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Messwerksoptimierung für Differenzdrucktransmitter

Dahlmann, Gerald (1998):
Messwerksoptimierung für Differenzdrucktransmitter.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Differenzdrucksensoren mit Meßelementen aus Silizium werden größtenteils zur Durchflußmessung nach dem Wirkdruckprinzip eingesetzt. Für den Einsatz in der Prozeßmeßtechnik müssen die Siliziummeßelemente in Meßzellen eingekapselt werden, um die Halbleiterstrukturen vor den zum Teil aggressiven Prozeßmedien zu schützen und ausreichenden Überlastschutz zu gewährleisten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Konstruktion der Meßzellen zu vervollkommnen, d.h. das Überlastverhalten der Zelle zu optimieren und durch Fertigungsvereinfachung und Abmessungsreduzierung Kosten einzusparen.

Im ersten Teil der Arbeit wurden Experimente durchgeführt um das zur Beschreibung des dynamischen Systemverhaltens aufgestellte akustische Netzwerkmodell zu präzisieren. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Konstruktion einer Differenzdruckmeßzelle der Firma Endress + Hauser mit Hilfe dieses Netzwerkmodells überarbeitet. Durch eine günstigere Anordnung der Verbindungskanäle im Meßkammersystem und gezielte Dämpfung der Übertragungsstrecke konnte die Beanspruchung des Siliziummeßelementes durch sprungförmig auftretende Belastungen gegenüber der ursprünglichen Konstruktion um den Faktor 8 bis 10 reduziert werden.

Im dritten Teil der Arbeit wurden zunächst die Auswirkungen der Miniaturisierung auf die statischen Meßfehler der Zelle diskutiert. Ein Entwurfskatalog für miniaturisierte, überlastsichere Differenzdruckmeßzellen wurde aufgestellt und eine Vorzugsvariante ausgewählt. Diese wurde schließlich in einem Feinentwurf präzisiert.

Die Abmessungen dieser Meßzelle konnten auf 40x35mm reduziert werden. Die Meßkammern sind symmetrisch konstruiert. Die Kapillaren sind so angebracht, daß die Reaktionszeit der Überlastmembranen von deren dämpfender Wirkung unbeeinflußt bleibt. Durch das Überlastschutzkonzept mit zwei außen am Gehäuse angebrachten Ringmembranen konnte das Füllvolumen der Zelle deutlich reduziert werden.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 1998
Creators: Dahlmann, Gerald
Title: Messwerksoptimierung für Differenzdrucktransmitter
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Differenzdrucksensoren mit Meßelementen aus Silizium werden größtenteils zur Durchflußmessung nach dem Wirkdruckprinzip eingesetzt. Für den Einsatz in der Prozeßmeßtechnik müssen die Siliziummeßelemente in Meßzellen eingekapselt werden, um die Halbleiterstrukturen vor den zum Teil aggressiven Prozeßmedien zu schützen und ausreichenden Überlastschutz zu gewährleisten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Konstruktion der Meßzellen zu vervollkommnen, d.h. das Überlastverhalten der Zelle zu optimieren und durch Fertigungsvereinfachung und Abmessungsreduzierung Kosten einzusparen.

Im ersten Teil der Arbeit wurden Experimente durchgeführt um das zur Beschreibung des dynamischen Systemverhaltens aufgestellte akustische Netzwerkmodell zu präzisieren. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Konstruktion einer Differenzdruckmeßzelle der Firma Endress + Hauser mit Hilfe dieses Netzwerkmodells überarbeitet. Durch eine günstigere Anordnung der Verbindungskanäle im Meßkammersystem und gezielte Dämpfung der Übertragungsstrecke konnte die Beanspruchung des Siliziummeßelementes durch sprungförmig auftretende Belastungen gegenüber der ursprünglichen Konstruktion um den Faktor 8 bis 10 reduziert werden.

Im dritten Teil der Arbeit wurden zunächst die Auswirkungen der Miniaturisierung auf die statischen Meßfehler der Zelle diskutiert. Ein Entwurfskatalog für miniaturisierte, überlastsichere Differenzdruckmeßzellen wurde aufgestellt und eine Vorzugsvariante ausgewählt. Diese wurde schließlich in einem Feinentwurf präzisiert.

Die Abmessungen dieser Meßzelle konnten auf 40x35mm reduziert werden. Die Meßkammern sind symmetrisch konstruiert. Die Kapillaren sind so angebracht, daß die Reaktionszeit der Überlastmembranen von deren dämpfender Wirkung unbeeinflußt bleibt. Durch das Überlastschutzkonzept mit zwei außen am Gehäuse angebrachten Ringmembranen konnte das Füllvolumen der Zelle deutlich reduziert werden.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Differenzdrucksensor, Drucksensor Dynamik, Ersatzschaltbild akustisch, Netzwerksimulation, Sensorkonstruktion, Überlastschutz
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 09 Sep 2011 15:44
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1417

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 18-05-1998

Ende Datum: 21-08-1998

Querverweis: 17/24 EMKS 1366, 17/24 EMKD 1295

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKD 1417
Referees: Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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