CN1439094A - 用于洁净环境的压力传送器 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于洁净加工环境的压力传送器(14)。压力传送器(14)包括：过程连接器(48)，焊接套环(42)，压力传感器模块(46)，框架(26)，和外壳(22)。过程连接器(48)可与过程流体(18)的源连通，并使过程流体流向压力传感器模块(46)。过程连接器(48)封接至压力传感器模块(46)，将过程流体耦连至压力传感器(60、80)。焊接套环(42)围绕压力传感器模块(46)安置，提供第二次过程流体密封。压力传感器模块电连接至测量电路系统(58)，以提供指示过程流体压力的数字数据。框架(26)耦连至焊接套环(42)，外壳(22)可耦连接至框架(26)和焊接套环(42)，当固定就位时，外壳(26)安置在焊接套环(42)上。压力传感器模块(46)包括隔离膜片(76)，其在操作时与压力传感器(60、80)耦连。压力传感器(60、80)包括可挠曲的传感器膜片，其上设有元件提供随膜片挠曲(60、80)而变化的电特性。隔离膜片和可挠曲的膜片被填充材料(82)互相隔开。填充材料(82)可以是聚氨酯。

Description

用于洁净环境的压力传送器
技术领域
本发明一般涉及压力传送器，更具体地说，本发明涉及在洁净环境中使用的压力传送器。
背景技术
某些工业生产过程要求比一般加工过程更为洁净的环境。这种洁净过程的例子包括半导体制造，药品制造和食品加工。在这些环境中，重要的是确保所有加工设备能在实现其所要求的功能时不污染加工过程。
在工业加工环境中已变得很有用的一种装置是压力传送器，压力传送器是检测过程内部的流体压力，并向控制系统提供指示压力的电信号的装置。通常，压力传送器有一个压力传感器，传感器包括可挠曲的膜片，其直接响应施加于其上的压力而发生挠曲，膜片上有电结构，其电特性随膜片的挠曲即随压力而变化。使用容性压力传感器的压力传送器，通常被填充以介电流体，使压力传感器的电容量增加，以提高传感器分辨力，但是，万一这种传感器发生泄漏，介电充填流体(有时候是硅油)就会溢漫到系统中，因而污染产品。所以，那些要求环境十分洁净的工业生产过程，不允许压力传感器使用填充流体。因此，为这类洁净环境设计的压力传送器，一般要求检测过程流体压力而不利用填充流体。
发明内容
本发明提供一种用于洁净加工环境的压力传送器。压力传送器包括：过程连接器、焊接套环、压力传感器模块、框架和外壳。过程连接器可与过程流体的源连通，并使过程流体流向压力传感器模块。过程连接器封接至压力传感器模块，将过程流体耦连至压力传感器。焊接套环围绕压力传感器模块安置，提供第二次过程流体密封。压力传感器模块电连接至测量电路系统，以提供指示过程流体压力的数字数据。框架耦连至焊接套环，外壳可耦连接至框架和焊接套环，当固定就位时，外壳安置在焊接套环上。
压力传感器模块包括隔离膜片，其在操作时与压力传感器耦连。压力传感器包括可挠曲的硅膜片，其上设有元件，提供随膜片挠曲而变化的电特性。隔离膜片和可挠曲的膜片被填充材料互相隔开。填充材料可以是聚氨酯。
附图说明
图1是过程控制和测量系统部分的示意图；
图2是本发明实施例的压力传送器的透视立体图；
图3是本发明实施例的压力传送器的系统方块图；
图4是本发明实施例的传感器模块的侧剖面图；
图5是末端过程连接器的透视图；
图6a和6b是本发明实施例的压力传送器的透视图；
图7是本发明实施例的焊接套环的透视图。
具体实施方式
图1是过程控制和测量系统10的示意图，其包括能通过过程通信回路16与高纯度压力传送器(HPT)14相连的控制器12。如图所示，HPT 14被连接至流体源18以接收流体压力并提供流体压力的显示。HPT 14以流通设计图来表示，从过程流体源18来的流体流过HPT 14。流体不从HPT中流过的其他实施例将在说明书后面讨论。虽然图中所示的是一对导线将控制器12连接至HPT 14，但也可使用任何适当数量的导线。另外，联系HPT 14和控制器12的任何适当的过程通信协议都可以采用，包括例如总线寻址远程转换器(HART)，FOUNDATIONTM现场总线，或任何其他适当的协议。实质上，HPT 14向控制器12提供从中流过的过程流体的压力指示。HPT 14以这种方式进行测量，以致没有污染流经那里的过程流体的风险。
图2是本发明实施例的HPT 14的透视立体图，所示的HPT 14的紧固件20已拆开，以使外壳22能提升而暴露HPT 14的内部。连接器24与框架26连接，在外壳22上提时，剩余的元件留在它的装配孔28的下面。连接器24最好是BendixTM连接器。框架26包括端部32和34之间延伸的一对臂30。拔线钉36支撑多个印刷电路板38，40，同时支撑与HPT 14有关联的各个电路。框架26置于焊接套环42上，套环42最好用316L型铁素体#3-10不锈钢构成。焊接套环42包括环形唇44，当外壳22向下完全封接时，环形唇44与外壳42的底面45接触。焊接套环42围绕并安装传感器模块46，使其处于过程连接器48的顶部。
比较好的是，HPT 14的所有零部件，按照半导体设备与材料国际标准(SEMI)的要求来选择。因此，过程连接器48最好是316L型不锈钢真空电弧再熔(VAR)形成的。同样，传感器模块46中的膜片(未示)最好由同样的材料构成。外壳22由304型不锈钢制成，框架26最好由铝或塑料构成。熟悉技术的人员会明白，根据SEMI，有许多材料可供选择，上述材料只是其中的一种特定组合。
过程连接器48被机械加工并研磨光滑，以获10Ra(洛氏硬度A—译注)的最小表面粗糙度值。传感器模块46和焊接套环42焊接在一起，形成传感器/焊接套环组件，它在焊接处理之前和之后被电抛光，以保证获得小于7Ra的表面光洁度，并保证表面符合冶金技术要求。然后，框架26固定于焊接套环42，再后电路板38，40安装在框架26上。一旦电路板38，40这样安装之后，传感器模块46和电路板38、40之间的电连接便可实现。比较好的是，这种电连接通过柔性电缆。然后，连接器24定位在框架26的顶部，并通过多线电缆与电路板38，40电连接。连接器24这样连接之后，组装外壳22，并用螺钉20将外壳22和连接器24固定于框架26。
图3是本发明HPT 14的系统方块图。HPT 14包括电源模块50和回路通信装置52，它们都与过程通信回路16相连。电源模块50从回路16接收能量，并向HPT 14的所有部件提供电源，如标号为54的箭头所示。回路通信装置52也能与过程通信回路16相连，用来与回路16进行双向通信。回路通信装置52与控制器56相连，从而使回路通信装置52能向控制器56提供从回路16接收到的指示过程通信信号的数据。相反，回路通信装置52能从控制器56接收数据，并在回路16产生适当的过程通信信号。控制器56与测量电路系统58相连，测量电路系统58再与传感器60相连。在优选实施例中，传感器60是压阻元件，其电特性随膜片的挠曲而变化。以后将参考图4对传感器60进行更详细的描述。测量电路系统58包括对传感器60的电特性变化进行测量的适当电路系统，并向控制器56提供指示过程流体压力变化的数据。比较好的是，测量电路系统58包括模-数转换器，其用来将指示作用于传感器60上的压力的电压，转换为数字数据发送至控制器56。
图4是根据本发明实施例的传感器模块46的侧剖面图。传感器模块46包括集总组件70，它有多个贯穿孔72，以使接线柱74能从中通过。传感器模块46隔离膜片76，它被焊接到与集总线组件70相连的环形元件78上。隔离膜片76最好用316L型VAR不锈钢制成。隔离膜片76通过填充材料82与传感器80耦联。过程流体在箭头84所示方向上作用于隔离膜片76。这个压力经过填充材料82发送，引起传感器80偏转。传感器80最好包括可偏转的硅膜，至少在其一个表面上安排有一个或多个压敏电阻器，它的电特性随传感器的挠曲而变化。贯穿的接线柱74与焊接线86相连，使贯穿的接线柱74允许在电气上进入安排在传感器80的压敏电阻器。传感器模块46也包括管子88，它开初就与传感器80的相对侧流体相连。通过使管子88与大气压力相通，传感器模块46就能检测传递量器的压力。此外，在一些实施例中，管子88与真空相连然后密封，这样，在传感器模块46内存在永久性的真空，传感器模块46就变换为绝对压力传感器。
传感器80设置的最接近支座90。支座90的顶侧最好通过粘合剂92与集总组件70粘合。衬垫94也安置在传感器模块46内。
填充材料82的选择对传感器模块46的长期耐用性来说是比较重要的，例如，如果材料82过于坚硬，会在某种程度上阻碍过程流体的压力，降低传感器模块46的灵敏度。此外，如果填充材料82与传感器80之间或填充材料82与隔离膜片76之间的粘合剂发生分离，或者说裂为薄层，这就会引起不希望有的误差，因为隔离膜片76的偏转不必要地引起传感器80的明显偏转。还有一个重要之点是，填充材料82的机械特性在HPT14的热操作范围内应相对稳定，使温度不致引起压力测量中不希望有的差异。最后，填充材料82的选择应有利于传感器模块的快速而健全的制造，从而能获得高产量，又使制造成本最低。
许多不同的弹性材料被试验用作填充材料82。这类材料包括Conathane DPEN-15631 Blue(可从Conap，Ins ofOlean，New York买到)；RTVS27；GE 630(可从GE Silicones of Waterford，New York买到)；OXY-Bond 1214(Resin Technology Group，LLC.of South Easten，Massachusetts)；Master Bond EP 30-FL(可以Master Bond Inc.ofHackensack，New Jersey买到)；Insulcast 781(可以Permagile Industries Inc.of Plainview，New York买到)；Insulgel 50(可从Permagile Industries Inc.买到)；Conathane EN-11(Conap Inc.)；Conathane EN-1(可以Conap Inc.买到)；Biwax 821051(可从Lotite Corporation，of Comme3rce City，Colorado)；和Conathane EN-2523(可从Conap Inc.买到)。但是，两种特殊材料被证明有优越的填料82的功能。具体地说，具有硬度测定为接近91肖氏硬度A的聚醚芳香族聚氨酯是优越的，这种聚氨酯的例子包括ST-1890-91和ST-1880-87(两者都可从Stevrn’s Urthane of Holyoke，Massachusetts买到)。使用这种优选的聚氨酯(装运时通常是薄板形状)作为填料82在隔离膜片组件安装至模块46之前，可以切割成能精确配入模块46的许多部分。然后，压力加至隔离膜片76，传感器模块46加热至200℃左右，使聚氨酯流动。随着填充材料82的冷却，它便粘附到传感器80和隔离膜片76上。在加热过程中，最好以每平方英寸20磅的压力加至隔离膜片76。最终的填料82在较宽的温度范围内稳定，并能提高传感器的寿命。
图5是末端过程连接器96的透视图。对于不要求流经压力测量部分的实施例，末端过程连接器96用来代替有流体经过的过程连接器48，使组件如图6A和6B所示。除了过程连接器不同以外，图6A和6B中所示的传感器与图1中所示的相同。
图6A和6B表示并入图5所示末端过程流体连接器96的发送器。应当注意，其它过程流体连接器，例如标准组件连接器也能用于本发明的实施例。如图6A和6B中所示，发送器可包括VCR配件(图6A中为外螺纹的，图6B中为内螺纹的)。但各种其他适当的过程配件也能使用。
图7是焊接套环42的透视图。在图7中能看出，焊接套环包括环形唇部44，其上安置着外壳42的表面46。此外，图7示出多个安装孔98，便于在其上安装框架26。如图所示，焊接套环42包括内孔100，其尺寸适于套配在传感器模块46上。此外，焊接套环42也包括从焊接套环的外径104向环形唇部44扩张的扩张部102。通过提供扩张部102，焊接套环42能提供第二次过程流体密封的功能，并同时提供外壳22能安装于其上的表面。
虽然己参考优选实施例描述了本发明，熟练的技术人员将会知道，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，在形式和细节上可以做些变化。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
由弹性材料构成。
5、根据权利要求4所述的传送器，其特征在于：弹性材料是聚氨酯。
6、根据权利要求5所述的传送器，其特征在于：聚氨酯填充材料是聚醚芳香族聚氨酯。
7、根据权利要求5所述的传送器，其特征在于：填充材料是ST-1890-91聚氨酯。
8、根据权利要求5所述的传送器，其特征在于：填充材料是ST-1880-87聚氨酯。
9、根据权利要求4所述的传送器，其特征在于：填充物与隔离膜片和传感器膜片两者粘接。
10、一种压力传送器用的压力传感器模块，压力传感器模块包括：
集总组件；
以集总组件为基准安装的可挠曲传感器膜片，可挠曲传感器膜片至少有一个元件安置在膜片上，其具有随膜片挠曲而变化的电特性；
隔离膜片，其与集总组件耦连，用来与过程流体接触，隔离膜片可操作而与可挠曲传感器膜片耦连；
弹性填充材料，其放置于隔离膜片和可挠曲传感器膜片之间。
11、根据权利要求10的传送器，其特征在于：弹性材料是聚氨酯。
12、根据权利要求10的传送器，其特征在于：聚氨酯填充材料是聚醚芳香族聚氨酯。
13、根据权利要求12的传送器，其特征在于：填充材料是ST-1890-91聚氨酯。
14、根据权利要求12的传送器，其特征在于：填充材料是ST-1880-87聚氨酯。
15、根据权利要求10的传送器，其特征在于：填充物与隔离膜片和传感器膜片两者粘接。

Claims (16)

1、一种用于洁净环净的压力传送器，压力传送器包括：
可与过程流体源耦连的过程连接器；
压力传感器模块，其与过程连接器连接，与过程流体实现流体连通，压力传感器模块具有随过程流体压力而变化的电特性；
测量电路系统，其操作时与压力传感器模块耦连，测量电路系统用于提供基于电特性的至少一种量测的信号；
通信电路系统，其与测量电路系统耦连，用于向过程控制回路提供压力相关信息；
其中，压力传送器进一步包括焊接至过程连接器并安置在压力传感器模块周围的焊接套环，以提供对过程流体的第二次密封，焊接套环从焊接套环的外径向外延伸。
2、根据权利要求1所述的传送器，其特征在于：焊接套环连接至外壳。
3、根据权利要求1所述的传送器，其特征在于：焊接套环由316L型铁素体#3-10不锈钢构成。
4、一种用于洁净环净的压力传送器，压力传送器包括：
可与过程流体源耦连的过程连接器；
压力传感器模块，其与过程连接器连接，以过程流体实现流体连通，压力传感器模块具有随过程流体压力而变化的电特性；
测量电路系统，其操作时与压力传感器模块耦连，测量电路系统用于提供基于电特性的至少一种量测的信号；
通信电路系统，其与测量电路系统耦连，用于向过程控制回路提供压力相关信息；
其中，压力传感器模块进一步包括：
隔离膜片，其定位于接触过程流体；
可挠曲传感器膜片压力传感器，其安置在压力传感器模块内部；
填充材料，其放置于隔离膜片与传感器膜片之间，其中，填充材料由弹性材料构成。
5、根据权利要求4所述的传送器，其特征在于：弹性材料是聚氨酯。
6、根据权利要求5所述的传送器，其特征在于：聚氨酯填充材料是聚醚芳香族聚氨酯。
7、根据权利要求5所述的传送器，其特征在于：填充材料是ST-1890-91聚氨酯。
8、根据权利要求5所述的传送器，其特征在于：填充材料是ST-1880-87聚氨酯。
9、根据权利要求4所述的传送器，其特征在于：填充物与隔离膜片和传感器膜片两者粘接。
10、一种压力传送器用的压力传感器模块，压力传感器模块包括：
集总组件；
以集总组件为基准安装的可挠曲传感器膜片，可挠曲传感器膜片至少有一个元件安置在膜片上，其具有随膜片挠曲而变化的电特性；
隔离膜片，其与集总组件耦连，用来与过程流体接触，隔离膜片可操作而与可挠曲传感器膜片耦连；
弹性填充材料，其放置于隔离膜片和可挠曲传感器膜片之间。
11、根据权利要求10的传送器，其特征在于：弹性材料是聚氨酯。
12、根据权利要求10的传送器，其特征在于：聚氨酯填充材料是聚醚芳香族聚氨酯。
13、根据权利要求12的传送器，其特征在于：填充材料是ST-1890-91聚氨酯。
14、根据权利要求12的传送器，其特征在于：填充材料是ST-1880-87聚氨酯。
15、根据权利要求10的传送器，其特征在于：填充物与隔离膜片和传感器膜片两者粘接。
16、一种用于洁净环境的压力传送器，压力传送器包括：
可与过程流体源耦连的过程连接器；
用于检测过程流体压力的装置，检测装置耦连至过程连接器；
测量电路系统，其耦连至压力检测装置，测量电路系统用于提供基于压力检测装置的电特性的至少一种量测信号；
通信电路系统，其耦连测量电路系统，用于在过程控制回路上提供压力相关信息。
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