CN106546376A - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

一种压力传感器(10)，其配备有本体(14)、保持器(16)和陶瓷传感器(18)，本体(14)包括在其内部的流动通道(12)，保持器(16)连接至本体(14)的一端，传感器(18)容纳在保持器(16)内部。多个突起(50)布置在传感器(18)的端表面的外边缘部分上，并且被保持器(16)按压。此外，当保持器(16)被紧固至本体(14)时，在保持器(16)的按压部分(34)抵接突起(50)的状态下，在轴线方向上施加紧固力，并且传感器(18)被固定。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及一种用于检测流入流体通道的压力流体的压力的压力传感器。

背景技术

迄今为止，在使用水、油和化学溶液等的生产线上，压力传感器被用于测量这些流体压力。这种压力传感器，例如在日本特开专利公报No.2009-085931中公开的，由形成接头形状的本体、容纳在本体内部的陶瓷传感器和布置在传感器和本体的端口之间的薄膜组成。薄膜布置成紧靠设置在传感器的表面上的应变计。

此外，在传感器安装在本体内部的薄膜上的状态下，通过保持器相对于本体的螺合和紧固，薄膜的外边缘部分夹在传感器和本体的内壁表面之间，并且薄膜紧靠布置在本体的内壁表面上的环形的O形环。

对于该压力传感器，薄膜根据从端口引入本体内部的流体的压力而变形，并且通过设置在经受变化的传感器上的应变计的变形量，基于对应于这种变化的输出电压，检测出该压力。

发明内容

然而，对于上述压力传感器，由于组成部件，例如本体、保持器等发生偏差，陶瓷传感器对于本体和保持器的负重和固定位置恒定的情况会发生，并且这一位置会有偏差。据此，陶瓷传感器固定在布置在传感器表面上的应变计发生变形的位置，从而作为在压力未施加于传感器的状态下所输出的压力的偏差电压的幅度变大。因此，该偏差电压的调整变得复杂，导致了生产率的降低。

本发明的主要目的是提供一种压力传感器，其中通过相对于本体稳定地固定传感器就可以容易地施行电气校正。

本发明的特征在于一种压力传感器，其包括：本体，该本体包括引入压力流体的流体通道；陶瓷传感器，该陶瓷传感器布置在本体的一端，并且包括面向流体通道的薄膜隔膜部分；和保持器，在传感器被容纳在该保持器内部的状态下，该保持器连接至本体的一端，其中通过形成在保持器的外边缘部分上的按压部分朝向本体按压传感器，该传感器被固定；

其中，电阻体布置在位于传感器的基本中心部分的隔膜部分上，朝向保持器突出的突起布置在电阻体的外周侧、面向按压部分的位置。

根据本发明，在压力传感器中，容纳陶瓷传感器的保持器连接至本体的一端，并且在传感器上，朝向保持器突出的突起设置在面向保持器的按压部分的位置。

因此，当保持器装配在本体上时，来自按压部分的负载施加于突起，该突起布置在相对于电阻体的外周侧。因此，直接施加负载于布置有电阻体的隔膜部分而导致隔膜部分的变形被抑制，并且可以使其变形量恒定。

因此，通过对突起均匀地施加来自保持器的紧固负载，构成压力传感器的传感器可以被稳定地装配至本体，并且由于其装配偏差导致传感器检测的压力的偏差可以被抑制。因此，由于应变导致的偏差电压可以被最小化，压力传感器的校正可以被容易地执行。

本发明的上述及其他目的、特征和优势通过以下描述连同附图将变得更加明显，其中本发明的优选实施例通过说明性的实例来展示。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的压力传感器的整体截面图；

图2是显示图1所示的压力传感器的传感器附近的放大截面图；

图3是图1所示的压力传感器中传感器的正视图；

图4A至4D是显示突起具有不同位置、数量和形状的第一至第四修改例的正视图；和

图5是显示根据修改例的压力传感器的传感器附近的放大截面图。

具体实施方式

如图1所示，压力传感器10包括：本体14，该本体14具有引入压力流体的流体通道12；保持器16，该保持器16安装在本体14的一端；和传感器18，该传感器18布置在保持器16内部，介于保持器16和本体14之间。

本体14例如由金属材料制成，具有第一螺纹部20，第一螺纹部20布置在其外周表面的一端，其截面为圆形形状。将在稍后描述的保持器16通过螺合整体连接至本体14。进一步，密封环22通过一端的端表面上的环形槽布置，并且紧靠以下描述的传感器18的下表面。密封环22可以是环形或者矩形，虽然当前为环形形状。

进一步，定位销24(参见图3)布置在本体14的一端，其在远离该一端的方向(箭头A的方向)突出预定的高度，并且插入稍后描述的传感器18的凹槽54中。

另一方面，类似于该一端侧，本体14的另一端的外周表面上形成第二螺纹部26。第二螺纹部26通过螺合连接至例如未图示的流体压力装置的端口，在该另一端的端表面上开口的流体引入端口28形成在该另一端的中心。此外，流体引入端口28沿着轴线方向(箭头A和B的方向)形成在本体14的中心，并与穿透至本体14的一端的流体通道12连通。

此外，横截面为六边形的螺母部30沿着轴线方向(箭头A和B的方向)形成于本体14的大致中心部分的外周表面上。通过未图示的工具夹紧螺母部30并且旋转本体14，本体14通过第二螺纹部26连接至未图示的流体压力装置等。

保持器16例如由金属材料，比如黄铜或者不锈钢等形成为有底的圆筒形状，并且在其底部的一端的中心形成开口32，其在轴线方向(箭头A和B的方向)上贯穿。此外，开口32的外周部分上形成按压部分34。进一步，在保持器16的另一端侧的内周表面上，设置有内螺纹36，其与本体14的第一螺纹部20螺合。此外，保持器16通过内螺纹部分36的螺合被同轴连接，以便覆盖本体14的一端。

如图1至图3所示，传感器18由陶瓷材料例如氧化铝(Al₂O₃，矾土)等制成。传感器18由基体38、多个电阻体40a-40d、电极44、第一和第二保护膜46，48和多个突起50组成，其中基体38截面为U形，包括位于中心区域的凹部52，多个电阻体40a-40d安装在基体38的端表面38a上，电极44通过接线42连接至电阻体40a-40d，第一和第二保护膜46，48形成双层结构并覆盖电阻体40a-40d，多个突起50从端表面38a突出。

此外，在凹部52布置成在本体14侧(在箭头B的方向上)面对流体通道12的状态下，传感器18被容纳和支撑在保持器16和本体14之间。

如图3所示，在基体38的外周表面上形成多个凹槽54，多个凹槽54径向向内凹陷，具有半圆形截面，并且沿着轴线方向(箭头A和B的方向)延伸。此外，当传感器18装配在本体14的一端时，定位销24分别插入凹槽54，借此传感器18在圆周方向上被定位。换言之，传感器18相对于本体14的旋转被限制。

另一方面，在基体38的大致中心部分中，具有预定厚度的大致圆形隔膜部分56设置在与凹部52相对的相对侧的端表面38a侧(在箭头A的方向上)。隔膜部分56形成为比基体38的外周区域更薄，并且用作应变计的多个电阻体40a-40d布置在隔膜部分56的表面上。电阻体40a-40d例如使用厚膜印刷技术，比如丝网印刷等通过印刷和烧结形成。电阻体40a-40d沿直线排列并且以预定距离互相分离。此外，比如，电阻体40a-40d通过烧结钌(Ru)基厚膜电阻浆料制成。

进一步，在使用导电性浆料进行印刷之后，连接至电阻体40a-40d的接线42和电极44被烧结，并且接线42分别连接至电极44，其中电极44布置在基体38的外边缘部分。

如图2所示，第一保护膜46布置在基体38的端表面38a上，以便覆盖电阻体40a-40d，并且通过印刷和烧结低熔点玻璃而形成。因此，电阻体40a-40d被保护，确保其绝缘特性。

第二保护膜48布置成覆盖第一保护膜46，并且通过印刷和烧结有机材料，例如环氧树脂、酚醛树脂等而形成。

进一步，如图2和3所示，多个突起50设置在基体38的端表面38a上，并且在隔膜部分56的径向外侧的位置从端表面38a突出预设高度。突起50例如形成为具有矩形截面，相对于隔膜部分56的高度为大约20至40μm，并且由与电阻体40a-40d相同的材料形成。优选地，突起50可以由与电阻体40a-40d相同的材料，并以与电阻体相同的高度，在电阻体40a-40d被印刷的同时被印刷和烧结形成。

突起50设置为多个(例如，四个)，相对于基体38中心互相等角距离设置。突起50的位置(角度位置)按如下设定：在保持器16相对于本体14螺合和紧固的情形下，当负载(紧固负载)沿着竖直方向(箭头B的方向)从保持器16施加于传感器18的端表面时，布置在隔膜部分56上的电阻体40a-40d不太可能由于该负载而变形。此外，优选地，突起50布置在相对于隔膜部分56尽可能径向向外分离的位置。

在此，描述了以下情形，其中突起50布置在四个位置，该四个位置相对于基体38中的相应凹槽54沿着圆周方向偏移(移位)45°。

此外，当在传感器18容纳在保持器16的内部的状态下保持器16和本体14紧固在一起时，在保持器16的按压部分34被置于紧靠传感器18的突起50并且在竖直方向(轴线方向)上施加的紧固负载施加于突起50的情形下，传感器18被固定。

进一步，可以形成上述第一和第二保护膜46，48，以便同样覆盖突起50。

根据本发明的实施例的压力传感器10基本如上所述构造。接下来，将描述包括电阻体40a-40d的传感器18的制造方法。

首先，通过实施清洁、烘干等对基体38进行表面处理，该基体38由陶瓷材料，例如氧化铝等制成。

接下来，在使用例如Au、Ag、Pd、Ni、Cu等导电性浆料进行丝网印刷等相对于上述基体38的端表面38a印刷接线42之后，接线42通过烧结而凝固。

此后，电阻体40a-40d通过使用钌(Ru)基厚膜电阻浆料印刷和烧结而成。多个电阻体40a-40d沿直线形成。

此外，通过在基体38的端表面38a上印刷和烧结低熔点玻璃，第一保护膜46形成于端表面38a，以便覆盖电阻体40a-40d。因此，电阻体40a-40d被保护，同时确保其防潮和绝缘特性。

接下来，为了调整由于印刷上述电阻体40a-40d中存在的偏差导致的阻抗值的变化，通过例如激光等实施未图示的厚膜电阻的修整，其中厚膜电阻与电阻体40a-40d串联或者并联。

最后，由有机材料例如环氧树脂、酚醛树脂等组成的第二保护膜48被印刷和烧结以便覆盖第一保护膜46，由此实施修整构件的保护，然后传感器18的制造就完成了。

上述第一和第二保护膜46，48可以形成为只覆盖电阻体40a-40d，或者可以布置直至传感器18的外边缘部分附近，以便除了电阻体之外还覆盖多个突起50。

接下来，将描述包括上述方法制造的传感器18的压力传感器10的装配方法。

首先，在本体14的另一端向下(在箭头B的方向上)布置的状态下，密封环22安装在本体14的一端的环形槽中，并且传感器18布置成使得凹部52面向本体14(在箭头B的方向上)。因此，形成了传感器18的凹部52和本体14的流体通道12连通的状态。在这时候，通过将竖立在本体14的一端上的定位销24插入传感器18的凹槽54，传感器18在旋转方向上被定位(参见图3)。

接下来，筒形保持器16朝向本体14的一端移动以便覆盖传感器18，并且在传感器18容纳在其内部的状态，保持器16被旋转，借此内螺纹部分36螺合至本体14的第一螺纹部20。此外，通过保持器16的按压部分34抵靠传感器18上的突起50，传感器18变为夹在并固定在保持器16和本体14的一端之间。因此，传感器18固定在本体14和保持器16之间，于是压力传感器10的装配结束。

在这时候，沿着轴线方向(箭头B的方向)从保持器16施加于传感器18的端表面38a的紧固负载施加于从端表面38a突出的突起50，并不是直接施加于端表面38a。因此，布置在传感器18的端表面38a上的电阻体40a-40d的变形可以被最大程度地抑制。

进一步，传感器18的下表面抵靠密封环22，借此从流体通道12引入凹部52的压力流体被阻止向外周侧泄漏。

接下来，将简短地描述通过上述方法装配的压力传感器10的操作。此外，在此描述中，压力传感器10被置于本体14的另一端螺合并附接于未图示的流体压力装置的端口的情形中。

未图示的流体压力装置的压力流体通过本体14的流体进入端口28被引入流体通道12，压力流体沿着流体通道12朝向传感器18侧(在箭头A的方向上)流动，然后通过被引入凹部52，隔膜部分56通过压力流体的压力被向上(在箭头A的方向上)按压并弯曲(变形)。

根据隔膜部分的弯曲(变形)，导致布置在隔膜部分56上的电阻体40a-40d的变形，然后电阻体40a-40d将变形转化为电信号。此后，电信号通过接线42被输出至电极44。此外，电压通过相应的连接至电极44的引线58输出至未图示的测量装置等。基于上述电压，压力流体的压力可以被测量。

在上述方式中，根据本实施例，当压力传感器10通过相对于本体14螺合保持器16而装配时，来自保持器16的负载被传感器18的外边缘部分以及通过布置在不可能变形的位置上的多个突起50接收，借此布置了电阻体40a-40d的隔膜部分56的应变的发生被抑制，并且可以使其变形量基本恒定。

因此，由于压力传感器10装配中的偏差导致的传感器18检测的压力的偏差可以被抑制，因此由于内应力出现导致的偏差电压可以最小化。因此，压力传感器10在制造时必要的校准可以被容易地施行。

进一步，不用特别考虑电阻体40a-40d的变形，在这种变形被抑制的压力传感器10中，压力传感器10可以仅仅通过将保持器16装配至本体14而被构造。因此，可以有利地提高压力传感器10的装配的简易度。

此外，通过在传感器18的端表面38a上设置与电阻体40a-40d厚度相同的突起50，在形成第一和第二保护膜46，48以便覆盖电阻体40a-40d之后，通过对比没有被第一和第二保护膜46，48覆盖的突起50的厚度，可以确定电阻体40a-40d的厚度。因此，在传感器18的所有制造步骤完成之后，通过确认膜厚度，可以容易地施行质量控制。

进一步，即使在例如由于室温的改变或者施加振动和冲击等，压力传感器10装配时产生的内应力被释放的情况下，因为初始偏差电压被抑制到最小值，这种内应力的任何变化都是小的。因此，由于延长使用压力传感器10导致的变化同样被抑制到最小值。

另一方面，本发明并不局限于如上所述的情形，其中横截面为矩形形状的突起50布置在与凹槽54偏离(角度上移位)45°的位置。例如，在如图4A所示的传感器60中，突起62可以分别布置在与凹槽54相同的角度位置。更具体地说，在压力传感器10的装配情形下，突起62可以布置在使布置在传感器60上的电阻体40a-40d的变形被抑制的位置。

此外，假设突起能够承受来自保持器16的紧固负载，如图4B所示的传感器70中，突起72可以形成为具有圆形截面。通过用这样的方式形成突起72，相比于截面为矩形形状的情况，由于突起72可以由更小的尺寸构成，可以获得以下优点：突起72排列的自由度增加，并且制造成本降低。

进一步，如图4C所示的传感器80中，突起82可以布置在等间隔分离的位置上，以及如图4D所示的传感器90中，突起92可以形成为具有不同截面形状。

进一步，本发明并不局限于突起50，62，72，82，92以等间隔相互分离的情形，突起50，62，72，82，92可以以非等间隔的方式排列。更具体地说，突起50，62，72，82，92可以布置在当负载从保持器16施加于隔膜部分56时能够抑制隔膜部分56发生变形的位置。

进一步，本发明并不局限于如上所述的，保持器16的负载直接被突起50接收的配置。例如，如图5所示的压力传感器100中，在保持器16和传感器18的突起50之间可以布置环形垫片102，因此当装配保持器16时，施加的竖直负载可以通过垫片102被突起50接收。垫片102可以由例如黄铜或者不锈钢形成。

用这样的方式，通过在保持器16和传感器18之间插入垫片102，并且在保持器16被旋转而紧固至本体14时使垫片102事先抵靠突起50，可以防止保持器16和突起50之间的滑动。因此，突起50的损害和擦伤，即刮伤和磨损不会发生，突起50可以始终保持在固定高度。

进一步，当保持器16被紧固至本体14时，根据保持器16的按压部分34的表面粗糙度，轴向力(紧固力)可以通过在接触的时候的摩擦力而被降低。然而，通过设置垫片102，轴向力通过垫片102施加在传感器18上，因此可以通过预定的紧固力更加稳固地固定传感器18。

此外，通过设置垫片102为垫圈形式，该垫圈由比突起50硬度稍低的材料制成，垫片102可以被置于与突起50面接触，其中该突起50具有一定量的凹/凸不规则程度。由此，可以降低施加在突起50的表面压力。因此，在与突起50点接触的情况下，突起50的裂纹等可以被避免。

进一步，通过使用比保持器16硬度低的材料形成垫片102，从保持器16施加的竖直负载可以被垫片102适当地分散，并且施加至传感器18侧的负载可以被减轻。因此，设置在传感器18上的电阻体40a-40d的变形可以被进一步抑制，可以实现偏差电压的降低。

本发明所述的压力传感器并不局限于上述实施例，理所当然的是，本发明可以采用各种不偏离本发明权利要求所定义的范围的结构和配置。

Claims (7)

1.一种压力传感器(10，100)，其特征在于，包含：本体(14)，所述本体(14)包括引入压力流体的流体通道(12)；陶瓷传感器(18，60，70，80，90)，所述传感器(18，60，70，80，90)布置在所述本体(14)的一端，并且包括面向所述流体通道(12)的薄膜隔膜部分(56)；和保持器(16)，在所述传感器(18，60，70，80，90)被容纳在所述保持器(16)内部的状态下，所述保持器(16)连接至所述本体(14)的所述一端；其中，通过形成在所述保持器(16)的外边缘部分上的按压部分(34)朝向所述本体(14)按压所述传感器(18，60，70，80，90)，所述传感器(18，60，70，80，90)被固定；

其中，电阻体(40a至40d)布置在位于所述传感器(18，60，70，80，90)的实质中心部分的所述隔膜部分(56)上，朝向所述保持器(16)突出的突起(50，62，72，82，92)布置在所述电阻体(40a至40d)的外周侧、面向所述按压部分(34)的位置。

2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述突起(50，62，72，82，92)包含多个突起(50，62，72，82，92)，所述多个突起(50，62，72，82，92)布置成沿着所述传感器(18，60，70，80，90)的周向互相分离。

3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述突起(50，62，72，82，92)形成为具有矩形截面或者圆形截面。

4.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述电阻体(40a至40d)被保护膜(46，48)覆盖。

5.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，进一步包含垫片(102)，所述垫片(102)夹在所述保持器(16)和所述传感器(18)之间。

6.如权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述垫片(102)由比所述保持器(16)硬度低的材料形成。

7.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述突起(50，62，72，82，92)与所述电阻体(40a至40d)一起通过丝网印刷形成。