CN107356363B - 流体压力测量装置和配有这种测量装置的泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量流体中压力的传感器，传感器的主体(1)包括膜片(2)和周边壁(3)，所述周边壁形成围绕所述膜片并用于支承所述膜片的周边支承件，其特征在于：‑膜片和周边壁由一个单体件形成；以及‑膜片和周边壁一起形成一个大致呈平面的光滑的前表面(4)，所述前表面用于与所述流体接触。

Description

流体压力测量装置和配有这种测量装置的泵
技术领域
本发明涉及压力传感器的领域，更具体地涉及膜片式传感器的领域，尤其是小尺寸的膜片式传感器的领域。
背景技术
公知地，这种传感器具有膜片，该膜片通过焊接或者胶接附着在一个通常呈环形的盒体上。当这种传感器用于测量液体中的压力时，气泡固着于盒体与膜片之间的接合处。因为传感器小、待测压力级低，这会影响测量质量。
此外，当膜片根据现有技术焊接或者胶接时，存在膜片变形时出现称为“油壶效应”的现象。实际上，当从正压变成负压或从负压变成正压时，膜片的变形是非线性的。
另外，用于制作传感器的不同材料，尤其是焊接剂或者胶合剂，与要测量其压力的流体并不总是具有化学和/或生物兼容性。因此，尤其是，膜片与盒体之间的接合处可能出现腐蚀，这会影响传感器的使用寿命和/或流体防腐。
本发明旨在提出实施传感器的方法，该传感器可以是小尺寸，同时确保延长使用寿命和高质量测量结果。
发明内容
为此，本发明提出一种用于传感器的主体，所述传感器用于测量流体中尤其是液体中压力，所述主体包括膜片和周边壁，所述周边壁形成围绕所述膜片并用于支承所述膜片的周边支承件，其特征在于：
-膜片和周边壁由一个单体件形成；以及
-膜片和周边壁一起形成一个大致平面的光滑的前表面，该前表面用于与流体接触。
优选地，周边壁呈环形，在膜片的后面限定一个槽座，所述槽座尤其用于至少一个应变计。
本发明还提出一种用于测量流体中压力的传感器，其特征在于，所述传感器包括根据本发明的主体和至少一个应变计，所述应变计布置在膜片的与前表面相背对的后端面上。
本发明也提出一种用于泵吸流体的泵吸装置，该泵吸装置尤其是精密泵，其特征在于，所述泵吸装置包括围绕一条轴线呈圆柱形的泵室，该泵室由根据本发明的主体的前表面轴向封闭。
本发明也提出一种测量活的有机体尤其是人体中压力的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括根据本发明的传感器，传感器用于植入在所述活的有机体中，所述测量装置还包括测量结果无线读取部件，优选为射频型的测量结果无线读取部件，尤其是射频识别器。
附图说明
下面参照附图非限制性地说明本发明的多个实施方式，附图如下：
-图1是根据本发明的传感器的主体的透视图；
-图2是图1所示主体的内部的轴向视图；
-图3是沿图2中平面III-III的主体的纵向剖视图；以及
-图4是处于泵室端部的位于使用位置的主体的纵向视图。
具体实施方式
附图示出压力传感器的主体1。主体1大致具有围绕一条轴线X1的回转形状(formede révolution)；其由一个单体件形成。主体包括：
-前壁2，其用作用于传感器的膜片2；以及
-环形壁3。
具有薄的厚度E2的前壁呈具有回转轴线X1的圆盘形状，并且膜片具有直径D2。环形壁构成一个周边壁，用作用于膜片2的支承件。膜片2和环形壁3一起形成一个大致呈平面的光滑的前表面4。该前表面4从轴线X1径向延伸，呈圆盘形状，具有前直径D4。
环形壁3限定：
-一个第一圆柱形内表面6，其具有直径D2；
-一个第二圆柱形内表面7，具有直径D7，D7>D2；
-一个环形内表面8，其在两个内表面6、7之间径向延伸，与这两个内表面形成一个内凸肩；
-一个第一圆柱形外表面11，其具有直径D4；
-一个第二圆柱形外表面12，其具有形成主体的最大直径的直径D12，其中D12>D4；
-一个环形外表面13，其在两个外表面11和12之间径向延伸，并与这两个外表面形成一个外凸肩；以及
-一个环形后表面14，其在第二内表面7和第二外表面12之间径向延伸。
内表面一起限定一个槽座16。在所示的实施例中，环形壁3开有一个径向延伸的孔17；该孔一方面通到第一内表面7，另一方面通到第二外表面12。
槽座16尤其用于接纳应变计20，图1可见。孔17能够使导线穿过，该导线使应变计20与未示出的用于处理由应变计感测的膜片变形的信息的部件相连接。在所示的实施例中，传感器包括四个应变计20，这四个应变计固定于膜片2后面，彼此垂直。
如图4所示，本发明的传感器可用于测量泵室22中的压力。
在所示的实施例中，泵室围绕一条轴线X22呈圆柱形。泵室的直径D22大致等于主体1的前直径D4。主体1在泵室22的一个轴向端部插入，使得主体的轴线X1与泵室的轴线X22大致重合，因此，前表面4面对一个未示出的活塞构成用于泵室22的底部。一个孔在泵室的壁24上在侧面形成，以使待泵吸的流体进入和/或排出。该孔布置成与前表面4即泵室的底部4齐平。主体1的环形外表面13用于轴向挡靠在泵室22的壁24的第一凸肩25上；因此确保前壁4轴向定位在泵室中。另外，一个环形密封圈26安装压缩在环形外壁13与壁24的第二凸肩27之间。
挨靠环形外表面13实施密封的优点是减小紧固应力对膜片和应变计的影响。这是该传感器的形状的一个主要优点。大部分市售传感器在前表面4上在膜片侧实施密封，其结果是会使膜片变形，从而干扰测量结果。前表面4上不实施密封的另一个优点是，该表面保持呈平面，能够使液体相切于膜片流动，而不截留气体或者微粒。
膜片2具有大拉伸比(élancement)D2/E2。膜片的厚度E2小于环形壁3在前表面4处的厚度E3，E3＝(D4-D2)/2，使得环形壁比膜片较具刚性。在所示的实施例中，传感器的尺寸大致为：
E1＝3.6mm
E2＝0.06mm
E3＝1.25mm
D2＝3.5mm
D4＝6mm
D12＝8mm。
优选地，对于本发明的传感器，选择如下：
0.01mm<E2<1mm
以及
1mm<D2<5mm。
优选地，传感器的主体用不锈钢或者钛或者不锈钢衍生物制成；可进行机加工或者3D打印。
当然，本发明不限于刚刚描述的优选实施方式，而相反，本发明由下述权利要求书加以限定。
实际上，本领域的现有技术人员可根据对他们刚刚公开的信息对上述实施方式进行各种修改。
因此，传感器可以不包括四个应变计，而具有不同数量的应变计；应变计可以不同的方式进行布置。
本发明的传感器适于装备精密泵。其也可装备另一种装置。
实际上，本发明的传感器特别有利：
-传感器的膜片变形，并且传感器定位在内部的应变计能够测量膜片的移动变化；
-主体由一个单体件制成，既不焊接，也不胶接；因此，主体的构成材料具有最佳性能，因为膜片的变形处于材料的弹性范围内，传感器的使用寿命延长；
-没有焊接和胶接使得主体能够微型化；
-没有焊接和胶接，避免任何有孔隙的危险，允许优化的化学和生物兼容性；
-膜片齐平，即与环形壁形成同一个前表面，对于液体是最佳的，因为膜片不会保持气泡；因此，压力的测量精度提高，配有这种传感器的装置的性能优化；
-借助于完全构成传感器主体的材料的弹性强度，全压范围(l’étendue demesure)扩大，超压增加；
-膜片对振动和噪音都不敏感，仅对压力变化敏感，主体的环形壁的厚度与膜片的厚度之比非常高；
-由于其尺寸特征和生物兼容性特征，该传感器可无线植入在人体中，因为其安全可靠、使用寿命长；
-另外，所用应变计耗电少，这能够获得一个可植入的产品；该传感器甚至可以是无源的(无电池)，因为应变计需要低启动能；
-该传感器使用微型化半导体应变计，该微型化半导体应变计的量规因数等于200，高于金属应变计的量规因数3；这样能够测量非常小的变形；
-使用本发明的机加工的膜片，“油壶”效应得到校正，因为变形的线性被保持；这种校正可测量较小的压力，测量保持线性变形的负-正微小压力变化。
本发明的传感器的另一个优点是，应变计可直接贴靠在膜片上(电绝缘)，使得当膜片变形时，该变形直接传输到应变计上；这样能够获得精确测量结果，且能够测量微小变形。相反，市售传感器往往装有粘状液体或者油，以向敏感元件传输膜片的变形，这会导致测量的灵敏度和精度损失。此外，气泡会存在于所用液体中，这会导致压力传输、温度灵敏度和环境压力灵敏度的降低。

Claims (10)

1.一种用于传感器的主体(1)，所述传感器用于测量流体中压力，所述主体包括膜片(2)和周边壁(3)，所述周边壁形成围绕所述膜片并用于支承所述膜片的周边支承件，其特征在于：
-所述膜片和所述周边壁由一个单体件形成，主体由所述单体件制成而既没有焊接也没有胶接；以及
-所述膜片和所述周边壁一起形成一个大致平面的光滑的前表面(4)，该前表面用于与所述流体接触；
并且，所述周边壁(3)呈环形，并在所述膜片(2)后面限定一个槽座(16)，所述槽座用于接纳至少一个应变计(20)。
2.根据权利要求1所述的主体，其特征在于，所述主体通过机加工由一个单体件制成。
3.根据权利要求1所述的主体，其特征在于，所述主体通过3D打印由一个单体件制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的主体，其特征在于，所述膜片(2)的厚度(E2)包括在0.01毫米至1毫米之间，所述膜片的直径(D2)包括在1毫米至5毫米之间。
5.一种用于测量流体中压力的传感器，其特征在于，所述传感器包括根据权利要求1至4中任一项所述的主体(1)和至少一个应变计(20)，所述应变计布置在所述膜片(2)的与前表面(4)相背对的后端面上。
6.一种用于泵吸流体的泵吸装置，其特征在于，所述泵吸装置包括围绕一条轴线(X22)呈圆柱形的泵室(22)，所述泵室由根据权利要求1至4中任一项所述的主体(1)的前表面(4)轴向封闭。
7.根据权利要求6所述的泵吸装置，其特征在于，泵吸装置是精密泵。
8.一种用于测量活的有机体中压力的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括根据权利要求5所述的传感器，所述传感器用于植入在所述活的有机体中，所述测量装置还包括测量结果无线读取部件。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，活的有机体是人体。
10.根据权利要求8或9所述的测量装置，其特征在于，测量结果无线读取部件为射频型的测量结果无线读取部件。
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