CN1027924C - 压力传送器 - Google Patents

Abstract

在一压力传送器中，接近室温时，隔离物膜片处于不挠曲位置实际是一平的形状，而在较冷温度时，隔离物膜片处于挠曲位置实际是一凹下的形状，隔离物膜片在传送器壳体内处于凹面的上方，此凹面对应凹下的膜片形状，以减小输出误差。

Description

本发明与压力传送器和压力传送器的流体隔离物有关。

工业上使用的压力传送器包括一隔离物，使传送器不受处理的流体对其压力传感膜片的化学腐蚀，加压的处理流体使一隔离物膜片挠曲，而该膜片又加压于诸如硅油的隔离物流体再使传感膜片挠曲。我们希望隔离物膜片要薄，既可挠曲而且有柔性，这样在膜片两端只有很小的压降。另一方面，又希望隔离物膜片至少有一最小厚度以免在野外条件下正常使用时隔离物膜片破裂，隔离物膜片的该厚度是在柔性或挠度和耐久这种相互矛盾要求之间取一折衷。

隔离物膜片两边的压降导致了压力传感器输出的误差，属于重复性的误差可通过贮存在传送器中微机的线性校正和温度校正算法来改正，而由于隔离物膜片非弹性变形所引起的非重复性的误差，诸如温度滞后和管路压力滞后往往难以预测，而不能简单地用算法来改正。这种不可预测的误差限制了传送器的性能，特别是其时间长而引起的特性漂移。这种不可预测误差往往随着隔离物膜片承受大的应力而增加，所以人们希望安置在传送器中的隔离物膜片具有小 的应力以减少非重复性的误差和时间长引起的漂移。

本发明目的是为了减小由于隔离物流体的容积变化而影响到在压力下的膜片挠曲所引起的误差。

本发明涉及一压力传送器，在接近室温下，隔离物膜片的中心区处于非挠曲位置的平的形状，而在较冷温度下，该膜片中心区处在挠曲位置，有一凹下形状。隔离物膜片处于传送器壳体中凹面的上方，而此凹面形状刚好对应凹下的膜片形状以减小输出误差。

传送器壳体有一包绕成凹面的环状边缘的表面，此凹面通过传送器壳体内的通道与通道口相通，在凹下区和通道内的隔离流体把压力传到通道口。隔离物膜片把凹面与接收的处理流体相隔开。

膜片有一外周边缘密封到一环状边缘上并有一邻近环状边缘的波纹状膜片区，该波纹状膜片区又围绕着一位于凹面中心区上方的非波纹状中心膜片区，隔离物流体设置在凹面内并把压力引向通道。由于温度导致隔离物流体容积的改变，在第一温度时，有一个不挠曲位置，在第二较低温度时，有一挠曲位置且膜片弯向凹面;

一压力传感器，它接收来自通道口的压力并产生一压力输出，其特征在于膜片中心区处在不挠曲位置时，有一大致呈平的形状，而处在挠曲位置时，有一凹下形状，凹面中心区表面部分有一对应膜片凹形的凹下形状，以减小由于温差所引起的输出误差。

隔离物非弹性变形而引起压力指示的非重复性误差往往是不能用算法纠正和予测的，上述误差往往增加了隔离物膜片经受的应力 这种高应力大部分是由膜片的挠曲形状和膜片放置其上的凹面的表面形状之间互不匹配而引起的，如果它们之间相互匹配就可使隔离物腔内的隔离物流体量减小，因为不会产生由于低温下膜片中心的形状和邻近的凹面之间不匹配而需要额外的隔离物流体，只需设置一薄层均匀的隔离物流体。如果它们确实不匹配，那么隔离物流体量必须增加以保证膜片实际上在低温下由于降温引起隔离物流体的收缩而不致于停靠在邻近的凹面部分。

当膜片挠曲，膜片中心区变成凹下而在膜片之下的腔室有一普通的平表面这样就产生了形状的不匹配，因为膜片中心比离膜片中心有间距的其它部分更接近其下的支撑面。

图2示出了隔离物流体的容积改变，图中说明温度的降低会使隔离物流体的容积减小，可是温度引起的容积差并不明显，这就取得了较大的精度。

故本发明的优点就在于减小了因温度导致隔离物流体容积变化的影响而增加了其粘度。

图1为根据本发明的压力传送器的部分剖视图。

图2为根据本发明的隔离物膜片，当温度改变时各相继位置的图象。

图1表示一压力传送器的部分剖视图，在传送器10中，壳体12，例如一种金属的传送器壳体，包括面朝外的表面14以及围绕着在表面14上所形成的凹面18的环状边缘16，传送器壳体12的通 道20把凹面18与传送器内的通道20连通。

隔离物膜片30有一焊在环状边缘的焊缝32以使密封凹面18与传送器10接收的隔离物流体42隔开。所以膜片30的外区36密封地连到环状边缘16上。外区36连到并围绕着一膜片30的波纹状区38，波纹状区可以包括如图所示单一波纹或多个波纹，波纹状区38本身又连结和围绕膜片30的中心膜片区40。在焊接后，膜片30用液压压向凹面18而成形。于是在没有压差或应力加在膜片30情况下，膜片30弹回到如图1所示中间的不挠曲位置。在膜片30处于中间不挠曲位置时，中央膜片区40实际上是平的，在图1中，膜片30和凹面18的纵向比例被放大约20倍，如果膜片30和凹面18以实际比例来表示，则膜片30和凹面18看上去近乎是平的。

隔离物流体42诸如硅油充满了凹面18和通道20，使处理的流体的压力通过膜片30传到通道口22。在通道口22，一压力传感装置44密封地盖住通道口22。压力传感器包括一硅压力传感元件46，它有一接受来自隔离物流体42压力的传感膜片48的第一侧面，而传感膜片48相反的第二侧面通过通道50与大气相通。电馈入装置52，54把压力传感器的输出连到一传送器电路56，该电路提供了代表感受压力的传送器输出58。

隔离物流体42热胀冷缩，因为该流体具有一正的体胀温度系数。当传送器10处于升温，则隔离物流体膨胀，原因是隔离物流体42密封在凹面18，通道20和压力传感装置44内。在室温下，可挠 曲、柔性的膜片从其中间的不受应力位置胀到图1中所示虚线60的位置。同样，当传送器10冷却时，隔离物膜片弯向凹面18，在第一低温时，膜片处于图1所示虚线62位置，在第二较低温时，膜片处于图1所示虚线64位置。就在膜片处于虚线64位置，膜片仍然与凹面18的成型表面隔开一间隙，中心膜片区40A凹下，所选的凹面18的表面形状需要与隔离物膜片30凹下形状相匹配。此种安置允许在隔离物中隔离物的流体液量减少，因为在低温时，由于膜片和凹面形状的不匹配时，不会有多余的流体。

膜片30的位置和形状是隔离物流体液量和温度的函数。隔离物流体的液量可以控制、选择或调整，以使隔离物膜片在接近室温时，实际上处于不挠曲位置。当低于室温，膜片变形增加，而高于室温，膜片的变形也增加，因为只有在不挠曲位置时，膜片处于中间的不变形状态。

压力传感器46有一直径比已利用了改进隔离物装置优点的隔离物膜片30小的传感膜片。在处理压力增加时，隔离物流体42从凹面流到压力传感器，由于加压从凹面流出的隔离物流体的液量比由于较低温使流体收缩而引起的隔离物流体收缩量要小。

在环状边缘直径处，膜片的外区密封在环状边缘16上。而波纹状区位于一波纹的直径处，该波纹的直径是0.5到0.65环状边缘16的直径。膜片挠曲实际上为径向对称。波纹状区足以支撑中心膜片区而又不使外膜片区过分地绷紧。

在图2中，更详细地示出膜片和凹面形状的图象。图中，与水平坐标轴102相比，垂直坐标轴100放大了50倍。凹面的形状用标号104表示，而室温下膜片的形状由标号105表示。在实线104和105之间，表示在各种温度下对应膜片各相继位置。从图2能看出，在低温下，中心膜片区凹下是非常明显的，而在一所选的低温情况下，使凹面有一相应的凹形而限制了隔离物中隔离物流体的多余量。在低温下，在隔离物膜片和凹面之间留有一小的间隙106以允许加工制造的容差和由于传感器膜片的挠曲所排放的隔离物流体。

虽然已参照最佳实施例描述了本发明，本技术领域的技术人员会明白在不偏离本发明的精神和范围下可以对形式和细节进行变动。

Claims (10)

1、一压力传送器包含有：

一壳体，具有一表面，它包括一围绕着成形的凹面的环状边缘，该凹面通过壳体内一通道连到一通道口，该凹面有一中心区表面部分；

一膜片，它把凹面与接收的隔离物流体相隔开，膜片有一对周边缘密封到一环状边缘上并有一邻近环状边缘的波纹状膜片区，该波纹状膜片区又围绕着一位于凹面中心区上方的非波纹状中心膜片区，隔离物流体设置在凹面内和把压力引向通道口的通道中，由于温度导致隔离物流体容积的改变，在第一温度时，有一个不挠曲位置，在第二较低温度时，有一挠曲位置且膜片弯向凹面；

一压力传感器，它接收来自通道口的压力并产生一压力输出，其特征在于膜片中心区处在不挠曲位置时，实际上有一平的形状，而处在挠曲位置时，有一凹下形状，凹面中心区表面部分有一对应膜片凹形的凹下形状，以减小由于温差所引起的输出误差。

2、根据权利要求1所述的传送器，其特征在于膜片的位置是隔离物流体的液量和温度的函数。

3、根据权利要求2所述的传送器，其特征在于，所选的隔流物流体液量要使膜片在接近室温时处于不挠曲位置。

4、根据权利要求3所述的传送器，其特征在于，所述的隔离物流体在较低温下收缩，使中心隔膜区弯向凹面，膜片中心区有一预成型的凹状，当膜片靠近凹面中心区表面部分时，就移向该预成形的凹状。

5、根据权利要求4所述的传送器，其特征在于，所述隔离物流体在高于室温时膨胀，使膜片中心区弯离凹面。

6、根据权利要求5所述的传送器，其特征在于，所述的膜片在低于室温下的挠曲使膜片变形增加，而高于室温时，膜片的变形也增加，这样只有在不挠曲位置，膜片才处于不变形状态。

7、根据权利要求1所述的传送器，其特征在于，所述的压力传感器包含有一比隔离物流体膜片直径小的传感膜片，使处理的流体与隔离物流体隔开。

8、根据权利要求1所述的传送器，其特征在于，所述的膜片的外区在环状边缘直径处密封到环状边缘上，而波纹状区位于一波纹直径处，该波纹直径为0.5到0.65环状边缘的直径，这样，膜片挠曲实际上是径向对称。

9、根据权利要求10所述的传送器，其特征在于，波纹区包含有一圆形的波纹。

10、根据权利要求10所述的传送器，其特征在于，波纹区包含有多个波纹。