CN117824904A - 一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，属于压力测量装置。包括一个用于测量液体或气体介质压力的压力传感器和一个将待测压力传递到压力传感器测压膜片的带中心钻孔的膜片密封件。所述的压力传感器和隔膜密封件之间设有带中心钻孔的连接器，所述连接器顶部通过第二气密性密封接头连接测压膜片下侧，连接器底部设有用于连接隔膜密封件的第一连接部，所述的隔膜密封件顶部设有用于连接连接器的第二连接部，确保气体或水蒸气无法通过压力传递介质进入压力传感器，保证压力传感器能在高温工作条件下保持较长时间的精确测量。
Description
技术领域
本发明涉及压力测量装置，具体地说，涉及一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置。
背景技术
图1显示了现有压力测量装置的部分横截面。这种压力测量装置在其端面处、隔膜密封件2的隔膜密封件壳体20和压力传感器1的压力传感器基体10之间有一个弹性垫圈3。通常在隔膜密封件2和压力传感器1的测压膜片11之间使用一种流体例如硅油或液压油作为压力传递介质，并以脱水脱气状态注入压力传感器。
然而，此类传感器的主要存在的问题是隔膜密封件和压力传感器之间的弹性垫圈的气密性较差。随着工作时间的推移，特别是工作温度的升高，此类传感器的弹性垫圈的气密性会越来越差，气密性泄漏会导致测量产生较大误差。弹性垫圈的气密性泄漏会导致与环境的气体交换，可能会导致大量气体从环境中渗入压力传感器并溶解在压力传递介质中，溶解在压力传递介质中的气体的蒸汽压力与气体对弹性垫圈的外部压力相同。如果压力传递介质中的气体再次逸出，常发生在减压过程中，并因此填充隔膜密封件的内部，则会产生一个不确定的升高且不稳定的压力信号，该信号会导致压力传感器无法精确和可靠地测量到待测压力。
当然，除了气体之外，潮湿空气中的水蒸气也会通过弹性垫圈进入压力传感器。在温度高于100℃时，渗入的水蒸气压力大于大气压力，同样会导致前面提到的传感器内部压力升高，从而导致测量误差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，该装置在隔膜密封件和压力传感器之间具有更好的密封性，尤其是在较高的工作温度下。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，包括压力传感器和带中心钻孔的隔膜密封件，所述的压力传感器包括压力传感器基体、位于所述压力传感器基体底部的测压膜片，所述的测压膜片上侧通过第一气密性密封接头连接压力传感器基体，压力传感器基体与测压膜片之间形成第二腔室，所述的压力传感器和隔膜密封件之间设有带中心钻孔的连接器，所述连接器顶部通过第二气密性密封接头连接测压膜片下侧，连接器底部设有用于连接隔膜密封件的第一连接部，所述的隔膜密封件顶部设有用于连接连接器的第二连接部。
优选的，所述的连接器采用陶瓷材质。
优选的，所述的连接器顶部设有锥形槽，锥形槽底部与连接器的中心钻孔连通，锥形槽与测压膜片之间形成第一腔室；所述第一腔室、连接器中心钻孔和隔膜密封件中心钻孔内充满压力传递介质，优选油性传递介质，如液压油或硅油。
优选的，第一气密性密封接头和第二气密性密封接头处通过焊料玻璃焊接，这些焊料玻璃的优点是它们是电绝缘材料，即使在高温下也具有耐温性，能有效防止气体或水蒸气从外部向内部渗透。
优选的，所述的第一连接部和第二连接部相匹配，两者连接处的边缘采用硬焊点或扩散焊点无应力焊接。
在焊接作用下，气体或水蒸气无法进入压力传递介质，保证压力传感器在高温条件下保持长时间的正常工作。
优选的，所述连接器和隔膜密封件之间还设有适配器，所述适配器一侧设有第一环形凸缘和位于第一环形凸缘中心的用于匹配膜密封件的第一连接部的第三连接部，适配器另一侧设有第二环形凸缘和位于第二环形凸缘中心的用于匹配连接器的第二连接部的第三连接部；所述第一环形凸缘处通过硬焊点或扩散焊点与连接器焊接，所述第二环形凸缘处通过环形焊缝与隔膜密封件焊接。
优选的，所述的第一环形凸缘直径大于第二环形凸缘直径。
由于连接器和适配器采用具有相同或相近膨胀系数的材料，因此可以确保这两个部分之间的连接结构保持稳定，并具有较好的气密性。在与隔膜密封件相对的端面上，适配器通过焊接接头与隔膜密封件壳体的凸出法兰环形周边焊接在一起，凸出法兰由特种钢制成，适配器和隔膜密封件外壳之间不同的膨胀系数通过焊接得到平衡。环形焊缝的直径通常远小于环形凸缘硬焊点的直径，以通过焊接的环形凸缘来减小压力传感器和隔膜密封件之间的应力。
优选的，所述适配器和连接器具有相同或相近的热膨胀系数，优选所述压力传感器基体、连接器、测压膜片、适配器主体由陶瓷材料构成，即它们的热膨胀系数大致为8×10-6/K。所述陶瓷材料例如Al2O3陶瓷、SiC陶瓷、玻璃陶瓷、石英或ZrO2陶瓷。
优选的，所述适配器主体采用陶瓷材料，且第一环形凸缘和第二环形凸缘外表面为铁镍合金材质。
优选的，隔膜密封件的第二连接部为特种钢材质。
优选的，所述压力传感器采用电容式压力传感器或DMS压力传感器。使用测压膜片构成测量电容器的一个薄膜电极，或者在测压膜片上布置一个圆形或环形薄膜电极，将测量电容器的另一个薄膜电极布置在测压膜片和压力传感器基体之间的腔体内，并使用普通的耐电弧气体作为电介质。
本发明具备的有益效果是：本发明能够确保气体或水蒸气无法通过压力传递介质进入压力传感器，保证压力传感器能在高温工作条件下保持较长时间的精确测量。
附图说明
图1是带有压力传感器和隔膜密封件的传统压力测量装置的局部剖面图；
图2是本发明提出的一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置的第一实施例的部分剖面图，该装置含有压力传感器和隔膜密封件；
图3是本发明提出的一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置的第二实施例的部分剖面图，该装置含有压力传感器和隔膜密封件及其之间的适配器。
图中(在所有附图中，相同或功能相同的部件使用相同附图编号)：1-压力传感器；10-压力传感器基体；11-测压膜片；12-连接器；13-第一气密性密封接头；14-第二气密性密封接头；15-第一腔室；16-连接器钻孔；17-第二腔室；18-触针；2-隔膜密封件；20-隔膜密封件壳体；21-隔膜密封件钻孔；22-分离膜片；23-隔膜密封件法兰；24-第三气密性密封接头；3-弹性垫圈；4-适配器；41-第一环形凸缘；42-环绕第一环形凸缘的硬焊点或扩散焊点；43-第二环形凸缘；44-环绕第二环形凸缘的环形焊缝；45-适配器钻孔；D1-第一环形凸缘直径；D2-第二环形凸缘直径。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，本发明公开了一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置的第一实施例，包括：一种用于测量液体或气体介质压力的压力传感器1、以及通过隔膜密封件法兰23与压力传感器连接的隔膜密封件2。压力传感器1具有一个压力传感器基体10、一个测压膜片11和一个连接器12，测压膜片11位于压力传感器基体10与连接器12之间，并通过第一气密性密封接头13和第二气密性密封接头14分别与压力传感器基体10和连接器12连接。气密性密封接头13和14通常使用焊料玻璃焊接，主要具有向外的防气密性泄漏功能。在靠近隔膜密封件一侧，测压隔膜11和连接器12之间形成了一个密闭的第一腔室15，该腔室通过连接器12上的连接器钻孔16与隔膜密封件钻孔相连通。连接器钻孔16和第一腔室15中含有压力传递介质，通常使用硅油或液压油，通过这些压力传递介质可将待测压力传递到测压膜片11上。在测压膜片11和压力传感器基体10之间形成一个密闭的第二腔室17，第二腔室17通常是抽真空或是充满气体的。压力传感器1的设计使其能够通过测压膜片11检测到待测压力，并将其转换为电信号，该电信号可通过触针18传递出去。
在本发明实施例中，隔膜密封件2有一个隔膜密封件壳体20，其中有一个隔膜密封件钻孔21。隔膜密封件2一侧与压力传感器1通过隔膜密封件法兰23连接，隔膜密封件法兰23通过第三气密性密封接头24与连接器12连接，第三气密性密封接头24采用硬焊点或扩散焊点无应力焊接。在隔膜密封件2的另一侧，安装了一个常用的对压力敏感的大面积分离膜片22，，膜片密封件2可以通过分离膜片22测量到待测压力。隔膜密封件钻孔21与连接器钻孔16形状和大小相同，分离膜片22测得的待测压力可以通过隔膜密封件钻孔21、连接器钻孔16和第一腔室15中的压力传递介质传递到测压膜片11上。
如图3所示，本发明公开了一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置的第二实施例，该装置相对于图2中的压力测量装置进行了改进。在图3中，压力传感器1和隔膜密封件2之间有一个适配器4。适配器4通过第一环形凸缘41和环绕第一环形凸缘41的硬焊点或扩散焊点42与连接器12连接，通过第二环形凸缘43和环绕第二环形凸缘43的环形焊缝44与隔膜密封件壳体20连接。适配器4也有一个与上述钻孔相同形状的适配器钻孔45，适配器钻孔45贯穿适配器4，与钻孔16、21形状和大小匹配。
下文将对图2和图3中所示的压力测量装置中使用的材料作进一步详细说明。
在本发明实施例中，压力传感器1的压力传感器基体10和连接器12由陶瓷材料制成，它们的热膨胀系数为8×10-6/K。隔膜密封件壳体20由耐腐蚀材料(如陶瓷)或本发明实施例中的特种钢构成，因此热膨胀系数大约为16×10-6/K。
在图3所示的第二实施例中，压力传感器1和隔膜密封件2之间的适配器4由金属材料或者镍铁合金制成，其热膨胀系数与连接器12相同或接近。在本发明实施例中，陶瓷连接器12和金属适配器4之间的第一环形凸缘41通过硬焊点、玻璃焊点、扩散焊或类似焊点进行无应力焊接。在适配器4的另一端，第二环形凸缘43通过环形焊缝44连接在适配器4和特种钢构成的膜片密封件壳体20之间。如图3所示，优选第二环形凸缘43的直径D2小于第一环形凸缘41的直径D1，压力传感器1和隔膜密封件2之间的应力将尽量减小且转移到第二环形凸缘43上，保证压力传感器结构的稳定。
测压膜片11由通用材料构成，其热膨胀系数与压力传感器基体10或连接器12的热膨胀系数相同或者相近，即测压膜片11至少部分由陶瓷材料构成。气密性密封接头13和14通常使用焊料玻璃焊接，可以理解的是，这些焊接点也可以使用任意其他焊接材料来进行焊接，只要它们具有与焊料玻璃类似的可防止气密性泄漏的作用即可。
在本发明实施例中，本领域普通技术人员可以理解，以上仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明作其它形式，尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术内容进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的技术实质及以上实施例之内，所做的修改、等同替换等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，包括压力传感器(1)和带中心钻孔的隔膜密封件(2)，所述的压力传感器(1)包括压力传感器基体(10)、位于所述压力传感器基体(10)底部的测压膜片(11)，所述的测压膜片(11)上侧通过第一气密性密封接头(13)连接压力传感器基体(10)，压力传感器基体(10)与测压膜片(11)之间形成第二腔室，其特征在于，所述的压力传感器(1)和隔膜密封件(2)之间设有带中心钻孔的连接器(12)，所述连接器顶部通过第二气密性密封接头(14)连接测压膜片(11)下侧，连接器底部设有用于连接隔膜密封件(2)的第一连接部，所述的隔膜密封件(2)顶部设有用于连接连接器(12)的第二连接部。
2.根据权利要求1所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，所述的连接器采用陶瓷材质。
3.根据权利要求1所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，所述的连接器顶部设有锥形槽，锥形槽底部与连接器的中心钻孔连通，锥形槽与测压膜片(11)之间形成第一腔室；所述第一腔室、连接器中心钻孔和隔膜密封件中心钻孔内充满压力传递介质。
4.根据权利要求1所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，第一气密性密封接头(13)和第二气密性密封接头(14)处通过焊料玻璃焊接。
5.根据权利要求1所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，所述的第一连接部和第二连接部相匹配，两者连接处的边缘采用硬焊点或扩散焊点无应力焊接。
6.根据权利要求1所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，所述连接器(12)和隔膜密封件(2)之间还设有适配器，所述适配器一侧设有第一环形凸缘(41)和位于第一环形凸缘中心的用于匹配膜密封件(2)的第一连接部的第三连接部，适配器另一侧设有第二环形凸缘(43)和位于第二环形凸缘中心的用于匹配连接器(12)的第二连接部的第三连接部；所述第一环形凸缘处通过硬焊点或扩散焊点与连接器(12)焊接，所述第二环形凸缘处通过环形焊缝与隔膜密封件(2)焊接。
7.根据权利要求6所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，所述的第一环形凸缘直径大于第二环形凸缘直径。
8.根据权利要求6所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，所述适配器(4)和连接器(12)具有相同的热膨胀系数。
9.根据权利要求6所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，所述适配器(4)主体采用陶瓷材料，且第一环形凸缘和第二环形凸缘外表面为铁镍合金材质。
10.根据权利要求1所述的用于测量液体或气体介质压力的压力测量装置，其特征在于，
隔膜密封件(2)的第二连接部为特种钢材质。
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