ITMI992294A1

ITMI992294A1 - Dispositivo sensore di pressione ad elevata precisione

Info

Publication number: ITMI992294A1
Application number: IT1999MI002294A
Authority: IT
Inventors: Giosue Iseni; Giovanbattista Preve; Sergio Doneda; Ernst Obermeier
Original assignee: Gefran Sensori S R L
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2001-05-03
Also published as: ITMI992294A0; CN1148570C; CN1295240A; KR20010051369A; EP1098182A3; DE60031066T2; ATE341753T1; EP1098182B1; DE60031066D1; US6450038B1; EP1098182A2; JP2001174351A; IT1313816B1

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato riguarda un dispositivo sensore di pressione ad elevata precisione. Più particolarmente, il trovato riguarda un dispositivo sensore di pressione adatto per rilevare pressione in estrusori di materie plastiche, film plastici, fibre sintetiche e simili.

Come è noto, i sensori di pressione utilizzati ad esempio nel caso di estrusori di materie plastiche, film plastici, fibre sintetiche e simili comprendono un elemento astiforme ad una prima estremità è disposta una membrana sulla cui faccia è collocato un estensimetro. L'elemento astiforme è riempito con un fluido, quale mercurio o olio, e la compressione di tale fluido da parte della massa di materia plastica di cui si desidera misurare la pressione esercita un'azione sull'estensimetro che quindi produce un segnale elettrico che viene poi interpretato dall'elettronica collegata al dispositivo sensore di pressione.

L’inconveniente di questo tipo di sensore di pressione è dato dal fatto che la loro usura è rapida in quanto la materia plastica fusa danneggia facilmente la membrana, data la sua dimensione ridotta di spessore. Quindi, occorre provvedere a sostituire il sensore di pressione e soprattutto questo comporta la necessità di smaltire il mercurio o l'olio con notevoli costi, in quanto ad esempio il mercurio è fortemente inquinante e per il suo smaltimento occorre seguire precise disposizioni.

Sono inoltre noti dispositivi sensori di pressione che sono costituìti da un elemento astiforme una cui estremità è dotata di un elemento di trasmissione meccanica della pressione che agisce su un chip di materiale semiconduttore su una cui faccia è collocato l'estensimetro. In pratica, il chip a semiconduttore si comporta come la membrana del dispositivo sensore sopra descritto.

La presenza di un chip a semiconduttore consente di risolvere il problema del fluido,mercurio o olio, che non è quindi più necessario.

Normalmente, il chip a semiconduttore è alloggiato in un'apposita cavità definita in un blocchetto, ad esempio di allumina, dal quale si dipartono terminali metallizzati atti a portare il segnale che proviene dall'estensimetro all'elettronica di elaborazione di tale segnale.

I dispositivi sensori di questo tipo hanno il chip a semiconduttore che è reso solidale con il blocchetto di allumina, ad esempio tramite incollaggio.

Normalmente, l'elemento di trasmissione meccanica è alloggiato in un coperchietto destinato ad essere accoppiato con un involucro metallico esterno che alloggia al suo interno il blocchetto di allumina con il relativo chip a semiconduttore ad esso solidale.

II vantaggio di questa soluzione è dato dal fatto che la membrana, costituita in questo caso dal chip di materiale semiconduttore, non è soggetta praticamente ad usura in seguito allo sfregamento con la materia plastica di cui si desidera misurare la pressione.

Tuttavia, il fatto che il chip a semiconduttore sia solidale con il blocchetto di allumina che lo supporta fa sì che i segnali generati in seguito al rilevamento della pressione possano non essere precisi, in seguito a deformazione che può subire il blocchetto di allumina che alloggia e supporta il chip a semiconduttore.

Quindi, anche la soluzione sopra citata non risulta esente da inconvenienti, e in particolar modo la precisione della misura, che è un requisito fondamentale, non risulta essere garantita con assolutezza.

Compito precipuo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo sensore di pressione, particolarmente per estrusore di materie plastiche e simili, che abbia un'elevata precisione di misura, costante nel tempo.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo sensore di pressione che risulti essere di elevata resistenza.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo sensore di pressione, particolarmente per estrusori di materie plastiche e simili, in cui l'alterazione del segnale di misura, dovuta a fenomeni di dilatazioni termiche, deformazioni e simili, sia ridotta al livello minimo possibile.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo sensore di pressione, particolarmente per estrusori di materie plastiche, che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un dispositivo sensore di pressione, particolarmente per impiego in estrusori di materie plastiche e simili, comprendente un involucro esterno atto a contenere un elemento di supporto per un chip a semiconduttore dotato su una suà faccia di un estensimetro, un elemento di copertura essendo previsto per la chiusura di detto contenitore, un elemento di trasmissione meccanica essendo alloggiato in detto elemento di copertura, rivolto verso detto chip a semiconduttore e a contatto con esso, caratterizzato dal fatto che detto chip a semiconduttore è alloggiato in modo flottante in detto elemento di supporto.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del dispositivo,sensore di pressione secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui l'unica figura è una vista in sezione trasversale della porzione terminale di un dispositivo sensore di pressione realizzato secondo il presente trovato.

Con riferimento alla sopra citata figura, il dispositivo sensore secondo il trovato, la cui porzione terminale, oggetto del presente trovato è globalmente indicato dal numero di riferimento 1, comprende un involucro esterno 2 atto ad alloggiare un elemento di supporto 3 dotato di una sede 4 di alloggiamento per un chip a semiconduttore, come sarà descritto in seguito.

L'elemento di supporto 3 è preferibilmente realizzato con un blocchetto di allumina da cui si dipartono conduttori metallizzati 4 destinati a trasportare il segnale generato dal chip a semiconduttore all'elettronica collegata con il dispositivo sensore secondo il trovato.

Il numero di riferimento 5 indica un chip a semiconduttore che è destinato ad essere alloggiato nella sede 4 definita nell'elemento di supporto 3.

Un elemento di copertura 6 è previsto superiormente all'involucro esterno 2, per chiudere a guisa di coperchio il contenitore esterno 2. L'elemento di copertura 6 è dotato di una.sede 7 nella quale alloggia un elemento 8 di trasmissione meccanica destinato ad esercitare pressione contro il chip a semiconduttore 5, quando si ha un flusso di materia plastica che urta contro la superficie superiore dell'elemento di copertura 6.

La peculiarità del trovato consiste nel fatto che il chip a semiconduttore 5 è alloggiato in modo flottante entro la sede 4 dell'elemento di supporto 3, ossia non è solidale all'elemento di supporto 3, come-accade in dispositivi sensori di pressione di tipo noto.

Ciò consente di svincolare il chip a semiconduttore 5 dalle eventuali dilatazioni e deformazioni cui può essere soggetto l'elemento di supporto 3, e quindi di ottenere un segnale di misura di pressione assolutamente preciso e soprattutto costante nel tempo. Opportunamente l'elemento di copertura 6 ha uno spessore tale da evitarne danneggiamenti.

Inoltre, il dispositivo sensore di pressione secondo il trovato prevede che il chip a semiconduttore sia realizzato preferibilmente in carburo di silicio o in cosiddetto S.O.I. (Silicon On Insulator), oppure ad esempio in S.O.S. (Silicon On Sapphire).

Opportunamente, anche l'elemento 8 di trasmissione meccanica può essere alloggiato in modo flottante entro l'elemento di copertura 6, al fine di minimizzare ulteriormente le alterazioni che il segnale di pressione rilevato dal dispositivo sensore di pressione può subire.

Inoltre, l'elemento di trasmissione meccanica 8 è alloggiato nella sede 7 dell'elemento di copertura 6 in modo da essere precaricato e quindi contattare sempre il chip a semiconduttore 5, così da risultare sempre a contatto del chip a semiconduttore 5.

Si è in pratica constatato come il dispositivo sensore secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto consente di ottenere una misura di pressione molto più precisa di quella ottenibile con dispositivi di tipo noto. Inoltre, lo spessore elevato dell'elemento di copertura fa sì che il dispositivo sensore di pressione sia sostanzialmente non suscettibile di danneggiamenti in seguito all'azione di materia plastica su di esso, che, nel caso in cui viene impiegata una membrana, di tipo noto, sottile, provoca, in seguito a sfregamento, danneggiamento della membrana stessa. Il dispositivo può essere altresì impiegato in processi chimici e simili.

Il dispositivo così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo sensore di pressione, particolarmente per impiego in estrusori di materie plastiche, processi chimici e simili, comprendente un involucro esterno atto a contenere un elemento di supporto per un chip a semiconduttore dotato su una sua faccia di un estensimetro, un elemento di copertura essendo previsto per la chiusura di detto contenitore, un elemento di trasmissione meccanica essendo alloggiato in detto elemento di copertura, rivolto verso detto chip a semiconduttore e a contatto con esso, caratterizzato dal fatto che detto chip a semiconduttore è alloggiato in modo flottante in detto elemento di supporto.
2. Dispositivo di pressione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento di trasmissione meccanica alloggiato in detto elemento di copertura è alloggiato in modo fiottante in una sede definita in detto elemento di copertura.
3. Dispositivo di pressione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento di supporto è realizzato in allumina, e dal fatto che da detto elemento di supporto si dipartono conduttori atti a trasferire un segnale di pressione rilevato da detto estensimetro disposto sulla faccia di detto chip a semiconduttore opposta alla faccia su cui agisce detto elemento di trasmissione meccanica.
4. Dispositivo sensore di pressione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento di trasmissione meccanica è alloggiato in detto elemento di copertura in modo da risultare precaricato contro la faccia di detto chip a semiconduttore.
5. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto chip a semiconduttore è realizzato in carburo di silicio.
6. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto chip a semiconduttore è realizzato in S.O.I..
7. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto chip a semiconduttore è realizzato in S.O.S..