elektrisch und/oder mechanisch mit dem Sensorelement (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise in Form einer Aussparung des Sensorelements (1) ausgestaltet ist.Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium, having at least one sensor element ( 1 ), which generates at least one measured variable dependent on the process variable and / or a change in the process variable, wherein the sensor element ( 1 ) at least one contact area ( 2 ), and at least one contact element ( 3 ) for the electrical and / or mechanical contacting of the sensor element ( 1 ), wherein the contact element ( 3 ) at least at the contact area ( 2 ) electrically and / or mechanically with the sensor element ( 1 ), characterized in that the contact area ( 2 ) at least partially in the form of a recess of the sensor element ( 1 ) is configured. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise als ein Loch im Sensorelement (1) ausgestaltet ist.Device according to claim 1, characterized in that the contact area ( 2 ) at least partially as a hole in the sensor element ( 1 ) is configured. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise als ein durchgehendes Loch im Sensorelement (1) ausgestaltet ist.Device according to claim 2, characterized in that the contact area ( 2 ) at least partially as a through hole in the sensor element ( 1 ) is configured. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise als ein Sackloch im Sensorelement (1) ausgestaltet ist.Device according to claim 2, characterized in that the contact area ( 2 ) at least partially as a blind hole in the sensor element ( 1 ) is configured. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise als ein kegelförmiges Sackloch im Sensorelement (1) ausgestaltet ist.Device according to claim 4, characterized in that the contact area ( 2 ) at least partially as a conical blind hole in the sensor element ( 1 ) is configured. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise als ein Loch an einem Seitenrand des Sensorelements (1) ausgestaltet ist.Device according to claim 2, characterized in that the contact area ( 2 ) at least partially as a hole on a side edge of the sensor element ( 1 ) is configured. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (2) zumindest teilweise als ein halbseitiges Loch an einem Seitenrand des Sensorelements (1) ausgestaltet ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the contact area ( 2 ) at least partially as a half-sided hole on a side edge of the sensor element ( 1 ) is configured. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) mindestens eine Ummantelung (4) aufweist, und dass das Sensorelement (1) zumindest teilweise in der Ummantelung (4) angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that the contact element ( 3 ) at least one sheath ( 4 ), and that the sensor element ( 1 ) at least partially in the casing ( 4 ) is arranged. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) zumindest teilweise in dem Kontaktbereich (2) angeordnet ist.Device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the contact element ( 3 ) at least partially in the contact area ( 2 ) is arranged. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) zumindest teilweise mit dem Sensorelement (1) verlötet, verschweißt, gecrimpt oder verklebt ist.Device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the contact element ( 3 ) at least partially with the sensor element ( 1 ) is soldered, welded, crimped or glued. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Prozessgröße um die Temperatur handelt, und dass es sich bei dem Sensorelement (1) um ein auf einem Substrat (6) angeordnetes Widerstandselement (7) oder ein Thermoelement handelt.Device according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that it is the process variable is the temperature, and that it is in the sensor element ( 1 ) on a substrate ( 6 ) arranged resistive element ( 7 ) or a thermocouple. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kontaktbereiche (2) vorgesehen sind, und dass die zwei Kontaktbereiche (2) in der Nähe einer Seitenberandung des Substrats (6) angeordnet sind.Device according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that at least two contact areas ( 2 ), and that the two contact areas ( 2 ) near a side boundary of the substrate ( 6 ) are arranged. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Positionierhilfe (9) vorgesehen ist, welche einer Orientierung des Sensorelements (1) und des Kontaktelements (3) zueinander dient.Device according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that at least one positioning aid ( 9 ) is provided, which an orientation of the sensor element ( 1 ) and the contact element ( 3 ) serves each other. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1) und das Kontaktelement (3) derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass ein Innenraum, welcher zwischen Sensorelement (1) und Kontaktelement (3) besteht, geschlossen ist.Device according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the sensor element ( 1 ) and the contact element ( 3 ) are designed and matched to one another in such a way that an interior, which between sensor element ( 1 ) and contact element ( 3 ) is closed. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1) zumindest an einer Außenberandung eine Metallisierung (12) aufweist.Device according to at least one of claims 1 to 14, characterized in that the sensor element ( 1 ) at least at one outer boundary a metallization ( 12 ) having.
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