DE20216822U1 - Druck-Transducer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druck-Transducer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Piezoresistive Druckmesszellen, Druckwandler oder Druck-Transducer, teilweise auch als Sensoren bezeichnet, sind beispielsweise aus dem G 85 00 494 oder beispielsweise aus der WO 96/26423 bekannt. Sie umfassen üblicherweise ein zylinderförmiges Gehäuse, welches druckmessseitig an geeigneter Stelle eine Messmembran aufweist. Unterhalb dieser Messmembran liegt der eigentliche Druckraum, in welchem eine Druckmesszelle, beispielsweise eine piezoresistive Druckmesszelle angeordnet ist. Dieser Druckmessraum ist mit einem geeigneten inkompressiblen Fluid, in der Regel Öl, befüllt. Anstelle einer piezoresistiven Druckmesszelle können aber auch beliebige andere Kraftoder Druckmesseinrichtungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden, beispielsweise auch Druckmesseinrichtung, die mit dünnfilm-kapazitiven Messmethoden oder beliebigen sonstigen anderen Technologien arbeiten.

Zur Druckmessmembran versetzt liegend ist der mit der

Messmembran versehene Druckinnenraum auf geeignete Weise verschlossen, üblicherweise durch eine sogenannte Glasdurchführung, durch die hindurch Sockelstifte von außen her in den Druckinnenraum hineingeführt sind, von deren Ende dann beispielsweise sogenannte Bond-Drähtchen zu den piezoresistiven Widerständen auf der Druckmesszelle führen.

Darüber hinaus kann in geeigneter Weise auch noch eine Leiterplatinenanordnung, ein sogenanntes Print vorgesehen sein, auf welchem noch aktive und/oder passive elektrische Bauelemente oder Baugruppen vorgesehen sind, um beispielsweise eine Messwertformung, Auswertung, etc. vorzunehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Druck-Transducer zu schaffen, der beispielsweise zur Gewichtsmessung, d.h. auch zur indirekten Bestimmung der Befüllungshöhe eines Tanks verwendet werden kann.

Die Aufgabe wird bezüglich des Druck-Transducers entsprechend den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass der Transducer eine Gehäuseanordnung aufweist, die druckmessseitig mit einer bewegbaren Kraft- oder Druckübertragungseinrichtung vorzugsweise in Form eines axialbeweglichen Kolbens oder Kraftaufnehmers gestaltet ist. Auf diesem Kraftaufnehmer aufliegend kann das zu messende Gewicht eines Gegenstandes oder beispielsweise der Fuß eines unterschiedlich stark befüllbaren Tanks aufgelegt werden. Vorzugsweise wird hier als Kraftübertragungseinrichtung

eine Metallkugel verwendet, die auf dem bevorzugt zylinderförmigen Kraftaufnehmer in einer entsprechenden Halteoder Aufnahmeeinrichtung liegt.

Zwischen diesem axial den Druck weitergebenden Kraftaufnehmer und dem eigentlichen Druckaufnehmer mit einer Messzelle im Innenraum ist dann ein Übertragungsfluid vorgesehen, vorzugsweise in Form eines Gels. Dieses allseitig umschlossene Gel bildet ein den Druck übertragendes PoI-ster.

Erfindungsgemäß ist der zylinderförmige Kraftaufnehmer mit zumindest einem Dichtungsring oder mehreren in Umfangsrichtung versetzt liegenden Dichtungsringen, vorzugsweise O-Ringen versehen, um eine sichere Dichtung zwischen diesem Kraftaufnehmer und dem eigentlichen Druckaufnehmer unter sandwichartiger Auf-nahme des Gel-Polsters zu gewährleisten.

Bevorzugt auf der gegenüberliegenden Seite zum Kraftaufnehmer sind in der Gehäuseanordnung dann die Zuführleitungen für die Druckmesszelle einschließlich einer die Druckmesszelle abschirmenden sogenannten Glasdurchführung vorgesehen, die üblicherweise aus einer Metall- oder Legierungsplatte besteht, in der entsprechende Axialbohrungen eingebracht sind, durch die hindurch die entsprechenden Anschluss-Sockelstifte in sogenannten Glasdurchführungen hindurchgeführt sind. Außerhalb des Messinnenraums kann danach bevorzugt ein Print mit elektrischen und elektronischen Bauteilen sitzen, wobei der gesamte untere Raum bevorzugt mit einer Vergussmasse befüllt ist und damit auch den Print mit den elektrischen und elektronischen aktiven oder passiven Bauelementen schützt.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus dem anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigen im einzelnen:
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Figur 1 : eine ausschnittsweise im Schnitt wiedergegebene Darstellung eines Tanks mit einem Fuß, welcher auf einem erfindungsgemäßen Transducer ruht; und
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Figur 2: eine schematische axiale Querschnittsdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Druck-Transducer.

In Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Tanks 1 gezeigt, der unterschiedlich stark mit einer Flüssigkeit, beispielsweise auch einem zum Lebensmittelbereich gehörenden Getränk befüllt sein kann. Unter dem Boden 3 sind beispielsweise drei in Umfangsrichtung in gleichen Abständen versetzt angeordnete Fußkonstruktionen 5 vorgesehen, in deren Fuß-Auflage 5' eine Bohrung 9 eingebracht sein kann, die kleiner ist als der Außendurchmesser einer Kugel 11, auf der die Fuß-Auflage 5' gemäß Figur 1 aufliegt. Der Tank kann so über drei Fuß-Stützkonstruktionen 13 getragen werden, wobei zumindest eine oder z.B. zwei Fuß-Stützkonstruktionen 13 mit einem Druckaufnehmer gemäß Figur 1 versehen sind, wie in weiterem Detail anhand von Figur 2 erläutert ist. Im Prinzip ist es sogar ausreichend gegebenenfalls nur eine einzige mit einem Druckaufnehmer versehene Fuß-Stützkonstruktion 13 vorzusehen, wenn beispielsweise drei Auflager vorgesehen sind. Die Fuß-Stützkonstruktionen 13, die nicht mit Druckaufnehmern versehen sind, bestünden dann in der Regel aus einfachen mecha-

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nischen Auflagern, die in optischer Hinsicht jenen Fuß-Stützkonstruktion 13 in Figur 1 und Figur 2 vergleichbar sein können, allerdings ohne die direkte Druckaufnehmereinrichtung.
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Durch die nachfolgend erläuterten Druckaufnehmer kann also das Gewicht des Tanks mit der Befüllung gemessen werden. Mit abnehmender Befüllung nimmt also das Gewicht insgesamt ab, so dass darüber indirekt über eine angeschlossene Auswerteinrichtung der Befüllungsgrad oder die Befüllungshöhe sehr exakt festgestellt und gemessen werden kann.

Nachfolgend wird der Transducer im weiteren Detail unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert.

Aus Figur 2 ist zu entnehmen, dass der Druck-Transducer ein Gehäuse 17 umfasst, beispielsweise ein zylinderförmiges Gehäuse. In diesem ist von oben her über eine vergleichsweise große Axialerstreckung eine Axialbohrung 19 eingebracht, die an einem nach innen vorstehenden Ringansatz 21 endet.

Eine weitere Axialbohrung 23 ist von unten her ebenfalls in Axialrichtung konzentrisch zur oberen Axialbohrung 19 in das Gehäuse 1 eingebracht und endet ebenfalls wieder an dem erwähnten Ringansatz 21, der mit einer zentralen Durchlaßbohrung 25 versehen ist. Von oben her ist in die Axialbohrung 19 ein Druckaufnehmer 26 mit einer Druckkammerhülse 27 eingesetzt, die nach oben hin durch eine Messmembran 29 hermetisch dicht abgeschlossen ist. Über einen zentralen unterhalb der Messmembran liegenden Druckkanal 31 ist eine Verbindung von dem Raum unterhalb der Messmembran 29 zu einem Druckinnenraum 32 hergestellt, welcher

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nach unten hin durch eine sogenannte Glasdurchführung 35 verschlossen ist, welche eine Messzelle, vorzugsweise piezoresistive Druckmesszelle 37 trägt, auf deren Oberfläche entsprechende den Druck messende Messwiderstände ausgebildet oder vorgesehen sein können.

Die entsprechenden Anschlussdrähte 39 für die Messzelle 37 führen von einer Kabelanordnung 40 kommend zunächst zu einer Print- oder Leiterplatine 41, auf welcher aktive und/oder passive elektrische Bauteile und Baugruppen vorgesehen sein können, zur Signalformung, Signalauswertung etc.

Von diesem Print 41 führen Sockelstifte 43 durch die Glasdurchführung 35 hindurch, wobei die Glasdurchführung 35 bekanntermaßen aus Metall besteht, in der die Bohrungen für die Hindurchführung der Sockelstifte 43 ausgebildet sind, wobei die Sockelstifte in diesen Bohrungen in Glaspropfen sitzen, weshalb die entsprechende Metallplatte auch als Glasdurchführung 35 insgesamt bezeichnet wird. In der Regel sind von den Enden der innen vorstehenden Sockelstifte dann sogenannte Bond-Drähte zu den Anschlussstellen der Messwiderstände geführt.

Der Druckinnenraum des Druckaufnehmers 26 ist ebenfalls mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, in der Regel Öl, befüllt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist noch in einer umlaufenden Ringnut 45 ein Dichtring, in der Regel ein sogenannter O-Ring 45' in der Druckkammerhülse 27 eingesetzt, der mit der Innenwandung der Axialbohrung 19 zusammenwirkt.

Der gesamte untere Axialraum 24, durch den hindurch die

Anschlussdrähte zum Print und von dort über die Glasdurchführung 35 zur Messzelle 37 führen, ist vollständig mit einer Vergussmasse 47 ausgefüllt, wodurch auch die Leiterplatine sowie die elektronischen Baugruppen und Bauelemente auf der Leiterplatine 41 geschützt sind.

Oberhalb der Messmembran 29 ist in der Axialbohrung 23 ein Kraftübertrager 51 vorgesehen, dessen Außenkontur der Innenkontur der Axialbohrung 19 entspricht und in Axialrichtung druckbelastbar und zumindest leicht verschiebbar ist. Durch diesen Kraftaufnehmer 51 ist ein Abstandsraum 55 zwischen der stirnseitigen Unterseite 51' und der im Abstand dazu gegenüberliegenden Messmembran 29 des Druckaufnehmers ausgebildet, der mit einem Druckübertragungsmedium, vorzugsweise in Form eines Gels, vollständig befüllt ist. Dieses Druckübertragungsmedium im Abstandsraum 55 bildet also ein Polster.

Die Kraftübertragungseinrichtung 51 weist in Axialrichtung zwei versetzt zueinander liegende Ringnuten 57' und 57" auf, die jeweils mit einem Dichtring 59' und 59" in Form eines O-Ringes befüllt sind und eine Abdichtung gegenüber dem Druckübertragungsmedium 55 gewährleisten.

An der nach außen weisenden Stirnseite ist die Kraftübertragungseinrichtung 51 im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer im wesentlichen kegelförmigen Vertiefung 61 versehen, in welcher die bereits erwähnte Kugel 11 sitzt, auf der dann der erwähnte Fußaufleger 5' ruht.

Mit sich verändernder Befüllung und damit sich veränderndem Gesamtgewicht des Tanks 1 einschließlich seiner Befüllung, verändert sich der auf der jeweiligen Kugel ruhende

Druck und damit der über die Kraftübertragungseinrichtung 51 und das darunter befindliche Gel-Polster 55' der Druck, der über die Messmembran und das darunter befindliche Druckübertragungsmedium auf die im Messraum befindliche Messzelle wirkt.

Auf diese Art und Weise kann sehr viel genauer und kostengünstiger - zumindest indirekt - auch die Befüllungshöhe in einem Tank gemessen oder ermittelt werden, wodurch sich klare Vorteile gegenüber einer die Flüssigkeitshöhe in einem Tank messenden Einrichtung ergeben.

Claims (6)

1. Transducer, insbesondere Druckt-Tansducer mit den folgenden Merkmalen:

- es ist ein Druckaufnehmer (26) zur Messung von Drücken vorgesehen,

- zu dem Druckaufnehmer (26) führen Anschlussdrähte (39) und/oder Sockelstifte (43) für die elektrische Signalgewinnung oder Signalerfassung,

- der Druckaufnehmer (26) ist druckmessseitig verschlossen, vorzugsweise über eine Druckmessmembran (29),

- im Abstand zum Druckaufnehmer (26) ist in einem gemeinsamen Gehäuse (1) eine den Druck übertragenden und/oder zumindest leicht verschiebbare Kraftübertragungseinrichtung (51) vorzugsweise in Form eines Zylinders oder eines Scheibenkörpers angeordnet,

- der Raum zwischen der Kraftübertragungseinrichtung (51) und der Druckübertragungseinrichtung (26) ist mit einem Druckübertragungsmedium (55) vollständig befüllt,

dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderförmige Kraftübertragungseinrichtung (51) an ihrem Außenumfang zumindest einen, vorzugsweise zumindest zwei in Axialrichtung versetzt liegende Ringnuten (57', 57") aufweist, in welche zumindest ein Dichtungsring bzw. vorzugsweise zumindest zwei entsprechende Dichtungsringe (59', 59") eingesetzt sind.

2. Transducer, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckübertragungsmedium (55) aus einem Gel besteht.

3. Transducer, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben der eher zylinderförmigen Kraftübertragungseinrichtung (51) ferner noch eine sich an der Kraftübertragungseinrichtung (51) abstützende und/oder darüber gehaltene den zu messenden Druck bzw. die zu messende Kraft ebenfalls übertragende Kugel (11) vorgesehen ist.

4. Transducer, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (11) über die das stirnseitige Ende des Gehäuses (1) übersteht und in einer vorzugsweise trichterförmigen Vertiefung (61) gestützt und gehalten ist.

5. Transducer, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Kraftübertragungseinrichtung (51) an dem Druckaufnehmer (26) gegenüberliegende Abschnitt im Gehäuse (1) mit einer Vergussmasse (47) befüllt ist.

6. Transducer, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vergussmasse (47) ferner noch eine Leiterplatine (41) angeordnet ist, in der entsprechende elektrische und/oder elektronische Baugruppen und Bauelemente für die Signalgewinnung, Signalauswertung und/oder Signalverarbeitung vorgesehen sind.