专利名称：具有圆柱形压力测量单元的压力传感器的制作方法
具有圆柱形压力测量单元的压力传感器本发明涉及一种具有圆柱形压力测量单元的压力测量转换器。本发明领域的压力测量转换器在壳体中具有陶瓷压力测量单元，其中该压力测量单元布置在壳体中的测量单元腔室中，其中该压力测量单元具有开口，该压力测量单元通过所述开口与介质压力可接触，其中壳体具有径向向内延伸的环形肩部，该环形肩部被壳体开口围绕并且形成用于密封环的轴向靠接表面，密封环位于该轴向靠接表面上，压力测量单元利用紧固装置紧靠该密封环轴向夹持。为了在壳体中定位压力测量单元和密封环，应用了角截面环，其被插入压力测量单元的横向表面和壳体壁之间的环形间隙，并且其在压力测量单元的开口侧端面的边缘周围夹紧。本发明领域的压力测量转换器例如在欧洲专利EP 0594808B1中公开，其中描述了角截面环特别用于使得能够进行壳体的模块构造，在该情况下在过程连接元件上实现轴向肩部，其具有壳体开口，压力测量单元通过该开口被提供以压力，其中该连接元件在其横向表面上具有螺纹，该螺纹与壳体中的互补内螺纹啮合，其中内螺纹被布置在传感器腔室的前端部分。角截面环在该连接中的任务被划分为两个部分，也就是说，一方面是压力测量单元在壳体中的轴向和径向定位，另一方面是在安装连接元件之前固定O形环。然而， 特别地，压力测量单元在壳体中的应力行为假设角截面环的实质上弹性材料，其关于通过角截面环径向支撑密封环而要求折衷，这是因为密封环和角截面环具有类似硬度的材料，并且角截面环因此几乎没有表现出适于在压力负载下对密封环的支撑。在较小压力测量单元的情况下，密封环的位置必须精确限定，这是因为密封环的径向移位的相对重要性随着压力测量单元的直径减小而增加。因此，本发明的目标是提供一种压力测量转换器，其克服了现有技术的缺陷，因此在一方面将压力测量单元无应力地安置于测量单元腔室中，并且另一方面即使存在压力负载也定位了径向限定的密封环。该目标根据本发明通过如独立权利要求I中所限定的压力测量转换器而实现。本发明的压力测量转换器包括实质上圆柱形的压力测量单元；测量单元壳体，其具有至少部分实质上圆柱形的测量单元腔室；密封环；夹持装置；和角截面环，其用于在测量单元腔室中定位压力测试单元和密封环，其中测量单元腔室具有开口，通过该开口测量单元腔室与介质压力可接触，其中测量单元壳体具有环形轴向靠接表面，该环形轴向靠接表面围绕开口并且从测量单元腔室的圆柱形壁径向向内延伸，其中密封环位于轴向靠接表面上，其中压力测量单元以其前端面位于密封环上，其中夹持装置位于压力测量单元的后端面上，以便轴向紧靠密封环地夹持压力测量单元，其中角截面环被布置在压力测量单元和测量单元腔室的壁之间的环形间隙中并且具有径向向内延伸的肩部，其在压力测量单元的前端面的边缘区域周围夹紧，其中该径向肩部限定了径向截止件，以便将密封环定位在压力测量单元和轴向靠接表面之间，其中，根据本发明，角截面环包括至少一个形状保持材料的第一组件以及至少一个弹性材料的第二组件，其中至少一个形状保持组件形成径向肩部并且在轴向方向上延伸至环形间隙中，其中第二组件与第一组件连接并且在压力测量单元的横向表面和测量单元腔室的壁之间至少部分径向地在环形间隙中延伸，以便将压力测量单元相对于测量单元腔室定位。在本发明的进一步改进中，该组件具有实质上圆柱形部分，径向肩部在端部分处从该实质上圆柱形部分径向向内延伸，其中该圆柱形部分具有一个或多个穿孔，第二组件通过穿孔延伸，以便将第二组件与第一组件连接。在本发明的该进一步改进的实施例中，穿孔包括在圆柱形部分中的钻孔或轴向槽。在本发明的进一步改进中，第二组件包括具有不大于50邵氏硬度(Shore A)的硬度的弹性体。弹性体特别地可以包括VMQ或EPDM。在本发明的进一步改进中，第一组件包括有机材料，特别是弹性体。第一组件的聚合物特别地可以包括 PEEK、PS 或 PA XX，特别是 PA 6,PA 66,PA 12,PA MACMl2,PA 6-3-T。压力测量单元特别可以是包括平台和测量膜的陶瓷压力测量单元，其中测量膜借助环形接合沿其边缘与平台压力紧密连接，其中密封环在测量膜与接合对齐的区域中位于测量膜上。密封环可以特别地包括弹性体。 根据本发明的进一步改进，夹持装置可以包括螺纹环，该螺纹环在其横向表面上具有螺纹，并且其中壳体具有与螺纹环的螺纹互补的内螺纹，螺纹环螺固到内螺纹中，以便夹持压力测量单元。在本发明的进一步改进中，至少一个去耦合元件被布置在螺纹环和压力测量单元之间。去耦合元件特别地用于保护压力测量单元免受由于在一方面的螺纹环的材料以及在另一方面的压力测量单元的材料之间的不同热膨胀系数引起的径向应力，否则该径向应力可能经由摩擦接触而被引入压力测量单元。在本发明的当前优选实施例中，去稱合元件包括与压力测量单元或者与压力测量单元的平台相同的材料。在本发明的进一步改进中，角截面环的第二组件包括多个弹簧元件，它们被布置在环形间隙中以用于定位压力测量单元。在本发明的进一步改进中，第一组件的圆柱形部分填充在压力测量单元和测量单元腔室的壁之间的环形间隙的体积的不超过70%，优选地不超过50%，其中弹簧元件填充环形间隙剩余体积的不超过80%，优选地不超过60%，特别优选地不超过50%。环形间隙的剩余体积是环形间隙的总体积与第一组件的圆柱形部分在环形间隙中的体积之间的差。在本发明的一个实施例中，弹簧元件包括在轴向方向上延伸的腹板。在本发明的一个实施例中，用于密封环的径向截止件具有用于密封环的环形承载区域。通过控制压力测量单元的侧边位置，角截面环进一步用于确保在压力测量单元的电路接地和壳体接地(大地)之间的例如600V的耐压。特别地，在压力测量单元测量膜和平台之间的金属接合被置于压力测量单元的电路接地，该金属接合延伸至压力测量单元的横向表面。就此，重要的是保持压力测量单元的横向表面和壳体之间的最小间隔，并且这通过角截面环实现。现在将基于图中所示实施例的示例解释本发明，其附图
示出如下图I :通过本发明的压力测量转换器的一部分的纵向截面；图2 :用于本发明的压力测量转换器的角截面环的实施例的示例；图3 :图2的角截面环的第一组件；和图4 :图2的角截面环的第二组件。
图I所示的压力测量转换器I包括压力测量单元2，该压力测量单元2包括圆柱形平台3和测量膜4，其中该测量膜沿外围环形接合5与该平台压力紧密连接。优选地，该测量膜和平台包括陶瓷材料，特别是刚玉，并且该接合例如可以包括活性硬钎料或焊料，特别是Zr NiTi活性硬钎料或焊料、或者玻璃。压力测量单元被布置在壳体6中，该壳体6在其内部包含通过前开口 8与压力可接触的圆柱形测量单元腔室7，其中前开口 8以径向肩部9为边缘，该径向肩部9从测量单元腔室7的圆柱形壁径向向内延伸。径向肩部9限定了轴向截止件10，在该轴向截止件10上支撑弹性密封环、特别是O形环11。压力测量单元2在测量单元腔室中轴向夹持在密封环11和紧固环12之间，其中紧固环12在其横向表面的一部分上具有外螺纹13，该外螺纹13与壳体6中的互补内螺纹14啮合。在紧固环12和压力测量单元之间布置并夹持去耦合环15，其中该去耦合环15特别地包括与基本测量单元2的平台相同的材料。为了在测量单元腔室7中定位压力测量单元2，提供了角截面环20，其包括圆柱形部分21和径向肩部22，其中径向肩部22在圆柱形部分21的前端径向向内延伸。角截面环被布置在测量单元腔室7的壁和压力测量单元2之间所形成的环形间隙中，其中角截面环利用其径向肩部22 在测量膜4的边缘区域周围夹紧。径向肩部22包括承载区域26，在该承载区域26上径向支撑密封环11。角截面环20包括第一组件26和第二组件28，该第一组件26包括实质上在增大的力下形成稳定的弹性体，该第二组件28包括明显更软的弹性体，其中第一组件形成第二组件所固定到的、角截面环的基本结构。径向肩部22用于密封环的支撑，其中径向肩部在用于密封环11的承载区域24和第一组件的横向表面部分32之间延伸，其中该横向表面部分被以间隙配合定位于壳体中以便相对于壳体充分限定密封环的位置，其中在压力负载的情况下，密封环在该位置也由径向肩部22在承载区域24上径向支撑。对于在间隙配合的区域中的角截面环的直径d的公差，保持以下关系d0-0. 05mm<d<d0+0. 15mm其中Cltl是所期望的直径。间隙的公差因此是直径公差的一半。图2所示的角截面环20的实施例的示例包括圆柱形部分21和径向肩部22，其中该角截面环包括相当硬的弹性体的第一组件26以及相当软的弹性体的第二组件28。第一组件26限定了圆柱形的基本结构以及达到其径向承载区域24的径向肩部22，而第二组件28则包括轴向腹板34，轴向腹板34通过第一组件26的穿孔延伸。轴向腹板34经由环36相互连接，该环36形成径向肩部22的一部分。压力测量单元插入该角截面环中，其中壳体的测量单元腔室中的压力测量单元的侧边位置由腹板34限定，其中该腹板34进而与测量单元腔室的壳体壁接触。图3仅示出了包含钻孔28和40的角截面环的第一组件26，该钻孔28和40形成穿孔，腹板34通过该穿孔在径向方向上延伸，以便将这些相对于第一组件固定。最后，图4仅示出了本发明的角截面环的第二组件，其中腹板34经由外部环36相互连接。该角截面环通过在第一组件周围注射模塑第二组件的材料而产生。因此，本发明提供了一种具有密封环在壳体中的改进定位的压力测量转换器，这在减小尺寸的测量单元的情况下保持测量精确度是关键的。
权利要求
1.一种压力测量转换器，包括 实质上圆柱形的压力测量单元； 测量单元壳体，所述测量单元壳体具有实质上圆柱形的测量单元腔室，其中所述测量单元腔室具有开口，通过所述开口所述测量单元腔室与介质压力可接触，其中所述测量单元壳体具有环形轴向靠接表面，所述环形轴向靠接表面围绕所述开口并且从所述测量单元腔室的圆柱形壁径向向内延伸； 密封环； 夹持装置；和 角截面环，所述角截面环用于在所述测量单元腔室中定位所述压力测试单元和所述密封环， 其中所述密封环位于所述轴向靠接表面上， 其中所述压力测量单元以其前端面位于所述密封环上， 其中所述夹持装置位于所述压力测量单元的后端面上，以便轴向紧靠所述密封环地夹持所述压力测量单元， 其中所述角截面环被布置在所述压力测量单元和所述测量单元腔室的壁之间的环形间隙中并且具有径向向内延伸的肩部，所述角截面环在压力测量单元的前端面的边缘区域周围夹紧， 其中所述径向肩部限定了径向截止件，以便将所述密封环定位在所述压力测量单元和所述轴向靠接表面之间， 其特征在于 所述角截面环包括至少一个形状保持材料的第一组件以及至少一个弹性材料的第二组件，其中所述至少一个形状保持组件形成所述径向肩部并且在轴向方向上延伸至所述环形间隙中， 其中所述第二组件与所述第一组件连接并且在所述压力测量单元的横向表面和所述测量单元腔室的壁之间至少部分径向地在所述环形间隙中延伸，以便将所述压力测量单元相对于所述测量单元腔室定位。
2.根据权利要求I所述的压力测量转换器，其中所述第一组件具有实质上圆柱形部分，所述径向肩部在端部分处从所述实质上圆柱形部分径向向内延伸。
3.根据权利要求I或2所述的压力测量转换器，其中所述圆柱形部分具有一个或多个穿孔，所述第二组件通过所述穿孔延伸，以便将所述第二组件与所述第一组件连接。
4.根据权利要求3所述的压力测量转换器，其中所述穿孔包括在所述圆柱形部分中的钻孔或轴向槽。
5.根据前述权利要求中的一项所述的压力测量转换器，其中所述第二组件包括具有不大于50邵氏硬度的硬度的弹性体。
6.根据前述权利要求中的一项所述的压力测量转换器，其中所述第二组件的弹性体包括 VMQ 或 ETOM。
7.根据前述权利要求中的一项所述的压力测量转换器，其中所述第一组件包括有机材料，特别是弹性体，优选地为PEEK、PS或PA XX。
8.根据前述权利要求中的一项所述的压力测量转换器，其中所述压力测量单元是包括平台和测量膜的陶瓷压力测量单元，其中所述测量膜借助环形接合沿其边缘与所述平台压力紧密连接，其中所述密封环在所述测量膜与所述接合对齐的区域中位于所述测量膜上。
9.根据权利要求8所述的压力测量转换器，其中所述密封环包括弹性体。
10.根据前述权利要求中的一项所述的压力测量转换器，其中所述夹持装置包括螺纹环，所述螺纹环在其横向表面上具有螺纹，并且其中所述壳体具有与所述螺纹环的螺纹互补的内螺纹，所述螺纹环螺固到所述内螺纹中，以便夹持所述压力测量单元。
11.根据权利要求10所述的压力测量转换器，其中至少一个去耦合元件被布置在所述螺纹环和所述压力测量单元之间。
12.根据前述权利要求中的一项所述的压力测量转换器，其中所述角截面环的所述第二组件包括多个弹簧元件，所述弹簧元件被布置在所述环形间隙中以用于定位所述压力测量单元。
13.根据权利要求12所述的压力测量转换器，其中所述第一组件的所述圆柱形部分填充在所述压力测量单元和所述测量单元腔室的壁之间的所述环形间隙的体积的不超过70%,优选地不超过50%，其中所述弹簧元件填充所述环形间隙的剩余体积的不超过80%，优选地不超过60%，特别优选地不超过50%。
14.根据权利要求12或13所述的压力测量转换器，其中所述弹簧元件包括在轴向方向上延伸的腹板。
15.根据前述权利要求中的一项的压力测量转换器，其中用于所述密封环的所述径向截止件具有用于所述密封环的环形承载区域。
全文摘要
一种压力测量转换器，包括压力测量单元(2)；测量单元壳体，其具有带有开口的测量单元腔室(7)，其中该测量单元壳体具有围绕该开口的环形轴向靠接表面(9)；密封环(11)；和用于在测量单元腔室中定位该压力测量单元和密封环(11)的角环，其中该角环(20)被布置在压力测量单元和测量单元腔室壁(6)之间的环形间隙中并且具有径向向内延伸的肩部(22)，其在压力测量单元的前端面的边缘区域周围夹紧，其中该径向肩部(22)限定了用于密封环(11)的径向截止件，其中该角环包括至少一个具有形状保持材料的第一组件(26)和至少一个具有弹性材料的第二组件(28)，其中该至少一个形状保持组件形成该径向肩部(22)，其中该第二组件与该第一组件相连接并且在压力测量单元的横向表面和测量单元腔室的壁之间至少部分径向地在环形间隙中延伸。
文档编号G01L19/14GK102939520SQ201180028571
公开日2013年2月20日 申请日期2011年5月11日 优先权日2010年6月10日
发明者米夏埃尔·休格尔 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司