带陶瓷测量元件的测量装置的制造方法
【专利说明】带陶瓷测量元件的测量装置
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的带陶瓷测量元件的测量装置。
[0002]带陶瓷测量元件的测量装置在现有技术中是已知的，如用于测量填充水平的带压力传感器的压力测量装置。其中用到了陶瓷电容式压力测量元件，其通过弹性体垫圈被设置在工艺连接件中，工艺连接件用于将压力测量元件设置在工艺环境中。陶瓷测量元件常常用于陶瓷的硬度和鲁棒性具有优势的那些应用中。此外，陶瓷压力测量元件可以表现为平坦的陶瓷膜片，其一方面耐磨损，另一方面容易清洁，因此被认为是有利的。
[0003]在现有技术中已知的带陶瓷测量元件的测量装置中，使用的弹性体垫圈的耐磨损性有限且易于老化，所以被认为是不利的。
[0004]另外，使用的弹性体垫圈的弹性在低温条件下降低，例如当温度低至-40°C以下时，由于弹性降低，结果会导致填充水平测量装置的波动不再被补偿且压力测量元件和工艺连接件之间会产生间隙。带弹性体垫圈的测量装置的另一个缺陷是，在超纯应用中，如在药品和食品领域，其仅能在有限范围内利用，因为其要么不被许可使用，要么至少其要求增加使用者的维护义务。
[0005]本发明的目的是提供过一种更先进的带陶瓷测量元件的测量装置。其有利地避免了现有技术的缺陷。
[0006]该目的在具有权利要求1中的特征的测量装置中得以实现。
[0007]根据本发明的测量装置，带有陶瓷测量元件和用于将测量元件连接至测量环境的金属工艺连接件，其中测量元件以耐扩散的方式被固定在工艺连接件中而不用垫圈，其特征在于测量元件被紧固在陶瓷环上，陶瓷环被设置在用于紧固到工艺连接件中的金属环上。本申请中，垫圈的含义被特别理解为可拆分的密封元件。其通常由弹性体制成且以压缩的方式被保持在两个结构元件之间。
[0008]本申请中，“不用垫圈”的含义应被特别理解为省略使用与工艺媒介相接触的聚合物层。
[0009]因此，将测量元件设置在工艺连接件中表示其直接与工艺媒介接触，且不像如已知的现有技术那样被压力媒介屏蔽。
[0010]因此，本测量装置的关键是，测量元件本身被紧固在陶瓷环(其优选地具有与测量元件相协调的热膨胀系数)上，且该陶瓷环被相应地紧固在金属环上。金属环用于将装置紧固在工艺连接件中且优选地其热膨胀系数也被调整至与陶瓷环相协调，且优选地与测量元件相协调。
[0011]本装置提供一种测量元件的紧固，其易于清洁且尤其是不存在死角，因此其可以被很好的用在尤其是食品和药品行业的处理机中。
[0012]测量装置的测量元件的一个实施例可以为带陶瓷膜片的压力测量元件，其尤为有利于压力测量装置(在该装置中耐磨损性是决定性的)。
[0013]陶瓷环优选地通过焊锡连接被紧固至测量元件。本发明语境下的焊锡连接应表示使用可熔性焊锡的任何粘结连接。优选地，焊锡连接通过硬焊锡或玻璃焊锡生成，其中硬焊锡优选地表示为银合金AgCuTi3，AgCuT1-1, 8中的一种。其他可能的焊锡为合金银、AgCu26Ti3 或 AgCu46Ti6。
[0014]特别地，用玻璃焊锡将陶瓷环安装于压力测量元件上被认为是有利的，因为当两个零部件接触后，玻璃焊锡显示出与陶瓷压力测量元件和陶瓷环大约相同的热膨胀系数。此外，玻璃焊锡连接具有气密性和耐扩散性，因此其极好地适合用于压力测量元件。玻璃焊锡连接的另一个优点是形成连接时作业温度较低，例如与硬焊锡连接相比。
[0015]在一实施例中，金属环被相对于陶瓷环径向设置。
[0016]装置按照此方式拓展，从轴向上看结构深度较低，且因此，在测量元件可以被设置成例如与正面齐平为决定性的情况下，可以优选地被最大程度地使用。
[0017]在一种变体中，金属环被收缩包在陶瓷环上，这原则上使得金属环和陶瓷环之间不再需要任何其他的机械连接。
[0018]在另一实施例中，金属环被相对于陶瓷环轴向设置，使生成的装置从轴向上看显示为更大的结构深度；然而在其面向工艺的前侧可以放弃锚定和金属之间的接缝。这点尤为有利，因为金属-金属连接可以变得很平滑。
[0019]金属环和陶瓷环可以通过例如硬焊锡连接被互相连接。该硬焊锡连接在金属环被相对于陶瓷环轴向以及径向设置时均有益处，且甚至可以额外地支持将金属环伸缩包裹在陶瓷环上所产生的机械连接。
[0020]当金属环被相对于陶瓷环轴向设置时，金属环优选地显示为内径与陶瓷环的内径相等，而金属环的外径被选择为大于陶瓷环的外径。金属环和陶瓷环的各自的内径在此齐平贴靠，从径向上看，陶瓷环上的金属环突起。以此方式，周向边缘以特别简单的方式形成，其可用于将金属环连接至工艺连接件，例如通过焊接的方式。
[0021]金属环和陶瓷环之间的硬焊锡连接优选地使用如银基焊锡等硬焊锡产生。具有较低铜含量的银基焊锡应用于含酸或氯化物的介质中时尤其显示出更好的稳定性。焊锡中钛的比例影响与陶瓷的连接，当比例介于3% -5%之间时产生尤其好的效果。
[0022]在一优选实施例中，陶瓷环被设置成使其前侧面在测量元件上。这点在前面显示为膜片的压力测量元件中尤为有利，因为在周向设置陶瓷环可以潜在地将作用于径向的应力导入测量元件中，在温度波动时由于横向导入的应力导致的膜片扭曲，可以通过电容运作的压力测量元件测量可以得到测量结果。陶瓷环优选地被周向连接至测量元件，且优选地显示为其外径在径向上突出超过测量元件。
[0023]为了获得可能的最佳热调整，陶瓷环和测量元件优选地由同种材料(优选地使用氧化铝)制成。当由例如钛或钛合金制成时，金属环获得良好的热调整。另外这些材料还显示出良好的耐磨损性，因此该装置也能获得高机械稳定性。
[0024]通过省略弹性体垫圈并使用陶瓷测量元件，本发明的装置可耐高温。此外，此处不使用氧化材料，所以在有氧环境下应用可能不存在任何问题。
[0025]根据本发明的一种制造该测量装置的方法，其特征在于:第一步金属环被连接至陶瓷环；且第二步陶瓷环被紧固在测量元件上。
[0026]优选地金属环和陶瓷环被相互钎焊，和/或陶瓷环和压力测量元件被安装。
[0027]第三步，金属环可以附加地被紧固在工艺连接件中，优选地被焊接在其中。
[0028]根据本发明，上述步骤按照上述所列的顺序处理，是因为按照此方式尤其是硬钎焊处理过程中增加的热量输入(金属环通过该处理被优选地连接至陶瓷环)可以独立于测量元件进行，且因此不产生负面热效应。
[0029]下面参照附图对本发明进行详述。附图:
[0030]图1为根据本发明的测量装置的示意图，
[0031]图2为图1的细节放大图，
[0032]图3为图2的替换实施例的视图，和
[0033]图4为根据本发明的方法的过程。
[0034]图1显示的是根据本发明的测量装置I的示意图，其中测量装置I通过工艺连接件5设置在法兰19中。工艺连接件5 (其由例如钛或钛合金制成)被周向焊接至法兰19，且因此在测量装置I和法兰19之间生成气密和耐扩散的连接。在工艺连接件5中，陶瓷测量元件3通过固定装置6固定，朝向工艺环境的方向。
[0035]壳体4被设置在测量元件3和工艺连接件5的后部，例如测量电子器件以及输入和输出设备等可以被安置在内用于测量装置。
[0036]图2显示的是图1的放大细节。在该放大细节中，测量元件3在工艺连接件5中的设置和工艺连接件5在法兰19中的固定尤其清晰可见。
[0037]测量元件3通过紧固装置6被保持在工艺连接件5中，紧固装置6在本示范实施例中由陶瓷环和相对于所述陶瓷环径向设置的金属环形成。
[0038]在轴向上，即在前面，陶瓷环7被周向设置在测量元件3的边缘部位，在本示范