CN101680814A - 具有多孔电介质隔膜的静电压力传感器 - Google Patents

具有多孔电介质隔膜的静电压力传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN101680814A
CN101680814A CN200880020495A CN200880020495A CN101680814A CN 101680814 A CN101680814 A CN 101680814A CN 200880020495 A CN200880020495 A CN 200880020495A CN 200880020495 A CN200880020495 A CN 200880020495A CN 101680814 A CN101680814 A CN 101680814A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
electrode
barrier film
pressure transducer
transducer according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200880020495A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101680814B (zh
Inventor
斯瓦潘·查克拉波尔迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosemount Inc
Original Assignee
Rosemount Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosemount Inc filed Critical Rosemount Inc
Publication of CN101680814A publication Critical patent/CN101680814A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101680814B publication Critical patent/CN101680814B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0005—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0044—Constructional details of non-semiconductive diaphragms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明公开了一种压力传感器(10)，所述压力传感器(10)包括：容纳处于第一压力下的填充流体(14)的第一压力室(12)；容纳处于第二压力的填充流体(14)的第二压力室(13)；多孔电介质隔膜(11)，所述多孔电介质隔膜具有暴露给第一和第二压力室(12，13)的第一和第二主要表面(15，16)；和关于第一和第二主要表面(15，16)定位的第一和第二电极(19A，19B，20A，20B)。本发明还公开了一种用于检测压力的方法，所述方法包括以下步骤：将第一和第二压力施加到具有多孔电介质隔膜(11)的压力传感器(10)的第一和第二压力室(12，13)；和产生表征作为多孔电介质隔膜(11)的第一和第二主要表面(15，16)上的表面电荷的函数的压力之间的压差的输出。

Description

具有多孔电介质隔膜的静电压力传感器
技术领域
本发明总体涉及压力检测，并且具体地涉及经由通过多孔电介质隔膜的液体流的静电效应进行的压力检测。
背景技术
准确、可靠的压力测量对许多行业是重要的，不仅包括流化过程，而且涉及保健、农业、运输、建筑及其它领域。无论在微应用流体学及其它流动过程或化学、生物学、工程学、和材料科学的更宽领域中，精确的压力传感器对基本科学研究也是关键的。
现有的压力检测技术从传统的弹簧式压力计延伸到先进的微机械传感器、电容型静电压力传感器和半导体压阻或压电传感器。这些装置用于上述行业中的各种具体应用。尽管如此，仍然继续需要一种在宽的操作范围上显示有益测量敏感度的可靠、成本有效的压力传感器。此外，尤其需要对温度极限、振动及其它环境影响相对不敏感、并且与应力、应变和疲劳度及表征现有技术的其它力学限制相对无关的技术。
发明内容
静电压力检测装置包括第一和第二压力室、多孔电介质隔膜、第一和第二电极和填充流体。多孔电介质隔膜将第一和第二压力室分开，使得隔膜的第一主要表面被暴露给第一压力室，而第二主要表面被暴露给第二压力室。第一电极相对于隔膜的第一主要表面定位，而第二电极相对于第二主要表面定位。
填充流体填充第一和第二压力室并且渗入多孔电介质隔膜。压力室受到第一和第二压力，使得填充流体响应于两个压力之间的差而在隔膜上流动。这在第一和第二电极上产生电信号，所述电信号是压差的函数。所述信号基本上取决于填充流体和多孔电介质隔膜的分子性质，并且基本上与隔膜的诸如对应力和应变的响应的机械特性无关。
还公开了一种用于测量多孔电介质隔膜上的压力方法。所述方法包括以下步骤：将压力施加到压力传感器的第一和第二压力室中的填充流体，并且产生表征作为多孔电介质隔膜的第一和第二主要表面的表面电荷的函数的压力之间的压差的输出。
附图说明
图1A是在使用接触电极的实施例中的、具有多孔电介质隔膜的差压传感器的示意性横截面图；
图1B是在使用平行间隔开的电极的实施例中的、图1A中的差压传感器的示意性横截面图；
图2是图1A中的受到不平衡压力条件的差压传感器的示意性横截面图；
图3A是在使用接触电极的实施例中的、用于在多孔电介质隔膜上测量压力感生电压信号的电路的示意图；
图3B是在使用平行间隔开的电极的实施例中、图3A中的电路的示意图；
图4是用于测量多孔电介质隔膜上的压力感生电流信号的电路的示意图；
图5是用于测量多孔电介质隔膜上的压力感生电压和电流信号的电路的示意图；
图6是用于测量被替换的多孔电介质隔膜上的电容压力修正量的电路的示意图；
图7A是在表压检测实施例中的、图1A的压力传感器的示意性横截面图；
图7B是在绝对压力检测实施例中的、图1A的压力传感器的示意性横截面图。
具体实施方式
图1A是具有多孔电介质隔膜11的压力传感器10的示意性横截面图。压力传感器10包括多孔电介质隔膜11、第一压力室12、第二压力室13和填充流体14。在图1A的实施例中，压力传感器10使用接触电极19A和20A。
多孔电介质隔膜11包括具有高流动系数的刚性电介质材料。隔膜11具有暴露给第一压力室12的第一主要表面15和暴露给第二压力室13的第二主要表面16。在一个实施例中，多孔电介质隔膜11可以是多孔超薄硅膜。在其它实施例中，多孔电介质隔膜11可以是由从第一主要表面15穿过隔膜到第二主要表面16的毛细管通道表征的多孔聚合物膜、多孔陶瓷隔膜或多孔熔凝硅石隔膜。多孔电介质隔膜11还可以包括碳纳米管的多孔薄膜隔膜、碳纳米纤维的多孔薄膜隔膜或多孔碳纳米管垫。在其它实施例中，多孔电介质隔膜11可以是包括以上材料的组合的复合多孔电介质隔膜。
第一压力室12在承受第一压力P1的第一压力壁17与隔膜11的第一主要表面15之间延伸。第二压力室13在承受第二压力P2的第二压力壁18与隔膜11的第二主要表面16之间延伸。在图1A的实施例中，第一压力P1和第二压力P2是动态线性压力，并且压力传感器10是差压(DP)传感器。
接触电极19A和20A由导电材料构成，并且被定位成使得第一接触电极19A接触隔膜的第一主要表面15，而第二接触电极20A接触第二主要表面16。如图1A中所示，接触电极19A和20A与隔膜11相比可以相对较小，并且填充流体14可以在电极周围流动。电极还可以包括允许填充流体流动的孔或孔隙。可选地，接触电极19A和20A可以形成围绕隔膜11的框架，接触隔膜最近周边并且留出用于填充流体14流动的暴露的中心区。
填充流体14填充第一压力室12和第二压力室13，并且渗入在第一主要表面15与第二主要表面16之间的多孔电介质隔膜11。在一个实施例中，填充流体14可以是诸如离子溶液的电解流体。在其它实施例中，填充流体14可以是极性流体或极性溶液。在另一个实施例中，填充流体14可以是包括非极性分散相(例如油)和极性或电解分散相(例如离子颗粒或极性颗粒)的流体胶体。填充流体14还可以是诸如液体的相对不可压缩流体，或者填充流体14可以是诸如气体的相对可压缩流体。
图1B是在使用平行间隔开的电极19B和20B的实施例中的、差压传感器10的示意性横截面图。在这种实施例中，第一平行电极19B被定位成大致平行于多孔电介质隔膜11，并与第一主要表面15间隔开。第二平行电极20B也被定位成大致平行于隔膜11，并与第二主要表面16间隔开。在其它方面，图1B中实施的压力传感器10的元件与图1A的实施例的相同。
图1B示出了平行间隔开的电极19B和20B的各种可能的几何结构和位置。与多孔电介质隔膜11相比，电极19B和20B可以相对较小，电极19B和20B可以形成隔膜的框架，或者电极19B和20B可以在尺寸和面积上与隔膜相当。电极19B和20B还可以与隔膜的主要表面间隔开，使得所述电极接触第一压力壁17和第二压力壁18，或者可选地，所述电极可以与主要表面和压力壁两者间隔开。
如图1A或图1B中所示，在压力传感器10的DP实施例的操作中，第一压力室12受到动态线性压力P1，而第二压力室13受到动态线性压力P2。差压ΔP是两个线性压力之间的差，即，ΔP＝P1-P2。图1A和图1B表示平衡压力情况，使得P1＝P2，并且差压ΔP为零(ΔP＝0)。在这种情况下，没有净流量通过多孔电介质隔膜11的填充流体14，并且在电极上没有感生电势信号。
图2是具有多孔电介质隔膜11的、受到非平衡压力情况的压力传感器10的示意性横截面图。图2显示了使用接触电极19A和20A的实施例，但是压力传感器10也可以使用如上所述的平行间隔开的电极19B和20B，或者可以使用接触电极和平行间隔开的电极的组合。
图2示出了非平衡情况P1＞P2，使得压差为正，即，ΔP＞0。在这种情况下，填充流体14在流动箭头21的方向上具有从多孔电介质隔膜11的第一主要表面15到第二主要表面16的净流量。
通过多孔电介质隔膜11的填充流体14的流动产生流动电流，所述流动电流是可以被表征为反向电渗透的过程的结果。在标准电渗透(也被成为“电渗”或“电内渗”)中，通过施加电场使液体流穿过多孔膜或通过毛细管。流体通常为包括溶剂和离子溶质(例如盐)的电解流体，但是该过程也可适用于诸如水的极性流体或者适用于包括电解分散相或极性分散相的流体胶体。
在这里公开的新技术中，电渗透过程被反向。即，流动产生电势，而不是电势产生流动。流动又由施加的压差产生，所述压差可以作为感生电势的函数被测量。
标准电渗透和反向电渗透都由隔膜与填充流体的极性或离子组分之间的表面相互作用产生。通常，诸如多孔硅膜的多孔熔凝硅石隔膜当与填充流体接触时获得净负表面电荷。这种表面电荷优先地吸引电解填充流体中的带正电离子(阳离子)，或者可选地，吸引包括偶极子组分的填充流体的正极。这在填充流体内产生带电的边界层，所述边界层沿着隔膜内的各种多孔表面定向。边界层具有由德拜(Debye)长度表征的厚度，对于典型的填充流体来说，所述厚度属于纳米(nm)或微米(μm)的分数一类。
带电边界层包括相对于多孔表面固定的腹层和可移动的扩散层。当在隔膜上施加外部静电势时，所述外部静电势在扩散层内产生流动。在通常所述的滑流电渗透过程中，扩散层一起拖曳大部分流体。
在包括例如不需要移动部件的电渗透泵的各种各样的微流体应用中使用滑流电渗透。然而，与现有技术相反，这里公开的新技术没有施加产生滑流电渗透的外部电势。相反，填充流体14响应于施加的压差ΔP流动通过多孔电介质隔膜11。这在扩散层内产生流动电流，从而在隔膜上生成电势差。因此，流动产生电势，而不是周围其它的方式。
流动电流流动直到电势达到与施加的差压ΔP相对应的重新建立压力平衡的水平。可以被表征为反向电渗透势的最终电势等于(在“标准”电渗透中)获得压差ΔP所需要的外加电势。这允许由多孔电介质隔膜11的主要表面15和16上的电势差的测量值确定ΔP。
图3A是用于使用接触电极19A和20A测量多孔电介质隔膜11上的压力感生电势信号ΔV的电路30的示意图。在此实施例中，电路30包括第一接触电极19A、第二接触电极20A、电压表31和集成电压表电路32。
第一接触电极19A接触隔膜11的第一主要表面15，而第二接触电极20A接触第二主要表面16。电压表31连接在接触电极19A和20A上，并且具有连接到集成电路32的输出。
电路30对通过多孔隔膜11上的填充流体14的流动的压差ΔP敏感，在图3A中，所述流动具有箭头21的流动方向。总体流动在沿着隔膜11的多孔表面的扩散带电层内产生流动电流，产生如上所述的反向电渗透势。反向电渗透电势在隔膜的主要表面15和16上产生表面电荷，且接触电极19A和20A响应于表面电荷。这产生电势信号ΔV，电势信号由电压表31测量。
通常，反向电渗透电势的极性表示流动方向。这依次表示隔膜的哪一个主要表面受到更大的压力。例如，在图3A中所示的实施例中，带电边界层具有反映多孔电介质隔膜上的负表面电荷的正极性。这产生沿着箭头21的方向流动的正流动电流。在这种情形下，对于在图2中由P1＞P2限定的正压差来说，ΔV因此具有正极性。其它实施例可以提供电势信号ΔV的极性与压差ΔP之间不同的关系，但是所述极性和所述压差将保持一对一对应。
集成电压表电路32包括电压放大器和模拟到数字转换器(A/D)。电压放大器放大电压表31的输出，而A/D将电压放大器的输出数字化。在一个实施例中，输出是差分信号，电压放大器是差分电压放大器，而A/D是快闪式A/D。在其它实施例中，这些元件可以采取其它形成。集成电压表电路32还可以包括锁存A/D的输出的锁存器。
在电势信号ΔV可以达到大约五伏或更高的实施例中，集成电压表电路32还可以包括电压绝缘单元，所述电压绝缘单元包括至少一个电压绝缘电容器。在此实施例中，电压放大器可以具有小于1的放大系数。
图3B是用于使用平行间隔开的电极19B和20B测量多孔电介质隔膜11上的压力感生电势信号ΔV的电路30的示意图。在此实施例中，电路30包括第一平行间隔开的电极19B、第二平行间隔开的电极20B、电压表31和集成电压表电路32。
在图3B的实施例中，平行电极19B和20B与多孔电介质隔膜11的主要表面15和16间隔开。反向电渗透势使多孔电介质隔膜11极化，产生在第一主要表面15上的边界表面电荷和在第二主要表面16上的大致相等但相反的边界表面电荷。在平行间隔开的电极上，边界表面电荷产生大致相等但相对自由的表面电荷或镜象电荷。这产生与压差ΔP相对应的电势信号ΔV。然而，要注意的是在此实施例中，如图3A中所示，ΔV的极性可以相对于从接触电极19A和20A获得的极性相反。
电路30的各种实施例说明了压力传感器10的多个固有优点。反向电渗透势允许压力传感器10在第一压力室12与第二压力室13之间近似压力平衡的情况下操作，使得多孔电介质隔膜11基本上不变形。因此，电势信号基本上与隔膜11的弹性无关，并且压力传感器10不受现有技术中的基于机械压力传感器的特征局限性的影响。
压力传感器10还对振动及其它环境影响具有抵抗，并且没有显示明显的滞后现象。这是因为电势信号ΔV与压差ΔP之间的关系主要取决于分子特性，而不是取决于机械特性。这些特性包括填充流体14的粘度和电容率、多孔电介质隔膜11的电介质常数和带电边界层的特征Z电位。这些特性基本上不取决于振动或滞后现象。
此外，多孔电介质隔膜11可以具有高流动性恒定电势和高电介质击穿电势，从而提供在较宽的压力范围内对快速动态压力变化具有敏感度的压力传感器10。还可以选择填充流体14和多孔电介质隔膜，使得相关分子特征在从大约-40C到大约+85C的较宽的环境范围内对温度波动最小化地敏感。此实施例在有效成本包中设置具有高操作寿命的精确、稳定的压力指示器，不需要新的生产线技术，并且在压力、温度及其它环境条件的较宽范围内是可靠的。
图4是用于测量多孔电介质隔膜11上的压力感生电流信号I1和I2的电路40的示意图。电路40包括接触电极19A和20A、平行间隔开的电极19B和20B、第一电流表41、第二电流表42、集成电流表电路43和任选的电势供应部44。
接触电极19A和20A相对于图1A进行说明，而平行间隔开的电极19B和20B相对于图1B进行说明。第一电流表41在接触电极19A与平行间隔开的电极19B之间测量第一电信号I1，而第二电流表42在接触电极20A与平行间隔20B之间测量第二电信号I2。电流表41和42具有连接到集成电流表电路43的输出。
集成电流表电路43包括电流放大器、A/D、并且任选地包括控制电势供应部44的可变电势控制器。电流放大器放大来自电流表41和42的电流信号，并且A/D将电流放大器的输出数字化。在一个实施例中，电流放大器是超低输入电流放大器，而A/D是快闪式A/D。集成电流表电路43还可以包括锁存快闪式A/D的输出的锁存器。
在电路40中，电流信号I1和I2部分地取决于接触电极19A和20A上的电势。在没有任选的电势供应部44的实施例中，因为接触电极19A和20A与多孔电介质隔膜11的主要表面15和16接触，因此这近似为反向电渗透电势。因此，在此实施例中，压差ΔP大致是I1和I2的函数。
在可选的实施例中，任选的电势供应部44可以用于在接触电极19A和20A上施加可变电势Vi，这种电流信号I1和I2被近似最小化。在此实施例中，减少来自接触电极19A和20A的电荷漏泄，并且差压ΔP可以基本上是可变电势Vi的函数。此实施例提供了适用于静态或稳态压力的压力测量。可变电势Vi还可以通过集成电流表电路43被动态地控制，提供对可变压差的敏感度。
还可以施加可变电势Vi，使得电流信号I1和I2不被最小化。在此实施例中，电流信号I1和I2提供在多孔电介质隔膜11的每一侧上的填充流体14的电阻率的独立测量值。对于填充流体14是诸如气体的可压缩流体来说，电阻率取决于为压力的函数的密度。此实施例对稳态和可变压差两者都敏感，并且通过单独的压力P1和P2提供差压ΔP的测量值。
图5是用于测量多孔电介质隔膜11上的压力感生电势信号ΔV和压力感生电流信号I1和I2的电路50的示意图。电路50包括第一和第二接触电极19A和20A、第一和第二平行间隔开的电极19B和20B、电压表31和第一和第二电流表41和42。电路50还包括集成电流/电压电路51，所述集成电流/电压电路依次包括图3A的集成电压表电路32和图4的集成电流表电路43。
电路50是通用电路，在所述通用电路中可以测量电势信号ΔV和电流信号I1和I2。电路50保持电路30和40的固有的优点，并且提供动态和稳态压差两者的可靠、精确和灵敏测量。
图6是用于测量移动多孔电介质隔膜11上的电容压力校正量的电路60的示意图。电路60包括接触电极19A和20A、平行间隔开的电极19B和20B和电容校正电压表61和62。
图6示出了动态压差可以使隔膜11从其平衡位置(由虚线所示)移动的情形。通常，任何这种位移较小。此外，当填充流体在多孔电介质隔膜11上扩散时，所述位移可以减小，从而重新建立压力平衡。然而，压力传感器10不限于在隔膜根本没有经历偏转中应用，并且如果这种偏转发生，可以使用诸如电路60的电路对其进行校正。
隔膜11的任何位移将改变电极19A与19B之间的电容间隔d1和电极20A与20B之间的间隔d2。这将依次在连接到集成电压表电路31的电容校正电压表61和62中产生信号。在此实施例中，集成电压表电路31包括另外的电子元件，所述电子元件被构造成根据这些电容信号校正压力测量值。电路60可以结合如上所述的电路30、40或50中的任一个使用，或者电路60可以独立地使用。
图7A是在表压(GP)检测实施例中的压力传感器10的示意性横截面图。如上所述，压力传感器10包括多孔电介质隔膜11、第一压力室12、第二压力室13和填充流体14，并且可以使用如图所示的接触电极19A和20A或另一种电极结构。
与图1A的DP实施例相反，图7A的GP实施例具有第二压力室13，所述第二压力室受到参考压力P0而不是线性压力P2。因此，GP实施例测量Pg＝P1-P0的表压，而不是测量ΔP＝P1-P2的差压。在其它方面，GP实施例保持DP实施例的优点，并且可以与上述各种电路中的任一个一起使用。
在一个GP实施例中，参考压力P0是大气压力，而表压Pg是标准表压。在其它实施例中，参考压力P0可以是另一种外界压力，或另一种环境压力。压力传感器10的GP实施例还可以是密封的压力传感器实施例。
图7B是在绝对压力(AP)检测实施例中的压力传感器10的示意性横截面图。AP实施例与DP和GP实施例的不同在于第二压力室13受到Pv≈0的真空压力。因此，AP实施例测量Pa≈P1的绝对压力，而不是差压ΔP或表压Pg。在其它方面中，AP实施例具有如上所述的DP和GP实施例的优点。
在图7B的AP实施例的操作中，第二压力室13可以受到填充流体14的汽化作用，使得与绝对真空压力相反，Pv可以是蒸汽压力。在这种情况下，填充流体14在整个操作温度范围内可以显示较小的蒸汽压力，使得蒸汽压力与绝对真空压力之间的差较小。可选地，AP实施例可以包括真空泵以在第二压力室13内保持较低压力，或包括冷却元件以降低填充流体14的蒸汽压力。
这里公开的结构和功能细节和所使用的具体术语是出于说明的目的，而不是限制性目的。虽然已经参照优选的实施例说明了本发明，但是本领域的技术人员将认识到在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对形式和细节进行改变。

Claims (29)

1.一种压力传感器，包括：
第一压力室，所述第一压力室容纳处于第一压力的填充流体；
第二压力室，所述第二压力室容纳处于第二压力的填充流体；
多孔电介质隔膜，所述多孔电介质隔膜具有暴露于所述第一压力室的第一主要表面和暴露于所述第二压力室的第二主要表面；
第一电极，所述第一电极相对于所述第一主要表面定位；和
第二电极，所述第二电极相对于所述第二主要表面定位。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，每一个电极都接触所述隔膜的主要表面。
3.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，每一个电极都被定位成大致平行于所述隔膜，并与所述隔膜的主要表面间隔开。
4.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，通过所述隔膜的主要表面上的电势在所述电极上产生电势信号。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其中，所述主要表面上的电势是反向电渗透电势。
6.根据权利要求4所述的压力传感器，其中，所述电势具有指示所述第一压力和所述第二压力中较大的一个的极性。
7.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述多孔电介质隔膜包括多孔超薄隔膜、多孔聚合物膜、或多孔熔凝硅石隔膜中的一个或多个。
8.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述多孔电介质隔膜包括碳纳米管的多孔薄膜、碳纳米纤维的多孔薄膜或多孔碳纳米管垫中的一个或多个。
9.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述填充流体是极性流体。
10.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述填充流体是电解溶液。
11.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述填充流体是包括非极性分散相和电解分散相或极性分散相中的一个的流体胶体。
12.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述第一压力和所述第二压力是动态线性压力。
13.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述第一压力是动态线性压力，而所述第二压力是参考压力。
14.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述第一压力是动态线性压力，而所述第二压力是真空压力。
15.一种压力传感器，包括：
第一压力室；
第二压力室；
多孔电介质隔膜，所述多孔电介质隔膜将在所述隔膜的第一主要表面处的所述第一压力室与在所述隔膜的第二主要表面处的所述第二压力室分开；
第一电极，所述第一电极对应于在所述隔膜的第一主要表面上的第一表面电荷；
第二电极，所述第二电极对应于在所述隔膜的第二主要表面上的第二表面电荷；和
填充流体，所述填充流体响应所述第一压力与所述第二压力之间的压差而流动通过所述隔膜。
16.根据权利要求15所述的压力传感器，其中，所述表面电荷表征所述隔膜的主要表面上的反向电渗透电势。
17.根据权利要求15所述的压力传感器，还包括电压表，所述电压表测量所述第一电极和所述第二电极上的电势信号。
18.根据权利要求15所述的压力传感器，其中，每一个电极都接触所述隔膜的主要表面。
19.根据权利要求18所述的压力传感器，还包括第一平行间隔开的电极和第二平行间隔开的电极，其中，每一个平行间隔开的电极都被定位成大致平行于所述隔膜，并且与所述隔膜的主要表面间隔开。
20.根据权利要求19所述的压力传感器，还包括：
第一电流表，所述第一电流表测量所述第一电极与所述第一平行间隔开的电极之间的第一电流信号；和
第二电流表，所述第二电流表测量所述第二电极与所述第二平行间隔开的电极之间的第二电流信号。
21.根据权利要求20所述的压力传感器，还包括电势供应部，所述电势供应部在所述第一电极和所述第二电极上提供可变电势。
22.根据权利要求21所述的压力传感器，其中，所述可变电势近似地最小化所述电流信号。
23.根据权利要求19所述的压力传感器，还包括：
第一电容校正电压表，所述第一电容校正电压表测量所述第一电极与所述第一平行间隔开的电极上的电容信号；和
第二电容校正电压表，所述第二电容校正电压表测量所述第二电极与所述第二平行间隔开的电极上的电容信号。
24.一种用于检测压力的方法，所述方法包括以下步骤：
将第一压力和第二压力施加到在具有多孔电介质隔膜的压力传感器的第一压力室和第二压力室中的填充流体上；以及
产生表征作为所述多孔电介质隔膜的第一主要表面和第二主要表面上的表面电荷的函数的所述第一压力与所述第二压力之间的压差的输出。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述施加第一压力和第二压力的步骤包括以下步骤：
施加动态线性压力、参考压力或真空压力中的一个或多个。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述产生输出的步骤包括以下步骤：
检测相对于所述多孔电介质隔膜的所述第一主要表面和所述第二主要表面定位的第一电极和第二电极上的电势信号。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述产生输出的步骤包括以下步骤：
检测第一接触电极与第一平行间隔开的电极之间的第一电流信号和第二接触电极与第二平行间隔开的电极之间的第二电流信号。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述产生输出的步骤还包括以下步骤：
在所述第一接触电极和所述第二接触电极上施加可变电势。
29.根据权利要求24所述的方法，其中，所述产生输出的步骤包括以下步骤：
检测第一接触电极与第一平行间隔开的电极之间的第一电容信号和第二接触电极与第二平行间隔开的电极之间的第二电容信号。
CN2008800204957A 2007-05-16 2008-05-14 具有多孔电介质隔膜的静电压力传感器 Active CN101680814B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/803,971 US8079269B2 (en) 2007-05-16 2007-05-16 Electrostatic pressure sensor with porous dielectric diaphragm
US11/803,971 2007-05-16
PCT/US2008/006105 WO2008143842A1 (en) 2007-05-16 2008-05-14 Electrostatic pressure sensor with porous dielectric diaphragm

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101680814A true CN101680814A (zh) 2010-03-24
CN101680814B CN101680814B (zh) 2012-08-08

Family

ID=40026176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800204957A Active CN101680814B (zh) 2007-05-16 2008-05-14 具有多孔电介质隔膜的静电压力传感器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8079269B2 (zh)
EP (1) EP2153191A4 (zh)
JP (1) JP5432129B2 (zh)
CN (1) CN101680814B (zh)
WO (1) WO2008143842A1 (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103148976A (zh) * 2011-12-06 2013-06-12 罗斯蒙德公司 用于压力变送器的改进的铁磁流体填充流体
CN103868631A (zh) * 2012-12-10 2014-06-18 黑龙江彩格工业设计有限公司 新型弹性压力传感器及其使用方法
CN104949790A (zh) * 2014-03-31 2015-09-30 英飞凌科技股份有限公司 动态压力传感器
CN105559941A (zh) * 2015-12-12 2016-05-11 西安交通大学 测量全牙列动态啮合的凝胶薄膜阵列式电容传感器及方法
CN105699009A (zh) * 2014-11-25 2016-06-22 中国科学院沈阳自动化研究所 基于差值比较技术电容式压力传感器故障诊断系统和方法
CN106168514A (zh) * 2016-08-28 2016-11-30 桂林市晶准测控技术有限公司 一种压力传感装置
CN108140507A (zh) * 2015-10-21 2018-06-08 汉莎技术有限公司 用于测试温度补偿的、压力梯度控制的压力开关的方法及设备
CN110006577A (zh) * 2019-04-22 2019-07-12 王久钰 压强传感器、压强测量系统以及压强测量方法
CN110998885A (zh) * 2017-08-08 2020-04-10 德克萨斯仪器股份有限公司 压电感测装置和方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8680751B2 (en) * 2010-12-02 2014-03-25 Georgia Tech Research Corporation Hybrid nanogenerator for harvesting chemical and mechanical energy
JP5576331B2 (ja) * 2011-03-31 2014-08-20 アズビル株式会社 圧力センサ装置
US10067007B2 (en) 2015-09-02 2018-09-04 Oculus Vr, Llc Resistive-capacitive deformation sensor
US9816799B2 (en) 2015-12-18 2017-11-14 Oculus Vr, Llc Embroidered strain sensing elements
US20190064022A1 (en) * 2016-02-25 2019-02-28 Inficon ag Capacitive vacuum measuring cell having a multi-electrode
US11371899B2 (en) 2018-05-17 2022-06-28 Rosemount Inc. Measuring element with an extended permeation resistant layer
GB2576036A (en) * 2018-08-02 2020-02-05 Airbus Operations Ltd Refuelling system
US20220305181A1 (en) * 2021-03-23 2022-09-29 Nephria Bio, Inc. Systems, devices, and methods for continuous ambulatory renal replacement therapy
DE102023102380A1 (de) 2023-02-01 2024-08-01 Festo Se & Co. Kg Sensoranordnung zur Durchflussmessung für einen Fluidstrom und Verfahren zur Durchflussmessung für einen Fluidstrom in einem Fluidkanal

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3424953A (en) * 1966-02-02 1969-01-28 Gen Electric Electrokinetic transducer with ion scavenging
US3814998A (en) * 1973-05-18 1974-06-04 Johnson Service Co Pressure sensitive capacitance sensing element
IT1033473B (it) 1975-03-06 1979-07-10 Oronzio De Nora Impianti Materiale composito per diaframma e procedimento per ottenerlo
JPS5829862B2 (ja) * 1977-05-14 1983-06-25 富士電機株式会社 圧力測定装置
IT1110461B (it) 1978-03-01 1985-12-23 Oronzio De Nora Impianti Membrane anioniche costituite da copolimeri di (2) o (4)-vinilpiridina con divinilbenzene o con monomeri vinilici alogenati
AU5809180A (en) * 1979-05-16 1980-11-20 Chloride Silent Power Ltd. Fluid pressure measurement
US4311566A (en) 1980-07-30 1982-01-19 Ppg Industries, Inc. Electrolyte permeable diaphragm
US4606805A (en) 1982-09-03 1986-08-19 The Dow Chemical Company Electrolyte permeable diaphragm and method of making same
US4645572A (en) * 1985-02-23 1987-02-24 Ngk Insulators, Ltd. Method of determining concentration of a component in gases and electrochemical device suitable for practicing the method
JPH0487466U (zh) * 1990-11-30 1992-07-29
JP2649445B2 (ja) * 1991-06-11 1997-09-03 日本特殊陶業株式会社 感圧素子
US5561247A (en) 1993-03-30 1996-10-01 Honda Motor Co., Ltd. Pressure sensor
JPH07253411A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Ngk Insulators Ltd 一酸化炭素センサ及び一酸化炭素濃度の検出方法
US5705751A (en) * 1995-06-07 1998-01-06 Setra Systems, Inc. Magnetic diaphragm pressure transducer with magnetic field shield
US6720710B1 (en) 1996-01-05 2004-04-13 Berkeley Microinstruments, Inc. Micropump
US6013164A (en) 1997-06-25 2000-01-11 Sandia Corporation Electokinetic high pressure hydraulic system
US6019882A (en) 1997-06-25 2000-02-01 Sandia Corporation Electrokinetic high pressure hydraulic system
US6277257B1 (en) 1997-06-25 2001-08-21 Sandia Corporation Electrokinetic high pressure hydraulic system
US6012902A (en) 1997-09-25 2000-01-11 Caliper Technologies Corp. Micropump
EP1109594B1 (en) 1998-08-31 2004-10-27 Johnson & Johnson Consumer Companies, Inc. Electrotransport device comprising blades
US6295875B1 (en) * 1999-05-14 2001-10-02 Rosemount Inc. Process pressure measurement devices with improved error compensation
US6370959B1 (en) * 1999-12-21 2002-04-16 Visteon Global Tech., Inc. Fuel pressure sensor
JP3932302B2 (ja) * 2000-12-27 2007-06-20 独立行政法人産業技術総合研究所 圧力センサ
AUPR340701A0 (en) 2001-02-27 2001-03-22 Life Therapeutics Limited Polymeric membranes and uses thereof
US7259573B2 (en) * 2001-05-22 2007-08-21 Atrua Technologies, Inc. Surface capacitance sensor system using buried stimulus electrode
DE10130373B4 (de) * 2001-06-23 2006-09-21 Abb Patent Gmbh Kapazitiver Differenzdrucksensor
CA2353243C (en) 2001-07-18 2009-07-07 Robert Ralph Robbins Building levelling system
US7081189B2 (en) 2001-12-18 2006-07-25 Massachusetts Institute Of Technology Microfluidic pumps and mixers driven by induced-charge electro-osmosis
US7021148B2 (en) * 2002-04-30 2006-04-04 Baxter International Inc. Apparatus and method for sealing pressure sensor membranes
US7010964B2 (en) 2002-10-31 2006-03-14 Nanostream, Inc. Pressurized microfluidic devices with optical detection regions
US7094326B2 (en) 2002-12-24 2006-08-22 Sandia National Laboratories Electrodes for microfluidic applications
US7073375B2 (en) * 2004-07-02 2006-07-11 Honeywell International Inc. Exhaust back pressure sensor using absolute micromachined pressure sense die
US7222639B2 (en) 2004-12-29 2007-05-29 Honeywell International Inc. Electrostatically actuated gas valve
US7181975B1 (en) * 2005-09-13 2007-02-27 Honeywell International Wireless capacitance pressure sensor
US7437938B2 (en) * 2007-03-21 2008-10-21 Rosemount Inc. Sensor with composite diaphragm containing carbon nanotubes or semiconducting nanowires

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103148976A (zh) * 2011-12-06 2013-06-12 罗斯蒙德公司 用于压力变送器的改进的铁磁流体填充流体
CN103148976B (zh) * 2011-12-06 2016-12-21 罗斯蒙特公司 用于压力变送器的改进的铁磁流体填充流体
CN103868631A (zh) * 2012-12-10 2014-06-18 黑龙江彩格工业设计有限公司 新型弹性压力传感器及其使用方法
CN104949790A (zh) * 2014-03-31 2015-09-30 英飞凌科技股份有限公司 动态压力传感器
US10393606B2 (en) 2014-03-31 2019-08-27 Infineon Technologies Ag Dynamic pressure sensor
CN105699009B (zh) * 2014-11-25 2018-07-13 中国科学院沈阳自动化研究所 基于差值比较技术电容式压力传感器故障诊断系统和方法
CN105699009A (zh) * 2014-11-25 2016-06-22 中国科学院沈阳自动化研究所 基于差值比较技术电容式压力传感器故障诊断系统和方法
CN108140507A (zh) * 2015-10-21 2018-06-08 汉莎技术有限公司 用于测试温度补偿的、压力梯度控制的压力开关的方法及设备
CN105559941A (zh) * 2015-12-12 2016-05-11 西安交通大学 测量全牙列动态啮合的凝胶薄膜阵列式电容传感器及方法
CN106168514A (zh) * 2016-08-28 2016-11-30 桂林市晶准测控技术有限公司 一种压力传感装置
CN110998885A (zh) * 2017-08-08 2020-04-10 德克萨斯仪器股份有限公司 压电感测装置和方法
CN110998885B (zh) * 2017-08-08 2023-11-24 德克萨斯仪器股份有限公司 压电感测装置和方法
CN110006577A (zh) * 2019-04-22 2019-07-12 王久钰 压强传感器、压强测量系统以及压强测量方法
CN110006577B (zh) * 2019-04-22 2020-08-28 王久钰 压强传感器、压强测量系统以及压强测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2153191A4 (en) 2014-01-22
US8079269B2 (en) 2011-12-20
US20080282806A1 (en) 2008-11-20
CN101680814B (zh) 2012-08-08
WO2008143842A1 (en) 2008-11-27
JP2010527447A (ja) 2010-08-12
JP5432129B2 (ja) 2014-03-05
EP2153191A1 (en) 2010-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101680814B (zh) 具有多孔电介质隔膜的静电压力传感器
RU2400719C2 (ru) Датчик давления с использованием сжимаемого корпуса датчика
JP5662140B2 (ja) カーボン・ナノチューブ又は半導体ナノワイヤを包含する複合ダイアフラムを用いたセンサ
JP6379205B2 (ja) 差圧センサー、圧力測定方法、及び内燃エンジン
US20060053893A1 (en) Pressure measuring unit
CN105283745A (zh) 一种改进的压力传感器结构
An et al. Solution pH change in non-uniform alternating current electric fields at frequencies above the electrode charging frequency
CN109319727A (zh) Mems传感器以及提供和运行mems传感器的方法
Alveringh et al. Resistive pressure sensors integrated with a coriolis mass flow sensor
CN106062525B (zh) 压力传感器
Luong et al. Zeta potential measurement using streaming potential in porous media
Balavalad et al. Design and simulation of MEMS capacitive pressure sensor array for wide range pressure measurement
Nawi et al. One-side-electrode-type fluidic-based capacitive pressure sensor
Fuchs et al. A novel volumetric silicon micropump with integrated sensors
Oosterbroek et al. Designing, realization and characterization of a novel capacitive pressure/flow sensor
WO2013055377A1 (en) Pressure sensor using gas/liquid interface
KR101776134B1 (ko) 미세유체칩 기반의 병원균 검출에서 계면동전기 흐름전위에 의한 비표지 센싱 방법 및 장치
Zhang et al. A low-cost flexible electrochemical accelerometer using graphene-integrated microchannel
RU120139U1 (ru) Скважинный датчик, содержащий нанодатчик давления, нанодатчик температуры, химический нанодатчик
Arki et al. Nano-and Microfluidic Channels as Electrokinetic Sensors and Energy Harvesting Devices-Importance of Surface Charge on Solid-Liquid Interfaces
Ananthi et al. Performance analysis and simulation of mems capacitive pressure sensor
CN103968975B (zh) 基于pdms压阻和不锈钢电容的耐蚀压力传感器
Dargie et al. A thick-film capacitive differential pressure transducer
Jeong et al. Pressure level sensor using a conductive diaphragm and microswitch arrays
Lichtenberg et al. Liquid-core, piezoresistive, fully polymer-based pressure sensor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant