CN1474938A - 压力传感器及其装配方法 - Google Patents

Abstract

用于装配在一个连接元件(40)里的一种压力传感器元件，具有一个带侧向伸出的薄膜(20)的隔离体(10)。薄膜(20)封闭了通路(12)的一个开口，通过该通路，薄膜上的压力被传输液(32)传递到压力传送器元件(30)。为装配，压力传感器元件被固定在一个连接元件(40)的一个装配开口(42)里。薄膜的伸出边缘被用一自封闭连接接缝(44)紧固在围绕装配开口(42)的表面(41)上。一种普通的薄膜与薄膜环的组合也可以被用来代替伸出的薄膜，该薄膜环覆盖了压力传感器元件和连接元件之间的缝隙。

Description

压力传感器及其装配方法

本发明涉及在测量压力的一侧上具有金属薄膜或隔膜的绝对压力、相对压力和压差传感器。特别地，本发明涉及一种在测量压力的连接处装配的压力传感器。

在测量压力的一侧上具有金属薄膜的压力传感器包括一个具有通路的外壳，该通路在测量压力一侧的开口被金属薄膜封闭。压力传送器的变形体布置在远离测量压力一侧的通路开口。通路由一种传输液填充，该传输液将薄膜上的压力传递给压力传送器的变形体。接着，压力传送器根据由压力引起的变形体偏移量产生一个测量信号。

在测量压力一侧具有金属薄膜的压力传感器有很多变型。可能变型的数目由测量压力一侧的连接或连接元件和基本传感器或压力传感器元件的数目决定。后者为测量范围的数目和测压薄膜材料的数目以及不同的传输液的数目的乘积。

一个压力传感器族可能很容易地有几千个变型。把所有的变型存入仓库是十分浪费和昂贵的，因而要尽量避免。由于在测量压力处的连接的数目通常是最主要的因素，因而可以预制一族压力传感器元件并将已校准的这些压力传感器元件存储库中以便可以随时装配它们。这时，一个压力传感器可以按照需要焊接到适当的连接元件上。

然而，经验表明，在不影响到校准的前提下，使压力传感器元件可靠地连接到连接元件是困难的。如图3所示，当焊接压力传感器元件110到连接元件140上时，焊缝必然大而深以经受测量时的压力和可能的额外压力冲击。这同保持焊缝窄而浅以防止在测压薄膜120的作用区域中引入机械应力的要求相矛盾。因为只有在这样的情形下，压力传感器的重新校准才能够被省去。

本发明的目的在于提供一种压力传感器元件，其可以被焊接到一个连接元件上而不会对压力传感器元件造成影响，并且不危及其抵抗压力的相关能力。

本发明的目的由独立权利要求1的压力传感器元件、独立权利要求8和17的压力传感器布置、以及独立权利要求13的方法所实现。此发明的其它有利方面在附属权利要求、描述和附图中阐明。

本发明中用于安装在连接元件中的压力传感器元件包括：

一个压力传送器元件，用于发出一个由压力决定的信号；以及一个隔离体，其具有位于其第一开口和第二开口之间的一个通路，其中第一开口位于隔离体的前沿表面，基本上在垂直于压力传感器的装配方向上延伸到前沿表面的外缘，而第二开口位于隔离体的第二表面上，其中压力传送器元件在第二开口的上面与通路相连；以及一个薄膜，它密封了通路第一开口；和通路中的一种传输液，用于把薄膜上的压力传递到压力传送器元件，其中薄膜从侧面向外延伸出隔离体的前沿表面的外缘。

为使压力传感器布置就绪，本发明的压力传感器元件可以被装配到适当的连接元件上而不会对压力传感器元件造成影响，也就是说，在装配过程中保持了压力传感器元件的校准。

在一个优选的实施例中，基本的传感器元件被拧入固定到连接元件的一个开口中，这样就形成了一个在测压处的连接。在这种情况下，压力传感器元件或压力传感器元件的隔离体和连接元件之间可能留有一个缝隙。薄膜覆盖于此缝隙之上。然后，薄膜被沿薄膜边沿紧固在连接元件上。

优选用自闭合的连接接缝，特别地是一个焊缝来实现此紧固。然而，亦可用其它类型的接缝，如合金焊缝或粘接缝。

一旦传感器元件被装配到连接元件的开口上，并且被连接接缝所围绕的薄膜区域有足够的弹性，接缝就不必承载作用在开口上的所有的压力。

因此，例如通过焊接进行的紧固可以被设计得足够小，以在装配中保持压力传感器元件的校准。

在另一方面，可以改进本发明的解决方案以实现用一般薄膜的压力传感器元件代替具有伸出的薄膜的压力传感器元件，一般薄膜的周长完全围绕隔离体的前沿表面。然而，在此情形，设置了一个补充的薄膜环。压力传感器元件被设置在连接元件的装配表面开口上，薄膜环的一侧被封闭的隔离体接缝紧固在隔离体的前沿表面，薄膜环的另一侧被一个绕装配表面的开口延伸的、封闭的连接接缝紧固。

为了固定压力传感器元件，在隔离体和连接元件之间的形状、力或摩擦连接通常是适当的，并优选采用形状连接。

在下列图的基础上更详细地介绍本发明，如下所示：

图1：本发明的一个实施例中，压力传感器布置的一个纵向截面；

图2：本发明的一个实施例中，压力传感器元件的一个纵向截面；

图3：现有技术中，压力传感器布置的一个纵向截面；

图4：本发明的一个可选实施例中，压力传感器布置的一个纵向截面。

图2所示的压力传感器元件包括一个压力传送器元件30和一个隔离体10，其把压力传送器和需测压力的介质分开，该介质与隔离体的薄膜20相接触。把该薄膜沿自封闭的隔离体接缝21紧固到隔离体的前沿表面。此接缝密封了隔离体10中通路12的前沿侧的开口以阻挡需测压力的介质。通路12具有一个在隔离体第二表面上的第二开口，在此开口压力传送器元件30被连接到通路12。通路12为传输液32所填充。

在压力传感器元件运行过程中，薄膜20受其上压力作用变形，在前沿表面一侧产生的体积变化被传输液32传递到压力传送器元件30。压力传送器元件具有一个吸收体积变化的变形体31。这样，作为变形体31偏移的一个函数，压力传送器元件30产生测量信号。

特别地优选作为压力传送器元件30的是电容传送器，或者具有由变形决定电阻的传送器。

在图2所示实施例中，压力传送器元件30被封闭在一个外壳11里。该外壳与隔离体接合到在一起。然而，原则上，每一种其它的、不背离本发明主旨的压力传送器元件30的装配类型都是有可能的。

在图2中的压力传感器元件中，隔离体10的前沿表面凹进去，以在薄膜和前沿表面之间有足够大、由压力决定的体积。如图2所示，此凹陷有一个基本平坦的基底。然而，此基底也可呈平行于薄膜的波浪状结构的波浪状。在此方式下，在薄膜和凹陷基底之间的平均分隔可以减少，因而在凹陷和薄膜之间的传输液体积被减到最小。

在此例的一个可选项中，薄膜可以在基本平坦的前沿表面的上以一个微小的曲率升高。

根据本发明，薄膜20侧向延伸出隔离体10的前沿表面外缘到一个足够的程度，使得在压力传感器元件装配到连接元件40上之后，薄膜覆盖了一个可能存在的缝，该缝位于压力传感器元件和连接元件40之间，薄膜可以被紧固到连接元件的边界表面41，如图1所示。紧固优选以自封闭的连接接缝44的方式实现，该接缝为普通焊缝、合金焊缝和粘接缝的形式。

在本发明的另一实施例中，在位于隔离体接缝21和连接接缝44之间的薄膜中设置了抵消装置，用于抵消当连接接缝为焊缝时可能产生的应力。抵消装置可以为至少一行自封闭并完全围绕隔离体接缝的凸缘或卷边。优选地，凸缘或卷边位于薄膜的边沿区域。该薄膜的延伸超过了隔离体10的前沿表面外缘。

本发明的压力传感器元件可以被校准，也就是说，其特征参数可以在装配到连接元件上之前被确定和设置。这种校准不受后面的、把压力传感器元件装配到连接元件上的影响，因为连接接缝44只需要密封隔离体10和开口42之间的缝隙，因此其只需要最小限度的力。在以焊缝组成连接接缝时，只需要施加相对很小的热能。另外，隔离体10的前沿表面与连接元件40的环绕表面41之间的缝隙，用于在极大程度上隔离可能产生于连接接缝44附近的应力和隔离体10。

如图1所示隔离体10，优选具有圆柱形截面，并在其侧面具有螺纹13，以使其能够被拧入到连接元件40的开口42里。在一个实施例中，设置了一个止挡件(未示出)，用于确定压力传感器的位置。这样的一个止挡件可以通过，例如，隔离体10和开口42内部的辅助轴肩表面来实现。如图1所示，转动保护可以由普通焊接焊的、合金焊接的或粘贴的连接43获得。该连接位于压力传感器元件和连接元件之间。在此，重要的是确保焊缝连接布置得尽可能远离隔离体的前沿表面并且跨过开口42的内壁。例如，在离前沿表面最远的隔离体10侧表面末端。

除了具有转动保护的螺纹，其它形状或压入配合的连接同样地适合用于在连接元件中固定压力传感器元件的位置。

考虑到薄膜21经常是一个薄金属薄膜，在储存和装配过程中，保护薄膜的伸出边沿区域就显得很重要。除了其它的可能，由负压吸附在薄膜上的吸力适配器适于此目的。根据适当实施例，此适配器作为装配压力传感器元件的一个工具。此后，可以不施加力而将此吸力适配器移离薄膜，例如装配后，以导入空气的方式。

作为具有伸出式薄膜的压力传感器的一个可选方式，传统的压力传感器元件同薄膜环的组合也适于本发明的应用。图4示出了此类型的一个实施例。在此实施例中具有隔离体210的压力传感器元件被拧入到连接元件240的表面241的一个开口里。隔离体210具有一个薄膜220。该薄膜的外缘完全的位于隔离体的前沿表面之上。设置了一个薄膜环260，用于密封连接元件的表面241与隔离体的前沿表面之间的缝隙。该薄膜环被一个自封闭隔离体接缝261紧固在隔离体的前沿表面上，被一个自封闭的连接接缝261紧固到连接元件240的表面241。

在薄膜环为弹性的并只承受很小的力的情形下，连接接缝和隔离体接缝各自的载荷也同样地小。因而，两条接缝可以具有相应的最小的尺寸。这样就有可能形成接缝，如焊缝，而不影响到压力传感器的校准。

上述使用薄膜环的实施例，一方面由于没有使用易碎的、突出的薄膜而简化了装配前压力传感器的管理；另一方面，由于具有适当的隔离体侧面构成，压力传感器元件可以被从测压处远端拧入连接元件的装配开口。

参考标号表

10隔离体

11外壳

12通路

13螺纹

14凹陷

20伸出的薄膜

21隔离体接缝

30压力传送器元件

31变形体

32传输液

40连接元件

41连接元件表面

42装配开口

43焊接连接

44连接接缝

46螺纹

110隔离体

120薄膜

130压力传感器元件

140连接元件

150大焊缝

210隔离体

220薄膜

221薄膜的紧固接缝

240连接元件

241连接表面

260薄膜环

261隔离体接缝

262连接接缝

Claims (18)

1.用于装配到一个连接元件(40)上的压力传感器元件，包括：一个压力传送器元件(30)，用于发出由压力决定的信号；和一个隔离体(10)，该隔离体具有

一个通路(12)，位于隔离体前沿表面上的第一开口与隔离体第二表面上的第二开口之间，第一开口基本垂直于压力传感器元件装配方向延伸出前沿表面外缘，其中压力传送器元件在第二开口上方与通路(12)连接，和

一个薄膜(20)，密封了通路(12)的第一开口，和

在通路(12)中的一种传输介质，用于把薄膜(20)上的压力传递到压力传送器元件(30)，其特征在于，

薄膜(20)侧向地向外延伸到隔离体(10)的前沿表面外缘之外。

2.根据权利要求1所述的压力传感器元件，其特征在于隔离体(10)具有相对于装配方向轴向对称的侧面。

3.根据上述任一权利要求所述的压力传感器元件，其特征在于薄膜(20)沿一条自封闭隔离体接缝(21)与隔离体(10)的前沿表面连接。

4.根据权利要求3所述的压力传感器元件，其特征在于隔离体接缝(21)是普通焊缝、合金焊缝或粘接缝的形式。

5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的压力传感器元件，其特征在于隔离体(10)在其前沿表面具有一个凹陷(14)，此凹陷完全地被隔离体接缝(21)所围绕。

6.根据权利要求4或5所述的压力传感器元件，其特征在于薄膜(20)分别地具有至少一个自封闭的卷边，凹槽或拱，它们在隔离体接缝(21)所围绕的表面之外并围绕隔离体接缝(21)。

7.根据上述任一权利要求所述的压力传感器元件，其特征在于薄膜(20)为金属薄膜。

8.一种压力传感器的布置包括：

根据上述任一权利要求所述的一个压力传感器元件；和

一个连接元件(40)，在表面(41)上具有开口(42)，用于接收压力传感器元件，其中将压力传感器元件以这样的方式固定在开口(42)中，使得隔离体(10)的前沿表面与围绕开口(42)的表面(41)的边缘区域共面，进一步的，其特征在于薄膜(20)的伸出区域沿着一条自封闭的连接接缝(44)绕开口(42)与表面(41)的边缘区域连接。

9.根据权利要求8所述的压力传感器布置，其特征在于连接接缝(44)是普通焊缝、合金焊缝或粘接缝的形式。

10.根据权利要求8或9所述的压力传感器布置，其特征在于口(42)的内壁具有和隔离体(10)的侧表面的螺纹(13)互补的螺纹(46)。

11.根据权利要求8到10任一权利要求所述的压力传感器布置，其特征在于至少设置了一个转动保护，该转动保护抵抗装配的压力传感器元件在开口中的转动。

12.根据权利要求11所述的压力传感器布置，具有至少一个位于压力传感器元件和连接元件(40)之间的焊缝连接(43)，其特征在于焊缝连接(43)形成于远离隔离体(10)前沿表面、开口(42)中的截面处。

13.一种用于装配具有带薄膜的隔离体的压力传感器元件的方法，薄膜布置在其前沿表面上，薄膜沿侧向延伸出前沿表面的边缘，其特征在于该方法包括下述步骤：

(i)将压力传感器元件插入到连接表面的开口，使得隔离体的前沿表面的边缘与围绕开口的连接表面区域位于同一平面；并且

(ii)沿一条包围开口自封闭的接缝将薄膜紧固到连接表面上。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于焊缝由普通焊接、合金焊接或粘接形成。

15.根据权利要求13或14所述的方法，用于装配根据权利要求1到7中之一所述的压力传感器元件。

16.根据权利要求13到15之一所述的方法，其特征在于压力传感器元件为一预校准的传感器元件，并且装配使得校准得到保持。

17.一种压力传感器布置包括：

一个压力传感器元件，具有

一个压力传送器元件，用于发出由压力决定的信号；和

一个隔离体(210)，其具有

一个通路，位于隔离体前沿表面的第一开口和隔离体第二表面的第二开口之间，其中在第二开口上方将压力传送器元件与到通路(12)连接，

一个薄膜(220)，该薄膜的周长在隔离体前沿表面上，沿一条自封闭的接缝被紧固在前沿表面上，其中薄膜密封了通路的第一开口，和

通路(12)中的传输介质，用于向压力传送器元件(30)传递薄膜上的压力；以及

一个连接元件(240)，在表面(241)上具有开口(242)，用于接收压力传感器元件，其中

压力传感器元件被固定在开口(242)上，使得隔离体(210)的前沿表面与围绕开口(242)的表面(241)的边缘区域共面，其特征在于

压力传感器布置还具有一个薄膜环(260)，该环具有一个内边缘区域和一个外边缘区域，其中内边缘区域被自封闭隔离体接缝(261)紧固在隔离体(210)的前沿表面，而外缘区域被自封闭并围绕开口(242)的连接接缝(262)紧固在表面(241)。

18.根据权利要求17所述的压力传感器布置，其特征在于薄膜环(260)由与薄膜(220)相同的材料组成。

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