(57)【要約】【課題】単純かつ低コストで製造されることができかつ単純な手段によって膜がセンサハウジング内に近接して配置されることを可能にする、冒頭に述べたタイプの圧力センサを提供する。【解決手段】膜４が、導電性の金属から成りかつ絶縁層５を支持しており、この絶縁層上に測定エレメントと電気回路とが配置されており、絶縁層５が、膨張係数が膜４の金属の膨張係数と測定エレメント及び電気回路の材料の膨張係数との間に位置する材料から成っている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサにおいて、膜が設けられており、該膜が、半径方向周縁領域において定置に配置されておりかつ一方の側において測定される媒体によって作用されることができかつたわまされることができるようになっており、さらに、膜上に配置された測定エレメントと、これらの測定エレメントを相互接続した電気回路とが設けられており、測定エレメントと回路とが、厚膜技術によって提供されかつ熱処理において焼結されている形式のものにおいて、膜（４）が、導電性の金属から成りかつ絶縁層（５）を支持しており、該絶縁層上に測定エレメントと電気回路とが配置されており、絶縁層（５）が、膨張係数が膜（４）の金属の膨張係数と測定エレメント及び電気回路の材料の膨張係数との間に位置する材料から成っていることを特徴とする、圧力センサ。
【請求項２】
前記測定エレメントを相互接続した電気回路がホイートストン測定ブリッジを形成している、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記測定エレメントがひずみゲージである、請求項２記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記膜（４）に、互いに上下に位置した多数の絶縁層（５）が配置されており、膜（４）から最も離れて位置する絶縁層が測定エレメントと回路とを支持しており、絶縁層（５）の材料の膨張係数が、膜（４）の金属の膨張係数と、測定エレメント及び電気回路の材料の膨張係数との間に位置している、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項５】
絶縁層の材料の膨張係数が、段階的に増大するようになっており、膜の金属の膨張係数により近い膨張係数を有する絶縁層が膜により近く配置されており、測定エレメント及び電気回路の膨張係数により近い膨張係数を有する絶縁層は膜からより離れて配置されている、請求項４記載の圧力センサ。
【請求項６】
多数の絶縁層の膨張係数が互いに等しい、請求項４記載の圧力センサ。
【請求項７】
膜（４）がステンレス鋼膜である、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記ステンレス鋼膜（４）が、約０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの厚さを備えるステンレス鋼シートを含む、請求項７記載の圧力センサ。
【請求項９】
絶縁層（５）が、膜（４）又はより下方の絶縁層（５）に印刷されかつ熱処理において燃焼された誘電性ペーストから成る、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１０】
絶縁層（５）及び／又は電気回路及び／又は測定エレメントのうちの１つまたは２つ以上が共同熱処理において燃焼される、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１１】
電気回路に接続された評価ユニットの電気及び／又は電子構成部材（８）が、電気回路と測定エレメントとを支持する膜（４）の側に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１２】
前記評価回路が電子集積回路を有している、請求項１１記載の圧力センサ。
【請求項１３】
前記評価回路が、ＳＭＤ構成部材として設計された電気構成部材を有している、請求項１１及び１２記載の圧力センサ。
【請求項１４】
膜（４）が半径方向周縁領域（９）において圧力センサの構成部材に溶接されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の圧力センサ。
【請求項１５】
膜（４）が半径方向周縁領域スリーブ（２）において溶接されており、これにより圧力室（１）を形成している、請求項１４記載の圧力センサ。
【請求項１６】
前記圧力室（１）の内部又は外部の円筒面にねじ山（３）が設けられている、請求項１５記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜が設けられており、この膜が半径方向周縁領域において定置に配置されておりかつ一方の側において測定される媒体によって作用されることができかつたわまされることができ、さらに膜上に配置された測定エレメントと、測定エレメントを相互接続する電気回路とが設けられており、測定エレメントと回路とが厚膜技術によって提供されかつ熱処理において焼結される圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような公知の圧力センサは、セラミック製の膜を有しており、この膜上に厚膜回路がホイートストン測定ブリッジの形式で印刷及び焼結され、さらに測定ブリッジに接続された測定エレメントを形成する抵抗器を有している。膜のブランクは、成形セラミック材料から製造され、極めて高価である。膜ブランクを用いる圧力センサの別の製造は同様にコストが高い。なぜならば、大抵は一回生産としてのみ可能であるからである。
【０００３】
膜は、センサハウジングに挿入しかつ引き続きセンサハウジングへの機械的螺入のための挿入体を形成する。その結果、困難を伴って膜をセンサハウジング内に近接して配置することのみが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の課題は、単純かつ低コストで製造されることができかつ単純な手段によって膜がセンサハウジング内に近接して配置されることを可能にする、冒頭に述べたタイプの圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は本発明によれば、導電性金属から成りかつ絶縁層を支持した膜によって達成され、この膜上には測定エレメント及び電気回路が配置されており、絶縁層は、膨張係数が膜の金属の膨張係数と測定エレメント及び電気回路の材料の膨張係数との間にあるような材料から成っている。
【０００６】
膜を金属から形成することにより、圧力センサは、圧力が測定される多数の液体及び気体媒体のために使用されることができる。このような膜の製造及び処理は、特に大きなスケールで、これらの膜が低コスト及び単純な形式で接合されることができるように可能である。
【０００７】
さらに、このような圧力センサは、測定される比較的高い圧力、例えば２０００ｂａｒのオーダにもよく適している。
【０００８】
絶縁層は、導電性の膜上に配置された部材の間の短絡を防止する。
【０００９】
さらに、膨張係数が膜の金属の膨張係数と測定エレメント及び電気回路の材料の膨張係数との間にあるような材料から形成された絶縁層を使用することは、圧力センサが可変の温度に曝される場合に測定エレメント及び条導体の解離を回避し、これにより、圧力センサは温暖又は高温の媒体の圧力を測定するためにもうまく使用されることもできる。
【００１０】
測定エレメントを相互接続した電気回路は、有利にはホイートストン測定ブリッジを形成しており、測定エレメントはひずみゲージであることができる。
【００１１】
互いに上下に位置する多数の絶縁層が膜上に配置されておりかつ、膜から最も離れて位置する絶縁層が測定エレメント及び回路を支持しており、絶縁層の材料の膨張係数が膜の金属の膨張係数と測定エレメント及び電気回路の材料の膨張係数との間に位置しているならば、膜の材料と測定エレメント及び電気回路の材料との極めて異なる膨張係数が存在する場合でさえも、解離が回避される。
【００１２】
この場合、絶縁層の材料の膨張係数は、有利には、段階的に増大するようになっており、膜の金属の膨張係数により近い膨張係数を有する絶縁層は、より膜の近くに配置されており、測定エレメント及び電気回路の膨張係数により近い膨張係数を有する絶縁層は、より膜から離れて配置されている。
【００１３】
しかしながら、多数の絶縁層の膨張係数が互いに等しいことも可能である。
【００１４】
チタン酸バリウムを含有する絶縁層が特に適している。
【００１５】
膜がステンレス鋼製の膜であるならば、測定したい攻撃的な媒体、例えばＣＯ２に対してさえも不感受性が達成される。
【００１６】
この場合、ステンレス鋼製の膜が約０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの厚さを有するステンレス鋼シートを含むならば、圧力センサの感度も極めて高いままである。
【００１７】
絶縁層が、膜又は下部絶縁層上に印刷されかつ熱処理において燃焼される誘電性ペーストから成るならば単純な製造プロセスが得られる。
【００１８】
１つ又は２つ以上の絶縁層及び／又は電気回路及び／又は測定エレメントが共同熱処理において燃焼されるならば効率的な製造が達成される。
【００１９】
絶縁層と、測定エレメントと、電気回路とを有する多数の層システムが、比較的大きな面積のシートに提供されかつ熱処理において燃焼され、個々の膜が例えばレーザによって個々に切り抜かれる又は打ち抜かれるならば、重複繰返しとしての容易な製造可能性が単純に達成される。
【００２０】
電気回路に接続されていてかつ有利には電子集積回路を有する評価ユニットの電気及び／又は電子構成部材が、電気回路及び測定エレメントを支持する膜の側に配置されているならば、組立て容易なモジュールが得られる。
【００２１】
この場合、評価回路はＳＭＤ構成部材として設計された電子構成部材を有していてよい。
【００２２】
測定したい媒体の圧力が高い場合でさえも、膜が半径方向周縁領域において圧力センサの構成部材に溶接されているならば、圧力センサの不透過性が達成される。
【００２３】
この場合、膜は半径方向周縁領域においてスリーブに溶接されていて、これにより圧力室を形成しており、圧力室の内部又は外部の円筒面にねじ山が設けられているならば、膜は圧力センサのハウジングに組立て容易な形式で取り付けられることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
発明の典型的な実施形態が図示されている。唯一の図面は圧力センサの圧力室の断面を示している。
【００２５】
図示された圧力室１は、ステンレス鋼から形成された円筒状スリーブ２を有しており、この円筒状スリーブの外部円筒面にはねじ山３が設けられている。
【００２６】
一端において、スリーブ２はステンレス鋼から形成された膜４によって閉鎖されており、この膜は、半径方向周縁領域９において、有利にはレーザ溶接によってスリーブの半径方向周囲端部領域に溶接されておりかつ例えば０．２ｍｍの厚さを有している。
【００２７】
レーザ溶接は、膜４が著しく応力から解放されるという効果を有し、これにより、圧力センサの測定値の虚偽が熱応力によって生ぜしめられることができない。さらに、小さな厚さの膜でさえもレーザ溶接によってうまく溶接されることができる。
【００２８】
膜４の外面には絶縁層５が配置されている。しかしながら、互いに上下に位置する多数の絶縁層が配置されていてもよい。
【００２９】
電気的に絶縁する効果を有する絶縁層５には、電気回路の条導体６と、ひずみゲージとして形成された測定抵抗器７と、評価回路の電子構成部材８とが配置されている。
【００３０】
電気回路の条導体６は測定抵抗器７を接続してホイートストンブリッジを形成しており、ホイートストンブリッジの出力信号は評価回路に提供されることができる。
【００３１】
絶縁層５は、誘電性ペーストとして膜４上に印刷される。その後、条導体６と測定抵抗器７とがペースト印刷と同様に提供される。共同熱処理において、次いで、絶縁層５と、条導体６と、測定抵抗器７とは焼結される。引き続き、評価回路の電子構成部材８がろう接される。
【００３２】
絶縁層５の材料の膨張係数は、膜４のステンレス鋼の膨張係数と、測定抵抗器７及び条導体６の材料の膨張係数との間に位置している。
【００３３】
圧力室１がそのねじ山によって、図示されていないセンサハウジングにおける対応する空隙に螺合され、膜４とは反対側に位置するスリーブ２の端部が閉鎖された後、圧力室１の内部は、圧力を測定したい媒体によって作用されることができるチャンバを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】圧力センサの圧力室を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  圧力室、  ２  円筒状スリーブ、  ３  ねじ山、  ４  膜、  ５  絶縁層、  ６  条導体、  ７  測定抵抗器、  ８  電子構成部材、  ９  半径方向周縁領域
【図１】
2004309474.tif 000003