DE112004000818B4

DE112004000818B4 - Drucksensorenkapsel

Info

Publication number: DE112004000818B4
Application number: DE112004000818.2T
Authority: DE
Inventors: Mark G. Romo
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: RU2315273C2; CN1791789A; US20040226383A1; JP2006528365A; WO2004104541A1; US6883380B2; DE112004000818T5; RU2005140100A; JP4815350B2; CN1791789B

Abstract

Kapsel (20), die mit einem Fluid-Isolator (22) gekoppelt werden kann, mit:einer Kapselwand (34) mit einem Fluid-Einlass (38) (38), der mit dem Fluid-Isolator (22) gekoppelt werden kann, einer Durchführungsöffnung (40) und einer inneren Dichtungsfläche (42), die die Durchführungsöffnung (40) umgibt;Isolator-Fluid (24), das durch die Kapselwand (34) aufgenommen wird und Druck vom Fluid-Isolator (22) koppelt;einem Drucksensor (28), der von der Kapselwand (34) umgeben ist, wobei der Drucksensor (28) ein Sensorelement (44), elektrische Kontakte (46), die auf dem Sensorelement (44) angeordnet sind, und Leiterzüge (49) enthält, die zwischen den elektrischen Kontakten (46) und dem Sensorelement (44) geschaltet sind; undeinem Beanspruchungs-Isolationselement (48) mit einem Durchführungsloch (50), das über den elektrischen Kontakten (46) liegt und eine erste Elementfläche (52), die mit dem Drucksensor (28) verbunden ist, und eine zweite Elementfläche (54) hat, die mit der Dichtungsfläche (42) verbunden ist;wobei das Beanspruchungs-Isolationselement (48) einen einzelnen festen Halterungsbereich zwischen dem Drucksensor (28) und seiner Halterungsumgebung definiert undwobei Teile des Drucksensors (28), die außerhalb des Beanspruchungs-Isolationselements (48) liegen, in Flüssigkeit schweben.

Description

Druck-Messwertgeber und andere Druckmess-Instrumente weisen einen Drucksensor auf, der den Druck in einem Verfahrensfluid erfasst. Der Drucksensor stellt eine elektrische Ausgabe auf Leitungen an eine elektrische Schaltung bereit, die eine Ausgabe eines Druck-Messwertgebers (oder Druckinstruments) in einem standardisierten elektrischen Format erzeugt.
DE 44 44 831 C2 offenbart einen Drucksensor zum Erfassen einer Druckschwingung vorbestimmter Frequenz. DE 100 52 079 A1 offenbart eine Druckmessanordnung mit einer Druckmesszelle und einer Druckaufnahmeeinheit, bei der im Betrieb ein zu messender Druck auf die Druckaufnahmeeinheit einwirkt und in einem dem zu messenden Druck entsprechenden Druck umgewandelt wird. US 4 773 269 A offenbart einen Membran-DifferenzDruck-Sensor mit Isolationselementen. US 2003/0033884 A1 offenbart einen kapazitiven Drucksensor mit einer Druckmembran, einer Beschleunigungsmembran und einem Stützelement.
Es gibt einen Wunsch nach einer elektrischen Ausgabe des Drucksensors, die im Wesentlichen frei von Fehlern auf Grund von Umweltbedingungen ist, die den Drucksensor umgeben. In der Praxis jedoch ist eine Isolierung des Drucksensors von seiner Umgebung schwierig und hat große und kostspielige Halterungsaufbauten für Drucksensoren zur Folge.
Fehler können durch Beanspruchungen auf den Sensor von seiner Halterung, von den elektrischen Leitungen und von den hohen Temperaturen der Verfahrensfluide eingebracht werden, die Temperaturgefälle darstellen. Fehler können auch durch Korrosion oder Verunreinigungen des Sensors und seiner Leitungen durch Chemikalien im Verfahrensfluid eingebracht werden. Fehler können außerdem auf Grund elektrischer Streuströme eingebracht werden, die von den elektrischen Leitungen zur Umgebung fließen. Der Sensor weist mehrere Isolationsstrukturen für die Verbindung mit dem Druck, die Verbindung mit elektrischen Leitungen und als Halterung auf, um einen mechanischen Träger für den Sensor bereitzustellen.
Es wird ein kostengünstiger Weg für die Halterung und die Isolierung eines Drucksensors benötigt, der mit hohen Temperaturen, korrodierenden oder verunreinigenden Verfahrensfluiden und elektrischen Isolationsanforderungen kompatibel ist und der die Kosten und die Komplexität von Mehrfach-Isolationsstrukturen verringert.
Die erfindungsgemäße Kapsel und die erfindungsgemäße Drucksensorenkapsel sind in den Ansprüchen wiedergegeben.
Es wird eine Kapsel mit einem Einlassrohr zum Empfangen und Erfassen eines Drucks offenbart. Die Kapsel weist eine Kapselwand mit einem Fluid-Einlass auf, der mit dem Einlassrohr gekoppelt ist. Die Kapselwand weist außerdem eine Durchführungsöffnung und eine innere Dichtungsfläche auf, die die Durchführungsöffnung umgibt.
Der Drucksensor ist in der Kapselwand angebracht. Der Drucksensor weist ein Druckelement, elektrische Kontakte auf der Außenfläche des Drucksensors und Schaltungs-Leiterzüge auf, die zwischen den elektrischen Kontakten und dem Sensorelement geschaltet sind.
Die Kapsel weist ein Spannungs- bzw. Beanspruchungs-Isolationselement mit einem Durchführungsloch auf. Das Beanspruchungs-Isolationselement hat eine erste Elementfläche, die mit dem Drucksensor verbunden ist, und eine zweite Elementfläche, die mit der Dichtungsfläche verbunden ist. Das Durchführungsloch liegt über den elektrischen Kontakten.
Weitere Merkmale und Vorteile, die die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kennzeichnen, werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Durchsicht der zugehörigen Zeichnungen offensichtlich.
Es zeigen:

1 eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Kapsel zum Erfassen des Drucks;
2 eine Querschnittsansicht der Kapsel entlang der Linie 2 - 2' in 1;
3 eine Querschnittsansicht der Kapsel entlang der Linie 3 - 3' in 1;
4 alternative Ausführungsbeispiele von Beanspruchungs-Isolationselementen;
5 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kapsel, die kein Isolations-Fluid erfordert;
6 eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Kapsel, die kein Isolations-Fluid erfordert.

In der vorliegenden Erfindung ist ein Drucksensor in einer umgebenden Kapselwand montiert. Die Kapselwand dient dazu, den Drucksensor von einer umgebenden Umwelt zu trennen und den Sensor vor Beschädigung zu schützen. Der Sensor ist an einem Beanspruchungs-Isolationselement angebracht, wobei das Beanspruchungs-Isolationselement an der Kapselwand angebracht ist. Das Beanspruchungs-Isolationselement isoliert den Drucksensor von der Halterungsbeanspruchung. Das Beanspruchungs-Isolationselement hat ein Durchführungsloch, das mit einer Durchführungsöffnung in der Kapselwand ausgerichtet ist. Der Sensor hat elektrische Kontakte, die mit dem Durchgangsloch ausgerichtet sind. Die Anordnung des Beanspruchungs-Isolationselements stellt sowohl die mechanisehe Halterung als auch die elektrische Durchführung in einem einzelnen mechanischen Grenzflächenbereich bereit, wobei damit die Anzahl der Grenzflächen zwischen dem Sensor und seiner Umgebung auf nur einen einzigen Grenzflächenbereich verringert wird. Die Kapsel stellt einen kostengünstigen Weg zur Halterung und Isolierung eines Drucksensors bereit, der mit hoher Temperatur, korrodierenden oder verunreinigenden Verfahrensfluiden kompatibel ist. Die Verwendung von kostspieligen handelsüblichen, elektrischen Durchführungen mit Glas-Metall-Dichtungen wird vermieden. Die Halterung kann eine galvanische Trennung des Drucksensors bereitstellen, die für die Genehmigung der Eigensicherheit nötig ist. Eine Litzenschaltung oder durch Federn vorgespannte Stifte können bequem mit elektrischen Kontakten am Drucksensor ohne zusätzliche Gerätetechnik direkt verbunden werden. Mit nur einem einzigen Halterungs-Grenzflächenbereich ist der Rest des Sensors schwebend, wobei es keine Gefahr von Beanspruchung auf Grund der Bewegung eines Halterungsbereiches relativ zu einem anderen Halterungsbereich gibt.
1 - 3 veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kapsel 20, die mit einem Fluid-Isolator 22 gekoppelt ist. Mit Bezug nun auf 2 überträgt ein Isolator-Fluid 24, vorzugsweise Silikonöl, einen Druck „P“ von einem Verfahrensfluid 26 auf einen Drucksensor 28 in der Kapsel 20. Die Anordnung ermöglicht es, dass der Verfahrensdruck P durch den Drucksensor 28 erfasst wird, wobei es zur gleichen Zeit möglich ist, dass der Drucksensor 28 vor dem schädlichen, chemischen Kontakt mit dem Verfahrensfluid 26 geschützt ist. Der Isolator 22 weist ein leicht durchbiegbares Isolator-Diaphragma 30 auf, das vorzugsweise aus einer kreisförmig gewellten Metallfolie ausgebildet ist. Das Isolator-Diaphragma 30 ist vorzugsweise an einem Umfangsrand angeschweißt oder gelötet und vor Ort hydrostatisch geformt, um die Wellen 31 genau in ihre Halterungsfläche einzupassen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Isolator 22 ein einstückiges Teil der Kapsel 20, das den Vorteil einer kompakten Bauart und niedriger Kosten hat. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Isolator 22 von der Kapsel 20 beabstandet, wobei das Isolator-Fluid 24 zwischen dem Isolator 22 und der Kapsel 20 durch ein Kapillarrohr 32 gekoppelt ist. Die Anordnung mit dem Kapillarrohr 32 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Wärmeisolierung zwischen dem_ Verfahrensfluid 26 und den Drucksensor 28 bereitgestellt wird.
Die Kapsel 20 weist eine Kapselwand 34 auf, die den Drucksensor 28 in einem Kapselhohlraum 36 umschließt, der mit dem Isolator-Fluid 24 gefüllt ist. Die Kapselwand 34 weist einen Fluid-Einlass 38 auf, der mit den Fluid-Isolator 22 gekoppelt werden kann. Die Kapselwand 34 weist außerdem eine Durchführungsöffnung 40 und eine innere Dichtungsfläche 42 auf, die die Durchführungsöffnung 40 umgibt.
Das Isolator-Fluid 24 wird von der Kapselwand 34 aufgenommen und koppelt den Druck vom Fluid-Isolator 22 zum Drucksensor 28, der ihn erfasst. Der Drucksensor 28 ist in der Kapselwand 34 angeordnet. Der Drucksensor 28 weist ein Sensorelement 44, elektrische Kontakte 46, die vom Sensorelement 44 beabstandet sind, und Schaltungs-Leiterzüge 49 auf, die zwischen den elektrischen Kontakten 46 und dem Sensorelement 44 geschaltet sind. Das Sensorelement 44 ist vorzugsweise ein Dehnungsmesselement aus einer dünnen Folie, das auf einer äußeren Fläche des Drucksensors 28 aufgebracht ist, wobei die Schaltungs-Leiterzüge 49 vorzugsweise aus dem gleichen dünnen Folienmaterial wie der Dehnungsmessstreifen ausgebildet sind. Diffundierte Dehnungsmessstreifen oder andere bekannte Arten von Dehnungsmessstreifen können ebenso verwendet werden. Das Sensorelement 44 kann auch ein kapazitives Sensorelement innerhalb des Sensors 28 sein.
Ein Beanspruchungs-Isolationselement 48 weist ein Durchführungsloch 50 auf. Das Beanspruchungs-Isolationselement 48 hat eine erste Elementfläche 52, die mit dem Drucksensor 28 verbunden ist, und eine zweite Elementfläche 54, die mit der Dichtungsfläche 42 verbunden ist. Das Durchgangsloch 50 liegt über den elektrischen Kontakten 46. In einer bevorzugten Anordnung ist die Dichtungsfläche 42 leicht ausgespart bzw. vertieft, wie veranschaulicht ist, um für eine genaue Positionierung des Beanspruchungs-Isolationselements 48 vor dem Schweißen, Löten oder Hartlöten zu sorgen.
Der Drucksensor 28 ist nur am Beanspruchungs-Isolationselement 48 angebracht, wobei der Rest des Drucksensors 28 frei im Isolations-Fluid 24 schwebt. Das Sensorelement 44 ist vorzugsweise vom Beanspruchungs-Isolationselement 48 und den Kontakten 46 beabstandet, so dass es schwierig ist, die Beanspruchung von der Halterung oder den Leitungen zum Sensorelement 44 zu übertragen. Fehler bei der Ausgabe des Drucksensors auf den Leitungen 51 sind verringert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor 28 aus einem Material mit einer schwachen mechanischen Hysterese ausgebildet. Silizium, das bequem in eine gewünschte Form geätzt werden kann, wird für das Material mit der schwachen mechanischen Hysterese bevorzugt. Es können auch andere Materialien mit schwacher Hysterese wie Saphir, Quarz, glasartige Kieselerde und Keramikwerkstoffe verwendet werden. Die Kapselwand 34 ist vorzugsweise aus Metall wie rostfreiem Stahl ausgebildet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Beanspruchungs-Isolationselement 48 aus einem Material mit einem Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Temperatur-Ausdehnungskoeffizient des Sensormaterials.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Beanspruchungs-Isolationselement aus einem Material mit einem Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet, der zwischen den Temperatur-Koeffizienten des Sensormaterials und der Dichtungsfläche 42 liegt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Beanspruchungs-Isolationselement 48 aus einem Material ausgebildet, das einen geringeren Elastizitätsmodul hat als das Sensormaterial. Das Beanspruchungs-Isolationsmaterial mit dem geringeren Modul biegt oder verzieht sich, so dass die Übertragung von Beanspruchung von der Dichtungsfläche 42 zum Sensor 28 verringert wird, wenn sich die Dichtungsfläche 42 auf Grund des Temperaturanstiegs ausdehnt.
In noch einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Beanspruchungs-Isolationselement 48 aus einem Material ausgebildet, das so ausgewählt wird, dass es sowohl einen Temperatur-Koeffizienten, der an das Sensormaterial angepasst ist, als auch einen niedrigen Elastizitätsmodul relativ zum Sensormaterial hat. Jedes dieser Materialmerkmale trägt dazu bei, die Schwankung der Beanspruchung, die zum Sensor auf Grund der Temperaturänderung übertragen wird, zu verringern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Beanspruchungs-Isolationsmaterial ein auf Siliziumnitrid basierendes keramisches Material, das so formuliert ist, dass es an den Ausdehnungskoeffizienten des Sensormaterials angepasst ist.
Das Beanspruchungs-Isolationsmaterial umfasst vorzugsweise elektrisch isolierendes Material, um ein Kurzschließen der Schaltungs-Leiterzüge 49 zu verhindern, und um außerdem den Drucksensor 28 von der Kapselwand 34 galvanisch zu trennen.
Das Beanspruchungs-Isolationselement 48 definiert einen festen Halterungsbereich zwischen dem Drucksensor 28 und seiner Halterungsumgebung. Teile des Drucksensors 28, die außerhalb des Beanspruchungs-Isolationselements liegen, schweben in Flüssigkeit und unterliegen nicht der Anwendung einer beliebigen Halterungsbeanspruchung. Die Halterungsbeanspruchung auf den Drucksensor 28 kann damit durch die Anwendung des Beanspruchungs-Isolationselements wirksam gesteuert werden.
Wenn das Beanspruchungs-Isolationselement 48 aus einer Metalllegierung ausgebildet ist, wird es vorzugsweise gedehnt und wahlweise wärmebehandelt oder geglüht, um einen niedrigeren Elastizitätsmodul relativ zum Material des Sensors 28 zu haben. Das Beanspruchungs-Isolationselement 48 kann aus einem Stapel von miteinander hartgelöteten Metallscheiben oder -elementen mit variierenden Elastizitätsmodulen und/oder Wärme-Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet sein.
4 (A) - (D) veranschaulichen verschiedene Ausführungsbeispiele des Beanspruchungs-Isolationselements. Wie in 4 (A) veranschaulicht ist, kann ein Beanspruchungs-Isolationselement 100 gestreckt bzw. gedehnt sein, um die Übertragung der Halterungsbeanspruchung auf den Drucksensor 28 zu verringern. Wie in 4 (B) veranschaulicht ist, kann ein Beanspruchungs-Isolationselement 102 mit einer Verstärkungsschulter bzw. -ansatz 104 versehen sein, um die Übertragung der Beanspruchung auf den Drucksensor 28 zu verringern. Wie in 4(C) veranschaulicht ist, kann ein Beanspruchungs-Isolationselement 106 eine Wand haben, die sich von einem am Drucksensor 28 angrenzenden, dickeren Bereich 110 zu einem an die Dichtungsfläche 42 angrenzenden, dünneren Bereich 112 verjüngt. Wie in 4(D) veranschaulicht ist, kann ein Beanspruchungs-Isolationselement 114 eine erste Schicht 116 aufweisen, die aus einem Material mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul oder einem Material mit einem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist, der an das Material des Sensors 28 ungeachtet seines Elastizitätsmoduls angepasst ist. Die erste Schicht 116 ist mit einer an der Dichtungsfläche 42 angrenzenden, zweiten Schicht 118 verbunden, die aus einem Material mit einem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist, der zwischen dem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten der ersten Schicht 116 und der Dichtungsfläche 42 an der Kapselwand liegt. Die in 4(A) - 4(D) veranschaulichten Variationen sind für viele Formen veranschaulichend, die das Beanspruchungs-Isolationselement annehmen kann. Die Verjüngungen können in einer entgegengesetzten Richtung zu der in 4(C) gezeigten verlaufen, wobei an Stelle einer Schulter Nuten verwendet werden können. Weitere Variationen der Form des Beanspruchungs-Isolationselements werden für den Fachmann offensichtlich sein. Das Material kann so ausgewählt werden, dass es Kombinationen der gewünschten Elastizitätsmodule oder Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten hat, die die Beanspruchungsübertragung zum Drucksensor verringern.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Drucksensor 28 mit dem Beanspruchungs-Isolationselement 48 mit einer Glasurmasse verbunden sein. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Schaltungs-Leiterzüge 49 innerhalb des Drucksensors 28 geführt, wobei der Drucksensor 28 mit dem Beanspruchungs-Isolationselement 48 durch Löten verbunden ist.
Das Beanspruchungs-Isolationselement 48 ist mit der Kapselwand 34 vorzugsweise entweder durch Hartlot- oder Lotmaterial oder durch Schweißen verbunden. Die Kapselwand umfasst vorzugsweise einen runden Tiegel 56, der mit einer runden Kappe 58 durch eine Schweißverbindung 60 verbunden ist. In einer bevorzugten Anordnung umfasst die Kappe 58 ein dünnes Element, das durchbiegbar ist, um einen Überdruckschutz für den Drucksensor 28 bereitzustellen, indem das Isolator-Diaphragma 30 auf den Riffellungen 31 auslaufen kann.
In einer weiteren bevorzugten Anordnung gemäß 3 weist die Kapselwand 34 eine abdichtbare Öffnung 62 auf, um das Isolator-Fluid 24 aufzunehmen. Die abdichtbare Öffnung 62 kann durch ein Füllrohr 64 oder durch Pressen einer Stahlkugel in die abdichtbare Öffnung 62 nach dem Füllen mit dem Isolator-Fluid 24 abgedichtet werden. Die abdichtbare Öffnung 62 ist optional, wobei der Abdicht-Anschluss alternativ im Fluid-Isolator 22 enthalten sein kann.
Der Drucksensor weist vorzugsweise eine erste Schicht 70 und eine zweite Schicht 72 auf (am Besten in 3 zu sehen), die miteinander verbunden und aus Silizium ausgebildet sind. Die Form der Schicht 72 bildet ein Diaphragma 74, das über einem Sensorhohlraum 76 innerhalb des Silizium-Drucksensors 28 liegt. Das Diaphragma 74 weist vorzugsweise in den Sensorhohlraum 76 vorstehende Überdruckanschläge 78 auf, die das Diaphragma bei Überdruckbedingungen halten.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Kapselwand 34 eine optionale Entlüftungsöffnung 80 auf (3), wobei das Beanspruchungs-Isolationselement 48 eine optionale Entlüftungsdurchführung 82 und der Drucksensor 28 einen optionalen Entlüftungsdurchlass 84 aufweisen, der sich vom Sensorhohlraum 76 zur Entlüftungsdurchführung 82 erstreckt, wie in 3 veranschaulicht ist. Die Anordnung mit der optionalen Entlüftungsöffnung 80 ermöglicht das Erfassen eines Messdrucks statt des absoluten Drucks.
Die Kapsel 20 ist kompakt, ökonomisch und stellt eine qualitativ hochwertige Isolierung für den Drucksensor von seiner Umgebung einschließlich der Halterungsbeanspruchung, der Leitungsbeanspruchung, der chemischen Verunreinigung und der elektrischen Streuströme bereit.
5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kapsel 130, die kein Isolations-Fluid erfordert. Die in 5 veranschaulichte Kapsel 130 ähnelt der Kapsel 20, die in 1 - 2 veranschaulicht ist. Die in 5 verwendeten Bezugszahlen, die die gleichen sind, wie die in 1 - 2 verwendeten Bezugszahlen, kennzeichnen die gleichen oder ähnliche Merkmale. In 5 wird ein Einlassrohr 32 durch eine Wand 132 geführt, um einen Druck P an einer entfernten Stelle zu erfassen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Druck P in einem Lüftungskanal erfasst, wobei die Wand 132 eine Wand eines Lüftungskanals ist.
6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Kapsel, die kein Isolations-Fluid erfordert. Die in 6 veranschaulichte Kapsel 140 ähnelt der in 5 veranschaulichten Kapsel 130. Die in 6 verwendeten Bezugszahlen, die die gleichen sind, wie die in 5 verwendeten Bezugszahlen, kennzeichnen die gleichen oder ähnliche Merkmale. In 6 ist der Drucksensor 142 relativ zum Drucksensor 28 in 5 umgekehrt. In 6 befindet sich das Beanspruchungs-Isolationselement 48 auf der ersten Schicht 70, wobei sich die elektrischen Kontakte 46 auf der zweiten Schicht 72 befinden, wie veranschaulicht ist. Die Anordnung in 6 stellt einen sehr kompakten, kostengünstigen Drucksensor und eine Kapsel bereit.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Kapsel (20), die mit einem Fluid-Isolator (22) gekoppelt werden kann, mit: einer Kapselwand (34) mit einem Fluid-Einlass (38) (38), der mit dem Fluid-Isolator (22) gekoppelt werden kann, einer Durchführungsöffnung (40) und einer inneren Dichtungsfläche (42), die die Durchführungsöffnung (40) umgibt; Isolator-Fluid (24), das durch die Kapselwand (34) aufgenommen wird und Druck vom Fluid-Isolator (22) koppelt; einem Drucksensor (28), der von der Kapselwand (34) umgeben ist, wobei der Drucksensor (28) ein Sensorelement (44), elektrische Kontakte (46), die auf dem Sensorelement (44) angeordnet sind, und Leiterzüge (49) enthält, die zwischen den elektrischen Kontakten (46) und dem Sensorelement (44) geschaltet sind; und einem Beanspruchungs-Isolationselement (48) mit einem Durchführungsloch (50), das über den elektrischen Kontakten (46) liegt und eine erste Elementfläche (52), die mit dem Drucksensor (28) verbunden ist, und eine zweite Elementfläche (54) hat, die mit der Dichtungsfläche (42) verbunden ist; wobei das Beanspruchungs-Isolationselement (48) einen einzelnen festen Halterungsbereich zwischen dem Drucksensor (28) und seiner Halterungsumgebung definiert und wobei Teile des Drucksensors (28), die außerhalb des Beanspruchungs-Isolationselements (48) liegen, in Flüssigkeit schweben.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor (28) aus einem spröden Material ausgebildet ist, wobei die Kapselwand (34) aus Metall und das Beanspruchungs-Isolationselement (48) aus einem Beanspruchungs-Isolationsmaterial mit einem Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Temperatur-Ausdehnungskoeffizient des Drucksensors (28).
Kapsel (20) nach Anspruch 2, wobei das Beanspruchungs-Isolationsmaterial ein keramisches Material auf Siliziumnitrid-Basis ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 2, wobei das Beanspruchungs-Isolationsmaterial ein elektrisch isolierendes Material aufweist.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor (28) ein Sensormaterial umfasst und das Beanspruchungs-Isolationselement (48) ein Belastungs-Isolationsmaterial aufweist, das einen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten hat, der zwischen den Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten des Sensormaterials und des Kapselwandmaterials liegt.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, des Weiteren mit einer Glasurmasse, die die erste Elementfläche (52) mit dem Drucksensor (28) verbindet.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, des Weiteren mit einer Lötverbindung, die die erste Elementfläche (52) mit dem Drucksensor (28) verbindet.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, des Weiteren mit einer Lötverbindung, die die zweite Elementfläche (54) mit der Kapselwand (34) verbindet.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, des Weiteren mit einem Hartlotmaterial, das die erste Elementfläche (52) mit dem Drucksensor (28) verbindet.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, des Weiteren mit einem Hartlotmaterial, das die zweite Elementfläche (54) mit der Kapselwand (34) verbindet.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, des Weiteren mit einer Schweißverbindung (60), die die zweite Elementfläche (54) mit der Kapselwand (34) verbindet.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei die Kapselwand (34) einen Tiegel aufweist (56), der mit einer Kappe (58) durch eine Schweißverbindung (60) verbunden ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 12, wobei die Kappe ein dünnes Element aufweist, das durchbiegbar ist, um einen Überdruckschutz für den Drucksensor (28) bereitzustellen.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei der Fluid-Isolator (22) mit dem Fluid-Einlass (38) durch ein Rohr verbunden ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei der Fluid-Isolator (22) an der Kapselwand (34) angebracht ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei die Kapselwand (34) des Weiteren eine abdichtbare Öffnung (62) aufweist, um das Isolator-Fluid aufzunehmen.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei das Isolator-Fluid Silikonöl aufweist.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor (28) eine erste und eine zweite Schicht (70 und 72) aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei die erste und die zweite Schicht (70 und 72) so geformt sind, dass sie ein Diaphragma (74) bilden, das über einem Sensorhohlraum (76) innerhalb des Drucksensors (28) liegt.
Kapsel (20) nach Anspruch 18, wobei das Diaphragma (74) in den Sensorhohlraum (76) vorstehende Überdruckanschläge (78) aufweist, die das Diaphragma (74) bei Überdruckbedingungen halten.
Kapsel (20) nach Anspruch 18, wobei die Kapselwand (34) eine Entlüftungsöffnung (80), das Beanspruchungs-Isolationselement (48) eine Entlüftungsdurchführung (82) und der Drucksensor (28) einen Entlüftungsdurchlass (84) aufweisen, der sich vom Sensorhohlraum (76) zur Entlüftungsdurchführung (82) erstreckt.
Kapsel (20) nach Anspruch 18, wobei Teile des Drucksensors (28), die außerhalb des Beanspruchungs-Isolationselements liegen, nicht der Anwendung einer beliebigen wesentlichen Halterungsbeanspruchung unterliegen.
Kapsel (20) nach Anspruch 18, wobei das Beanspruchungs-Isolationselement (48) gestreckt ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 1, wobei das Sensorelement (44) von der Verbindung des Drucksensors (28) zum Beanspruchungs-Isolationselement (48) weg angeordnet ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 23, wobei das Beanspruchungs-Isolationselement (48) angrenzend am Drucksensor (28) einen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten, der an einen Wärme-Koeffizienten des Drucksensors (28) angepasst ist, und angrenzend an der Dichtungsfläche (42) einen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten hat, der an den Wärme-Ausdehnungskoeffizienten der Dichtungsfläche (42) angepasst ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 24, wobei das Beanspruchungs-Isolationselement (48) einen Stapel aus Metallscheiben mit variierenden Wärme-Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
Kapsel (20) nach Anspruch 18, wobei das Beanspruchungs-Isolationselement (48) eine Umrissform hat, die die Beanspruchungsisolation verbessert.
Kapsel (20) nach Anspruch 26, wobei die Umrissform aus einer Gruppe ausgewählt wird aus: einer Verstärkungsschulter (104), einer Nut, einer sich verjüngenden Wand (110 und 112), die sich von einem am Drucksensor (28) angrenzenden, dickeren Bereich (110) zu einem an der Dichtungsfläche (42) angrenzenden, dünneren Bereich (112) verjüngt, und einer sich verjüngenden Wand, die sich von einem am Drucksensor (28) angrenzenden, dünneren Bereich zu einem an der Dichtungsfläche (42) angrenzenden, dickeren Bereich verjüngt.
Drucksensorenkapsel (20) mit: einer Kapselwand (34) mit einem Fluid-Einlass (38), einer Durchführungsöffnung (40) und einer inneren Dichtungsfläche (42), die die Durchführungsöffnung (40) umgibt; einem Einlasselement, das den Druck vom Fluid-Einlass (38) koppelt; einem Drucksensor (28), der von der Kapselwand (34) umgeben ist, wobei der Drucksensor (28) ein Sensorelement (44), elektrische Kontakte (46), die auf dem Sensorelement (44) angeordnet sind, und Leiterzüge (49) enthält, die zwischen den elektrischen Kontakten und dem Sensorelement (44) geschaltet sind; und einem Beanspruchungs-Isolationselement (48) mit einem Durchführungsloch (50), das über den elektrischen Kontakten liegt und eine erste Elementfläche (52), die mit dem Drucksensor (28) verbunden ist, und eine zweite Elementfläche (54) hat, die mit der Dichtungsfläche (42) verbunden ist; wobei das Beanspruchungs-Isolationselement (48) einen einzelnen festen Halterungsbereich zwischen dem Drucksensor (28) und seiner Halterungsumgebung definiert und wobei Teile des Drucksensors (28), die außerhalb des Beanspruchungs-Isolationselements (48) liegen, schweben.
Drucksensorenkapsel (20) nach Anspruch 28, wobei der Drucksensor (28) aus einem Sensormaterial und das Beanspruchungs-Isolationselement (48) aus einem Beanspruchungs-Isolationsmaterial mit einem Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Temperatur-Ausdehnungskoeffizient des Sensormaterials.
Kapsel (20) nach Anspruch 29, wobei das Beanspruchungs-Isolationsmaterial ein keramisches Material auf Siliziumnitrid-Basis ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 28, wobei die Kapselwand (34) einen Tiegel aufweist, der mit einer Kappe (58) durch eine Verbindung verbunden ist.
Kapsel (20) nach Anspruch 28, wobei Teile des Drucksensors (28), die außerhalb des Beanspruchungs-Isolationselements liegen, nicht der Anwendung einer beliebigen wesentlichen Halterungsbeanspruchung unterliegen.