CN104246463B - 压力测量装置 - Google Patents

Abstract

一种压力传感器(1)，包括：具有圆盘状测量膜(11)和至少一个配合体(12)及在其间的压力室的压力测量元件(10)，经由穿过配合体的压力管(14a)可将压力施加到压力室，其中压力测量元件具有用于将测量膜的挠度转换成压力相关的原始信号的电转换器；具有测量元件室的圆柱外壳(40)，其中压力测量元件(10)布置在测量元件室中，以及在端面上且与压力管(14a)连通的压力接收开口(24)；以及在外壳中的电子电路(31)，用于操作电转换器并用于处理原始信号且输出测量信号，其中，根据本发明，压力测量元件(10)的柱轴与外壳(40)的柱轴包围一个角度，该角度可不小于80°且特别优选地是直角。

Description

压力测量装置

技术领域

本发明涉及一种压力测量装置。本发明领域的压力测量装置包括大致圆柱形的压力测量元件、大致圆柱外壳以及电子电路，其中压力测量元件具有至少一个圆盘状测量膜和至少一个平台，其中存在形成在测量膜和平台之间的第一压力室，该第一压力室经由延伸穿过所述平台的压力管可被施加压力，其中压力测量元件具有用于将测量膜的压力相关的挠度转换成电原始信号的电转换器；其中外壳具有在其内部的测量元件室，其中压力测量元件布置在测量元件室中，其中外壳具有在其端面上的压力接收开口，其中压力测量元件的测量管与压力接收开口连通并由此可加载存在于压力接收开口处的介质压力，以及其中电子电路提供用于操作压力测量元件的电转换器并用于处理电原始信号，其中电子电路布置在外壳中并且经由至少一个连接线与转换器电连接。

背景技术

本领域的压力测量装置例如在欧洲专利EP 1128172 B1中公开的。所公开的压力测量装置包括在外壳中的压力测量元件，其中压力测量元件定向成大致与外壳同轴，以及其中压力测量元件的压力室经由压力管和压力传递装置的液压路径可被施加介质压力。压力测量元件包括电容式转换器，其电极布置在压力室中并因此被压力传递液体包围。在压力测量装置用作相对压力传感器的情况下，这保护电极不受湿气影响，以便其可暴露于在压力室外的布置的情况下。布置在平台上与测量膜相反一侧的电容式转换器的至少一个电极经由电线接触，与压力管一样，离开平台的背离测量膜并面向压力传递装置的端部。

只要电容相关的原始信号对扰动敏感，原始信号就必须通过预处理电路调整成尽可能接近电极。因此，在压力传递装置的平台和压力测量元件的平台之间，必须为这种预处理电路提供足够空间。而且，为了将预处理电路经过压力测量元件的连接线引到主电子器件，在压力测单元的侧表面和壳壁之间足够空间必须保留。

因此，为了满足以上要求，在给定尺寸的压力测量元件的情况下，外壳必须足够大，或在给定外壳尺寸的情况下，压力测量元件必须足够小。

压力测量元件和压力传递装置的主体之间的放大间距除了影响相关联的较大量的液压传递液体外，还影响对温度相关的测量误差的贡献。此外，有助于依赖位置以及温度的静压测量误差。

发明内容

因此，本发明的目的是提供解决上述缺点的压力测量设备。

这些目的根据本发明通过如独立专利权利要求1所限定的压力测量装置实现。

本发明的压力测量装置包括：大致圆柱形的压力测量元件，其中压力测量元件具有至少一个圆盘状测量膜和至少一个平台，其中第一压力室形成在测量膜和平台之间，所述第一压力室经由延伸穿过平台的压力管可被施加压力，其中压力测量元件具有电转换器，用于将测量膜的压力相关的挠度转换成电原始信号；大致圆柱的外壳，其中外壳具有在其内部中的测量元件室，其中压力测量元件布置在测量元件室中，其中外壳具有在其端面上的压力接收开口，其中压力测量元件的测量管与压力接收开口连通并由此可加载存在于压力接收开口处的介质压力；以及第一电子电路，该第一电子电路用于操作压力测量元件的电转换器并用于处理电原始信号，且用于输出依赖于原始信号的测量信号，其中第一电子电路布置在外壳中并且经由至少一个连接线与转换器电连接；其中根据本发明，压力测量元件的柱轴与外壳的柱轴形成一个角度，该角度不小于80°，优选不小于85°，且特别优选是直角。

在本发明的进一步改进中，压力测量装置包括隔离膜，该隔离膜在外壳的端部沿周界边缘与外壳气密地连接以形成在外壳和隔离膜之间的压力接收室，其中，压力接收开口通向压力接收室和液压路径，该液压路径从压力接收室延伸穿过压力接收开口和压力管至压力测量元件的压力室，以把存在于隔离膜上的压力传递进压力室。

在本发明的进一步改进中，转换器是电容式转换器并具有布置在测量膜上的至少第一电极和布置在平台上的至少第二电极，其中第一电极和第二电极之间的电容是压力相关的。

在本发明的进一步改进中，转换器经由穿过平台的电导线接触，其中电导线在背离测量膜的平台端面处离开平台。

在本发明的进一步改进中，压力管同样在背离测量膜的平台端面处离开平台。

在本发明的进一步改进中，压力测量装置还包括第二电子电路，该第二电子电路连接到第一电子电路以接收和处理测量信号并在背离压力输入开口的测量元件一侧处布置在外壳中。

在本发明的进一步改进中，第二电子电路在信号输出部发出依赖于测量信号的输出信号，其中信号输出部连接到信号路径，其中外壳具有信号路径开口，信号路径延伸穿过信号路径开口。

在本发明的进一步改进中，信号路径开口布置在背离压力输入开口的外壳的端部处。

在本发明的进一步改进中，压力测量元件还包括第二平台，其中测量膜布置在第一平台和第二平台之间，其中第二压力室形成在测量膜和第二平台之间，其中第二压力室被排空或经由第二压力管被施加大气压力，该第二压力管延伸穿过第二平台。

在本发明的进一步改进中，在测量元件室的轴向截面中，压力测量元件的外径特别是不小于外壳的外径的80％，特别是不小于90％。

在本发明的进一步改进中，压力测量装置还包括支撑体，其中支撑体布置在外壳中并与外壳受压地连接，其中，压力测量元件通过支撑体保持并与其受压地连接，其中连接管延伸穿过支撑体，该连接管分别与压力输入开口和压力管气密地连接。

在本发明的进一步改进中，连接管包括第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分彼此相连并包括在支撑体中彼此连通的孔且基本上彼此垂直地延伸。

在本发明的进一步改进中，支撑体包括至少第一龙头状连接件，连接管延伸穿过至少第一龙头状连接件，其中连接件布置并受压地接合在平台中的孔，压力管延伸穿过它。

在本发明的进一步改进中，至少一个平台在其背离压力测量膜的端面上至少部分包括倒角，其最大截面面积不小于平台的轴向尺寸的平方的0.5％，特别是不小于2％，优选地不小于4％，且进一步优选地不小于6％。

附图说明

现将根据附图所示的实施例的实例解释本发明，其中：

图1a：本发明的压力测量装置的实施例第一例的部件的分解图；

图1b：在组装状态中的图1a的部件的立体图；

图2a：本发明的压差测量装置的实施例第二例的纵向截面；以及

图2b：图2a所示的实施例的第二实例的横截面。

具体实施方式

本发明的实施例的第一实例将根据图1a和图1b解释，其中，对于压力测量装置中的部件布置，不时会顺便参照图2a和图2b。

本发明的压力测量装置的实施例的第一例的压力测量元件10包括圆盘状测量膜11以及第一圆板状平台12和第二圆板状平台13，较之测量膜11，平台12、13具有更大的弯曲刚度。平台12、13和测量膜由陶瓷材料制成，特别是由刚玉制成，其中测量膜11在各种情况下通过以活性硬焊或铜焊，特别是Zr-Ni-Ti活性硬焊或铜焊的形式的周界接合与两个平台气密连接。第一压力室形成在测量膜11和第一平台12之间，该第一压力室经由延伸穿过平台12的压力管14a(仅在图2a中示出)可被施加压力。因此，第二压力室形成在测量膜11和第二平台13之间，该第二压力室经由延伸穿过平台13的压力管14b可被施加压力。测量膜11的具体挠度依赖于第一测量室中的压力和第二测量室中的压力之间的差。

压力测量元件10还包括电容式转换器(这里未详细示出)，用于将测量膜11的压力相关的挠度转换成至少一个压力相关的电原始信号。电容式转换器优选地实施为差分电容器，具有至少两个不同压力依赖性的电容，其中两个电容在两个压力室中的压力相等的情况下应具有相同的电容。为此，例如，电极对可布置在两个压力室中，在各种情况下，该电极对中，一个电极布置在测量膜上，而一个电极布置在测量膜对面的平台上。这是压差转换器的已建立转换器电路，该压差转换器通常必须记录在两个高静压之间的相对较小的差。

然而，本发明特别是分别涉及相对或绝对压力测量装置，在这种情况下，分别记录介质压力和周围大气压力或真空之间的差。在这种情况下，电容式转换器优选地包括在同一压力室中的两个具有不同压力依赖性的电容。借此，电容暴露于相同的环境条件。圆盘电极和环形电极目前通常在这种情况下施加在平台上，其中环形电极包围圆盘电极，以及其中，在各种情况下，相对于全表面膜电极测量它们的电容。电容式传感器布置在第一压力室中，通过压力传递液体将介质压力提供给第一压力室。以这样的方式，电容例如相对于湿气保持无交叉敏感性。

压力测量装置1还包括具有压力传递平台21的压力传递部件20，该压力传递平台21具有在第一端上的金属隔离膜22，该金属隔离膜22沿周界边缘气密地焊接到平台21，其中隔离膜坐落在延伸穿过平台21的管24的压力输入开口上面。

压力测量元件10经由连接件17连接到压力传递平台，其中连接件17具有带有第一龙头管的第一连接龙头18，该第一连接龙头18插入第一平台12的第一压力管14并与平台气密地接合。

连接件17还包括具有第二龙头管的第二连接龙头19，其中两个连接龙头的纵向轴彼此垂直延伸，其中第二连接龙头19插入平台21的压力输入开口24并与平台21气密接合。

连接件17优选地由例如Kovar的材料制成，其热膨胀系数与平台的热膨胀系数兼容。优选地，连接件由与平台相同的材料、即刚玉制成。连接件17将压力测量元件10相对于压力传递部件20定位并将其保持固定在位。

连接件完成隔离膜22和测量膜11之间的气密密封容积，该密封容积限定液压路径，可经由该液压路径将在隔离膜22上存在的压力提供给测量膜。

液压路径通过在平台21中从平台的侧表面径向向内延伸并与液体路径连通的通道25充满压力传递液体，其中通道25的开口在用封闭件26填充之后气密密封，封闭件26包括密封球、偏置弹簧和定位螺丝。

图2a根据压力传递部件20a的另一实施例示出了形成填充开口的可替代形式，在该情况下，填充开口25a在轴向方向中延伸穿过平台21a，其中毛细管25b插入填充开口25a并焊接到平台21a。在液压路径填充之后，毛细管25b例如通过毛细管25b的挤压及随后的焊接气密地封闭。除该变型外，图2a和图2b所示的实施例的实例基本上对应于图1a和图1b所示的实施例的实例。

为了操作压力测量元件10作为相对压力测量元件，需要基准气源，为此，第二连接件17的第一连接龙头插入第二平台13的压力管14b并与第二平台13气密接合。第二连接件基本上与第一连接件17构造相同，其中基准气管线(未示出)、例如基准气软管连接到第二连接主体17的第二连接龙头。

此外，干燥体可布置在外壳中，该干燥体例如包括例如PFA、PTFE、硅树脂或其它聚合物的有机基质中的沸石或硅胶。德国专利申请102010038986、102010062295和102011080142中描述了这种干燥体的合适材料。

压力测量装置还包括电路部件30，该电路部件具有用于操作电容式转换器、用于处理电容式转换器的原始信号并用于输出依赖于原始信号的测量信号的电子电路。测量信号可特别是数字信号。电子电路容纳在密封陶瓷容器31内，该容器31又布置在平台12的外表面上，其中电子电路经由延伸穿过容器31和第一平台12的电导线连接到电容式转换器的电极。

电路部件30还包括一排第一插针32，连接器模块34插到第一插针32上，该连接器模块34包括电路板和具有大于第一插针的间距的第二插针36。

现将参照图2a和图2b进一步描述。

本发明的压力测量装置1还包括外壳40，外壳40包括圆柱形金属外壳管41、作为介质侧外壳封闭件的金属压力传递平台21以及还有介质远端外壳封闭件44。

外壳管40放置在平台21上并沿周界焊缝气密地焊接到平台21上，其中，面对远离平台21的外壳管41的端部通过焊接到外壳封闭件44密封地封闭，使得外壳49形成绕压力测量元件10和电路部件30以及连接器模块34的封闭测量元件室。

外壳封闭件44包括金属圈45和气密并受压地固定在金属圈45中的玻璃主体46，其中触点47和参考气管(未示出)延伸穿过玻璃主体。

触点47经由柔性扁平电缆38与第二插针36连接。

参考气管经由参考气软管连接到第二连接件17的第二连接龙头。然而，参考气路径的所述部件为了清晰不显示在图2a中。

在给定的情况下，测量元件室可充满软封装化合物或泡沫，相应地包含用于抑制发生在给定情况下的测量元件10的振动的一个或多个塑料模制部件。

如图2a所示，外壳管41的内壁包括至少一个台阶42，使得测量元件室在轴向截面上具有较大的内径，其中布置压力测量元件10。以这样的方式，给予压力测量元件10足够的空间，诸如图2b中的截面所示，该空间位于压力测量元件的最大延伸的平面中。

电子器件外壳(未示出)还可放置在外壳40上，所谓的主电子器件布置在该电子器件外壳中，该主电子器件给电路部件30供电并调节其信号例如以便提供依赖于电流信号(4...20mA)的测量值或在一个既定的现场总线协议中的数字信号。

在给定的情况下，主电子器件还可集成在外壳40中，为此需要更大的外壳容积，例如这可通过延长外壳管41提供。在这种情况下，外壳40可支撑接近玻璃主体的与触点47电接触的接线板，其中压力测量装置可经由接线板连接到控制系统。

Claims (20)

1.一种压力测量装置(1)，包括：

大致圆柱形的压力测量元件(10)，其中，所述压力测量元件具有至少一个圆盘状测量膜(11)和至少一个平台(12)，其中，第一压力室形成在所述测量膜(11)和所述平台(12)之间，经由延伸穿过所述平台的压力管(14a)所述第一压力室可被施加压力，其中，所述压力测量元件具有电转换器，用于将所述测量膜的压力相关的挠度转换成至少一个压力相关的电原始信号；

大致圆柱形的外壳(40)，其中，所述外壳(40)具有在其内部中的测量元件室，其中，所述压力测量元件(10)布置在所述压力测量元件室中，其中，所述外壳在端面上具有压力接收开口(24)，其中，所述压力测量元件(10)的压力管(14a)与所述压力接收开口(24)连通并由此可加载存在于所述压力接收口处的介质压力；以及

第一电子电路(31)，所述第一电子电路(31)用于操作所述压力测量元件(10)的电转换器并用于处理所述电原始信号，且用于输出依赖于所述原始信号的测量信号，其中，所述第一电子电路(31)布置在所述外壳中并经由至少一个连接线与所述转换器电连接，

所述压力测量装置的特征在于，

所述压力测量元件(10)的柱轴与所述外壳(40)的柱轴形成一个角度，所述角度不小于80°。

2.如权利要求1所述的压力测量装置，其中所述角度不小于85°。

3.如权利要求2所述的压力测量装置，其中所述角度是直角。

4.如权利要求1所述的压力测量装置，还包括：

隔离膜，所述隔离膜在所述外壳的端部沿着周界边缘与所述外壳气密地连接以形成在所述外壳和所述隔离膜之间的压力接收室，其中，所述压力接收开口通向所述压力接收室，以及

液压路径，所述液压路径从所述压力接收室延伸穿过所述压力接收开口和所述压力管至所述压力测量元件的压力室，使得把存在于所述隔离膜上的压力传递进所述压力室。

5.如权利要求1所述的压力测量装置，其中，所述转换器是电容式转换器并具有布置在所述测量膜上的至少第一电极和布置在所述平台上的至少第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极之间的电容是压力相关的。

6.如权利要求1所述的压力测量装置，其中，所述转换器经由穿过所述平台的电导线被接触，其中，所述电导线在所述平台的背离所述测量膜的端面处离开所述平台。

7.如权利要求6所述的压力测量装置，其中，所述压力管同样在所述平台的背离所述测量膜的端面处离开所述平台。

8.如权利要求1所述的压力测量装置，还包括第二电子电路，所述第二电子电路连接到所述第一电子电路，以接收和处理所述测量信号，并且，所述第二电子电路在所述测量元件的背离所述压力输入开口的一侧处步骤在所述外壳中。

9.如权利要求8所述的压力测量装置，其中，所述第二电子电路在信号输出部发出依赖于所述测量信号的输出信号，并且其中，所述信号输出部连接到信号路径，其中，所述外壳具有信号路径开口，所述信号路径延伸穿过所述信号路径开口。

10.如权利要求9所述的压力测量装置，其中，所述信号路径开口布置在所述外壳的背离所述压力输入开口的端部处。

11.如权利要求1所述的压力测量装置，其中，所述至少一个平台(12)包括第一平台和第二平台，以及其中，所述测量膜布置在所述第一平台和所述第二平台之间，其中，第二压力室形成在所述测量膜和所述第二平台之间，其中，所述第二压力室被排空或经由第二压力管可被施加大气压力，所述第二压力管延伸穿过所述第二平台。

12.如权利要求1所述的压力测量装置，其中，在所述测量元件室的轴向截面中，所述压力测量元件的外径不小于所述外壳的外径的80％。

13.如权利要求12所述的压力测量装置，其中，在所述测量元件室的轴向截面中，所述压力测量元件的外径不小于所述外壳的外径的90％。

14.如权利要求1所述的压力测量装置，还包括支撑体，

其中，所述支撑体布置在所述外壳中并与所述外壳受压地连接，

其中，所述压力测量元件通过所述支撑体保持并与其受压地连接，其中，连接管延伸穿过所述支撑体，所述连接管与所述压力输入开口和所述压力管气密地连接。

15.如权利要求14所述的压力测量装置，其中，所述连接管包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分彼此相连并包括在所述支撑体中彼此连通的孔，且所述第一部分和第二部分基本上彼此垂直地延伸。

16.如权利要求14所述的压力测量装置，其中，所述支撑体包括至少第一龙头状连接件，所述连接管延伸穿过所述连接件，其中，所述连接件布置并受压地接合在所述平台中的孔，所述压力管延伸穿过它。

17.如权利要求1-16中的一项所述的压力测量装置，其中，至少一个平台在其背离所述压力测量膜的端面处至少部分包括倒角，所述倒角的最大截面面积不小于所述平台的轴向尺寸的平方的0.5％。

18.如权利要求17所述的压力测量装置，其中所述倒角的最大截面面积不小于所述平台的轴向尺寸的平方的2％。

19.如权利要求18所述的压力测量装置，其中所述倒角的最大截面面积不小于所述平台的轴向尺寸的平方的4％。

20.如权利要求19所述的压力测量装置，其中所述倒角的最大截面面积不小于所述平台的轴向尺寸的平方的6％。