具体实施方式

图1和图2分别示出了根据本发明的压力测量设备的示例。它们分别包括陶瓷压力传感器1，该陶瓷压力传感器1包括测量膜3。在这里示例性示出的压力传感器1中，测量膜3连接到压力传感器1的主体7，包围压力腔5。压力传感器1附接在相应的压力测量设备中，使得可以将待测压力p施加到其测量膜3上。此外，压力测量设备分别包括过程连接件9、11，借助于其压力测量设备可以安装在与其互补的连接件上和/或可以连接到与其互补的压差线的连接件上。

根据本发明的压力测量设备的特征在于，包括由钛制成的支架13、15，该支架13、15包括独立的管状支架区域17、19，该管状支架区域平行于与测量膜3正交的表面延伸。支架13、15包括端部区域，其面向过程连接件9、11并且连接到过程连接件9、11。在此示例性示出的压力测量设备中，支架13、15的面向过程连接件9、11的端部区域的端面借助于接头21直接连接到过程连接件9、11。替选地，支架13、15的面向过程连接件9、11的端部区域也可以借助于诸如连接管的至少一个插入的另外的部件以防扩散的方式连接到过程连接件9、11，该至少一个插入的另外的部件在支架13、15和过程连接件9、11之间布置于与正交于测量膜3的表面平行的方向上。此外，支架13、15包括背离过程连接件9、11的端部区域，压力传感器1借助于接头23附接到该端部区域，该接头23将压力传感器1的端面的外边缘连接到背离过程连接件9、11并且承载压力传感器1的支架13、15的端部区域。

根据本发明的压力测量设备具有上述优点。根据本发明的压力测量设备的各个部件可以具有不同的设计，这些设计可以单独使用或彼此结合使用。下面基于附图描述这方面的示例。

图1示出了本发明的一种变形，其中，支架13被设计为管，该管以独立的方式布置在过程连接件9上，并且包括管状支架区域17，并且其与过程连接件9相对的端部区域借助于接头23连接到由测量膜3形成的压力传感器1的前端面的外边缘。该变形的优点在于，通过支架13，在测量膜3的外边缘上提供了基本上仅平行于与测量膜3正交的表面地作用的传感器附接，经由该传感器附接实际上没有沿径向作用在测量膜3上的力被传递到测量膜3。

图2示出了本发明的一种变形，其中，支架15的背离过程连接件11的端部区域具有肩部25，该肩部25在端部处邻接管状支架区域19并且径向地向内延伸。在该变形中，由主体7形成的压力传感器1的后端面的外边缘借助于接头23与肩部25的与管状支撑区域19间隔开的内边缘区域相连接。该变形的优点在于，测量膜3完全暴露，因此不经受通过传感器附接直接作用在其上的力。此外，通过布置在测量膜3和肩部25之间的主体7，在此保护了测量膜3不受热机械应力的影响，该热机械应力可能经由肩部25在径向上作用在压力传感器1上。

在根据本发明的压力测量设备中，支架13、15的管状支架区域17、19在平行于测量膜3的纵轴延伸的方向上优选地具有大于其壁厚的长度。相对较大的长度的优点在于，可以在整个长度上几乎完全消除由于支架13、15和过程连接件9、11的不同热膨胀系数引起的热机械应力。

在此过程中，图2所示的支架19的支架区域19在平行于与测量膜3正交的表面延伸的方向上优选地具有大于或等于压力传感器1在平行于与测量膜3正交的表面延伸的方向上具有的结构高度的长度。该实施例的优点在于，支架区域19可以在端部处借助于接头21直接安装在过程连接件11上，而无需插入的另外的部件，诸如金属连接管。

与支架13、15的其他形状无关，根据本发明的压力测量设备的管状支架区域17、19可以例如具有1mm至2mm的壁厚。

作为前述实施例的替代或补充，压力传感器1优选地被设计为独立的压力传感器1，其仅借助于将压力传感器1的相应的端面的边缘连接到支架13、15的接头23来附接。图1和图2中所示的实施例相对于在前后被支撑或者被夹持在夹紧设备中的压力传感器的压力测量设备提供了优点在于，没有夹持力施加在压力传感器1上，夹持力可能对可实现的测量精度具有不利影响，其幅度可能随温度变化。

在根据本发明的压力测量设备中，过程连接件9、11优选地由不锈钢制成。在该过程中，本发明提供的优点是，工业测量技术中使用的标准过程连接件可以轻松地用作过程连接件9、11。特别是在真空技术中使用的过程连接件特别适合于测量小的压力，诸如例如小于或等于一巴的压力，该过程连接件例如是包括小法兰的过程连接件，小法兰可以借助于插入密封件的拉力环而安装在互补的对接法兰上，该密封件例如是小法兰密封件和/或设计成金属密封件的密封件，和/或可以将小法兰连接到压差线的对应连接件。

不管过程连接件9、11的过程连接件类型如何，过程连接件9、11均具有压力传递路径27，该压力传递路径27穿过相应的过程连接件9、11并通向压力接收腔29，该压力接收腔29设置在压力测量膜3上游并且以防扩散的方式密封，由此可以将待测压力p施加到测量膜3。在此处所示的示例性实施例中，压力接收腔29的防扩散密封是由接头21、23实现的。

现有技术中已知的陶瓷压力传感器1可以用于根据本发明的压力测量设备中。特别合适的是其主体7和/或其测量膜3由诸如氧化铝(Al₂O₃)的氧化物陶瓷制成的压力传感器1，优选地，主体7和测量膜3由相同的材料制成。前述陶瓷的优点在于，它们的热膨胀系数与支架13、15的热膨胀系数非常相似。在该过程中，例如，主体7和测量膜3可以借助于接头31彼此连接，该接头31将测量膜3的外边缘连接到主体7的外边缘并且在所有侧面上在外部包围压力腔5，接头31例如是活性钎焊，诸如借助于锆镍钛活性钎焊焊料产生的活性钎焊。

可选地，压力传感器1可以被设计为例如绝对压力传感器，其测量作用在测量膜3的外侧上的压力p。在这种情况下，封闭在测量膜3下方的压力腔5被撤销。

所示的压力传感器1分别包括机电换能器，该机电换能器被设计成将取决于作用在测量膜3上的压力p的测量膜3的挠度转换为电变量，然后可以基于该电变量来借助于可连接或连接到换能器的测量电子设备33确定待测压力p。为此目的，在图1和图2中作为示例示出的电容式换能器包括具有测量电容的测量电容器，该测量电容取决于测量膜3的与压力有关的挠度，该测量电容器包括布置在主体7的面向膜的端面上的测量电极35和布置在面向主体7的测量膜3的内侧上的对电极37。

在这里所示的示例中，测量电极35经由穿过主体7的接触销39连接到连接件41，该连接件布置在主体7的背离膜的端面上，测量电极35经由该连接件可连接或连接到测量电子设备33。对电极37经由邻接的导电接头31和以导电方式连接到接头31并穿过主体7的接触销39连接到连接件41，连接件41布置在主体7的背对膜的端面上，并且经由该连接件41对电极37可以被连接或被连接至测量电子设备33。

替代地，代替这里示出的压力传感器1，当然也可以使用现有技术中已知的并且包括测量膜的其他陶瓷压力传感器。这些传感器可以例如具有不同的机械设计，可以以其他方式电连接和/或包括根据不同的换能器原理操作的机电换能器，诸如光学或压阻换能器。

根据本发明的压力测量设备优选地包括用于容纳测量电子设备33的壳体43。特别地，在图中仅以虚线示意性地示出并且安装在过程连接件9、11上的壳体43适用于此目的。该壳体43包围支架13、15、压力传感器1和连接至压力传感器1的测量电子设备33，并且优选地与支架13、15和压力传感器1两者间隔开。

在根据本发明的压力测量设备中，压力传感器1和支架13、15之间的接头23优选是借助于硬焊料产生的接头23，该硬焊料不含可用于活性钎焊的活性成分。该接头23被设计为下述接头23，该接头23是通过形成下述布置而产生的：在该布置中，支架13、15和压力传感器1的接合表面借助于插入的硬焊料彼此抵靠，并且将该布置加热至接合温度，在该温度下，硬焊料熔化，并且支架13、15中所含的一部分钛通过与支架13、15接触的熔融硬焊料扩散到压力传感器1的陶瓷中，并在那里与陶瓷反应，使得形成包含钛的化学化合物。

尽管已知活性钎焊焊料中包含的活性成分会促进陶瓷的润湿并导致形成机械强度高的化学化合物，但在该过程中故意不使用活性钎焊焊料。与使用活性钎焊焊料的情况相比，该过程提供的优点是可以更容易且更好地控制焊接过程。另外，与可替代使用的活性钎焊焊料相比，熔融的硬焊料具有明显更好的流动性。两者最终都导致具有高抗压强度和高密封性的高质量接头23。在该过程中，可以实现小于或等于5*10^-10mbar l/s的接头23的氦气密封性，其通常以氦气泄漏率的形式表示。

在这方面，合适的硬焊料尤其是德国专利申请DE 102018108744.6中描述的包含银和铜的硬焊料，该专利申请仍未公开并于2018年12月12日提交。这些的示例是仅包含银和铜的硬焊料，以及包含其他非活性成分的银铜硬焊料，例如银铜铟硬焊料或银铜锡硬焊料。

另一个优点是，没有活性成分的硬焊料，诸如上述包含银和铜的硬焊料，具有比包括活性成分的活性钎焊焊料——诸如包含银、铜和钛的活性钎焊焊料——低的熔融温度。这样的优点是，可以在高于或等于硬焊料的熔融温度，并且低于包含存在于该硬焊料中的组分和作为活性成分的钛的活性钎焊焊料的熔融温度的接合温度下进行结合过程。虽然为了借助于包括银、铜和钛的活性钎焊焊料来产生活性钎焊，需要高于活性钎焊焊料的熔融温度的接合温度——在870℃至950℃的范围内，但是高于硬焊料的熔融温度的接合温度就已经足以与上述没有活性成分的硬焊料相结合而使支架13、15的钛扩散通过熔化的硬焊料。为此目的，小于或等于860℃或在830℃至860℃的范围内的接合温度已经足以与银铜硬焊料相结合。结合银铜铟硬焊料或银铜锡硬焊料，甚至可以使用更低的接合温度，这取决于这些硬焊料的成比例的组成。

低的接合温度具有的优点是，它低于在测量膜3和主体7之间产生作为活性钎焊形成的接头31的温度，从而使得可以产生在支架13、15和压力传感器1之间的接头23，而不会因此损害作为活性钎焊形成并且先前在产生压力传感器1期间在测量膜3和主体7之间产生的接头31的质量。

较低的接合温度还具有以下优点：与较高的接合温度相比，在压力传感器1和支架13、15之间形成了由接合过程引起的明显较低的热机械应力。这使得可以减少与产生有关的应力，与产生有关的应力否则可能导致与测量膜3的压力相关的可变形性的温度相关性增加，其进而导致温度相关的测量误差。

支架13、15和由不锈钢制成的过程连接件部9、11之间的接头21优选地同样是借助于硬焊料产生的钎焊，其中，在此也使用不含活性成分的硬焊料。为此目的，优选使用熔融温度低于用于产生将压力传感器1连接至支架13、15的接头23的硬焊料的熔融温度的硬焊料。特别适合于此目的的是铜银硬焊料，其比可用于在压力传感器1和支撑件13、15之间产生接头23的银铜硬焊料具有更高的铜含量且更低的银含量。

类似地，压力测量设备的支架13、15优选在其中借助于钎焊与不锈钢制成的另外的部件连接，在压力测量设备的支架13、15中，该另外的部件布置在支架13、15与过程连接件9、11之间。为此目的，也优选地使用具有低于用于产生将压力传感器1连接到支架13、15的接头23的硬焊料的熔融温度的熔融温度的硬焊料。特别地，具有比可用于产生在压力传感器1与支撑件13、15之间的接头23的银铜硬焊料相比更高的铜含量和更低的银含量的铜银硬焊料也适用于这个目的。

优选地，以如下方式产生根据本发明的压力测量设备，即，将压力传感器1、支架13、15和过程连接件9、11设置为预制的单个零件，将压力传感器1连接至支架13、15，并且支架13、15安装在过程连接件9、11上。在这种情况下，在压力传感器1与支架13、15之间的连接件是借助于诸如如上所述的结合方法的结合方法产生的，借助于如上所述的结合方法，产生将压力传感器1连接至支架13、15的接头23。

在该过程中，其中用于在压力传感器1和支架13、15之间产生接头23的硬焊料的熔融温度高于用于将支架13、15附接在过程连接件9、11或部件上的硬焊料的熔融温度的上述实施例的优点在于，可以使用分步钎焊方法，其中，在支架13、15和过程连接件9、11之间或在支架13、15与所述部件之间的接头21仅在产生在压力传感器1和支架13、15之间的接头21之后才执行。因此，在这种情况下，支架13、15与由支架13、15承载的压力传感器1一起安装在过程连接件9、11或另外的部件上。

替代地，为了在支架13、15与过程连接件9、11或另外的部件之间产生接头21，可以使用硬焊料，该硬焊料与用于产生将压力传感器1连接到支架17、19的接头23的硬焊料相同，或者至少具有与用于产生将压力传感器1连接到支架17、19的接头23的硬焊料的熔融温度基本相同的熔融温度。在这一点，特别是上面已经结合在压力传感器1和支架17、19之间的接头23提到的硬焊料适合作为硬焊料。在该实施例中，优选地在一个焊接过程中基本同时产生压力传感器1与支架17、19之间的接头23以及支架13、15与过程连接件9、11之间或支架13、15与另外的部件之间的接头21。

另一替代方案是在借助于焊接在压力传感器1与支架13、15之间产生接头23之后，在支架13、15与过程连接件9、11或者另外的部件之间产生接头21。

在包括布置在支架13、15与过程连接件9、11之间的另外的部件的压力测量设备的情况下，该部件可以以防扩散的方式例如借助于焊接接头附接在过程连接件9、11上。

参考标记列表

1 压力传感器 23 接头

3 测量膜 25 肩部

5 压力腔 27 压力传递路径

7 主体 29 压力接收腔

9 过程连接件 31 接头

11 过程连接件 33 测量电子设备

13 支架 35 测量电极

15 支架 37 对电极

17 支架区域 39 接触销

19 支架区域 41 连接件

21 接头 43 壳体