CN101553719A - 压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于压力传感器的限制元件,以保护压力元件免受流动相关的破坏。压力传感器包括具有流体入口通道和具有压力元件的室的外壳。压力元件包括具有凹部的外壳部分,该凹部由密封隔膜覆盖而形成空腔。传感器元件放置在填有油的空腔中。限制元件放置在密封隔膜前方,保护压力元件、尤其是密封隔膜免受破坏脉冲或者其它由流动系统中的突然变化、例如关闭阀所引起的流动相关的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括外壳的压力传感器,该外壳具有流体入口通道和室。室中布置有包括外壳部分的压力元件,该外壳部分具有凹部。该凹部由密封隔膜覆盖以提供大致封闭的空腔。空腔中布置有测量隔膜。限制元件放置在密封隔膜前方,以保护密封隔膜免受破坏脉冲或其它流相关破坏。
背景技术
在流动系统中,由流中变化所引起的不同问题会破坏像本发明中的压力传感器一样的压力传感器;尤其会破坏密封隔膜。引起破坏的问题会是气穴现象或者压力峰值或者启动液体喷射。
在流动中的突然变化会例如由于关闭阀而出现的流动系统中,众所周知的是,与“液击”相关的气穴现象会产生巨大的压力变化,而该巨大的压力变化会破坏压力传感器、尤其是密封隔膜。当阀突然关闭时,流动介质减速,产生形成气孔的气穴,并且当流动介质返回时,它将导致巨大的压力变化。如果这些气穴靠近压力传感器,压力的变化会产生以下后果:液体将撞向传感器,可能破坏密封隔膜,或者由密封隔膜覆盖的微机械元件。
由于流动变化而在流动系统中出现的压力峰值也会破坏压力传感器中的隔膜。然而,这对于压力传感器内的测量隔膜是个问题。测量隔膜可以由硅或钢制成。由钢制成的测量隔膜比由硅制成的测量隔膜更易受压力峰值的影响。
当流动系统是空的并然后填充流动介质时;当流动介质高速进入空的压力传感器时,会产生启动喷射。启动喷射会破坏密封隔膜。
文件US5509312描述了一种具有集成的抗冲击保护装置的隔膜压力传感器。隔膜压力传感器能承受相对大的冲击,而无导致隔膜破损或破坏传感器的冲击。一个实例是具有狭孔的通道,在其处狭孔用作切断高压力峰值的低通过滤器。
另一现有技术是压力传感器的现有设计,其中喷嘴焊接到压接式入口中(图1)。喷嘴和密封隔膜之间有相对长的距离。由于喷嘴孔是直的,因此距离必须很长。如果喷嘴和密封隔膜之间的距离较短,存在启动状态下的破坏性液体喷射将破坏密封隔膜的风险。
此外,脉冲缓冲限制元件形式的已有解决方案难以安装,因为它们被放置在流体入口中。稳固地安装限制元件需要额外的努力。限制元件可以焊接到入口或者以其它方式紧固。如果限制元件被破坏,它会脱落并消失。
发明内容
本发明的目的是制造用于压力传感器的限制元件,以保护压力元件、尤其是密封隔膜免受破坏脉冲或者其它流相关破坏。限制元件易于安放在压力传感器中,它不会脱落并消失,并且它制造便宜。限制元件可以是压力元件的集成部分,或者它可以是位于入口和压力元件之间的室中的独立部件。本发明是一种用于压力传感器的限制元件。
压力传感器包括具有压力元件中的测量隔膜的压力感应结构。密封隔膜覆盖压力元件的外壳部分中的凹部,提供外壳部分中大致封闭的空腔。封闭的空腔填充有密封介质、典型地油,以将压力从密封隔膜传递到测量隔膜。
限制元件形成密封隔膜前方的阻尼室,保护密封隔膜免受大压力变化发生情况下的破坏。在优选实施例中,限制元件焊接到外壳,并且其在焊接期间支撑密封隔膜。通常,焊接支撑元件用于在焊接过程中支撑密封隔膜。密封隔膜太薄而不能无破坏地单独焊接,因此使用焊接支撑元件以在焊接过程期间保护密封隔膜。在本发明中,焊接支撑环和限制元件合成一个单元,其中限制元件用作支撑密封隔膜的焊接支撑元件。因此,该实施例中的限制元件是焊接支撑元件,其中限制元件是焊接支撑元件的集成部分。
通过使用集成在焊接支撑元件中的限制元件,由于限制元件和焊接支撑元件合并成一个单元并可在一个步骤中制造,因此限制元件制造简单并便宜。采用相同的制造工艺,可以制造具有充分精确的小孔开口的喷嘴。与现有方案相比,这简化了生产并缩减了成本。由于限制元件是焊接支撑元件的一部分,限制元件实际上是无成本的。
通过将脉冲缓冲限制元件放置在流体入口通道和压力元件之间,采用其不会脱落的方式放置限制元件。此外,由于限制元件焊接到压力元件且因此压力元件和限制部分的安装在一个操作中完成,因此更易于装配压力传感器。
另一种实施方式是将限制元件放置在流体入口通道和压力元件之间,其中限制元件相对于焊接支撑元件是独立部件,因此限制元件和焊接支撑元件均作为两个独立的部件包括在压力传感器中。限制元件可以是独立部件,或者其可以通过不同方式集成在设计中。限制元件放置在流体入口通道和压力元件之间的室中。
限制元件可以紧固到压力元件和流体入口通道之间的室的壁部分,或者其可以是采用其保持在压力元件和外壳之间的适当位置的方式放置在室中的部件。
由于限制部件从与压力元件相同的一侧安装入压力传感器外壳中的室内,因此仍易于安装限制部件。
限制元件是形成密封隔膜前方的阻尼室的盖。在限制元件中存在小凹部,通往阻尼室的喷嘴,允许流动介质流入阻尼室,以接触密封隔膜,将压力变化传递到密封隔膜。
本发明独一无二的特征在于喷嘴孔指向远离密封隔膜。直孔具有在启动情况下破坏密封隔膜的风险。由于喷嘴孔指向远离密封隔膜,因此液体进入阻尼室而不直接撞击密封隔膜,喷嘴孔因此可以靠近密封隔膜。在已有设计中,对于狭孔,孔必须远离隔膜相当远距离,以避免启动状态下的液体喷射,其中室填充有空气。
流动系统中发生的问题会是气穴现象、或者压力峰值、或者启动液体喷射。
当阀关闭时,液体的前进运动停止,且引起的湍流会导致流动介质中气孔的产生。当介质重新填充气穴时,会发生突然的压力变化。由于压力介质前方的不均匀性,突然的压力变化会破坏密封隔膜。此处,限制元件在以下两种情况下保护密封隔膜:1)喷嘴限制气孔现象在阻尼室中发生,2)如果阻尼室中已发生气孔现象,压力变化受到喷嘴抑止。
当流动系统是空的且然后填充有流动介质时,发生启动喷射。在本情况下,限制元件屏蔽密封隔膜,并防止喷射直接撞击密封隔膜。
当测量隔膜是硅时,由于硅可以处理更高的压力,喷嘴中的孔开口可以相对大从而压力峰值可以通过阻尼室,因此系统中出现的压力峰值并不是实际问题。然而,最好是气穴现象仅在阻尼室外,因此当气穴现象产生时,喷嘴防止流动介质流出阻尼室,保护密封隔膜免受流动介质返回以填充气穴的影响。如果使用钢或者类似材料的测量隔膜,喷嘴中的孔开口可以更小以抑制压力峰值。
流动介质可以例如是水、氨、制冷剂、油等。
附图说明
以下,参照附图,进一步详细地描述本发明的优选实施例,其中:
图1显示了现有技术的压力传感器;
图2显示了具有喷嘴的限制元件;
图3显示了限制元件的横截面,横截面以图2中的垂直线标出;
图4显示了从上方观察的限制元件;
图5显示了安装在外壳中压力元件上的限制元件;
图6显示了安装有限制元件的压力传感器的压力元件;和
图7是图6中的压力传感器的三维视图。
具体实施方式
图1是现有技术的压力传感器1,该压力传感器1包括具有流体入口通道18和室20的外壳17。室中安装有压力元件8。压力元件8包括具有传感器元件16的外壳部分19和密封隔膜5。密封隔膜5覆盖凹部23,形成空腔9。包括支架10和硅(Si)传感器24的传感器元件16放置在空腔9中,通过粘合剂27紧固到外壳部分19。硅传感器24具有测量隔膜6。硅传感器连接到接合线12和馈通插脚13。馈通插脚由绝缘层15绝缘。密封隔膜5放置在外壳部分19和焊接支撑元件7之间。由于密封隔膜5太薄而不能无支撑地焊接,焊接支撑元件7被使用以在焊接期间支撑密封隔膜5,焊接留下焊接接头14。限制元件2位于入口通道18中。具有孔开口22的喷嘴4在限制部分2中。
图2显示了包括碗形盖25的限制元件2,该碗形盖具有凸缘26和喷嘴4。喷嘴形成孔开口22。限制元件2是焊接支撑元件7的整体部分。线A-A标明图3中所示的横截面21。
图3显示了具有碗形盖25的限制元件2的图2(A-A)中标明的横截面21,其具有凸缘26、喷嘴4和阻尼室3和焊接平面28。
图4显示了从上方观察的具有带凸缘26和喷嘴4的碗形盖25的限制元件2。
图5显示了压力传感器1,其具有位于压力元件8和流体入口通道18之间的室20中的限制元件2。在本实施例中,限制元件2是焊接支撑元件7的整体部分,该焊接支撑元件7在焊接期间支撑密封隔膜5,因此限制元件被紧固到外壳部分19。
图6显示了具有限制元件2的压力元件8,该限制元件2包括带有喷嘴4的盖25。限制元件2安装在压力元件8上,形成密封隔膜5前方的阻尼室3。喷嘴4被定位,从而流动(以箭头11标出)平行于密封隔膜5。空腔9和测量隔膜6位于密封隔膜5的后方,空腔9填充有密封介质、典型地油。测量隔膜6通常是硅压力传感器。限制元件2在接头14处焊接到密封隔膜5和外壳部分19。流体在密封隔膜5处产生的压力通过空腔9中的密封介质传递到测量隔膜6。测量到的压力然后通过接合线12和馈通插脚13从测量隔膜9传输。测量隔膜6是硅传感器24的一部分,并放置在支架10上,该支架10通过粘合剂27紧固到外壳部分19。
在图6中,图1中所见的焊接支撑元件7由限制元件2替代。除了压力元件8、尤其是密封隔膜5的功能外,对于在焊接过程中支撑密封隔膜,限制元件2具有与图1中的焊接支撑元件7相同的功能。
图7是图6中焊接支撑元件的三维视图。
由于限制元件2集成在焊接支撑元件7中,因此制造限制元件2并不给生产增加任何额外的成本。因此,通过与制造焊接支撑元件7相同的方式完成限制元件2的制造。
限制元件2形成密封隔膜5前方的阻尼室3。限制元件2中有喷嘴4,喷嘴4具有通入阻尼室3中的孔开口22,允许液体进入阻尼室3,并允许进入阻尼室3的瞬时压力传递到密封隔膜5。
限制元件2中的喷嘴4被制成为远离密封隔膜5指向。液体的流动将处于由箭头11所示大致平行于隔膜5的方向。由于喷嘴4的朝向远离密封隔膜5,流动的液体并不直接地撞击密封隔膜5;由于流动的朝向远离密封隔膜5,因此喷嘴4靠近密封隔膜5。对于像现有技术图1中的喷嘴4一样的直孔,存在在启动状态下因液体喷射而破坏密封隔膜5的风险,因此对于狭孔,图1中的喷嘴4必须距离隔膜相对长的距离,从而减少启动状态下液体喷射对室中充有空气的隔膜5破坏的风险。由于喷嘴4的朝向远离隔膜5,消除了液体喷射引起的启动破坏的风险,而不必对压力传感器的设计进行昂贵的修改。
通过将限制元件2放置在流体入口通道18和压力元件8之间,以其不会脱落的方式放置限制元件2,因为限制元件2大于流体入口通道18的直径。此外,由于限制元件2焊接到压力元件8并因此在一个操作中完成压力元件8和限制部分2的安装,更易于装配压力传感器1。
限制元件2中的喷嘴4布置在盖部分25中裂纹形压制凹部的区域中。喷嘴4可以通过简单的裂纹形冲压制成,长度大约1mm和高度0.1mm,制成横截面积为大约0.1mm2的孔开口。该形状同时产生大致平行于密封隔膜5的独特的流过。
压力传感器1中的压力感应带宽大于150Hz。由于密封隔膜5被限制部分2很好地保护,这是可能的。
Claims (12)
1.一种压力传感器(1),包括:
具有流体入口通道(18)和室(20)的外壳(17),
布置在所述室(20)中的压力元件(8),
具有孔开口(22)的限制元件(2),
其特征在于,所述限制元件(2)布置在所述室(20)内并位于所述压力元件(8)和所述流体入口通道(18)之间。
2.根据权利要求1所述的压力传感器,其特征在于,所述限制元件(2)紧固到所述室(20)的壁部分。
3.根据权利要求1所述的压力传感器,其特征在于,所述限制元件(2)紧固到所述压力元件(8)。
4.根据权利要求3所述的压力传感器,所述传感器进一步包括焊接支撑元件(7),其特征在于,所述限制元件(2)与所述焊接支撑元件(7)一体地形成。
5.根据权利要求1-4所述的压力传感器,其特征在于,所述限制元件(2)包括碗形盖(25)和凸缘(26)。
6.根据权利要求5所述的压力传感器,其特征在于,所述限制元件(2)形成所述压力元件(8)前方的阻尼室(3)。
7.根据权利要求6所述的压力传感器,所述传感器进一步包括密封隔膜(5),其特征在于,从所述孔开口(22)的流动方向(11)朝向远离所述密封隔膜(5)。
8.根据权利要求7所述的压力传感器,其特征在于,从所述孔开口(22)的流动方向(11)朝向大致平行于所述密封隔膜(5)。
9.根据权利要求7或8所述的压力传感器,其特征在于,所述孔开口(22)由喷嘴(4)形成。
10.根据权利要求9所述的压力传感器,其特征在于,所述喷嘴(4)布置在所述盖部分(25)中裂纹形冲压凹部的区域中。
11.根据权利要求10所述的压力传感器,其特征在于,所述孔开口(22)的横截面积是大约0.1mm2。
12.根据权利要求11所述的压力传感器,其特征在于,所述压力感应带宽大于150Hz。
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