ES2414230T5

ES2414230T5 - Celda de medición de presión

Info

Publication number: ES2414230T5
Application number: ES10015383.2T
Authority: ES
Inventors: Jörn Jacob; Martin Mellert; Josef Fehrenbach; Thomas Deck; Thomas Kopp
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: US20120137785A1; EP2463635B2; ES2414230T3; CN102564682A; BRPI1102804B1; US8800378B2; EP2463635B1; EP2463635A1; BRPI1102804A2

Description

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DESCRIPCION

Celda de medicion de presion.

La invencion se refiere a una celda de medicion de presion, en particular una celda de medicion de presion relativa para medir una presion de medicion con un cuerpo base que presenta al menos un electrodo de cuerpo base, asf como con un cuerpo de membrana unido al cuerpo base para la formacion de una camara de sensor segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Un sensor de presion relativa sirve para la medicion de la presion diferencial entre la presion en un medio de medicion y la presion atmosferica actual. Tal sensor de presion relativa esta formado por un cuerpo base que junto con una membrana de medicion unida al mismo por el borde forma una camara de sensor o camara de presion. Para la medicion de la presion relativa el aire de referencia es dirigido a traves de un orificio de ventilacion por el lado del cuerpo base a la camara de sensor, y asimismo es aplicada la presion de medicion sobre la superficie superior de la membrana de medicion mas alejada de la camara de sensor. La deformacion de la membrana de medicion provocada por ello es una medida de la presion relativa que es transformada en una senal de medicion.

Las celdas de medicion de presion capacitivas ceramicas estan formadas por un cuerpo sinterizado como cuerpo base y un cuerpo sinterizado como membrana que estan soldados entre sf por el borde con o sin material de aporte mediante un elemento distanciador, de manera que se crea una camara de sensor. La soldadura empleada o la soldadura con aporte activa, por ejemplo frita de vidrio, sirve ella misma como elemento distanciador.

Antes de la union del cuerpo base y el cuerpo de membrana son aplicados electrodos de cuerpo base y un electrodo de membrana sobre sus superficies superiores que constituyen las paredes de la camara de sensor, habitualmente por pulverizacion catodica de tantalio.

Por la alimentacion del aire de referencia a traves del orificio de ventilacion llega humedad a la camara de sensor que al alcanzar un valor por debajo del punto de rodo se condensa allf y, por tanto, puede entorpecer el funcionamiento. Por el deposito de agua se ve influida la constante dielectrica de las superficies operativas de los electrodos, con lo que se produce un desplazamiento del punto cero del sensor de presion.

Para mejorar la tolerancia frente a la humedad se propone segun el documento EP 1 061 351 A1 recubrir las superficies superiores interiores de la camara de sensor de tal celda de medicion de presion en su totalidad con un material hidrofobo, empleandose preferiblemente silanos. Puesto que tales recubrimientos de silanos son organicos, su rango de temperaturas de uso es limitado. Otro inconveniente consiste en que debido a las limitaciones de temperatura tales recubrimientos solo pueden ser generados tras la union de la membrana y el cuerpo base mediante vado a traves del orificio de ventilacion en el cuerpo base, es decir es necesario para ello un alto despliegue de la tecnica de fabricacion.

Un procedimiento semejante para mejorar aun mas la tolerancia frente a la humedad esta descrito en el documento DE 101 63 567 A1, en el que igualmente la camara de sensor es dotada de un recubrimiento hidrofobo de silanos, pero esta capa es generada mediante un procedimiento CVD (procedimiento qmmico epitaxial), en el que esta es depositada sobre las paredes de la camara de sensor a traves del orificio de ventilacion. Puesto que aqrn se trata igualmente de un procedimiento de vado, el despliegue tecnico es muy grande y es muy diffcil de controlar el resultado de una deposicion de capa uniforme. Ademas, las capas que se obtienen a base de compuestos de silano no son tampoco resistentes a temperaturas altas.

En el documento EP 0 563 899 se describe la aplicacion de dioxido de silicio sobre las paredes de la camara de medicion mediante plasma CVD, lo cual es igualmente una tecnologfa muy complicada.

Como estado adicional de la tecnica se cita el documento DE 10 2007 026 243 A1.

El objeto de la invencion consiste en perfeccionar una celda de medicion de presion del tipo mencionado al principio con una capa de proteccion en el interior, de tal modo que en la mayor medida posible se eviten las repercusiones electricas negativas en caso de depositos de moleculas de agua, se pueda fabricar facilmente y se eviten los inconvenientes mencionados antes con respecto a la capa de proteccion.

Este objeto se lleva a cabo por medio de una celda de medicion de presion con las caractensticas de la reivindicacion 1.

Tal celda de medicion de presion, en particular una celda de medicion de presion relativa para medir una presion de medicion, se caracteriza por que tanto la pared de la camara de sensor formada por el cuerpo base como la pared de la camara de sensor formada por el cuerpo de membrana estan recubiertas con una capa de proteccion que segun la invencion esta realizada como capa de vidrio.

El efecto de las moleculas de agua que se depositan sobre estas capas de vidrio es muy reducido, es decir que no tienen ninguna influencia esencial sobre las capacidades de la celda de medicion, ya que los electrodos estan completamente aislados uno de otro y tampoco se pueden producir derivaciones por los depositos de agua y, por

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tanto, se excluye en la mayor medida posible una influenciacion de las impedancias del sistema completo de la celda de medicion.

Esta capa de pasivacion de vidrio tanto para el cuerpo base como para el cuerpo de membrana es resistente a altas temperaturas y, sin embargo, facil de realizar, ya que su fabricacion se lleva a cabo antes del ensamblaje del cuerpo base al cuerpo de membrana para formar una celda de medicion completa.

Ademas, con tal capa de vidrio segun la invencion se consiguen una buena proteccion frente a la humedad y al

mismo tiempo tambien una proteccion mecanica de los electrodos, ya que en particular en caso de sobrecarga se

evita que los electrodos friccionen entre sf y, por ello, no tiene lugar una liberacion de partfculas de los electrodos.

Segun la invencion, se recubre con la capa de vidrio la totalidad de la superficie superior del cuerpo base sobre la

que esta realizado el al menos un electrodo del cuerpo base, y de igual forma se recubre tambien toda la superficie superior del cuerpo de membrana sobre la que esta realizado el electrodo de membrana.

Con ello se simplifica esencialmente este proceso de fabricacion para la deposicion de la capa de vidrio sobre las superficies superiores del cuerpo base y del cuerpo de membrana dotadas de los electrodos, ya que asf no es necesaria una estructuracion de estas superficies superiores.

Es especialmente ventajoso segun un perfeccionamiento de la invencion que el cuerpo base y el cuerpo de membrana esten unidos entre sf por el borde mediante un elemento distanciador fabricado como soldadura de vidrio. Entonces por la union del cuerpo base y del cuerpo de membrana mediante la soldadura de vidrio resulta un encapsulado de vidrio completo en el espacio interior de la celda de medicion.

Es especialmente ventajoso que segun una realizacion de la invencion la celda de medicion de presion este realizada como celda de medicion de presion relativa, presentando la camara de sensor un orificio de ventilacion a traves del cual puede ser aplicada sobre ella una presion de referencia.

La invencion se describira detalladamente a continuacion en virtud de un ejemplo de realizacion con referencia a una unica figura. Esta figura 1 muestra una representacion en seccion esquematica de un ejemplo de realizacion de una celda de medicion de presion relativa segun la invencion.

La celda de medicion de presion relativa 1 representada en la Fig. 1 esta realizada como sensor de presion capacitivo ceramico. Como material ceramico es empleado, por ejemplo, oxido de aluminio. La celda de medicion de presion relativa 1 comprende un cuerpo base 2, que esta realizado como disco circular con superficies superiores planas paralelas, y un cuerpo 3 de membrana que presenta una forma circular adecuada al diametro del cuerpo base 2, pero cuyo espesor es esencialmente menor que el espesor del cuerpo base 2, ya que sobre la superficie superior del cuerpo 3 de membrana mas alejada del cuerpo base 2 es aplicada una presion de medicion y, por tanto, este cuerpo 3 de membrana debe ser deformable.

Directamente sobre el cuerpo base 2 estan dispuestos un electrodo de medicion 4 y un electrodo de referencia 5 como electrodos del cuerpo base, y la superficie superior del cuerpo 3 de membrana colindante con el cuerpo base 2 esta dotada correspondientemente de un electrodo 6 de membrana. El electrodo de medicion 4 esta dispuesto esencialmente con forma circular centrado sobre la superficie superior del cuerpo base 2 y esta rodeado por el electrodo de referencia 5 con forma de anillo circular dispuesto distanciado. El electrodo 6 de membrana recubre aproximadamente toda la superficie superior del cuerpo 3 de membrana excepto una zona marginal estrecha periferica.

Las superficies superiores del cuerpo base 2 y el cuerpo 3 de membrana dotadas de los electrodos 4 y 5 o 6 son recubiertas con una capa fina de vidrio 7 u 8. Estas capas 7 y 8 son aplicadas sobre las superficies superiores antes de un sinterizado mediante un proceso atmosferico de alta temperatura con un procedimiento comun, por ejemplo tampograffa o serigraffa. Con este sinterizado se consiguen capas de vidrio 7 y 8 densas y muy solidas. Como material para estas capas 7 y 8 se emplean, por ejemplo, pastas de vidrio comunes en el mercado.

Despues de que el cuerpo base 2 ha sido dotado de un orificio de ventilacion 11 los cuerpos base y de membrana 2 y 3 preparados con las capas de vidrio 7 y 8 son soldados para la formacion de una camara de sensor 10 con las superficies superiores que presentan los electrodos 4 y 5 o 6 y que dan una a otra, introduciendose un elemento distanciador 9 de vidrio que las rodea por el borde, sirviendo la propia soldadura de vidrio empleada, por ejemplo una frita de vidrio, como elemento distanciador. La union que resulta de esta forma entre este elemento distanciador 9 y las capas de vidrio 7 y 8 conduce a un encapsulado de vidrio completo de la camara de sensor 10. El orificio de ventilacion 11 llega asf desde la superficie superior del cuerpo base 2 mas alejada del cuerpo 3 de membrana hasta la capa de vidrio 7 y une con ello la camara de sensor 10 a la atmosfera exterior.

Tal celda de medicion de presion 1 segun la invencion en comparacion con las celdas de medicion de presion conocidas por el estado de la tecnica reacciona considerablemente menos en particular con respecto al comportamiento electrico en condiciones de humedad ambiental y la formacion de condensado que ello conlleva en el interior o en la camara de sensor 10.

Lista de simbolos de referencia

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Celda de medicion de presion, celda de medicion de presion relativa Cuerpo base Cuerpo de membrana

Electrodo de cuerpo base, electrodo de medicion del cuerpo base 2

Electrodo de cuerpo base, electrodo de referencia del cuerpo base 2

Electrodo de membrana del cuerpo 3 de membrana

Capa de vidrio

Elemento distanciador

Camara de sensor

Orificio de ventilacion

Claims

REIVINDICACIONES

1. Celda de medicion de presion (1) para medir una presion de medicion con un cuerpo base (2) que presenta al menos un electrodo (4, 5) de cuerpo de base, asf como con un cuerpo (3) de membrana que presenta al menos un electrodo (6) de membrana y que esta unido al cuerpo base (2) para formar una camara de sensor (10), y al que

5 puede ser aplicada presion con un medio sometido a la presion de medicion, en la que tanto la pared de la camara de sensor (10) formada por el cuerpo base (2) como la pared de la camara de sensor (10) formada por el cuerpo (3) de membrana estan recubiertas con una capa de proteccion (7, 8), y en la que la capa de proteccion (7, 8) esta realizada como una capa de vidrio, caracterizada por que la totalidad de la superficie superior del cuerpo base (2) sobre la que esta realizado el al menos un electrodo (4, 5) de cuerpo base esta recubierta con la capa de vidrio (7), y 10 por que la totalidad de la superficie superior del cuerpo (3) de membrana sobre la que esta realizado el electrodo (6) de membrana esta recubierta con la capa de vidrio (8).
2. Celda de medicion de presion (1) segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el cuerpo de base (2) y el cuerpo (3) de membrana estan unidos entre sf por el borde mediante un elemento distanciador (9) fabricado como soldadura de vidrio.

15 3. Celda de medicion de presion (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la celda de

medicion de presion (1) esta realizada como celda de medicion de presion relativa y por que la camara de sensor (10) presenta un orificio de ventilacion (11) a traves del cual puede ser aplicada sobre esta una presion de referencia.