DE10308820A1 - Sensor, Meßzelle zur Verwendung in einem Sensor und Verfahren zur Herstellung einer Meßzelle - Google Patents

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine keramische Druckmeßzelle, zur Verwendung in einem Sensor zur statischen und/oder dynamischen Überwachung des Druckes eines flüssigen oder fließfähigen Mediums, mit einem Grundkörper (4) und mit einer mit dem Grundkörper (4) verbundenen Membran (5), wobei eine Seite (6) der Membran (5) mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht. DOLLAR A Bei der Druckmeßzelle (3) wird dadurch eine hohe chemische Beständigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit für eine Vielzahl von Chemikalien erreicht, daß auf einer Seite (6) der Membran (5) mindestens eine Kunststoff-Folie (7) aufgebracht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sensor zur statischen und/oder dynamischen Überwachung mindestens einer physikalischen Größe eines flüssigen oder fließfähigen Mediums, insbesondere einen Drucksensor, mit einem Gehäuse und mit einer Meßzelle, wobei eine Seite der Meßzelle mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht, und die Meßzelle die zu überwachende physikalische Größe in ein proportionales Meßsignal umwandelt. Daneben betrifft die Erfindung noch eine Meßzelle, insbesondere eine keramische Druckmeßzelle, zur Verwendung in einem Sensor, mit einem Grundkörper und mit einer mit dem Grundkörper verbundenen Membran, wobei eine Seite der Membran mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Meßzelle.
  • Sensoren, die zur Überwachung eines Mediums bzw. der Eigenschaft eines Mediums dienen, erfassen einen physikalischen Meßwert und wandeln diesen Meßwert in ein elektrisches Signal um, das dann an eine direkt mit dem Sensor verbundene dezentrale Auswerteeinheit oder an eine über elektrische Leitungen mit einem oder mit mehreren Sensoren verbundene zentrale Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Die Sensoren, die häufig auch als Fluidsensoren bezeichnet werden, haben in der Regel eine Elektronikeinheit, in der die von der Meßzelle gelieferten Meßwerte umgewandelt und ggf. aufbereitet bzw. ausgewertet werden.
  • Für derartige Sensoren gibt es eine Vielzahl von Anwendungsfällen. So können beispielsweise der Druck, die Temperatur, der Füllstand, die Strömungsgeschwindigkeit oder die Strömungsmenge von flüssigen oder festen Medien, aber auch von Schüttgut überwacht oder gemessen werden. Dabei gibt es wiederum verschiedene Meßprinzipien, um die einzelnen Parameter zu bestimmen. Beispielsweise können Füllstandssensoren nach dem kapazitiven oder nach dem hydrostatischen Meßprinzip arbeiten.
  • Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend insbesondere an Hand von Drucksensoren näher beschrieben werden, ohne daß die Erfindung jedoch auf diese Art der Sensoren beschränkt ist. Vielmehr ist die Erfindung bei allen Typen von Sensoren anwendbar, bei denen die Meßzelle mit dem zu überwachenden Medium in Berührung kommt.
  • Drucksensoren werden zur Überwachung und Messung des Systemdrucks in hydraulischen und pneumatischen Applikationen eingesetzt. Dabei kann es sich bei dem zu überwachenden Druck auch um einen Unterdruck handeln, so daß es sich bei den Sensoren um Vakuumsensoren handelt. Ein Einsatzbereich solcher Drucksensoren ist beispielsweise die Lebensmittelindustrie, in der der Druck verschiedener Medien, insbesondere verschiedener Flüssigkeiten überwacht oder gemessen wird. Dabei gibt es je nach Anwendungsgebiet eine Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsvarianten, wobei sich der Aufbau und die Auslegung der Drucksensoren in Abhängigkeit des erwarteten maximalen Nenndrucks und der Art des zu überwachenden Mediums unterscheiden.
  • Bekannte Drucksensoren weisen üblicherweise eine zylindrische Druckmeßzelle auf, die aus einem Grundkörper und einer Membran besteht, die durch ein Verbindungsmaterial, z. B. ein Hartlot, in einem definierten Abstand voneinander gehalten und miteinander hermetisch dicht verbunden sind. Die Seite der Membran, die mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht erfährt im Betrieb eine dem Druck des Mediums proportionale Auslenkung, die mittels eines auf der anderen Seite der Membran angeordneten elektromechanischen Wandlers erfaßbar ist (vergleiche z.B. DE 44 16 978 C2 oder DE 196 28 551 A1 ).
  • Bei einer ersten Art von Drucksensoren wird als Meßprinzip das kapazitive Meßprinzip verwendet. Die mit Elektroden beschichteten Innenflächen der Membran und des Grundkörpers bilden einen Meßkondensator, dessen Kapazität von der Durchbiegung der Membran abhängt und somit ein Maß für den an der Membran anliegenden Druck ist. In der Praxis werden meist Druckmeßzellen aus Keramik eingesetzt, da keramische Druckmeßzellen eine hohe Meßgenauigkeit aufweisen, die über sehr lange Zeit stabil bleibt. Auf der dem Medium abgewandten Seite weist die Druckmeßzelle eine elektronische Schaltung auf, die die Kapazität des Meßkondensators in ein druckabhängiges elektrisches Signal umwandelt und über elektrische Anschlußleitungen einer weiteren Verarbeitung oder einer Anzeige zugänglich macht.
  • Neben diesen Drucksensoren, die ein kapazitives Meßprinzip aufweisen, bei denen als elektromechanischer Wandler also zwei Elektroden verwendet werden, gibt es auch Drucksensoren, die Dehnmeßstreifen (DMS) oder druckempfindliche Widerstände bzw. DMS-Widerstände aufweisen. Bei diesen Drucksensoren sind die DMS-Widerstände auf der dem Medium abgewandten Seite der Membran aufgebracht, wobei der Widerstandswert der DMS-Widerstände von der Durchbiegung der Membran abhängt und somit ebenfalls ein Maß für den an der Membran anliegenden Druck ist. Bei derartigen Drucksensoren bzw. Druckmeßzellen ist somit ein separater, der Membran gegenüberliegender Grundkörper meßtechnisch nicht erforderlich. Drucksensoren bzw. Druckmeßzellen mit DMS-Widerständen gibt es daher auch in monolithischer Ausführungsform, bei der der Grundkörper und die Membran einstöckig ausgeführt sind. Dabei befindet sich dann die Membran in der Regel auf der dem Medium abgewandten Seite des Grundkörpers, der im Bereich der Membran eine sacklochartige Bohrung aufweist. Der Grundkörper hat somit eine topfförmige Gestalt, wobei der Boden des Topfes von der Membran gebildet wird und die offene Seite des Topfes dem Medium zugewandt ist. Daneben ist es jedoch auch möglich, daß sich die Membran auf der dem Medium zugewandten Seite des Grundkörpers befindet.
  • Unabhängig von der Art des Meßprinzips des Drucksensors besteht bei den bekannten Drucksensoren, ebenso wie bei den in Rede stehenden Sensoren ganz allgemein das Problem, daß die Membran bzw. die Meßzelle notwendigerweise mit dem zu überwachenden Medium in Berührung kommen muß. Daher sind die bekannten Sensoren bei aggressiven Medien nicht oder nur mit erheblichen Aufwand einsetzbar. Das Problem besteht dabei in der nur begrenzten Beständigkeit der häufig aus einem keramischen Material bestehenden Meßzelle gegenüber aggressiven Medien wie Natronlauge, Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Chromsäure, insbesondere in Verbindung mit eine erhöhten Temperatur des Mediums.
  • Im Stand der Technik sind verschiedene Versuche unternommen worden, die zuvor genannten Nachteile zu vermeiden. Eine Möglichkeit, die Mediumbeständigkeit einer keramischen Meßzelle zu erhöhen, besteht darin, eine Meßzelle aus einer hochreinen Keramik zu verwenden. Herkömmliche relativ preiswerte Meßzellen bestehen aus einer 96 %-Keramik, die zwar den norma len mechanischen Beanspruchungen der Meßzelle genügt, jedoch nur eine begrenzte Medienbeständigkeit aufweist. Die Medienbeständigkeit der Meßzelle kann nun dadurch erhöht werden, daß eine hochreine Keramik, beispielsweise 99 %-Keramik oder Saphirkeramik (99,9 %-Keramik) verwendet wird. Derartige Meßzellen sind jedoch relativ teuer, so daß sich deren Einsatz nur bei speziellen Einzelfällen lohnt.
  • Aus der DE 36 29 628 C2 und der DE 39 12 217 C2 sind Drucksensoren bekannt, bei denen auf der dem Medium zugewandten Seite der Membran eine dünne Metallmembran vorgespannt bzw. eine Siliziumkarbitschicht auf der Membran aufgebracht ist. Bei der Verwendung einer zusätzlichen Metallmembran ist jedoch nachteilig, daß durch die Metallmembran die Kennlinie bzw. die Empfindlichkeit des Sensors verändert wird, so daß die Verwendung einer Metallmembran bei Drucksensoren für einen relativ geringen Nenndruck nicht geeignet ist. Beim Aufbringen einer Schicht aus Siliziumkarbit mittels chemischer Gasphasenabscheidung besteht je nach der Art des verwendeten Verfahrens das Problem, daß zur Abscheidung von Siliziumkarbit sehr hohe Temperaturen von ca. 1.000°C erforderlich sind, was zu einer Beschädigung der Membran bzw. der Meßzelle führen kann. Darüber hinaus besteht bei den bekannten Beschichtungsverfahren die Gefahr, daß die Schicht aus Siliziumkarbit einzelne Poren aufweist, so daß kein sicherer Schutz der Membran gewährleistet ist. Das Problem des Auftretens von Poren in der Schicht aus Siliziumkarbit besteht insbesondere dann, wenn eine relativ dünne Schichtdicke gewünscht ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor bzw. eine Meßzelle zur Verfügung zu stellen, der bzw. die eine hohe chemische Beständigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit für eine Vielzahl von Chemikalien aufweist, so daß der Sensor bzw. die Meßzelle bei einer Vielzahl von Anwendungszellen verwendbar ist. Schließlich soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem eine entsprechende Meßzelle möglichst einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Die zuvor genannte Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Sensor bzw. bei der eingangs beschriebenen Meßzelle zunächst und im wesentlichen dadurch gelöst, daß auf der dem Medium zugewandten Seite der Meßzelle bzw.
  • der Membran mindestens eine Kunststoff-Folie aufgebracht ist. Die Verwendung einer Kunststoff-Folie hat den Vorteil, daß durch die Folie die Empfindlichkeit des Sensors bzw. der Meßzelle nicht bzw. nur unwesentlich beeinflußt wird, wobei unterschiedliche Kunststoff-Folien minder gewünschten chemischen Beständigkeit und einer hohen Temperaturbeständigkeit sowie der gewünschten geringen Dicke verfügbar sind. Durch das Ausbringen der Kunststoff-Folie auf die Meßzelle wird somit erreicht, daß die Meßzelle funktional weiter mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht, jedoch mit dem aggressiven Medium nicht mehr direkt in Berührung kommt, so daß die Meßzelle durch das aggressive Medium auch nicht angegriffen wird. Vorteilhafterweise besteht die Kunststoff-Folie aus einem fluorhaltigen Kunststoff, insbesondere aus Polytetratfluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) oder Tetrafluorethylen-Perfluormethylvinyläther-Copolymer (MFA).
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kunststoff-Folie auf der Meßzelle bzw. der Membran aufzukleben. Problematisch ist hierbei jedoch zum einen, daß die bevorzugt verwendeten Kunststoff-Folien eine sehr geringe Haftfähigkeit aufweisen, zum anderen die Temperaturbeständigkeit der verfügbaren Kleber in der Regel unzureichend ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sowohl des erfindungsgemäßen Sensors als auch der erfindungsgemäßen Meßzelle ist daher die Kunststoff-Folie auf der dem Medium zugewandten Seite der Meßzelle bzw. der Membran aufgeschmolzen. Dadurch, daß die verwendeten Kunststoff-Folien eine Schmelztemperatur aufweisen, die in der Regel deutlich höher als die maximale Temperatur des zu überwachenden Mediums ist, kann durch das Aufschmelzen der Kunststoff-Folie eine dauerhafte Verbindung zwischen der Kunststoff-Folie und der dem Medium zugewandten Seite der Meßzelle bzw. der Membran erreicht werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn nicht nur eine Kunststoff-Folie sondern mindestens zwei Kunststoff-Folien verwendet werden. Dabei wird die zweite Kunststoff-Folie auf der ersten Kunststoff-Folie aufgeschmolzen. Hierdurch wird zum einen die Gefahr verringert, daß es zu einer Beschädigung der Meßzelle aufgrund von Poren in der Kunststoff-Folie kommt, durch die dann das aggressive Medium hindurch treten kann. Zum anderen kann durch eine geeignete Auswahl der beiden Kunststoff-Folien die Anhaftung der. Kunststoff-Folien an der Meßzelle verbessert werden. Hierzu werden zwei Kunststoff-Folien verwendet, die geringfügig unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen, wobei die Kunststoff-Folie, die auf der Meßzelle bzw. der Membran aufgeschmolzen ist, eine geringere Schmelztemperatur als die zweite Kunststoff-Folie hat, die auf der ersten Kunststoff-Folie aufgeschmolzen ist. Die erste Kunststoff-Folie wird somit als eine Art Kleberschicht für die zweite Kunststoff-Folie verwendet. Dies ist insbesondere bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Meßzelle vorteilhaft, wie nachfolgend noch im einzelnen erläutert wird.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Meßzelle besteht nach der Erfindung darin, daß zunächst die Meßzelle auf eine Temperatur TH1 aufgeheizt und dann auf der ersten Seite der Meßzelle mindestens eine Kunststoff-Folie aufgeschmolzen wird. Dabei wird die Meßzelle vorzugsweise auf eine Temperatur TH1 aufgeheizt, die kleiner ist als die Schmelztemperatur der Kunststoff-Folie. Zum Aufschmelzen der Kunststoff-Folie auf der ersten Seite der Meßzelle wird dann die Kunststoff-Folie mit Hilfe einer separaten Heizquelle erwärmt. Bei der Heizquelle handelt es sich vorteilhafterweise um einen Heizstempel mit dem die Kunststoff-Folie gleichzeitig erwärmt und gegen die eine Seite der Meßzelle gedrückt wird. Anstelle eines "heißen" Heizstempels kann auch ein relativ "kühler" Stempel, d. h. eine Anpreßplatte, verwendet werden, wobei die Anpreßplatte Öffnungen aufweist durch die die Kunststoff-Folie mittels Strahlung aufgeheizt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kunststoff-Folie unter Vakuum auf die erste Seite der erwärmten Meßzelle aufgebracht. Dadurch wird die Kunststoff-Folie auf die erwärmte Meßzelle "aufgesaugt", wodurch ein blasenfreies Aufliegen der Kunststoff-Folie auf der Meßzelle gewährleistet ist. Werden gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßzelle zwei Kunststoff-Folien auf die Meßzelle aufgeschmolzen, so wird die zweite Kunststoff-Folie ebenfalls unter Vakuum auf die erste Kunststoff-Folie aufgebracht. Durch das Aufbringen der Kunststoff-Folien unter Vakuum, wodurch ein blasenfreies Aufliegen der Kunststoff-Folie auf der Meßzelle gewährleistet ist, wird verhindert, daß in späteren Einsatz ansonsten vorhandene kleine Blasen unter Druck aufplatzen und dadurch Poren in der Kunststoff-Folie entstehen können.
  • Bevorzugt erfolgt das Aufschmelzen der Kunststoff-Folien nun dadurch, daß nach dem "Aufsaugen" der ersten Kunststoff-Folie auf die erwärmte Meßzelle und der zweiten Kunststoff-Folie auf die erste Kunststoff-Folie eine dünne Metall-Folie auf die zweite Kunststoff-Folie aufgebracht wird. Anschließend werden die erste Kunststoff-Folie und die zweite Kunststoff-Folie mittels eines Heizstempels auf eine Temperatur TH2 aufgeheizt, die oberhalb der Schmelztemperatur der ersten Kunststoff-Folie jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der zweiten Kunststoff-Folie liegt. Durch das Aufschmelzen der ersten Kunststoff-Folie wird gleichzeitig eine sichere Befestigung der ersten Kunststoff-Folie auf der Meßzelle und eine dauerhafte Verbindung der beiden Kunststoff-Folien miteinander erreicht. Gleichzeitig ist durch die Verwendung der zweiten Kunststoff-Folie mit einer etwas höheren Schmelztemperatur gewährleistet, daß es nicht zu einem Anhaften der zweiten Kunststoff-Folie an dem Heizstempel kommt. Diese Gefahr wird durch die Verwendung der zusätzlichen dünnen Metall-Folie weiter verringert, wobei die Metall-Folie gleichzeitig ein Abziehen der ersten Kunststoff-Folie von der Meßzelle beim Abheben des Heizstempels verhindert. Durch die Metall-Folie wird somit ein einfaches Abheben des Heizstempels ermöglicht, ohne daß es zu einer Beschädigung der gewollten Verbindung der beiden Kunststoff-Folien untereinander bzw. der ersten Kunststoff-Folie mit der Meßzelle kommt. Darüber hinaus gewährleistet die Metall-Folie aufgrund ihrer guten Wärmeleitfähigkeit und ihrer geringen Dicke einen schnellen und gleichmäßigen Transport der Wärme des Heizstempels zur Kunststoff-Folie. Als Metall-Folie wird dabei vorzugsweise eine Aluminium-Folie mit einer Dicke von ca. 10 μm bis 100 μm verwendet.
  • Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Meßzelle, insbesondere einer Druckmeßzelle erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens somit durch folgende Schritte:
    • – Aufheizen der Meßzelle auf eine Temperatur TH1
    • – Aufbringen der ersten Kunststoff-Folie unter Vakuum auf die erwärmte Meßzelle.
    • – Aufbringen der zweiten Kunststoff-Folie unter Vakuum auf die erste Kunststoff-Folie.
    • – Aufbringen einer dünnen Metall-Folie unter Vakuum auf die zweite Kunststoff-Folie.
    • – Aufpressen eines Heizstempels auf die Metall-Folie und Aufheizen der Kunststoff-Folien auf eine Temperatur TH2.
    • – Abheben des Heizstempels von der Metall-Folie, wobei diese auf der zweiten Kunststoff-Folie haften bleibt.
    • – Abziehen der dünnen Metall-Folie von der zweiten Kunststoff-Folie nach dem Erkalten der Meßzelle.
  • Bei dem zuvor beschriebenen bevorzugten Verfahren besteht die erste Kunststoff-Folie beispielsweise aus PFA oder MFA und die zweite Kunststoff-Folie aus PTFE, wobei die erste Kunststoff-Folie eine Schmelztemperatur TS1 von ca. 305°C (PFA) oder ca. 290°C (MFA) und die zweite Kunststoff-Folie eine Schmelztemperatur TS2 von ca. 325°C aufweist. Die Temperatur TH1, auf die die Meßzelle aufgeheizt wird, beträgt ca. 200°C und die Temperatur TH2 des Heizstempels ca. 320°C oder ca. 300°C, wobei die Anpreßdauer des Heizstempels ca. eine Minute beträgt.
  • Wird das Verfahren mit den zuvor angegebenen Parametern durchgeführt, so können die Kunststoff-Folien auf eine einbaufertige Meßzelle aufgeschmolzen werden. Bei einer einbaufähigen Meßzelle, d. h. einer Meßzelle, die bereits mit dem elektromechanischen Wandler und den elektrischen Anschlüssen versehen ist, wird die Prozeßtemperatur durch die Temperaturbeständigkeit der elektrischen Anschlüsse, insbesondere der Epoxy-Leitkleber-Verbindungen der Anschlußpins, bestimmt. Daher ist eine wesentlich höhere Temperatur TH1 als 200°C beim Aufheizen der Meßzelle in der Regel nicht zulässig. Werden dagegen die Kunststoff-Folien vor der Fertigstellung der Meßzelle auf die Membran aufgeschmolzen, so kann die Membran auf eine Temperatur TH2 erwärmt werden, die für das Aufschmelzen der ersten Kunststoff-Folie auf die Membran ausreichend ist. Da bei einer derartigen Vorgehensweise im anschließenden Fertigungsprozeß der Meßzelle die Gefahr besteht, daß die Kunststoff-Folie beschädigt wird, wird in der Regel das Aufschmelzen der Kunststoff-Folien auf die bereits einbaufertige Meßzelle bevorzugt.
  • Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Sensor bzw. die erfindungsgemäße Meßzelle und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die den Patentansprüchen 1, 7 und 17 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
  • 1 ein vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Sensors, im Schnitt,
  • 2 eine vergrößerte Darstellung der Meßzelle des Sensors gemäß 1, im Schnitt und
  • 3 eine Skizze einer erfindungsgemäßen Meßzelle im fertigmontierten Zustand und im vormontierten Zustand.
  • Als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors ist in den Figuren nur ein Drucksensor 1, mit einem Gehäuse 2 und mit einer Meßzelle 3 dargestellt, wobei es sich bei der Meßzelle 3 demzufolge um eine Druckmeßzelle handelt. Die in den Figuren dargestellte Meßzelle 3 besteht aus einem Grundkörper 4 und einer mit dem Grundkörper 4 verbundenen Membran 5, wobei die Meßzelle 3 so in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, daß eine Seite 6 der Membran 5 mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht. Dadurch erfährt die Membran 5 eine dem Druck des Mediums proportionale Auslenkung, die mittels eines auf der anderen – dem Medium abgewandten – Seite der Membran 5 angeordneten – hier nicht dargestellten – elektromechanischen Wandlers erfaßt wird und mit Hilfe einer – ebenfalls nicht dargestellten – elektronischen Schaltung in ein proportionales Ausgangssignal umgewandelt wird. Bei dem elektromechanischen Wandler kann es sich beispielsweise um auf den Innenflächen des Grundkörpers 4 und der Membran 5 angeordnete Elektroden oder um auf der Innenfläche der Membran 5 angeordnete DMS-Widerstände oder Dehnmeßstreifen handeln.
  • Um die Beständigkeit der Membran 5, die vorzugsweise ebenso wie der Grundkörper 4 aus Keramik, insbesondere aus Aluminiumoxid besteht, gegenüber einem aggressiven Medium zu erhöhen, ist auf der dem Medium zu gewandten Seite 6 der Membran 5 eine Kunststoff-Folie 7 aufgeschmolzen. Auf diese Kunststoff-Folie 7, die beispielsweise aus PFA oder MFA besteht und eine Dicke von ca. 5 μm bis 50 μm, vorzugsweise 20 μm bis 30 μm aufweist, ist eine zweite Kunststoff-Folie 8 aufgeschmolzen. Die zweite Kunststoff-Folie 8 besteht vorzugsweise aus PTFE und weist ebenfalls eine Dicke von ca. 20 μm bis 30 μm auf. Da die erste Kunststoff-Folie 7 einen etwas geringeren Schmelzpunkt (TS1 ≈ 305°C oder TS1 ≈ 290°C) als die zweite Kunststoff-Folie 8 (TS2 ≈ 325°C) aufweist, fungiert die erste Kunststoff-Folie 7 als eine Art Klebefolie für die zweite Kunststoff-Folie 8.
  • Wie aus den 1 und 2 zu entnehmen ist, ist die Druckmeßzelle 3 mit Hilfe eines Abstützringes 9 in dem Gehäuse 2 befestigt, wobei die Druckmeßzelle 3 an der dem Medium zugewandten Seite 6 mittels einer Dichtung 10 abgedichtet ist und die Dichtung 10 gleichzeitig als Auflage für die Druckmeßzelle 3 dient. Die Dichtung 10 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Kunststoff-Folie 8. Die dichte Verbindung zwischen dem Grundkörper 4 und der Membran 5 wird durch ein Lot 11 realisiert, bei dem es sich insbesondere um ein Glaslot handelt. Das Lot dabei kreisringförmig ausgebildet, so daß über das Lot 11 der Rand des Grundkörpers 4 mit dem Rand der Membran 5 verbunden wird, während die mittlere Fläche der Membran 5, die als Meßfläche dient, einen definierten Abstand zum Grundkörper 4 aufweist. Dadurch ist eine dem Druck des zu messenden Mediums proportionale Auslenkung der Membran 5 gewährleistet.
  • In 3 sind im noch nicht fertigmontierten Zustand (3b) der Druckmeßzelle 3 schematisch die Spitze eines Heizstempels 12 und eine Metall-Folie 13 dargestellt. Bei dem bevorzugten Verfahren wird nach dem Ausbringen der beiden Kunststoff-Folien 7, 8 auf die Membran 5 die Metall-Folie 13 auf die Kunststoff-Folie 8 aufgelegt und anschließend der Heizstempel 12 auf die Metall-Folie 13 aufgedrückt. Der Heizstempel 12 drückt somit über die Metall-Folie 13 auf die beiden Kunststoff-Folien 7 und 8 und erwärmt diese auf eine Temperatur, bei der die erste Kunststoff-Folie 7 aufschmilzt und dadurch eine feste Verbindung sowohl mit der Membran 5 als auch mit der zweiten Kunststoff-Folie 8 herstellt. Nach dem Aufschmelzen der Kunststoff-Folien 7 und 8 auf die Meßzelle 3 wird der Heizstempel 12 abgehoben, wobei die Metall-Folie 13 ein Anheften der Kunststoff-Folie 8 an dem Heizstempel 12 ver hindert. Erst nach dem Erkalten der Meßzelle 3 wird die Metall-Folie 13 abgezogen wodurch zusätzlich eine besonders glatte und porenfreie Oberfläche der Kunststoff-Folie 8 erreicht wird.

Claims (23)

  1. Sensor, insbesondere Drucksensor (1), zur statischen und/oder dynamischen Überwachung mindestens einer physikalischen Größe eines flüssigen oder fließfähigen Mediums, mit einem Gehäuse (2) und mit einer Meßzelle (3), wobei eine Seite (6) der Meßzelle (3) mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht, und die Meßzelle (3) die zu überwachende physikalische Größe in ein proportionales Meßsignal umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Medium zugewandten Seite (6) der Meßzelle (3) mindestens eine Kunststoff-Folie (7) aufgebracht ist.
  2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie (7) auf der dem Medium zugewandten Seite (6) der Meßzelle (3) aufgeschmolzen ist.
  3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kunststoff-Folien (8) auf der ersten Kunststoff-Folie (7) aufgebracht, insbesondere aufgeschmolzen ist.
  4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kunststoff-Folien (7, 8) unterschiedliche Schmelztemperaturen haben, wobei die erste Kunststoff-Folie (7), die auf der dem Medium zugewandten Seite (6) der Meßzelle (3) aufgeschmolzen ist, eine geringere Schmelztemperatur als die zweite Kunststoff-Folie (8) hat, die auf der ersten Kunststoff-Folie (7) aufgeschmolzen ist.
  5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (3) eine runde Form aufweist und derart in dem Gehäuse (2) eingespannt ist, daß die Meßzelle (3) an der dem Medium zugewandten Seite (6) abgedichtet ist.
  6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (9) vorgesehen ist, wobei die Dichtung (10) aus dem gleichen Material wie die Kunststoff-Folie (8), insbesondere aus PTFE, besteht
  7. Meßzelle, insbesondere keramische Druckmeßzelle, zur Verwendung in einem Sensor zur statischen und/oder dynamischen Überwachung mindestens einer physikalischen Größe eines flüssigen oder fließfähigen Mediums, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Grundkörper (4) und mit einer mit dem Grundkörper (4) verbundenen Membran (5), wobei eine Seite (6) der Membran (5) mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite (6) der Membran (5) mindestens eine Kunststoff-Folie (7) aufgebracht ist.
  8. Meßzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie (7) auf der Membran (5) aufgeschmolzen ist.
  9. Meßzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kunststoff-Folien (8) auf der ersten Kunststoff-Folie (7) aufgebracht, insbesondere aufgeschmolzen ist.
  10. Meßzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kunststoff-Folien (7, 8) unterschiedliche Schmelztemperaturen haben, wobei die erste Kunststoff-Folie (7), die auf der Membran (5) aufgeschmolzen ist, eine geringere Schmelzvtemperatur als die zweite Kunststoff-Folie (8) hat, die auf der ersten Kunststoff-Folie (7) aufgeschmolzen ist.
  11. Meßzelle nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folien (7, 8) aus einem fluorhaltigen Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) oder Tetrafluorethylen-Perfluormethylvinyläther-Copolymer (MFA) bestehen.
  12. Meßzelle nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kunststoff-Folie (7) aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) oder Tetrafluorethylen-Perfluormethylvinyläther-Copolymer (MFA) und die zweite Kunststoff-Folie (8) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht.
  13. Meßzelle nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (4) und die Membran (5) aus Keramik, insbesondere aus Aluminiumoxid, aus Glas, aus Quarz, aus Saphir oder einem anderen kristallinen Werkstoff bestehen, wobei der Grundkörper (4) und die Membran (5) vorzugsweise aus dem gleichen Material bestehen.
  14. Meßzelle nach einem der Ansprüche 7 bis 13, zur statischen und/oder dynamischen Druckmessung, wobei die Membran (5) im Betrieb eine dem Druck des Mediums proportionale Auslenkung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Medium abgewandeten Seite der Membran (5) ein elektromechanischer Wandler angeordnet ist.
  15. Meßzelle nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Grundkörper (4) und der Membran (5) ein Verbindungsmaterial, insbesondere ein Lot (11), angeordnet ist, das den Grundkörper (4) und die Membran (5) insbesondere am Rand miteinander verbindet.
  16. Meßzelle nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper und die Membran einstückig ausgeführt sind, wobei der Grundkörper im Bereich der Membran eine sacklochartige Bohrung aufweist.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Meßzelle, insbesondere einer keramische Druckmeßzelle, insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 16, für einem Sensor zur statischen und/oder dynamischen Überwachung mindestens einer physikalischen Größe eines flüssigen oder fließfähigen Mediums, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Meßzelle auf eine Temperatur TH1 aufgeheizt und dann auf der ersten Seite der Meßzelle mindestens eine Kunststoff-Folie aufgeschmolzen wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kunststoff-Folien auf die ersten Kunststoff-Folie aufgeschmolzen wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kunststoff-Folie und/oder die zweite Kunststoff-Folie unter Vakuum auf die erste Seite der Meßzelle bzw. auf die erste Kunststoff-Folie aufgebracht wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kunststoff-Folie und ggf. die zweite Kunststoff-Folie mittels eines Heizstempels aufgeheizt und auf die Membran gedrückt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Metall-Folie zwischen die erste Kunststoff-Folie bzw. die zweite Kunststoff-Folie und den Heizstempel gebracht wird
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metall-Folie auf die zweite Kunststoff-Folie aufgebracht wird und anschließend die erste Kunststoff-Folie und die zweite Kunststoff-Folie mittels des Heizstempels auf eine Temperatur TH2 aufgeheizt werden, bei der die erste Kunststoff-Folie aufschmilzt die zweite Kunststoff-Folie jedoch noch nicht aufschmilzt.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufheizen und Anpressen der ersten Kunststoff-Folie und ggf. der zweiten Kunststoff-Folie der Heizstempel abgehoben wird, während die Metall-Folie erst nach dem Erkalten der Meßzelle von der ersten Kunststoff-Folie oder der zweiten Kunststoff-Folie abgezogen wird.
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