CN105518419B - 绝压和差压传感器 - Google Patents

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Abstract

公开的实施例包括绝压和差压传感器组合(200),所述绝压和差压传感器组合(200)包括至少第一腔(210)和第二腔(210),至少第一压力端口和第二压力端口,使所述第一腔接触应用于所述第一压力端口的所述第一流体压力的第一隔离膜,使所述第二腔接触应用于所述第二压力端口的所述第二流体压力的第二隔离膜,接触所述第一腔和所述第二腔的其中一个中的绝压的至少一个绝压传感元件,以及接触所述第一腔和所述第二腔两者之间的差压的至少一个差压传感元件。

Description

绝压和差压传感器
背景技术
1.技术领域
本发明总体涉及用于控制流体的质量流率的方法和系统,并且尤其涉及用于气体和其他可压缩流体的质量流量控制器和质量流量计的操作。
2.相关技术的讨论
许多工业生产过程需要各种过程流体的精确控制。例如,在半导体工业中,使用它们的质量流量计和控制器被用来精确测量和控制引入处理室的过程流体的量。在这类设备中,可以通过多种技术包括热技术、超声渡越时间(ultrasonic time-of-flight)技术、科里奥利技术以及基于压力的技术来测量质量流率。
基于压力的质量流量计使用限定的流量限制来产生响应于待测量的流量的压降,并且使用温度测量、由此产生的压降以及(对于可压缩流体)绝压,结合流体特性和流量限制两者的知识来计算质量流率。
术语“流体”在此用来描述在任意一状态下能够流动的任何类型的物质。术语“气体”在此用来描述其密度基本上取决于绝压的任何流体,比如理想或非理想气体、气化物和超临界流体。术语“液体”在此用来描述其密度不是基本上取决于绝压的任何流体。
发明内容
公开的实施例包括绝压和差压传感器组合,其包括至少第一腔和第二腔,至少第一压力端口和第二压力端口,使所述第一腔与应用于所述第一压力端口的第一流体压力接触的第一隔离膜,使所述第二腔与应用于所述第二压力端口的第二流体压力接触的第二隔离膜,与所述第一腔和所述第二腔的其中一个中的绝压接触的至少一个绝压传感元件,以及与所述第一腔和所述第二腔两者之间的差压接触的至少一个差压传感元件。
在一个实施例中,所述第一和第二压力端口为完全围绕所述第一和第二隔离膜的密封件或密封表面。许多其他类型的压力端口同样可能和适用,包括用于隔离膜的包含合适的密封件或密封表面的刚性盖,以及刚性或柔性管。
在一个实施例中,所述第一和第二隔离膜为柔性波纹金属膜片。许多其他类型的隔离膜同样可能和适用,例如柔性金属波纹管和弹性膜片或波纹管。
在一个这样的实施例中,所述端口由完全围绕隔离膜的密封表面构成,并且隔离膜为具有精确指定的轮廓的柔性波纹金属膜片,所述精确指定的轮廓由传感器主体安装表面略微隆起。
在一个实施例中,所述第一和第二腔用基于硅树脂的油填充。
在一个实施例中,所述绝压和差压传感元件由使用硅应变仪的微电机硅元件构成。许多其他类型的压力传感元件同样适用,例如用金属膜应变仪或电容压力计的被适当支持的膜片。
在一些实施例中,所述绝压和差压传感器组合也可以包括温度传感器。所述绝压和差压传感器组合可以配置成使用所述温度传感器以补偿任何计量器温度系数,和/或使用所述传感器组合的装置可以配置成使用由所述温度传感器记录的温度作为其流量正在被测量的流体的温度的代表。
在一些实施例中,所述绝压和差压传感器组合也包括安装到传感器主体的电路板。所述电路板可以具有存储器部件,所述存储器部件配置成存储数据,例如但不限于用于所述绝压和差压传感器组合的校准数据。所述电路板可以包括一个或多个加速计以允许对测量压力上的重力或加速效应的自动校正。所述电路板也可以包括仪表放大器或其他放大器,其配置成放大绝压传感元件和差压传感元件以及其他部件的输出信号。
上面的简述仅仅提供了在此公开的特别实施例的示例并且不旨在为详尽的或限制权利要求的范围。公开的实施例的其他实施例和优势将在具体实施方式中进一步描述。
附图的简要说明
本发明示出的实施例参照附图在下面进行了详细的说明,其通过引用的方式并入本文,并且其中:
图1示出了根据要求保护的发明的一个实施例的绝压和差压传感器组合的横截面视图;
图2示出了根据要求保护的发明的一个实施例的绝压和差压传感器组合的正视图;
图3示出了根据要求保护的发明的一个实施例的绝压和差压传感器组合的后视图;
图4示出了质量流量控制器的示例,在其中可以包含根据公开的实施例的绝压和差压传感器组合的实施例;以及
图5示出了质量流量计的示例,在其中可以包含根据公开的实施例的绝压和差压传感器组合的实施例。
示出的附图仅是示例性的并且不旨在主张或暗示关于其中可以实施不同实施例的实施例、构架、设计或过程的任何限制。
具体实施方式
用于气体的基于压力的质量流量控制器(MFCs)和质量流量计(MFMs)通常利用置于合适位置的一些形式的流量限制器和两个或多个压力传感器以允许压力限制器的上游压力和下游压力两者的计算。
例如,许多基于压力的MFMs使用被称为层流流量元件的一种类型的流量限制器,层流流量元件的性能主要取决于它的层流流量特性,而不是速位差(在限制器中加速气体至其速率所需的压降)。对于第一级,通过层流流量元件的理想气体的流率可以计算如下:
Qs=K*(Pu^2–Pd^2)
其中:
Qs为质量流率
K为取决于气体的温度、黏度和压缩性以及层流流量元件的几何结构的数值
Pu为层流流量元件的上游绝对压力
Pd为层流流量元件的下游绝对压力
当Pd是低数值时,也就是说,当下游压力是上游压力的一小部分时,该特性非常有利,因为它采用相对较大的上游压力以给出与装置范围的一小部分相等的流率。例如,如果流量限制器提供满量程上的1000托(大约20磅/平方英寸,绝对压力)的压降进入真空内,进入真空的100托的压降只提供满量程流量的1%。这实现了进入真空的低流率的良好测量,因为由此产生的压降对于即使相对低的流率来说是相对较大的。
然而,当出口压力增大时,层流流量元件的压降大大减少。在我们的示例情况中,例如,通过层流流量元件的下游大气压力(760托),1%满量程流量上的压降下降到仅6.55托。用于该配置所需的是远小于1%的传感器范围,以及与元件的真空下游处于相同流率的所述元件小于7%的压降。与其在出口处使用真空的性能相比,该特性使处于高出口压力下的流量计的精确度大大降低。
此外,使用这种MFMs的质量流量控制器(MFCs)遇到同样的问题。
典型的使用层流流量元件的基于压力的MFCs和MFMs使用两个独立的绝压传感器,一个在层流流量元件的上游,一个在层流流量元件的下游。但是,对于用这种方法构造以跨过很大范围的出口压力执行良好的MFC来说,关键的是所述两个压力传感器精确匹配。他们不但需要被准确地调零,而且他们还需要具有相匹配的增益和相匹配的非线性。所述两个传感器的增益或非线性之间的任何差异随着出口压力的变化将产生流量计零点上的漂移,所述两个传感器的零点的任何差异随着出口压力的变化也将产生流量计零点上的漂移。
使用临界流量喷嘴、孔口或其他非层流流量元件的基于压力的MFCs和MFMs当在低流率以及甚至适度高的出口压力下被使用时经受更糟的退化。
典型的基于压力的MFCs和MFMs已经使用两种不同的方法解决了该问题。
第一种方法(通常在计量级的MFMs中使用)是使用极其精确和昂贵的传感器。例如,MolBoxTM(由生产的基于压力的质量流量计的一部分的电子器件)使用两个由Paro Scientific生产的基于石英-晶体的压力传感器。这些是高性能传感器,以其精确度和稳定性而著称但是成本昂贵。这种传感器也在其他极其精密的应用中使用,例如海啸探测器,其能够从几千米以下的海底检测小于1厘米的水深上的变化,以及在使用石英毛细管作为层流流量元件的至少一个NISTTM(国家科学与技术研究院,NationalInstitutes of Science&Technology)层流流量计中使用。
大多数便宜的小的基于压力的MFCs(比如Horiba D200TM系列)和MFMs使用更加便宜的绝压传感器并且很大程度上依赖于高出口压力上的精确度规格的相当大幅度的宽松。例如,所述D200系列,当出口压力低于13.3kPa(~100托)时保证0.05%满量程降至0.5%设定点的精确度,但是当出口压力在13.3kPa至53.3kPa(~400托)之间时仅保证0.1%满量程并且只降至2%的设定点的精确度。
使用这两种方法的装置也依赖于传感器的定期“配衡”(即,当两个传感器接触同样的压力时调整一个或两个传感器的零点偏移以给出完全相同的压力读数)。在实际操作的出口压力下,适当的配衡能够显著改进这些装置在用于配衡的出口压力下的性能。但是许多MFC和MFM应用需要在相对较宽范围的出口压力(比如从真空到400托)下执行。配衡能够确保仅在压力在其上进行了配衡的范围内的一种压力下的适当修正。传感器之间的任何增益或非线性差异随着出口压力偏离执行了配衡的压力而将引入越来越多的误差。
一种显著改进基于压力的MFC或MFM的性能的方法是用能够直接记录跨过所述元件的压降的差动传感器替代其中一个绝对传感器。这没有完全消除配衡的需要,因为当接触限制器的完全相同的上游压力和下游压力时,仍然需要定期地调整差动传感器的零点。但是这大大降低了计算流量对两个传感器的增益和非线性上不相匹配的敏感性,因为这些不影响来自处于零流量的差动传感器的读数。
差压传感器的使用也显著降低了传感器在时间或温度上未修正的零点漂移的影响,因为仅来自一个传感器的漂移有助于差压测量。
差压传感器的使用没有完全消除差动传感器对压力的敏感性,因为可在该应用中使用的差动传感器通常具有一定的“共态”敏感性(即,根据绝压的零点上的小漂移)。但是该共态敏感性通常很小,可以被简单地和便宜地测量并且可以几乎完全补偿,并且在传感器的温度或者寿命上应该变化很小。
然而,既使用差动传感器又使用分开的绝对传感器同样具有缺点:
成本。压力传感器成本背后的其中一个主要原因仅仅是膜盒材质材料(wettedmaterials)以及他们的制造和加工的成本。对于需要传感元件与被检测介质隔开的环境(如同大多数半导体工业应用那样)来说,传感器的成本通过膜片或其他所需隔离膜的数量而大大提升。湿/湿差压传感器具有暴露于被检测介质的2个高纯度膜片和相关的密封件,因此与其替代的绝对传感器相比,购买和安装的成本大大增加。
尺寸。常见的差动传感器大于绝对传感器,并且通常需要管道连接,所述管道连接在常见的低范围MFC或MFM的标准形状因数中是不方便的。
可靠性。每个密封件和隔离膜提供可能的故障点。其他所有条件相同的情况下,具有3个压力传感器密封件和3个隔离膜的系统比具有仅2个密封件和隔离膜的可比较的系统可能多承受50%的密封件和隔离膜故障。
为了克服这些问题的其中一些,本公开提供一种绝压和差压传感器组合,其适合于在基于压力的流量计和流量控制器中使用。根据公开的实施例的绝压和差压传感器组合的一个实施例的示例描述在附图中。
尽管下面的讨论主要应用于气体流量计,但是在此公开的绝压和差压传感器组合在液体流量控制器中也是有用的(其中它可以给控制系统提供有用的信息),即使液体流量计对绝压相对比较不敏感,但是仅使用差动传感器在其他方面通常很好地被使用。另外,虽然下面的讨论针对MFCs和MFMs,但是至少一些相同问题影响用于气体的基于压力的体积流量计(GFMs)。
图1-3分别示出根据所要求保护的发明的一个实施例的绝压和差压传感器组合200的横截面视图、正视图和后视图。所述绝压和差压传感器组合200的示例性尺寸可以是50mm乘26mm。
参考图1至图3,在一个实施例中,绝压和差压传感器组合200包括主体208,主体208具有至少两个腔210,所述两个腔210通过压力端口216和隔离膜214接触流量计的上游压力。
作为示例,在一个实施例中,所述压力端口216是密封件,其机械加工至主体的表面中;隔离膜214是柔性的波纹金属膜片,并且所述腔210用硅油或其他合适的液体填充。
在一个实施例中,绝压和差压传感器组合200包括绝压传感元件220,用于记录其中一个液体填充腔210中的绝压。在一个实施例中,所述绝压传感元件220可以是压阻式半导体压力传感器,然而也可以使用其他技术。
另外,在公开的实施例中,绝压和差压传感器组合200包括差压传感元件230,用于记录液体填充腔之间的差压。在一个实施例中,所述差压传感元件230可以是第二压阻式半导体压力传感器,然而也可以使用其他技术。
虽然图1示出了位于每一个液体填充腔210中的一个压力传感元件,但是在某些实施例中,所述绝压和差压传感器组合200可以通过位于同一液体填充腔210中的绝压传感元件220和差压传感元件230两者制造而成。
在另一实施例中,除了差压传感元件230之外,绝压和差压传感器组合200可以通过每个液体填充腔210中的绝压传感元件220制造而成。该实施例将会允许通过仅仅一个绝压传感元件加上一个差压传感元件无法测出的一些压力传感器故障(诸如长期漂移或未补偿的零点或跨度温度系数误差)的检测。
在一个实施例中,电路板204附连至传感器主体208的背部。在某些实施例中,所述电路板204包括闪速存储器和排线连接器212。所述电路板204还可以为安装任何传感器特定平衡器或其他调阻机(trim resistors)提供位置。在某些实施例中,所述电路板204还可以提供为放大嵌入的压力传感器输出所需要的仪表放大器、一些或全部所需驱动电路、由恒流驱动器需要的或者通过恒压驱动器以检测传感器温度而需要的电流传感电阻器、用于传感器校准或其他所需数据的存储器,等等。所述电路板204可以由来自传感器主体208的插脚支承,提供与包含在主体内的压力传感元件220和230的电连接。在一些实施例中,所述电路板204可以包括一个或多个凹口202或孔以提供安装螺钉头的传感器周围的空隙。
在某些实施例中,绝压和差压传感器组合200可以包括温度传感器240。所述温度传感器240可以用于补偿任何计量器温度系数,以及用作待计算其流量的流体的温度的代表。在一个实施例中,所述温度传感器240可以如图1所示那样嵌入传感器主体208中以获得平均测量。温度传感器240的非限制性示例包括使用热电偶、热敏电阻、电阻式温度检测器(RTD)或另一集成电路装置。
在其他的实施例中,温度可以通过测量嵌入在一个或多个绝压传感元件220或差压传感元件230中的应变片桥的电阻以及将测量的电阻转变为温度来确定。
在一个实施例中,隔离膜214由薄的柔性膜片构成,所述薄的柔性膜片由任何适合的金属(比如高纯度不锈钢或)或其他合适的材料制成;所述隔离膜214被制造成具有精确指定的轮廓(例如被指定成+-0.15mm的轮廓);并且所述隔离膜214被放置成从传感器主体208的表面略微突出。该实施例在气体流量控制器中是有用的,其对于低流量范围跟随阀门关闭承受长的向下流动时间。该向下流动时间由占据上游控制阀门和层流流量元件之间的体积的气体导致,该气体必须通过层流流量元件流出。根据公开的实施例,提供精确控制的隔离膜形状使得传感器结构附连的装置的制造更为简单,同时也使该体积最小化,并且因此使向下流动时间最小化。
在另一实施例中,所述压力端口216可以被制造成包括在大多数隔离膜之上的刚性盖,仅提供膜和盖之间的小的和精确控制的间隙以类似地使体积和由此产生的向下流动时间最小化。
在其他实施例中,所述压力端口可以与传感器主体208的安装表面齐平或从传感器主体208的安装表面缩回。
然而,在一些实施例中,其他材料或装置(例如但不限于波纹管)可以用作隔离膜。
在某些实施例中,所述传感器主体208对于接触气体/液体通道的全部表面来说可以由耐腐蚀的金属合金(比如但不限于或316L VIM-VAR)制成。其他表面可以由任何实用的不锈钢制成。
图4示意性地示出了基于压力的质量流量控制器400的示例,其中可以包含绝压和差压传感器组合200的实施例。该基于压力的质量流量控制器400在流体流率上的变化产生流量限制器的上游和/或下游流体压力上的变化(从流量限制器的上游和/或下游流体压力上的变化可以计算出流体流率)的原理下工作。
在图示的实施例中,除了其他方面以外,所述质量流量控制器400还包括电源连接器402、显示界面404、通信接口406(比如RS485通信接口连接器)、控制电子器件460、流体通道422、一个或多个温度传感器/传感元件424、流量控制阀组件450和公开的绝压和差压传感器组合200的至少一个实施例。
所述质量流量控制器400还包括用于将流体引入装置的进入口420和流体从其流出(例如,到处理室)的排出口430。流体沿流体通道422在所述质量流量控制器400内流动。在一些实施例中,该流体通道422使用加热器和用于检测沿流体通道422的温度的一个或多个温度传感器(比如温度传感器424和/或在一些实施例中,温度传感器240)而维持恒温。
在图示的实施例中,所述流量控制阀组件450沿流体通道422靠近进入口420放置。所述流量控制阀组件450包括比例控制阀,其可调节以控制流经质量流量控制器400的流体的量。
此外,所述质量流量控制器400包括层流流量元件440。该层流流量元件440配置成确保层流在小的流道内,由于流体内的剪切力而产生压降。此外,在一些实施例中,所述一个或多个温度传感器424和/或温度传感器240可以配置成提供层流流量元件440中的流体的温度。
所述绝压和差压传感器组合200连接至流量控制阀组件450下游的流体通道422。绝压和差压传感器组合200使用接触如上所述的绝压和差压传感器组合200的至少两个腔之间的差压的至少一个差压传感元件和至少一个绝压传感元件来确定跨过层流流量元件的绝压和差压降,。
在一个实施例中,所述质量流量控制器400包括控制电子器件460,其可以包括逻辑、电路、内存和一个或多个过程元件(处理器)。控制电子器件460配置成根据指示所期望的质量流率的设定点控制流量控制阀组件450内的阀门的位置。例如,在一个实施例中,所述控制电子器件460接收来自温度传感元件(诸如温度传感器424和/或温度传感器240)的层流流量元件440中的流体的温度、来自绝压和差压传感器组合200的绝压和差压以及指示通过层流流量元件的所期望的流率的设定点信号。控制电子器件460使用接收的信息将绝压、差压和层流流量元件的与温度有关的流体性能和特性的知识转换为指示通过层流流量元件的质量流率的信号。例如,在一个实施例中,控制电子器件460配置成使用哈根-泊肃叶方程将压降和体积流率联系起来,然后其使用给出的温度和压力上的密度校正被转换为质量流率。然后所述控制电子器件460产生用于控制比例控制阀的阀驱动信号,使得指示通过层流流量元件的质量流率的信号基本上与接收的设定点信号相匹配。例如,在一个实施例中,控制阀驱动信号基于误差信号产生,所述误差信号为指示流体的所期望的质量流率的设定点信号和通过控制电子器件460使用绝压和差压传感器组合200确定的与实际质量流率相关的反馈信号之间的差异。
图5示意性地示出了基于压力的质量流量计500的示例,其中可以包含绝压和差压传感器组合200的实施例。所述基于压力的质量流量计500包括与质量流量控制器400类似的部件,除了质量流量计500和控制电子器件160简单地确定通过装置的流体的质量流率并且不控制流体的量。如此,所述质量流量计500缺少如上所述质量流量控制器400中的流量控制阀组件450。
因此,公开的实施例提供适合在用于气体和液体两者的基于压力的质量流量计和质量流量控制器中使用的绝压和差压传感器组合的各种实施例。
尽管上文已经描述和图示了被认为是最好的方式和/或其他示例,但是应该理解的是,其中可以进行各种修改,并且在此公开的主题可以以各种形式和示例实施,并且这些教导可以在许多应用中实施,在此仅描述了其中一些。本领域技术人员将认识到本公开可修改为多种变型和/或精进。这些修改旨在被覆盖在本教导的真实范围内。
例如,尽管附图示出了绝压和差压传感器组合200作为在所述主体的相同表面上具有两个压力端口(波纹膜片)的单个的机械主体,其适用于与具有与其他小的可商业购买的MFCs相似的形状因数的质量流量控制器一起使用,根据公开的实施例的其他构造可以在绝压和差压传感器组合200的相对端部上或在邻近表面上具有压力端口。但是,在某些实施例中,绝压和差压传感器组合200可以制造为通过填充液体的柔性管连接的两个离散的机械单元(可能矩形或圆柱形)。
此外,在某些实施例中,绝压和差压传感器组合200包括两个以上的腔。例如,2-输入单个-输出混合流量控制器可以围绕两个层流流量元件和单个3-腔绝压和差压传感器构造。在一些实施例中,3-端口结合的压力传感器可以具有在一个腔内的绝对传感器(并且接触两个层流流量元件的下游压力)、接触每个层流流量元件的上游压力的分开的腔,以及两个差动传感器,其中每个差动传感器均记录跨过其中一个层流流量元件的压降。
在此使用的单数形式“一(a)”“一(an)”和“所述(the)”旨在同样包括复数形式,除非上下文以其他方式清楚地指示。将进一步理解的是,术语“包括”和/或“包含”当在说明书或权利要求中使用时指定了陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但是不排除存在或附加一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。在下面权利要求中的相应的结构、材料、行为和各种装置或步骤加功能元件的等同物旨在包括用于结合所明确要求保护的其他要求保护的元件执行所述功能的任何结构、材料或行为。本发明的描述为了图示和描述的目的已经呈现,但是并不旨在为详尽的或局限于公开形式上的发明。
如上所述,许多修改和变型对于本领域普通技术人员来说是显而易见的,并不脱离本发明的范围和精神。选择和描述实施例来阐述本发明的原理和实际应用,并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本发明通过其适合于计划特别使用的各种修改用于各种实施例。权利要求的范围旨在广泛地覆盖公开的实施例和任何这样的修改。

Claims (23)

1.一种绝压和差压传感器组合,所述绝压和差压传感器组合包括:
至少第一腔和第二腔;
至少第一压力端口和第二压力端口;
第一隔离膜,所述第一隔离膜使得所述第一腔接触应用于所述第一压力端口的第一流体压力;
至少第二隔离膜,所述第二隔离膜使得所述第二腔接触应用于所述第二压力端口的第二流体压力;
至少一个绝压传感元件,所述至少一个绝压传感元件接触所述第一腔和所述第二腔的其中一个中的绝压;以及
至少一个差压传感元件,所述至少一个差压传感元件接触所述第一腔和所述第二腔之间的差压。
2.根据权利要求1所述的绝压和差压传感器组合,其中所述第一腔和所述第二腔的至少一个用液体填充,其中,所述至少一个绝压传感元件包括两个绝压传感元件。
3.根据权利要求1所述的绝压和差压传感器组合,其中至少所述第一腔和所述第二腔在单一的主体内形成。
4.根据权利要求1所述的绝压和差压传感器组合,其中至少所述第一腔和所述第二腔在分开的主体内形成。
5.根据权利要求1所述的绝压和差压传感器组合,所述绝压和差压传感器组合进一步包括至少一个温度敏感元件,所述至少一个温度敏感元件热连接至所述第一腔和所述第二腔的至少一个。
6.根据权利要求5所述的绝压和差压传感器组合,其中所述绝压和差压传感器组合配置成使用所述温度敏感元件以补偿任何计量器温度系数。
7.根据权利要求1所述的绝压和差压传感器组合,所述绝压和差压传感器组合进一步包括连接至传感器主体的电路板。
8.根据权利要求7所述的绝压和差压传感器组合,其中所述电路板进一步包括存储器,所述存储器配置成存储包括用于所述绝压和差压传感器组合的校准数据的数据。
9.根据权利要求8所述的绝压和差压传感器组合,其中所述电路板进一步包括电路和仪表放大器,所述电路和所述仪表放大器的表现影响由所述绝压和差压传感器组合提供的压力信号的校准。
10.根据权利要求7所述的绝压和差压传感器组合,其中所述电路板进一步包括加速计,所述加速计能够指示所述绝压和差压传感器组合接触的任何净重力和加速力的大小和方向。
11.根据权利要求1所述的绝压和差压传感器组合,其中所述第一隔离膜和所述第二隔离膜的至少一个为柔性波纹金属膜片。
12.根据权利要求1所述的绝压和差压传感器组合,其中所述第一隔离膜和所述第二隔离膜的至少一个具有精确指定的轮廓,所述精确指定的轮廓由所述绝压和差压传感器组合的安装表面隆起。
13.根据权利要求1所述的绝压和差压传感器组合,其中所述绝压和差压传感器组合的接触过程流体的所有表面由耐腐蚀金属合金制成。
14.一种质量流量计,所述质量流量计包括:
层流流量元件;
绝压和差压传感器组合,所述绝压和差压传感器组合包括至少第一腔和第二腔,至少第一压力端口和第二压力端口,使得所述第一腔接触应用于所述第一压力端口的第一流体压力的第一隔离膜,使得所述第二腔接触应用于所述第二压力端口的第二流体压力的第二隔离膜,接触所述第一腔和所述第二腔的其中一个中的绝压的至少一个绝压传感元件,以及接触所述第一腔和所述第二腔之间的差压的至少一个差压传感元件;
温度传感元件,所述温度传感元件配置成提供所述层流流量元件中的流体的温度;以及
处理元件,所述处理元件配置成将所述流体的温度、所述绝压、所述差压、以及流体性能和层流流量元件特性的知识转换为指示通过所述层流流量元件的质量流率的信号。
15.根据权利要求14所述的质量流量计,其中配置成提供所述层流流量元件中的流体的温度的所述温度传感元件被包含在所述绝压和差压传感器组合内。
16.根据权利要求15所述的质量流量计,其中配置成提供所述层流流量元件中的流体的温度的所述温度传感元件热连接至所述第一腔和所述第二腔的至少一个。
17.根据权利要求15所述的质量流量计,其中所述绝压和差压传感器组合配置成使用所述温度传感元件以补偿任何计量器温度系数。
18.一种质量流量控制器,所述质量流量控制器包括:
层流流量元件;
绝压和差压传感器组合,所述绝压和差压传感器组合包括至少第一腔和第二腔,至少第一压力端口和第二压力端口,使得所述第一腔接触应用于所述第一压力端口的第一流体压力的第一隔离膜,使得所述第二腔接触应用于所述第二压力端口的第二流体压力的第二隔离膜,接触所述第一腔和所述第二腔的其中一个中的绝压的至少一个绝压传感元件,以及接触所述第一腔和所述第二腔之间的差压的至少一个差压传感元件;
温度传感元件,所述温度传感元件配置成提供所述层流流量元件中的流体的温度;
比例控制阀,所述比例控制阀配置成响应阀驱动信号控制通过所述层流流量元件的流体的流量;
控制电子器件,所述控制电子器件配置成:将所述流体的温度、所述绝压、所述差压、以及流体性能和层流流量元件特性的知识转换为指示通过所述层流流量元件的质量流率的信号;接收指示通过所述层流流量元件的期望的流率的设定点信号;以及控制所述阀驱动信号,使得指示通过所述层流流量元件的质量流率的信号基本上与所接收的设定点信号相匹配。
19.根据权利要求18所述的质量流量控制器,其中配置成提供所述层流流量元件中的流体的温度的所述温度传感元件被包含在所述绝压和差压传感器组合内。
20.根据权利要求19所述的质量流量控制器,其中所述绝压和差压传感器组合配置成使用所述温度传感元件以补偿任何计量器温度系数。
21.一种用于质量流量计/质量流量控制器或体积流量计/体积流量控制器的绝压和差压传感器组合,包括:
至少第一腔和第二腔;
至少第一压力端口和第二压力端口;
第一隔离膜,所述第一隔离膜使得所述第一腔接触应用于所述第一压力端口的第一流体压力;
至少第二隔离膜,所述第二隔离膜使得所述第二腔接触应用于所述第二压力端口的第二流体压力;
至少一个绝压传感元件,所述至少一个绝压传感元件接触所述第一腔和所述第二腔的其中一个中的绝压;以及
至少一个差压传感元件,所述至少一个差压传感元件接触所述第一腔和所述第二腔之间的差压。
22.一种质量流量计,包括根据权利要求21中所述的绝压和差压传感器组合。
23.一种质量流量控制器,包括根据权利要求21中所述的绝压和差压传感器组合。
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160298575A1 (en) * 2015-04-02 2016-10-13 Sensata Technologies, Inc. Combined temperature, absolute and differential pressure sensor assembly
EP3112819B1 (en) * 2015-06-30 2020-03-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Miniature differential pressure flow sensor
EP3112830B1 (en) 2015-07-01 2018-08-22 Sensata Technologies, Inc. Temperature sensor and method for the production of a temperature sensor
CN106404237B (zh) * 2015-07-29 2021-06-01 浙江盾安人工环境股份有限公司 压力传感器芯片及制备方法、绝压传感器芯片
NL2016557B1 (en) * 2016-04-06 2017-10-17 Fugro Eng B V Pressure measurement device.
US10520383B2 (en) * 2016-09-30 2019-12-31 Rosemount Inc. Temperature-compensating absolute pressure sensor
JP6871721B2 (ja) * 2016-11-17 2021-05-12 株式会社堀場エステック 圧力式流量計
US10428716B2 (en) 2016-12-20 2019-10-01 Sensata Technologies, Inc. High-temperature exhaust sensor
US9889995B1 (en) * 2017-03-15 2018-02-13 Core Flow Ltd. Noncontact support platform with blockage detection
WO2018184191A1 (zh) * 2017-04-07 2018-10-11 沛喆科技股份有限公司 差压传感器及其制造方法
US10502641B2 (en) 2017-05-18 2019-12-10 Sensata Technologies, Inc. Floating conductor housing
US11073846B2 (en) * 2018-01-30 2021-07-27 Illinois Tool Works Inc. Mass flow controller with absolute and differential pressure transducer
JP2020020736A (ja) * 2018-08-03 2020-02-06 アズビル株式会社 層流型差圧流量計
US11608840B2 (en) * 2018-08-21 2023-03-21 Michael Yuan Piezoelectric ring bender servo valve assembly for aircraft flight control actuation and fuel control systems
US10890474B2 (en) 2018-09-18 2021-01-12 Swagelok Company Fluid monitoring module arrangements
WO2020061127A1 (en) 2018-09-19 2020-03-26 Swagelok Company Flow restricting fluid component
US11675374B2 (en) 2018-10-26 2023-06-13 Illinois Tool Works Inc. Mass flow controller with advanced zero trending diagnostics
CN109349921B (zh) * 2018-11-09 2021-04-13 青岛歌尔微电子研究院有限公司 电压力锅内部气压的检测结构、控制方法及电压力锅
CN209326840U (zh) 2018-12-27 2019-08-30 热敏碟公司 压力传感器及压力变送器
US20210325223A1 (en) * 2020-04-17 2021-10-21 Illinois Tool Works Inc. Flow through pressure sensor
CN112432675B (zh) * 2020-11-04 2023-10-24 合肥科迈捷智能传感技术有限公司 一种基于位置传感器的差压流量计零点偏置自动修正方法
CN112504547A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 成都凯天电子股份有限公司 一种长期稳定性的高精度动压测量方法及系统
US11940307B2 (en) 2021-06-08 2024-03-26 Mks Instruments, Inc. Methods and apparatus for pressure based mass flow ratio control
DE102021130134A1 (de) * 2021-11-18 2023-05-25 Gemü Gebr. Müller Apparatebau Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft Vorrichtung zur Fluidbegrenzung und Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft eines Prozessfluids
US20230266156A1 (en) * 2022-02-18 2023-08-24 Mks Instruments, Inc. Method and Apparatus for Pressure Based Mass Flow Control
CN117109671B (zh) * 2023-10-24 2023-12-22 苏芯物联技术(南京)有限公司 一种高精度差压式气体流量测量系统及使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1336536A (zh) * 2000-07-28 2002-02-20 山东科技大学资源与环境工程学院 组合式管道气、液流体多参数一体化传感器组件
CN1934424A (zh) * 2004-03-18 2007-03-21 罗斯蒙德公司 基于内嵌式环形密封的压力装置
CN201421342Y (zh) * 2009-04-10 2010-03-10 崔从文 温度补偿复合流量变送器
CN102279075A (zh) * 2010-06-08 2011-12-14 罗斯蒙德公司 具有管线压力测量的压差传感器
CN202814461U (zh) * 2012-06-25 2013-03-20 王士兴 一体化静压、差压检测装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4249164A (en) * 1979-05-14 1981-02-03 Tivy Vincent V Flow meter
US4347745A (en) * 1980-12-22 1982-09-07 Bourns Instruments, Inc. Pressure measuring apparatus
JPS59106034U (ja) * 1982-12-30 1984-07-17 富士電機株式会社 圧力差圧検出器
US5022270A (en) * 1989-06-15 1991-06-11 Rosemount Inc. Extended measurement capability transmitter having shared overpressure protection means
JPH08160072A (ja) * 1994-12-09 1996-06-21 Tokin Corp 加速度・圧力検出素子およびその製造方法
US6484585B1 (en) * 1995-02-28 2002-11-26 Rosemount Inc. Pressure sensor for a pressure transmitter
JPH11241966A (ja) * 1998-02-26 1999-09-07 Fuji Electric Co Ltd 静電容量式圧力検出器
US6520020B1 (en) * 2000-01-06 2003-02-18 Rosemount Inc. Method and apparatus for a direct bonded isolated pressure sensor
JP2004020524A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Yamatake Corp 差圧発信器
JP2004157719A (ja) * 2002-11-06 2004-06-03 Stec Inc マスフローコントローラ
JP2005291740A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Yokogawa Electric Corp 差圧測定装置
US7178409B2 (en) * 2004-10-25 2007-02-20 Sierra Instruments, Inc. Laminar flow meter or controller
JP5548531B2 (ja) * 2010-06-17 2014-07-16 アズビル株式会社 デュアル物理量センサ
US8132464B2 (en) * 2010-07-12 2012-03-13 Rosemount Inc. Differential pressure transmitter with complimentary dual absolute pressure sensors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1336536A (zh) * 2000-07-28 2002-02-20 山东科技大学资源与环境工程学院 组合式管道气、液流体多参数一体化传感器组件
CN1934424A (zh) * 2004-03-18 2007-03-21 罗斯蒙德公司 基于内嵌式环形密封的压力装置
CN201421342Y (zh) * 2009-04-10 2010-03-10 崔从文 温度补偿复合流量变送器
CN102279075A (zh) * 2010-06-08 2011-12-14 罗斯蒙德公司 具有管线压力测量的压差传感器
CN202814461U (zh) * 2012-06-25 2013-03-20 王士兴 一体化静压、差压检测装置

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