一种具有膜的压力传感器和对这种压力传感器的应用，该压力传感器包括：具有纵轴线(A)和内腔(4)的传感器壳体(3)；设置在传感器壳体(3)的内腔(4)中的测量元件(5)；和旋转对称地构成的膜(6)，该膜具有外周边缘部分(7)，膜(6)借助该外周边缘部分与传感器壳体(3)的压力室侧的端部相连接，并在压力室侧密封地封闭传感器壳体(3)的内腔；其中，膜(6)还具有与测量元件(5)有效连接的中央压力柱塞(8)和柔性的环形膜段(9)，其中，环形膜段(9)将压力柱塞(8)与膜(6)的外周边缘部分(7)连接；环形膜段(9)在横截面上被设计为具有恒定材料厚度并在压力室侧呈凸状的圆弧(10)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有在压力室侧安装的膜的压力传感器，用于对压力室、特别是内燃机的燃烧室中的压力进行测量；以及对这种压力传感器的应用。
技术介绍
用于对压力室、特别是内燃机的燃烧室中的压力进行测量的压力传感器通常具有中空圆柱形的传感器壳体，在该传感器壳体中设有测量元件。在压力室侧或燃烧室侧利用耐热、柔性的膜来密封地封闭传感器壳体，该膜将燃烧室与传感器的内腔隔开。该膜将存在于燃烧室中的压力直接或间接地传递到测量元件。在所有已知的用于具有较大和快速的温度波动的燃烧室或压力室的压力传感器中，均会发生的一个问题就是所谓的热冲击。由于压力室中的温度变化而引起的在传感器以及特别是在膜中的热膨胀和机械应力，可或多或少地导致较大的测量误差(例如由于膜变形)，这是难以通过计算校正的。已知的、关于热冲击最优的膜具有薄壁的、平的设计方案，以及因此具有有限的使用寿命。利用较厚的设计方案虽然可以增加膜的寿命，但是这反而导致更高的刚度，以及因此降低了传感器灵敏度。与此同时，已知的膜更厚的设计方案造成传感器的更差的热冲击表现(Thermoschockverhalten)。在专利文献US20040231425中描述了具有不同的膜形状的压力传感器。为了减少由于材料膨胀而引起的测量误差，在压力柱塞(Druckstempel)与具有折叠或波浪状区段的固定边缘之间设置膜。在此，通过使所述区段具有向上指向和向下指向的区域，使得压力柱塞的向上和向下运动由于热膨胀而被减小。在这种膜中，材料厚度通常是厚度均匀的，或者在压力柱塞区域的中间具有最大的厚度。由专利文献WO2010040239可知一种用于压力传感器的膜，该膜包括
外边缘和内压力柱塞。外边缘和内压力柱塞通过一弹性区段相连接。类似于专利文献US20040231425，该弹性区段具有向上和向下指向的区域。为了降低由于热膨胀而导致的测量误差，还提出该弹性区段的材料厚度被改变为，使得其在中间具有最薄的点，而材料厚度从该点开始向两侧持续地增加。由此产生铰接膜，其能够更好地补偿热膨胀。然而缺点在于，随着膜的逐渐变薄，其坚固性也将降低，以及因此其使用寿命减少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，使具有较大压力波动和温度波动的压力室中的压力传感器在高应力的情况下具有最优的测量精度或热冲击表现和使用寿命。本专利技术的目的通过一种具有本专利技术的特征的压力传感器来实现。这种用于对压力室、特别是内燃机的燃烧室中的压力进行测量的压力传感器包括：具有纵轴线和内腔的传感器壳体；设置在传感器壳体的内腔中的测量元件；和旋转对称地构成的膜。该膜具有外周边缘部分，膜通过该外周边缘部分与传感器壳体的压力室侧的端部相连接、特别是焊接，并在压力室侧密封地封闭传感器壳体的内腔。该膜还具有中央的、与测量元件有效连接的压力柱塞和柔性的环状膜段。该环状膜段将压力柱塞与膜的外周边缘部分连接。环状膜段在横截面上被设计为具有恒定材料厚度并在压力室侧呈凸状的圆弧。这种凸状的圆弧形膜能够比其他几何形状的膜更好地承受外部压力，因为压力支持弧形结构的坚固性。当然，如果该弧形是凹状的，也能够保持这个优点。优选在压力室侧将厚度均匀的圆弧的径向内端点设置为，相对于该圆弧的径向外端点沿着纵轴线在朝向内腔的方向上后移。由此使得该圆弧能够在其最前端沿轴向方向A观察不伸出膜的边缘区域的情况下实现延伸。实际上，在旋转对称的条件下，这些端点分别处于圆形的线上。具有厚度均匀的圆弧形柔性膜段的膜与具有直线形部分的膜相比具有更好的力分布。这种在圆弧上的均匀的力分布降低了膜内的应力，这反过来又对膜的坚固性以及由此对使用寿命产生积极的影响。通过使圆弧的径向内端点或压力柱塞的压力室侧的表面后移，该圆弧可以被设计在较大的角度(圆心角)上，这进一步增强了圆弧的效果。另外，这种后移带来的优点在于：对于给定的圆弧角(圆心角)(例如90度)和给定的圆弧半径，膜也
可以具有较小的外半径，好像内端点处于与外端点相同的高度上。通过模拟已经证实：通过使内端点后移，也可以改善热冲击表现，或者说降低由此引起的测量元件、优选为压电式或压阻式测量元件的测量误差。优选地，膜的外周边缘部分可以在压力室侧沿纵轴线的方向伸出圆弧的顶点。该顶点是指圆弧的这样的点：其在纵向方向上观察最远地伸入压力室。在极端情况下，该顶点可以与外端点重合，在此，该顶点通常在两个端点之间但更靠近外端点。通过使圆弧的顶点沿纵向方向关于外周边缘部分的压力室侧的表面相对于压力室后移，形成相对于膜的其他部分高出的周向边缘。在此，圆弧在压力传感器的安装状态不会超出压力室的内壁，以及因此在恶劣条件下，特别是在燃烧室中被更好地保护。外周边缘部分的表面可以垂直于纵轴线水平地构成。通过模拟也已经证实：通过相对于圆弧高出的外周边缘，可以优化膜的热冲击表现。外周边缘部分的表面还可以在顶点的高度上或相对于顶点沿着纵轴线在朝向内腔的方向上移位地设置。在这种情况下，压力传感器优选具有密封锥体或保护套，该保护套相对于燃烧室壁密封传感器壳体，并沿压力传感器的纵轴线方向在压力室侧突出圆弧的顶点，使得膜在安装状态下相对于压力室壁后移地设置。密封锥体或保护套随后形成相对于压力传感器的其余部分高出的周向边缘。在压力室侧，在环形膜段向外周边缘部分的过渡部中，可以设置周向凹部，例如U形的、槽形的或V形的凹部，其使得圆弧进一步延伸，即，具有更大的圆弧角。优选将该凹部构造为，使得在圆弧与凹部之间形成没有尖锐边缘的均匀过渡部。该凹部在其径向外边缘上朝外周边缘部分的压力室侧的表面可以形成90至160度的钝角，优选为120至130度。这样的过渡部可以被设计为尖的、倒圆的或折断(gebrochene)的边缘。圆弧可以围成30至120度的角度(圆心角)，优选为55至90度。在可比较的测量条件下，这种膜相比于传统的膜具有更高的坚固性。压力柱塞可以在圆弧的内延伸部中在内腔侧具有底切部(Hinterschnitt)，这导致在内腔侧作用于测量元件的压力柱塞表面的增大。压力柱塞和/或外周边缘部分被设计为，在膜的纵轴线的方向上比圆弧的材料厚度更厚，使得该环形膜段构成膜的最薄的区段以及因此是柔性的区
段。膜的尺寸和质量可以如下所述地给出，并可以单独地实现或与上述特征任意组合地实现：具有恒定材料厚度的圆弧围成的角度为30至120度、优选为55至90度。凹部在其径向外边缘上相对于外周边缘部分的压力室侧的表面形成90至160度的钝角、优选为120至130度。在内腔侧，圆弧的延伸部的外端点上的切线与传感器壳体的纵轴线围成10至80度的张角、优选为30至40度。外圆弧半径与膜的外半径的比率约为0.1至0.4、优选约为0.25。膜例如可以由具有高坚固性和耐高温的钢、铁基合金、镍基合金、钴基合金或钛基合金制成。本专利技术还涉及到对具有上述特征的、用于测量内燃机燃烧室中的压力的压力传感器的应用。这种压力传感器也可以使用在内弹道中，例如在压力室中，其中同样会发生快速、较大的压力变化和温度变化。附图说明下面将参照实施例并结合附图对本专利技术进行详细说明。其中：图1示出了根据本专利技术的压力传感器的膜的第一种实施方式的剖面图；图2示出了压力传感器的膜的第二种实施方式的剖面图；和图3示出了压力传感器的膜的第三种实施方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于对压力室(2)、特别是内燃机的燃烧室中的压力进行测量的压力传感器(1)，包括：传感器壳体(3)，其具有纵轴线(A)和内腔(4)；测量元件(5)，其设置在所述传感器壳体(3)的内腔(4)中；和旋转对称地构成的膜(6)，其具有外周边缘部分(7)，所述膜(6)借助所述外周边缘部分与所述传感器壳体(3)的压力室侧的端部相连接，并在压力室侧密封地封闭所述传感器壳体(3)的内腔，其中，所述膜(6)还具有与所述测量元件(5)有效连接的中央压力柱塞(8)和柔性的环形膜段(9)，所述环形膜段将所述压力柱塞(8)与所述外周边缘部分(7)连接起来，其特征在于，所述环形膜段(9)在横截面上观察被设计为具有恒定材料厚度并在压力室侧呈凸状的圆弧(10)。
【技术特征摘要】
2015.02.20 CH 00224/151.一种用于对压力室(2)、特别是内燃机的燃烧室中的压力进行测量的压力传感器(1)，包括：传感器壳体(3)，其具有纵轴线(A)和内腔(4)；测量元件(5)，其设置在所述传感器壳体(3)的内腔(4)中；和旋转对称地构成的膜(6)，其具有外周边缘部分(7)，所述膜(6)借助所述外周边缘部分与所述传感器壳体(3)的压力室侧的端部相连接，并在压力室侧密封地封闭所述传感器壳体(3)的内腔，其中，所述膜(6)还具有与所述测量元件(5)有效连接的中央压力柱塞(8)和柔性的环形膜段(9)，所述环形膜段将所述压力柱塞(8)与所述外周边缘部分(7)连接起来，其特征在于，所述环形膜段(9)在横截面上观察被设计为具有恒定材料厚度并在压力室侧呈凸状的圆弧(10)。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，在压力室侧所述圆弧(10)的径向内端点(P1)沿所述纵轴线(A)在朝向所述内腔(4)的方向上相对于所述圆弧(10)的径向外端点(P2)被后移地设置。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述外周边缘部分(7)在压力室侧沿所述纵轴线(A)的方向超出所述圆弧(10)的顶点(S1)。4.根据前面任一项权利要求所述的压力传感器，其特征在于，在压力室侧，在所述环形膜段...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·布伦纳，M·吉格，
申请(专利权)人：基斯特勒控股公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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