DE10345299B3

DE10345299B3 - Druck/Temperatur-Sensor

Info

Publication number: DE10345299B3
Application number: DE10345299A
Authority: DE
Inventors: Erhard Giese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-10-01

Abstract

Druck/Temperatur-Sensor, mit einem Gehäuse, einem Infrarotsensorteil und einem Quarzdrucksensorteil, bei dem der Infrarotsensorteil ein für IR-Strahlung durchgängiges Fenster (10), ein in eine Bohrung des Gehäuses (15) eingebrachtes, sich mit seinem einen Ende an das Fenster (10) anschließendes, die IR-Strahlung an seiner Innenfläche (12) reflektierend leitendes Rohr (11) und ein an dem anderen Ende des Rohres (11) angeordnetes IR-Messelement (13) aufweist, und das Druckmessteil durch um das Rohr (11) angeordnet in die Wandung der Bohrung in dem Gehäuse (15) eingespannte, den auf das Gehäuse (15) ausgeübten axialen Druck erfassende piezoelektrische Quarzelemente (19) gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druck/Temperatur-Sensor, also einen Sensor, der dazu in der Lage ist, sowohl den Druck, als auch die Temperatur in einem bestimmten Bereich zu messen.
Solche Sensoren werden beispielsweise in einer Kunststoff-Spritzgießform verwendet.
Es ist bekannt, zum einen Druck-Sensoren und zum anderen Temperatur-Sensoren als einzelne Messaufnehmer auszubilden. Es ist jedoch für die Prozesssteuerung von erheblicher Bedeutung, dass beide Messgrößen an genau derselben Stelle gemessen werden.
Aus der DE 40 18 998 A1 ist ein faseroptischer Drucksensor bekannt, der mit einem Infrarot-Temperaturmesssystem versehen ist. Aus der DE 195 24 146 ist eine Drucksensor bekannt, die mit einem piezoelektrischen System versehen ist. Die JP 01 267 426 A auf Wärmestrahlung ansprechendes Temperaturmesselement, das mit einem dieses abdichtenden Fenster versehen ist. Aus der DE 197 55 500 A1 und der EP 1 057 586 sind weiter bereits Drucksensoren bekannt, in deren unmittelbarer Nähe sich ein konventionelles Oberflächenthermometer befindet. Diese Oberflächenthermometer sind aber zur Messung der tatsächlichen Temperatur des Spritzlings praktisch nicht geeignet, da sie zu langsam reagieren, die Messung vom jeweiligen Anpressdruck abhängig und durch thermische Kopplung zwischen der Werkzeugwandung und der Messstelle ein unvermeidlicher, erheblicher Messfehler entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druck/Temperatur-Sensor zu schaffen, der eine Messung beider Größen an genau derselben Stelle ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Infrarotsensorteil ein für IR-Strahlung durchgängiges Fenster, ein sich mit seinem einen Ende an das Fenster anschließenden, die IR-Strahlung an seiner Innenfläche reflektierend leitendes Rohr und ein an dem anderen Ende des Rohres angeordnetes IR-Messelement aufweist und das Druckmessteil durch um das Rohr angeordnete, in dem Gehäuse eingespannte, den auf das Gehäuse ausgeübten axialen Druck erfassende piezoelektrische Quarzelemente gebildet wird.
Erfindungsgemäß bilden also das Gehäuse und die Quarzelemente eine Funktionseinheit, indem axial auf die Stirnfläche des Gehäuses einwirkende Kraft oder ein auf die Stirnfläche einwirkender Druck die Quarzelemente staucht und piezoelektrische Ladungen freisetzt.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Längsschnittansicht auf einen derartigen Sensor, und
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 1.
Der Sensor besteht aus einem Gehäuse 15, das ein Rohr 11 aufnimmt, bei dem es sich vorzugsweise um Metallrohr, ganz besonders bevorzugt um ein aus Gold bestehendes Rohr oder aber jedenfalls um ein an seiner Innenfläche 12 mit Gold beschichtetem Rohr 11 handelt. Die Innenfläche 12 des Rohres 11 soll dabei spiegelnd poliert sein.
Auf seiner dem zu messenden Bereich zugewandten Stirnseite wird das Gehäuse 15 von einem für IR-Strahlung durchlässigen Fenster 10, vorzugsweise einem Saphirfenster 10, nach außen abgedichtet. Das Saphirfenster 10 stößt flächig gegen einen Absatz des Gehäuses 15 derart an, dass ein auf die Außenfläche 14 des Saphirfensters 10 ausgeübter Druck auf das Gehäuse 15 übertragen wird.
Das Rohr 11 besteht aus einem auf seiner Innenseite 12 spiegelnd poliertem Metallrohr, in dem die Wärmestrahlung durch Vielfachreflektion geleitet wird. Die Innenseite 12 des Rohres 11 kann spiegelnd vergoldet sein, das Rohr 11 kann aber auch selbst aus Gold bestehen.
Am rückseitigen Ende des Rohres 11 befindet sich ein Messelement 13 für die IR-Strahlung. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein sogenanntes Thermopile-Messelement, dass die Wärme-Strahlungsenergie absorbiert und in eine dazu proportionale Thermospannung wandelt.
Vor dem IR-Messelement 13 befindet sich ein weiteres ein Rohr 11 abschließendes zweites Saphirfenster 16, das als spektrales Filter dient und mindestens einen Teil der störenden Wärmestrahlung von dem IR-Messelement 13 fernhält, die von der Innenseite des Rohres 11 abgestrahlt wird, wenn der ganze Sensor bei erhöhter Umwelttemperatur betrieben wird. Das rückseitige Ende des Rohrs 11 ist so ausgebildet, dass es als Aufnahme für das IR-Messelement 13 und dessen elektrischen Anschlüssen 17 dient.
Konzentrisch um das Rohr 11 sind in Vertiefungen in der Innenwandung der Bohrung des Gehäuses 15 eingespannte piezoelektrische Quarzelemente 19 angeordnet, die ringförmig oder stabförmig ausgebildet sein können. Wenn auf diese Anordnung in axialer Richtung ein Druck ausgeübt wird, so geben die Quarzelemente 19 eine zu dem Druck proportionale La dung ab, die über eine geeignete Elektrodenanordnung an den Quarzen abgegriffen werden kann.
Bei der dargestellten Ausbildung des Sensors sind drei stabförmige Piezo-Quarze 19 mit, wie sich aus 2 ergibt, einem kreisabschnittförmigen Querschnitt, wobei die kreisbogenförmige Außenseite an der Innenwandung des Gehäuses 15 anliegt und der kreissehnenförmige Abschnitt an der Außenseite des Rohrs 11 anliegt.
Die Quarze sind dabei so aus dem Kristallmaterial geschnitten, dass der piezoelektrische Effekt transversal auftritt, die elektrische Ladung also senkrecht zur Krafteinleitung, nämlich an die Innenseite 20 und die Außenseite 21 der Quarze und damit an das Rohr 11 bzw. an das gegenüber dem Rohr 11 elektrisch isolierten Gehäuse 15 abgegeben und über an diesen Elemente angeordneten Anschlussleitungen 23, 24 abgegriffen werden können.

Claims

Druck/Temperatur-Sensor, mit einem Gehäuse, einem Infrarotsensorteil und einem Quarzdrucksensorteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotsensorteil ein für IR-Strahlung durchgängiges Fenster (10), ein in eine Bohrung des Gehäuses (15) eingebrachtes, sich mit seinem einen Ende an das Fenster (10) anschließendes, die IR-Strahlung an seiner Innenfläche (12) reflektierend leitendes Rohr (11) und ein an dem anderen Ende des Rohres (11) angeordnetes IR-Messelement (13) aufweist, und das Druckmessteil durch um das Rohr (11) angeordnet in die Wandung der Bohrung in dem Gehäuse (15) eingespannte, den in die den auf das Gehäuse (15) ausgeübten axialen Druck erfassende piezoelektrische Quarzelemente (19) gebildet wird.
Druck/Temperatur-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (10) ein Saphierfenster ist.
Druck/Temperatur-Fenster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (11) ein auf seiner Innenseite spiegelnd poliertes Metallrohr ist.
Druck/Temperatur-Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedenfalls die Innenfläche (12) des Rohres (11) aus Gold besteht.
Druck/Temperatur-Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (11) an seinem dem ersten Fenster (10) abgewandten Ende mit einem zweiten Fenster (16) versehen ist.
Druck/Temperatur-Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das dass zweite Fenster (16) ein Saphirfenster ist.
Druck/Temperatur-Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (12) radial federelastisch auf die Quarzelemente (19) wirkt.
Druck/Temperatur-Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Quarzelemente (19) kreisabschnittförmig ausgebildet und mit ihrem Kreisbogenabschnitt an der Wandung der Bohrung des Gehäuses (15) und mit ihrem Sehnenabschnitt an der Außenseite des Rohres (11) anliegen.
Druck/Temperatur-Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dass das Rohr (11) und das zu diesem hoch isolierte Gehäuse (15) die Elektroden der Quarzelemente (19) bilden.
Druck/Temperatur-Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Rohr (11) aufnehmende Bohrung in dem Gehäuse (15) axial mittig in dem Gehäuse (15) angeordnet ist.