CN103411722B - 一种改进型压力变送器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型压力变送器，该压力变送器封装结构的接头部件与锅炉、压力容器或压力管道相连接为敏感元件提供压力源，本发明通过线路板与外壳相接，对线路板进行屏蔽，增加EMC性能。同时，本发明采用分体铆接连接结构封装接头部件和外壳，使用铆接形式连接外壳和电气插件，且在壳体中装有相应的密封圈、敏感元件和线路板。本发明设计由于采用了简洁封装结构，使得压力变送器的结构简单，工艺调节便利，降低了制造成本低。

Description

一种改进型压力变送器

技术领域

本发明涉及一种压力变送器。

背景技术

目前，基于陶瓷传感器或扩散硅压力传感器等敏感元件的压力变送器封装主要采用一体的结构形式，使用一个螺纹件将敏感元件压在内腔下侧，敏感元件与内腔之间则使用O型密封圈进行密封；内腔则通过一个接口与锅炉、压力容器或压力管道等相连接；另外一端将调理放大后的信号通过接插件输送出来；接插件与封装外壳之间则使用硅胶或环氧等方式相连接和密封。

但是，上述的连接封装结构造成压力变送器成本高，结构复杂，体积大。

发明内容

本发明针对现有压力变送器所存在的缺陷，而提供一种改进型的压力变送器。该压力变送器基于陶瓷传感器或扩散硅压力传感器等敏感元件，其结构简单、可靠性好以及成本低。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种改进型压力变送器，所述压力变送器包括接头部件、外壳、敏感元件、线路板、电气插件，所述接头部件和电气插件分别安置在外壳上，所述敏感元件安置在外壳内，并与接头部件配合，所述线路板安置在电气插件内并分别与敏感元件和电气插件电气相接，所述压力变送器还包括绝缘膜片以及矩形圈，所述敏感元件的顶端与外壳之间通过绝缘膜片进行隔离，敏感元件的底端通过矩形圈与接头部件密封配合；所述线路板与外壳电气相接。

本发明的优选实例中，所述绝缘膜片上开设有一敏感元件进行电气相接用的开孔，所述绝缘膜片罩设在敏感元件的顶端上。

进一步的，所述压力变送器内部填充环氧树脂密封内部的电气元件。

进一步的，所述线路板通过引线与外壳连接。

进一步的，所述线路板通过排线与敏感元件电气相接。

进一步的，所述矩形圈的直径大于绝缘膜片的直径。

进一步的，所述电气插件与外壳之间铆接。

进一步的，所述电气插件与外壳之间的结合处设置有密封圈，进行密封。

进一步的，所述接头部件与外壳之间通过铆接方式进行相接。

再进一步的，所述接头部件与外壳之间配合处设置有铆接限位结构。

再进一步的，所述接头部件由第一种材料的接头与第二种材料的底座连接组成，所述第二种材料与第一种材料相同或不同。

根据上述方案得到的压力变送器具有以下优点：

（1）敏感元件与外壳以及接头部件之间相隔设置，避免敏感元件在安装和使用过程中的被压坏，也有效的提高了压力变送器的稳定和可靠性。

（2）将内部线路板与外壳进行了连接，使外壳成为一个大的屏蔽罩将内部电气部分与外界进行了屏蔽，提高了产品的EMC性能。

（3）接头部件和外壳，以及电气插件和外壳使用铆接连接，使压力变送器的结构简单，工艺调节便利。

（4）接头部件采用一体或几块材料的结构可以有效地降低压力变送器的成本。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中压力变送器的正面剖视图；

图2为本发明中绝缘膜片贴合的俯视示意图；

图3为本发明中绝缘膜片贴合的侧视示意图；

图4为本发明中外壳和电气插件铆接连接示意图；

图5为本发明中线路板安装位置示意图；

图6为本发明中线路板与外壳连接线位置示意图；

图7为本发明中接头部件和外壳铆接连接示意图；

图8为本发明中接头部件和矩形圈安装示意图；

图9为本发明中接头部件结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，所示为本实例中压力变送器的剖视图。由图可知，该压力变送器主要由接头部件1、矩形圈2、外壳3、敏感元件4、绝缘膜片5、密封圈6、排线7、线路板8、电气插件9和环氧树脂10组成。

本压力变送器中，接头部件1和电气插件9分别安置在外壳3上，构成整个压力变送器的主体结构，而敏感元件4以及线路板8等电气元件通过相应的密封和隔离部件安置在压力变送器的主体结构内，构成完成的压力变送器。

具体的，外壳3内具有与敏感元件4相配合安置腔。敏感元件4整体为圆柱形，其底部中间内凹有一凹槽。该敏感元件4整体安置在该安置腔内，并与接头部件1配合，以感应接头部件1传递的压力。

敏感元件4的顶端罩设有一绝缘膜片5，使得敏感元件4的顶端与外壳的内壁隔离。同时敏感元件4的底端通过作为压力密封使用的矩形圈2与接头部件1配合，这样敏感元件4依靠与接头部件1之间的矩形圈2以及外壳3施加的压力，固定在外壳内，并在敏感元件4下方与矩形圈2配合形成一个与接头部件1相连接的密封空间，用以感应接头部件1传递的压力。

参见图2和3，敏感元件4的顶端通过排线7与线路板8电气相接，这样使得敏感元件4产生的相应的电气信号，通过排线7传递给线路板8。该排线7的两端分别为用于实现电气连接的第一连接端7a和第二连接端7b，中间部分为排线部分，具备良好的绝缘和耐压性能。

为了配合排线7的设置，敏感元件4顶端罩设的绝缘膜片5的中间开设有容排线7通过的孔位5a；同时绝缘膜片5的尺寸大于敏感元件4的直径，这样绝缘膜片5的边沿5b从四周同时伸出绝缘膜片5外（如图3所示）。在安装排线7时，排线7的第一连接端7a上电气连接位置与敏感元件4的相应位置使用锡焊或热压等工艺进行电气连接；排线7的第二连接端7b将从绝缘膜片5的中间孔位5a穿过与线路板8电气相接。接着，将绝缘膜片5与敏感元件4贴合，再将绝缘膜片5的边沿5b沿敏感元件4的沿边折弯成折弯壁5c，并使折弯壁5c与敏感元件4的顶端侧面4a位置贴合，从而实现从绝缘膜片5罩设在敏感元件4的顶端。

对于绝缘膜片5中间的孔位5a可以根据实际情况采用规则或不规则的形状设计，以确保排线7的7a电气连接位置与外壳3之间的爬电距离达到一定的要求。绝缘膜片5可以使用PI、PET、PVC或绝缘纸等材料。

为了便于操作，可以将绝缘膜片5与敏感元件4相接触的面使用背胶，能够有效提高绝缘膜片5与敏感元件4之间的贴合度。排线7可以使用柔性PCB板、市售排线、导线或漆包线等达到电气连接，在中间无电气连接点位置又具有良好的绝缘性能。

参见图4，其所示为电气插件9与外壳3之间的连接结构示意图。由图可知，电气插件9与外壳3之间通过铆接的方式进行相接，并在两者的接触配合处设置密封圈6，实现密封。

具体的，外壳3的顶部上具有一与安置气插件9连接配合的安置槽，铆接时，将电气插件9的连接端安置于外壳3顶部的电气插件9安置槽中，且在电气插件9与外壳3之间接触配合处设置有具有一定弹性的密封圈6。接着将外壳3的上部3f（高出电气插件9的连接端的部分）通过模具进行向内折弯，且使得外壳3的折弯部的内侧壁3e与电气插件9连接端的外侧壁9c之间紧密贴合，由此实现铆接。

电气插件9和外壳3之间具有一定弹性的密封圈6可以对电气插件9和外壳3进行密封，从而确保内部线路板等电气部分免除灰尘和水汽的影响，达到很好的IP等级。

参见图5，压力变送器中的线路板8其安置在电气插件9内，用于将敏感元件4传递的电气信号，形成相应的压力读数并由电气插件9传递出去。

具体的，电气插件9的内部具有一用于安置线路板8的碗状安置腔，该安置腔随电气插件9与外壳3铆接时伸入到外壳3内，且开口朝向外壳。

安装时可以先倒置电气插件9，使内部的碗状安置腔向上。接着将线路板8按照安装方向安装到电气插件9内部，并将电气插件9的所有插针与线路板8在9a处进行焊接，形成电气连接。

同时，在线路板8上的焊接位置8d与排线7的第二连接端7b之间通过锡焊或热压等方法进行电气连接。

为了保证整个变送器的绝缘和耐压性能，本实例中线路板8的底面与外壳3中电气插件安置槽底部3a之间的距离必须保证线路板8与外壳3的爬电距离。

为了进一步提高产品的稳定可靠性，本实例在线路板8与电气插件9之间的配合处填充相应的环氧树脂10（如图1所示），由环氧树脂对电气插件9内部电气部分进行密封，确保水汽和灰尘不能从电气插件9中剩余通道进入内部电气部分。再加上前面的密封圈6，可以确保整个内部电气能有效地进行保护，使整个产品达到很好的IP等级。

在本实例中，还将上述安置于电气插件9内部的线路板8与外壳3之间进行电气相接，使外壳成为一个大的屏蔽罩将内部电气部分与外界进行了屏蔽，提高了产品的EMC性能。

参见图6，其所示为线路板8与外壳3之间进行电气相接的示意图。具体连接时，在线路板8上设置与外壳相连接的连接焊盘，并用铜丝或漆包线等将该焊盘引出来，具体从电气插件9与密封圈6的结合出引出，与外壳电气相接。这样在铆接时，铜丝或漆包线由电气插件9上接合面9b与密封圈6的接合面6a进行压住，且确保铜丝或漆包线伸在电气插件9与外壳3之间部分有导电功能，由此能在铆接后使内部线路板8的焊盘与外壳3形成电气连接，使外壳成为内部线路板的屏蔽罩，提高产品的EMC性能。

必要时，可以在电气连接件上面设置相应的限位装置，为铜丝、漆包线的位置进行限制。

替代地，也可以将铜丝、漆包线置于外壳3和密封圈6之间进行压制，控制与外壳的电气连接。

对于线路板与外壳之间电气相接的方案，并不限于上述方案，无论是硬板还是软板，任何类似形式的线路板与外壳之间电气相接的方案都可以。

参见图7，其所示为本实例中接头部件1和外壳3之间的连接结构示意图。由图可知，接头部件1和外壳3使用铆接方式进行连接。

具体的，本实例在外壳3与接头部件1配合相接的端口处设置有一限位凸台3b，同时接头部件1的连接端上设置有与该限位凸台3b相配合的限位凸块。

在铆接时，先将接头部件1按要求装配到外壳3中，使接头部件1上限位凸块的限位面1b与外壳3相应位置的限位凸台3b相接触；再将整个产品放到铆接模具中，对接头部件1端口的顶部3a施加向内的力，使得外壳3端口的顶部3a整体向内进行折弯，并完好地对接头部件1上限位凸块的外表面1a形成包裹，从而使接头部件1和外壳3连接为一体。

该铆接结构在具体实施时，需要确保铆接折弯部分的几何形状，以达到既便于工艺实现，又达到应有的强度。

本实例中利用限位凸台对接头部件1在铆接时面向矩形圈2移动的距离进行限位，能有效地控制在铆接过程中接头部件1对矩形圈2的压力，从而有效的控制了矩形圈2的压缩量，以防止敏感元件由于压力过大而损坏。

参见图8，其所示为接头部件和矩形圈之间的配合安装示意图。为保证在接头部件1的压力作用下，敏感元件4能够通过矩形圈2形成与接头部件1相连接的密封空间，且避免接头部件1对敏感元件4造成损坏。

本实例在接头部件1上开设有一用于安置矩形圈2的安置槽，安置槽随接头部件1与外壳3铆接时，伸入3内部，并面向敏感元件4。

同时，矩形圈2作为压力密封，其安置在接头部件1上的安置槽中，矩形圈2的外侧面与底面分别与安置槽的内侧面1d以及底面1c接触配合。且矩形圈2的直径比敏感元件4稍大（即接头部件1上的安置槽的口径也比敏感元件4稍大），以便安装时，保证敏感元件4的位置以及控制矩形圈2的压缩量。

在接头部件1与外壳3进行铆接时，先将敏感元件4安置于外壳3内的安置腔内，使得其上的顶端4c与安置腔的底部3c接触，使得敏感元件4上端的上侧面4a卡在外壳3上安置腔内的内侧面3d内部。且外壳3内的内侧面3d的直径比敏感元件4上侧面4a的直径稍大，这样既能够对敏感元件位置的进行固定，而又不对敏感元件造成过大的径向应力。

同时，由于方形圈2的直径比敏感元件4稍大（即接头部件1上的安置槽的口径也比敏感元件4稍大），从而在安装时，敏感元件4下端的下侧面4b的直径要比接头部件1中用于安置矩形圈2的安置槽的内侧面1d稍小，这样确保铆接时敏感元件4下端的下侧面4b和安置槽的内侧面1d绝对不接触。由此在铆接时，敏感元件4的上端进行了相对固定，下端只有与弹性的矩形密封圈4相接触，确保了敏感元件4在铆接时不会被压坏。

参见图9，其所示为接头部件1的组成结构。由图可知，本实例中，接头部件1由接头1e和底座1g组成。其中，底座1g作为接头部件1的连接端用于实现接头部件1与外壳的相接，接头1e和底座1g之间固定相接形成接头部件1。在连接时，接头1e和底座1g之间通过在接合面1f处通过焊接进行组合。

作为接头部件1的组成部件，接头1e和底座1g可以采用同种材料，也可以是不同的材料。这样有效地降低了产品的材料成本和加工费用，降低了整个部件的成本。

再者，根据需要，接头部件可以由一块或多块材料采用焊接或螺纹连接等形式进行连接，并且这些材料可以采用同种或不同种材质的材料。

基于上述方案完成压力变送器内部电气元件的安装后，本实例还利用环氧树脂10对外壳3内部电气部分进行密封。如图1所示，具体的在敏感元件4的外侧面与外壳内壁之间填充环氧树脂10，这样确保水汽和灰尘不能从敏感元件4中剩余通道进入内部电气部分。再配合电气插件9与外壳3之间的密封圈6，可以确保整个内部电气能有效地进行保护，使整个产品达到很好的IP等级。

由此形成的压力变送器在使用时，压力变送器中的接头部件1与锅炉、压力容器或压力管道相连接为敏感元件提供压力源。当有压力通过接头部件1传递时，敏感元件4将产生相应的电气信号，经放大电路调理后产生需要的电流或电压信号，通过排线7传递给电气插件9中的线路板8。

一般该电流或电压信号与压力之间有一定的函数关系，以此可以通过线路板8的读数得到相应压力的大小情况，同时线路板8将获得压力值通过电气插件9传递出去。

在整个压力变送过程中，外壳3作为一个大的屏蔽罩将内部电气部分与外界进行了屏蔽，提高了产品的EMC性能。

本实例提供的压力变送器在实际设计时，可以在必要时根据要求使用不同材质的接头部件1和金属壳体3，比如在空调制冷领域一般接头部件1的接头1e部分需要使用铜材料进行软密封，而接头部件1的底座1g部分和外壳3采用其他金属材料或坚硬的非金属材料对成本降低效果尤为明显。

替代地，可以根据需要，使用不同结构形式的接头部件，可以使用不同规格的内螺纹、外螺纹、管子等。

替代地，根据需要，可使用不同结构形式的电气插件或直接使用导线连接。

基于上述实例可知，本发明提供的方案，其结构简洁，利用外壳作为一个屏蔽罩将内部电气部分进行连接，提高了EMC性能。同时，接头部件和外壳，以及电气插件和外壳使用铆接连接，使压力变送器的结构简单，工艺调节便利，制造成本低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.一种改进型压力变送器，所述压力变送器包括接头部件、外壳、敏感元件、线路板、电气插件，所述接头部件和电气插件分别安置在外壳上，所述敏感元件安置在外壳内，并与接头部件配合，所述线路板安置在电气插件内并分别与敏感元件和电气插件电气相接，其特征在于，所述压力变送器还包括绝缘膜片以及矩形圈，所述外壳内具有与敏感元件相配合安置腔，敏感元件整体为圆柱形，其底部中间内凹有一凹槽，该敏感元件整体安置在该安置腔内，并与接头部件配合，以感应接头部件传递的压力；所述敏感元件的顶端罩设有一绝缘膜片，使得敏感元件的顶端与外壳的内壁隔离；同时敏感元件的底端通过作为压力密封使用的矩形圈与接头部件配合，使得敏感元件依靠与接头部件之间的矩形圈以及外壳施加的压力，固定在外壳内，并在敏感元件下方与矩形圈配合形成一个与接头部件相连接的密封空间，用以感应接头部件传递的压力；所述线路板与外壳电气相接。

2.根据权利要求1所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述绝缘膜片上开设有一敏感元件进行电气相接用的开孔，所述绝缘膜片罩设在敏感元件的顶端上。

3.根据权利要求1所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述线路板通过引线与外壳连接。

4.根据权利要求1所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述线路板通过排线与敏感元件电气相接。

5.根据权利要求1所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述矩形圈的直径大于绝缘膜片的直径。

6.根据权利要求1所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述电气插件与外壳之间铆接。

7.根据权利要求1所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述电气插件与外壳之间的结合处设置有密封圈，进行密封。

8.根据权利要求1所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述接头部件与外壳之间通过铆接方式进行相接。

9.根据权利要求8所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述接头部件与外壳之间配合处设置有铆接限位结构。

10.根据权利要求1或8或9所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述接头部件由第一种材料的接头与第二种材料的底座连接组成，所述第二种材料与第一种材料相同或不同。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的一种改进型压力变送器，其特征在于，所述压力变送器内部填充环氧树脂密封内部的电气元件。