CN103376181A - 一种热交换设备及其压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力传感器，该压力传感器包括基座(21)和覆盖于基座(21)开口部的膜片，膜片的内侧为介质腔，其外侧为用于容纳待测压流体的流体腔，还包括位于介质腔内、且开设有介质通道(291)的垫片(29)，在膜片的变形方向上，所述膜片(23)的最大变形位置到所述垫片(29)的距离，小于或者等于所述膜片(23)的极限变形量；垫片能够阻止膜片的过度变形，防止膜片发生破裂，并避免膜片与导针接触而发生短路，提高膜片的使用寿命，同时提高压力传感器的安全性能。本发明还公开一种包括上述压力传感器的热交换设备。

Description

一种热交换设备及其压力传感器
技术领域
本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种用于热交换设备的压力传感器。本发明还涉及一种包括上述压力传感器的热交换设备。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展，涉及热交换领域的空调制冷、热泵空调等行业不断朝着多元化、多功能的方向发展。在各种热交换设备中，由于工作时流动着具有压力的介质，在设备工作过程中需要通过监测管路流体压力的变化判断工作状况，因此，压力传感器是热交换设备中不可或缺的重要部件。液封式压力传感器主要通过膜片将外部压力传递给密封腔内的介质，介质再将压力传递给硅感应芯片，并通过硅感应芯片将压力信号转换成电信号后通过导针导出到外部。
请参考图1，图1为一种典型的液封式压力传感器的结构示意图。
图示液封式压力传感器包括两端开口的基座11，基座11的上端开口部内固定密封玻璃12，且下端开口部通过压环焊接有膜片13，基座侧壁、膜片13和密封玻璃12形成密封的介质腔14；密封玻璃12上贯穿有导针15，导针15的两端沿轴向贯通于所述密封玻璃12，其下端与膜片13具有适当的距离，基座11的侧面开设有用于填充介质油的油填充孔16，该油填充孔16内设置有密封钢球17，当压力传感器的介质油充满介质腔后，通过密封钢球焊接密封；密封玻璃12位于介质腔14的内侧安装有搭载部件18，感应芯片19固定在上述搭载部件18上，并与上述导针15通过金属线(图中未示出)连接。
当管路中待侧压流体的压力作用于膜片13上时，膜片13变形挤压介质腔14的介质，并通过介质将压力传递到感应芯片19，感应芯片19将接收到的压力信号转变为电信号，并将该电信号通过导针15导出到外部，从而实现压力的检测。
在上述压力传感器中，为了降低压力在传递过程中的能量损失，保证压力传递的灵敏度，膜片的厚度非常薄，膜片在很小的压力作用下就会发生变形，而如果制冷系统的冷媒系统发生故障，会导致待侧压流体压力过大，进而导致膜片的变形量过大，当超过其预定的极限变形量时，膜片可能会与导针底端相接触，也可能引起膜片破裂；由于膜片为金属材料，当膜片与导针相接触时，会造成正负极的导针相连而发生短路，致使系统检出压力出现错误，影响检测精度；当膜片发生破裂时，会导致压力传感器失效，降低压力传感器的使用寿命。
因此，如何避免膜片的过度变形，提高压力传感器的检测精度，延长压力传感器的使用寿命，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于热交换设备的压力传感器，其膜片不会发生过度变形，从而避免了膜片过度变形对检测精度和使用寿命的影响，具有较高的检测精度和使用寿命。本发明的另一目的是提供一种包括上述压力传感器的热交换设备。
为解决上述技术问题，本发明提供一种压力传感器，包括基座和覆盖于所述基座的开口部的膜片，所述膜片的内侧为介质腔，且其外侧为用于容纳待测压流体的流体腔，还包括设于所述介质腔内的垫片，所述垫片上开设有沿厚度方向将其贯通的介质通道；在所述膜片的变形方向上，所述膜片的最大变形位置到所述垫片的距离，小于或者等于所述膜片的极限变形量。
优选地，所述压力传感器的电信号导出部件为贯通所述基座的导针，所述介质通道的开口与所述导针相对，且开口尺寸大于所述导针的横截面尺寸。
优选地，所述介质通道的数目为多个，且各所述介质通道沿所述垫片的周向均匀布置。
优选地，所述压力传感器的电信号导出部件为贯通所述基座的多组导针，各所述导针分别与各所述介质通道的开口相对，所述介质通道的开口尺寸大于与其相对的所述导针的横截面尺寸。
优选地，所述垫片为向远离所述膜片的方向凸起的弧形面，且该弧形面的弧度与所述膜片在极限变形量时的变形弧度相吻合。
优选地，所述垫片与所述膜片平行设置。
优选地，在所述膜片的变形方向上，所述膜片的最大变形位置与所述垫片的距离，为所述膜片的极限变形量的80％。
优选地，所述膜片的各处与所述垫片在其变形方向上的距离，均小于或者等于所述膜片的极限变形量。
优选地，所述垫片为金属材料，且通过其外缘焊接在所述基座上。
本发明还提供一种热交换设备，包括冷媒管道和安装于所述冷媒管道中的压力传感器，所述的压力传感器为如上所述的压力传感器。
本发明所提供的压力传感器包括两端开口的基座，基座的一端开口处安装有密封玻璃，其另一端开口处设有膜片；所述基座、所述密封玻璃和所述膜片形成内有介质的介质腔，密封玻璃上贯穿有至少一个电信号导出部件，电信号导出部件贯通所述密封玻璃，且其一端位于介质腔内；该压力传感器还包括开设有介质通道的垫片，所述垫片设置于介质腔内，位于所述膜片与所述电信号导出部件的内端面之间，在膜片的变形方向上，所述膜片的最大变形位置到所述垫片的距离，小于或者等于所述膜片的预定变形量。
压力传感器处于工作状态时，膜片在外界压力的作用下发生变形，膜片与垫片之间的介质在膜片变形的挤压下，通过介质通道进入介质腔的垫片之上的区域，从而将压力传递至该区域内的介质，进而将压力传递至感应芯片，感应芯片将接收到的压力信号转换成电信号并传递给电信号导出部件，电信号导出部件将该电信号传出，以实现压力检测。
当膜片的最大变形位置达到极限变形量时，其他位置的变形量均小于该最大变形位置的变形量，膜片的其他位置并未达到极限变形；此时，在膜片的变形方向上，膜片的最大变形位置到所述垫片的距离，小于或者等于所述膜片的极限变形量，因此，膜片在该最大变形位置与垫片相接触，垫片阻止了膜片的进一步变形，避免了膜片由于过度变形而发生破裂，从而提高了膜片的使用寿命；同时，由于垫片的阻隔，避免了膜片变形时与电信号导出部件发生接触，从而避免了两者接触导致的短路，保证了压力检测的准确性，提高了压力传感器的安全性能。
在一种优选的实施方式中，本发明所提供的所述压力传感器的电信号导出部件为导针，所述介质通道的开口与所述导针相对；垫片在较大压力的作用下也可能发生微量的变形，令介质通道与导针相对，即便垫片发生变形也不会与导针相接触，从而进一步保证了压力传感器的正常工作。
在另一种优选的实施方式中，所述垫片为向所述介质腔的方向凸起的弧形面，该弧形面的弧度与所述膜片在达到极限变形量时的变形弧度相吻合；由于膜片的边缘处固定在基座上，且待测流体的压力方向可能会发生变化，因此，其在变形时各处的变形量不尽相同，中部的变形量较大，将垫片设计成与膜片变形后相吻合的形状，能够更好地满足膜片在正常测量范围内的变形幅度，从而保证压力传感器的测量范围。
附图说明
图1为一种典型的液封式压力传感器的结构示意图；
图2为本发明所提供的压力传感器一种具体实施方式的机构示意图；
图3为本发明所提供的压力传感器另一种具体实施方式的结构示意图；
图4为本发明所提供的介质通道一种具体实施方式的结构示意图；
图5为本发明所提供的介质通道另一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于热交换设备的压力传感器，其膜片不会发生过度变形，从而避免了膜片过度变形对检测精度和使用寿命的影响，具有较高的检测精度和使用寿命。本发明的另一核心是提供一种包括上述压力传感器的热交换设备。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2，图2为本发明所提供的压力传感器一种具体实施方式的机构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的压力传感器包括基座21，基座21的上下两端分别具有开口部，基座21的上端开口部内安装有密封玻璃22，其下端开口部处设有膜片23，密封玻璃22完全封住上端开口部，膜片23完全覆盖住下端开口部，基座21、密封玻璃22和膜片23形成在工作时密封的介质腔24，介质腔24内充满用于传递压力的介质，基座21上开设有介质填充孔26，介质通过该介质填充孔26注入介质腔后，通过密封钢球27密封；膜片23的内侧为介质腔24，且其外侧为用于容纳待测压流体的流体腔，密封玻璃22的轴向贯穿有至少一组导针25，导针25的两端贯通该密封玻璃22，且其下端位于上述介质腔24内，每组导针包括四个导针，其中一个是正极导针，一个是负极导针，正负极导针在感应芯片上通过电平的差值激发出电信号，并通过其余的两个导针导出；密封玻璃22位于介质腔24的内侧安装有搭载部件28，感应芯片固定在上述搭载部件28上，并与上述导针25通过金属线(图中未示出)连接；介质腔24内设置有垫片29，垫片29上开设有若干介质通道291，介质通道291的形状和规格应该能够实现上述介质自由通过，垫片29设置于介质腔内，位于膜片23与导针25的内端面之间；在膜片的变形方向上，膜片23的最大变形位置到垫片29的距离，小于或者等于膜片23的极限变形量；显然地，上述距离的限定应该是膜片处于非变形工况下的距离。
电信号导出部件也不局限于导针，也可以为本领域中常规使用的其他能够将电信号传递出去的元件，例如在感应芯片与外界接收模块之间通过穿过基座21的导线连接等方式。
上述极限变形量是指，能够保证膜片不发生过度变形(即不造成膜片破裂或者与导针相接触)的最大变形量，应该理解为，当膜片的变形小于或者等于极限变形量时，膜片的变形不会产生破裂等不良后果，而当膜片的变形大于该极限变形量时，膜片的变形将可能会产生膜片破裂等不良后果；该极限变形量的具体数值应根据膜片与导针等电信号导出部件之间的距离和膜片材料的弹性系数等实际情况确定，在此不作限定。
在通常情况下，待测流体输入管道和膜片的横截面均为圆形，且流体的压力均衡，膜片的最大变形位置多为其几何中心位置；当待测压流体的压力不均衡时，膜片的最大变形位置也可能是膜片的其他位置。
需要指出的是，文中所涉及的“上、下”是基于附图的方位，仅为了描述方便，并非一种限定，在其他实施例中，与文中所涉的上下方向可能是相反的，在压力传感器倾斜放置时，也不局限于为正上方和正下方；文中所涉及的“内、外”方位是以基座21为参照的，基座21的内部为内侧，基座21的外部为外侧，内外方向应该理解为一种方位的限定。
由于膜片23的外缘固定于基座21，膜片23越靠近基座21其在受压时的变形量越小，通常膜片23的最大变形位置位于膜片23的中央位置，也就是距离基座21最远的位置，当该最大变形位置未达到极限变形量时，其他位置必然未达到极限变形量，因此，只要保证膜片23的最大变形位置与垫片29在变形方向上的距离，小于或者等于膜片23的极限变形量，在膜片23的最大变形位置处于极限变形量时或者之前与垫片29发生接触，垫片29即能够实现保护膜片23的作用，膜片23其他位置与垫片29之间的距离可以随意设置。
显然地，膜片23的各处与垫片29在其变形方向上的距离，可以均小于或者等于所述膜片23的极限变形量。
具体地，在所述膜片的变形方向上，所述膜片23的最大变形位置与所述垫片29的距离，为所述膜片23的极限变形量的80％；这样，在膜片并未达到极限变形量时即对其实施保护，进一步避免了膜片的过度变形。显然地，上述距离的限定应该是膜片处于非变形工况下的距离。
垫片29可以为金属材料，且通过其外缘焊接在基座21上，以保证其连接可靠性，且焊接的工艺过程较为简单，精度要求不高。显然地，垫片29与基座21的安装方式也不局限于焊接的方式，也可以为本领域中其他常规使用的安装方式，例如可以在基座21的相应位置开设卡槽，将垫片29卡装于基座21上的卡槽内。
垫片29优选为各种材质的刚性材料，例如金属或者木质等，也可以为弹性变形量较小的柔性材料，例如橡胶等。
压力传感器处于工作状态时，膜片23在外界压力的作用下发生变形，膜片23与垫片29之间的介质在膜片23变形的挤压下，通过介质通道291进入介质腔24的垫片29之上的区域，从而将压力传递至该区域内的介质，进而将压力传递至感应芯片210，感应芯片210将接收到的压力信号转换成电信号并传递给电信号导出部件，电信号导出部件将该电信号传出，以实现压力检测。
当膜片的最大变形位置达到极限变形量时，其他位置的变形量均小于该最大变形位置的变形量，膜片的其他位置并未达到极限变形；此时，在膜片的变形方向上，膜片的最大变形位置与所述垫片的距离，小于或者等于所述膜片的极限变形量，因此，膜片在该最大变形位置与垫片相接触，垫片阻止了膜片的进一步变形，避免了膜片由于过度变形而发生破裂，从而提高了膜片的使用寿命；同时，由于垫片的阻隔，避免了膜片变形时与电信号导出部件发生接触，从而避免了两者接触导致的短路，保证了压力检测的准确性，提高了压力传感器的安全性能。
还可以对本发明所提供的压力传感器进行进一步的改进。
请参考图3、图4和图5，图3为本发明所提供的压力传感器另一种具体实施方式的结构示意图；图4为本发明所提供的介质通道一种具体实施方式的结构示意图；图5为本发明所提供的介质通道另一种具体实施方式的结构示意图。
在另一种具体实施方式中，垫片29可以为向所述介质腔24的方向凸起的弧形面，且该弧形面的弧度与所述膜片23在达到极限变形量时的变形弧度相吻合；由于膜片的边缘处固定在基座21上，且待测流体的压力方向可能会发生变化，因此，其在变形时各处的变形量不尽相同，中部的变形量较大，将垫片设计成与膜片变形后相吻合的形状，能够更好地满足膜片在正常测量范围内的变形幅度，从而保证压力传感器的测量范围。
垫片29也不局限于上述形式，也可以为其他设置形式例如，如图1所示的垫片29与膜片23平行设置。
介质通道291的开口与导针25相对，且介质通道的开口尺寸大于导针的横截面尺寸；垫片在较大压力的作用下也可能发生微量的变形，令介质通道与导针相对，即便垫片发生变形也不会与导针相接触，从而进一步保证了压力传感器的正常工作。
显然地，介质通道291也可以不与导针25相对，只要能够使介质通过介质通道291，也能够实现传递压力的功能，只是灵敏度会有影响。
所述介质通道的数目可以为多个，且各所述介质通道291沿所述垫片29的周向均匀布置，以便介质快速均匀地流通。
为满足使用目的，导针需成组设置，每组导针包括正极导针、负极导针和输出导针，导针可以设置多组，此时，每组导针或者每个导针可以均有相应的过油通道与之相对应，过油通道的开口尺寸应大于与之相对的导针的横截面尺寸。
如图3所示，介质通道291的横截面可以为弧形长条孔，介质通道291的横截面也可以为的其他形状，例如如图4所示的圆形，或者方形等。
且各所述介质通道291沿所述垫片29的周向均匀布置。
除了上述压力传感器，本发明还提供一种包括上述压力传感器的热交换热备，该热交换设备的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。
具体地，该热交换设备可以为空调、冷藏柜或者冷水机组等制冷系统，也可以为热泵空调等热泵机组。
以上对本发明所提供的一种热交换设备及其压力传感器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种压力传感器，包括基座(21)和覆盖于所述基座(21)的开口部的膜片(23)，所述膜片(23)的内侧为介质腔，且其外侧为用于容纳待测压流体的流体腔(3)；其特征在于，还包括设于所述介质腔内的垫片(29)，所述垫片(29)上开设有沿厚度方向将其贯通的介质通道；在所述膜片的变形方向上，所述膜片(23)的最大变形位置到所述垫片(29)的距离，小于或者等于所述膜片(23)的极限变形量。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器的电信号导出部件为贯通所述基座的导针，所述介质通道(291)的开口与所述导针(25)相对，且开口尺寸大于所述导针的横截面尺寸。
3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述介质通道的数目为多个，且各所述介质通道(291)沿所述垫片(29)的周向均匀布置。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器的电信号导出部件为贯通所述基座的多组导针，各所述导针分别与各所述介质通道的开口相对，所述介质通道的开口尺寸大于与其相对的所述导针的横截面尺寸。
5.根据权利要求1至4任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述垫片(29)为向远离所述膜片的方向凸起的弧形面，且该弧形面的弧度与所述膜片(23)在极限变形量时的变形弧度相吻合。
6.根据权利要求1至4任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述垫片(29)与所述膜片(23)平行设置。
7.根据权利要求1至4任一项所述的压力传感器，其特征在于，在所述膜片的变形方向上，所述膜片(23)的最大变形位置与所述垫片(29)的距离，为所述膜片(23)的极限变形量的80％。
8.根据权利要求1至4任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述膜片(23)的各处与所述垫片(29)在其变形方向上的距离，均小于或者等于所述膜片(23)的极限变形量。
9.根据权利要求1至4任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述垫片(29)为金属材料，且通过其外缘焊接在所述基座(21)上。
10.一种热交换设备，包括冷媒管道和安装于所述冷媒管道中的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器为如权利要求1至9任一项所述的压力传感器。
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