本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的壓力測量裝置以及用于制造該壓力測量裝置的方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)公開了不同的壓力測量裝置，這些壓力測量裝置具有布置在殼體中的陶瓷壓力測量單元和沿軸向方向布置以用于處理的陶瓷處理接口。在由現(xiàn)有技術(shù)公開的壓力測量裝置中，通常使用金屬或者陶瓷的壓力測量單元，以通過彈性體密封件來相對于處理接口進(jìn)行密封。在陶瓷的壓力測量單元的情況下，利用彈性體密封件進(jìn)行的密封是迄今為止用于確保機(jī)械無應(yīng)力安裝的唯一方式。然而，在使用彈性體密封件時(shí)人們意識(shí)到如下缺陷：這些密封件不是防擴(kuò)散的。例如，有機(jī)溶劑或者其它隨著時(shí)間通過所使用的彈性體密封件擴(kuò)散并且滲透到壓力測量裝置的內(nèi)部空間(例如，在該空間中布置有轉(zhuǎn)換電子器件或者針對相對的壓力測量布置的壓力補(bǔ)償開口)中，并因此導(dǎo)致測量值變化或者例如傳感器電子器件的腐蝕。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于對已知的壓力測量裝置進(jìn)行改進(jìn)，以避免現(xiàn)有技術(shù)中已知的缺陷。

上述目的是通過具有權(quán)利要求1的特征的壓力測量裝置來實(shí)現(xiàn)的。權(quán)利要求16給出了用于制造該壓力測量裝置的方法。從屬權(quán)利要求中給出有利的改進(jìn)示例。

根據(jù)本發(fā)明的壓力測量裝置具有布置在殼體中的陶瓷壓力測量單元和沿軸向方向布置并用于處理的陶瓷處理接口，其特征在于，壓力測量單元與處理接口之間具有以材料結(jié)合的方式形成的連接部。

通過在壓力測量單元和處理接口之間設(shè)置以材料結(jié)合的方式形成且尤其是防擴(kuò)散的連接部，避免了待測量的介質(zhì)，尤其是氣態(tài)的或者易揮發(fā)的介質(zhì)在壓力測量單元與處理接口之間的連接位置的擴(kuò)散，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了防擴(kuò)散和壓力密閉的連接。

在本申請的意義上，作為以材料結(jié)合的方式形成的連接尤其應(yīng)被理解為錫焊連接、熔焊連接和粘接連接。處理接口優(yōu)選被構(gòu)造成管形并且從壓力測量單元向外延伸。

根據(jù)本發(fā)明的裝置的改進(jìn)示例，為了可以使壓力測量單元與處理接口之間的以材料結(jié)合的方式形成的連接變得穩(wěn)定，設(shè)置有支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成其至少吸收沿軸向方向在壓力測量單元與處理接口之間的連接部上作用的力。

以此方式，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)壓力測量裝置的提高的穩(wěn)固性并且尤其實(shí)現(xiàn)了壓力測量裝置在較高壓力的情況下的應(yīng)用。優(yōu)選地，壓力測量單元與處理接口之間的連接部通過玻璃焊料或者玻璃粉制成。前述的連接技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中被良好地測試并且尤其是壓力密封和防擴(kuò)散的，使得這些連接技術(shù)優(yōu)異地滿足上述要求。此外，通過這種方式實(shí)現(xiàn)了支承結(jié)構(gòu)不接觸介質(zhì)，并且因而能夠由更有利的材料制成。

在這些連接技術(shù)中，特別優(yōu)選地，設(shè)置有支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)吸收在壓力測量單元與處理接口之間的連接部上作用的拉應(yīng)力。優(yōu)選地，支承結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成也吸收連接部的區(qū)域中的剪切應(yīng)力、傾斜力矩和轉(zhuǎn)矩。

處理接口布置在壓力測量單元的測量薄膜的前側(cè)上，由此實(shí)現(xiàn)了特別簡單和緊湊的實(shí)施例。通過這種類型的布置尤其可以使壓力測量單元與處理接口之間的由介質(zhì)壓力導(dǎo)致的力沿軸向方向進(jìn)行作用，但是該力能夠沿該方向非常良好地被支承結(jié)構(gòu)吸收。

在不使用支承結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)前的布置能夠在直至大約25bar的壓力下使用，其中，通過使用支承結(jié)構(gòu)，當(dāng)前的壓力測量裝置的應(yīng)用范圍能夠被擴(kuò)展到直至至少100bar的壓力。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，處理接口在位于壓力測量單元側(cè)的端部上沿徑向方向具有環(huán)形凸緣，在環(huán)形凸緣上嚙合有支承結(jié)構(gòu)以便吸收沿軸向方向作用的力。

支承結(jié)構(gòu)例如被構(gòu)造成具有固定環(huán)，固定環(huán)例如在凸緣的區(qū)域中搭接處理接口，并且與殼體剛性連接，由沿軸向方向作用的力能夠通過固定環(huán)被傳遞到殼體。固定環(huán)與殼體之間的剛性連接例如可以通過螺紋連接、焊接、斂縫或者固定環(huán)在殼體上的熱壓配合來實(shí)現(xiàn)。

固定環(huán)被構(gòu)造成與殼體螺紋連接的鎖緊螺母，由此能夠?qū)崿F(xiàn)特別簡單的實(shí)施例。鎖緊螺母例如可以搭接具有凸緣的處理接口并且由此固定地與殼體連接。

優(yōu)選地，鎖緊螺母具有外螺紋，外螺紋嚙合在殼體的相應(yīng)構(gòu)造地的內(nèi)螺紋中。通過螺紋連接可以特別簡單地使得由壓力測量單元和處理接口構(gòu)成的裝置被殼體牢固地支撐，也就是說，形成了將處理接口和壓力測量單元彼此壓緊的力。有利地，由壓力測量單元和處理接口構(gòu)成的裝置以預(yù)應(yīng)力布置在殼體和支承結(jié)構(gòu)中，由此以此方式能夠有效地尤其沿軸向方向補(bǔ)償在壓力測量單元與處理接口之間的連接部上作用的力。此外，通過螺紋連接能夠?qū)ψ兓念A(yù)應(yīng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

此外，在固定環(huán)與處理接口之間還可以設(shè)置有補(bǔ)償件。

通過使用該補(bǔ)償件，例如可以對在制造壓力測量裝置時(shí)的縱向公差進(jìn)行補(bǔ)償，但是尤其可以對壓力測量裝置的陶瓷部件與金屬部件之間的不同熱膨脹系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。如果例如殼體和支承結(jié)構(gòu)由不銹鋼制成并且壓力測量單元和處理接口由陶瓷(例如氧化鋁)制成，那么它們具有不同的熱膨脹系數(shù)。

由于不同的膨脹系數(shù)的原因，所使用的組件尤其沿徑向方向不同地變化，使得優(yōu)選地設(shè)置的預(yù)應(yīng)力發(fā)生變化并且在特別不利的情況下也能完全被補(bǔ)償。在這種情況下，優(yōu)選地，補(bǔ)償件在尺寸方面被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，且其熱膨脹系數(shù)與支承結(jié)構(gòu)和/或殼體和壓力測量單元的熱膨脹系數(shù)匹配，從而至少補(bǔ)償沿軸向方向的不同的熱致膨脹。在前述的材料的情況下，這例如可以通過在固定環(huán)與處理接口之間設(shè)置由例如鋅或鋁制成的環(huán)作為補(bǔ)償件。用于被構(gòu)造成環(huán)形的環(huán)的補(bǔ)償件的材料例如以如下方式選擇：殼體和/或支承結(jié)構(gòu)和壓力測量單元的熱致縱向延伸彼此匹配。

優(yōu)選地，在壓力測量裝置的殼體中布置有優(yōu)選金屬的容納環(huán)，容納環(huán)在后側(cè)的方向上支承壓力測量單元并且例如可以承載轉(zhuǎn)換電子器件。通過這種類型的容納環(huán)可以獲得與壓力測量單元直接相關(guān)的電器件組件的電子器件殼體，容納環(huán)例如能夠在后側(cè)通過封閉電路板封閉，封閉電路板提供壓力測量單元的電子接口。以此方式，獲得了可單獨(dú)操作的單元，該可單獨(dú)操作的單元由壓力測量單元、例如能夠確保模數(shù)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換電子組件和標(biāo)準(zhǔn)化的電接口構(gòu)成并且能夠布置在殼體中。

在特別靈巧的實(shí)施例中，壓力測量單元與處理接口之間的連接部沿徑向方向具有第一延展，第一延展小于或者等于壓力測量單元的基體與測量薄膜之間的第二連接部的第二延展。在陶瓷壓力測量單元的情況下，尤其是電容性操作的陶瓷壓力測量單元的情況下，測量薄膜通過環(huán)形的結(jié)合部借助于玻璃焊料或者玻璃粉固定在壓力測量單元的基體上。當(dāng)處理接口與壓力測量單元之間的連接部同樣環(huán)狀地形成并且其延展小于或者等于測量薄膜與基體之間的連接部的延展，可以預(yù)期到不會(huì)對壓力測量單元的測量行為的影響，或者僅很小的影響。

處理接口通過陶瓷噴射模塑法制成，由此可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的壓力測量裝置的特別簡單的制造。通過這種類型的陶瓷噴射模塑法可以廉價(jià)地并以較高的精度制造出這種類型的處理接口的復(fù)雜幾何輪廓，例如環(huán)形的凸緣、下切和/或螺紋，從而可以實(shí)現(xiàn)成本低廉的部件制造。

根據(jù)本發(fā)明的用于之前描述的壓力測量裝置的制造方法具有以下步驟：

-提供陶瓷壓力測量單元，

-提供被構(gòu)造成管形的陶瓷處理接口，

-材料結(jié)合地連接壓力測量單元和處理接口，

-將壓力測量單元布置在殼體中。

在該方法的優(yōu)選改進(jìn)實(shí)施例中，額外地設(shè)置支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)吸收在壓力測量單元與處理接口之間沿軸向方向作用的力。

附圖說明

在下文中將參照附圖說明本發(fā)明，其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的壓力測量裝置的截面圖；以及

圖2示出圖1中的截面放大圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了壓力測量裝置1的截面圖，壓力測量裝置1具有布置在基本上管形的殼體3中的陶瓷壓力測量單元5。陶瓷壓力測量單元5通過連接部6與處理接口7以材料結(jié)合的方式連接，處理接口7布置在壓力測量單元5的沿軸向方向A的上游。處理接口7布置在壓力測量單元5的前側(cè)，并在周邊上利用連接部6(例如，接合部)通過玻璃焊料或玻璃粉連接到壓力測量單元5(在本實(shí)施例中，壓力測量單元的測量薄膜10)。

壓力測量單元5在后側(cè)通過容納環(huán)20支承在殼體3中，其中，容納環(huán)20通過內(nèi)側(cè)的環(huán)形階梯沿軸向方向A支承壓力測量單元5。在壓力測量單元5的后側(cè)布置有轉(zhuǎn)換電子單元22，轉(zhuǎn)換電子單元22例如執(zhí)行對從壓力測量單元5發(fā)出的模擬信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換并且在輸出側(cè)提供轉(zhuǎn)換結(jié)果。此外，在容納環(huán)20的后側(cè)設(shè)置有封閉電路板26，封閉電路板26例如可以具有用于裝置的后側(cè)接觸的電插頭接觸部。此外，封閉電路板26在周邊上例如可以通過焊錫固定在容納環(huán)20上，并由此在后側(cè)進(jìn)行封閉。

布置在前側(cè)的處理接口7在周邊上通過連接部6與壓力測量單元5一起玻璃化，并由此以壓力密閉和防擴(kuò)散的方式連接。

處理接口7在其位于壓力測量單元側(cè)的端部上具有環(huán)狀凸緣11，環(huán)狀凸緣11具有與壓力測量單元5的外直徑相對應(yīng)的外直徑，其中，處理接口7從凸緣11開始沿軸向方向A收縮為階梯。在沿軸向方向A看時(shí)，在階梯前方設(shè)置有具有與凸緣11相對應(yīng)的外直徑的補(bǔ)償件18，補(bǔ)償件18在本實(shí)施例中被構(gòu)造成環(huán)形的環(huán)。在本裝置中，補(bǔ)償件18用于補(bǔ)償所使用的材料的由溫度效應(yīng)引起的不同熱致膨脹。

處理接口7通過固定環(huán)13螺紋連接至殼體3，其中，固定環(huán)13在本實(shí)施例中被構(gòu)造成鎖緊螺母，鎖緊螺母13的外螺紋15與殼體3的相應(yīng)地形成的內(nèi)螺紋16嚙合。通過沿徑向方向R與處理接口7或補(bǔ)償件18搭接的鎖緊螺母13，在殼體3的朝向在殼體3中延伸的階梯的方向上實(shí)現(xiàn)夾緊并進(jìn)而在預(yù)應(yīng)力下進(jìn)行保持。

在本實(shí)施例中，殼體3、鎖緊螺母13以及容納環(huán)20均由不銹鋼形成，且壓力測量單元5和處理接口7由陶瓷(例如氧化鋁)形成。為了對不銹鋼和陶瓷的不同熱膨脹系數(shù)進(jìn)行匹配并同時(shí)以預(yù)應(yīng)力將由壓力測量單元5和處理接口7構(gòu)成的構(gòu)造保持在殼體3中，補(bǔ)償件18例如由鋅形成，并且尺寸被設(shè)定成使得在不銹鋼部件和陶瓷部件受相同溫度影響時(shí)通過補(bǔ)償件18來補(bǔ)償沿軸向方向A的不同縱向膨脹，并由此以預(yù)應(yīng)力將由壓力測量單元5和處理接口7構(gòu)成的構(gòu)造保持在殼體3中。

殼體3還具有徑向孔24，徑向孔24可用于泄漏檢測。

作為鎖緊螺母13的替代，由壓力測量單元5和處理接口7構(gòu)成的構(gòu)造也可通過其它合適的連接技術(shù)連接在固定環(huán)13與殼體3之間，例如，焊接、合適的變形，例如，斂縫或熱壓配合處理。

在此，對于壓力測量單元5與處理接口7之間的連接部6的穩(wěn)定性來說重要的是，將由壓力測量單元5和處理接口7構(gòu)成的構(gòu)造以預(yù)加應(yīng)力保持在殼體3中，這是因?yàn)槟軌蛲ㄟ^支承結(jié)構(gòu)9良好地補(bǔ)償由測量介質(zhì)引起的沿軸向方向A作用的壓力。

圖2示出了圖1中的截面放大圖，其中，在圖2中，壓力測量單元5與處理接口7之間的形成為玻璃焊接接合部的連接部6被示出在邊緣區(qū)域中，也就是尤其示出在凸緣11的區(qū)域中。在圖2中，能夠明顯地識(shí)別出在測量薄膜10與處理接口7之間的連接部6的構(gòu)造。連接部6具有第一延展a1，在本實(shí)施例中，第一延展a1對應(yīng)于測量薄膜10與壓力測量單元5的基體之間的第二連接部6a的第二延展a2。從示出的視圖還可以看出，如圖1所示的補(bǔ)償件18在凸緣11的區(qū)域中在后側(cè)接合處理接口7，而鎖緊螺母13在后側(cè)接合補(bǔ)償件18自身，從而實(shí)現(xiàn)沿殼體3的方向的預(yù)應(yīng)力。在此應(yīng)指出的是，優(yōu)選使用具有與陶瓷類似的熱膨脹系數(shù)的金屬材料。示例性材料為鈦和VACON。然而，由于這些材料相對于不銹鋼來說是非常昂貴的，因此可以通過在陶瓷組件與金屬組件之間布置補(bǔ)償件18來補(bǔ)償沿軸向方向A的熱膨脹系數(shù)或者熱誘導(dǎo)膨脹，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)成本低廉的變體方案。

此外，通過支承結(jié)構(gòu)9，在壓力測量單元5與處理接口7之間的連接部6損壞的情況下，僅少量的待測量的介質(zhì)排放到環(huán)境中，這是因?yàn)榉乐沽藟毫y量單元5從處理接口7分離。

為了進(jìn)行泄漏檢測，在徑向孔24的區(qū)域中可以安裝探測器或者相應(yīng)的傳感器，以用于檢測超過特定極限值的泄漏。

參考標(biāo)號(hào)列表

1 壓力測量裝置 3 殼體

5 壓力測量單元 6 連接部

6a 第二連接部 7 處理接口

9 支承結(jié)構(gòu) 11 凸緣

13 固定環(huán)/鎖緊螺母 15 外螺紋

16 內(nèi)螺紋 18 補(bǔ)償件

20 容納環(huán) 22 轉(zhuǎn)換電子器件

24 徑向孔 26 封閉電路板

A 軸向方向 R 徑向方向

a1 第一延展 a2 第二延展