CN1580724B - 压力传送器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压力传送器(1)且特别是凸缘-压力传送器，它有基体(10)和隔膜(5)，该隔膜在基体(10)一侧(14)被固定在隔膜(5)固定区(6)上，该隔膜能从外面承载压力。最好在基体(10)上并在隔膜(5)固定区(6)侧旁形成至少一个凹穴(9)，在该基体(10)上的至少一个凹穴(9)的尺寸(t，b)如此确定，即致使基体(10)变形的应力不会被传给或仅是减小地被传给固定区(6)。此外，可选择地如此设定：隔膜(5)固定区(6)和隔膜(5)都布置在基体(10)的一个应力平面(n)区内，其中，在应力平面(n)区内，在弯曲应力下出现一个至少减小的应力。

Description

压力传送器

技术领域

本发明涉及一种压力传送器。

背景技术

典型的压力测量装置都包含压力传送器和与压力传送器相连结的真正的压力传感器。通过压力传送器，一个存在的介质从外面对压力测量装置施加待测量的压力。压力传送器是液压系统，它通过弹性隔膜把待测压力传给传压液上，再通过传压液传给相连的传感元件上。隔膜被固定在基体的朝向介质的固定区里，其中在基体壁部和隔膜之间形成装有传压液的腔室。

在所谓的凸缘压力传送器中，隔膜直接固定(通常是焊接)在朝向工作点即朝向待测介质的那侧。在其圆周区里，基体在侧向上与隔膜有一定距离地具有一凸缘，凸缘有多个孔并因而能通过这些孔被螺纹连接件固定在相应的配合件上。在装配到一个作为一个连结配合部件的配合件上时，必须在凸缘或基体和配合件之间设置密封如扁平密封或O形密封圈，其中，该密封包围着隔膜固定区。在拧紧从隔膜看处于密封对面的螺纹连接件时，与所加力矩和所用螺纹连接件相关地，有时相当大的力施加在凸缘上，该力会使凸缘和整个基体变形且尤其会弯曲。使基体弯曲的力也会在隔膜固定区中产生作用并从而被传给隔膜，由此使后者偏移。隔膜偏移在传压介质中产生相应的压力变化。这样的在传压介质中的由安装条件决定的压力变化当然是不希望有的测量误差，它一般能达到20mbar(毫巴)以上。由于夹紧力会随温度变化而变，所以会产生额外温度误差，这是不能补偿的。此外，这种安装作用对压力测量装置的长期稳定性也产生负面影响，因为夹紧力因在凸缘和配合件之间的密封安置状态是不恒定的。

发明内容

本发明的任务是提供这样一种压力传送器，其中，由装配条件决定的安装误差可通过控制应力被减小。

该任务通过一种凸缘-压力传送器来完成，其具有：一个基体和

-一个隔膜，该隔膜在基体一侧被固定在隔膜的固定区上，该隔膜能从外面承载压力，并且

-在将该压力传送器固定在配合件上时在应力下使该基体弯曲的装配机构，其特征在于：

在该基体上，在该隔膜固定区的至少局部的侧旁有至少一个凹穴，其中该基体上的至少一个凹穴是如此确定尺寸的，即，使该基体变形的应力不会被传给或仅减小地被传给该固定区或者说该隔膜，

该隔膜的固定区和/或该隔膜被布置在该基体的一个应力平面区中，其中在应力平面和该隔膜的区域中，在弯曲力下出现一个比这样的应力大大减小的应力，即所述这样的应力出现在该隔膜布置在该基体表面上时。

本发明还给出一些有利的改进方案。

压力传送器且特别是凸缘压力传送器具有一基体和一隔膜，该隔膜在基体一侧被固定在隔膜固定区中，该隔膜能外面承载待测压力；该压力传送器最好这样构成，即在基体上有至少一个凹穴，该凹穴在隔膜固定区的至少一部分的侧旁，该基体上的至少一个凹穴最好有这样的尺寸，即促使基体变形的力不会或者减小地被传给隔膜。

通过该凹穴，隔膜固定区和一个用于把压力传送器安装在配合件上的夹紧区至少在基体表面区就安装时作用于基体的应力而言是相互无关联的。因此，该凹穴最好形成在隔膜固定区的至少局部和用于将压力传送器夹紧在配合件上的夹紧区之间。

该凹穴最好包围整个固定区，尤其是环绕该固定区，其中，在常见的圆形隔膜中，凹穴成环槽状从基体表面深入到基体中。

凹穴的底面形成得越深，则对因有该凹穴而相互无关联的隔膜固定区来说，在凹穴侧旁作用于基体并使其弯曲的应力影响就越小。因此，凹穴最好与一个腔室的室底一样深，或者比室底更深一些，该腔室在隔膜下方盛有传压液。根据一个特别优选的实施形式，凹穴的底面的深度是同隔膜的朝向基体或该腔室的侧一样深，或者较之更深一些。尤其是，凹穴设计成形得比室底更深，这也能减小室壁和室底的弯曲，最终它还能促成传压液里的压力变化。

根据特别优选的实施形式，固定区成特别窄的桥接区形式。最初的实验证明：凹穴深度最好大于桥接区宽度，其中，深度对宽度的可取系数为大于或等于2。桥接区用弹性材料做成也是有利的，这可以导致作用于基体的应力的影响进一步减小。

因此，在根据该设想的实施形式里，在隔膜固定区内的应力剖面被凹穴且特别是环槽中断。这样，在隔膜固定区内产生的力可减小。如果凹穴被布置成很靠近隔膜夹紧区，则这是特别有利的，从而在钵形隔膜轮廓的条件下便产生弹性桥接区，借此能继续减小力的传入。

根据具有独立发明内容的第二设想，但最好也可与前一设想相结合，仍然以这样的压力传送器且特别是凸缘压力传送器为出发点的，这种压力传送器具有基体和隔膜，该隔膜在基体侧被固定在一个固定区内且可以从外面承受压力，其中基体又直接或间接具有装配机构，该装配机构在将压力传送器固定在另一部件即配合件上时能导致产生使基体弯曲的应力。这样，有利地获得与隔膜或其固定区相关的应力减小或中和，即隔膜固定区和隔膜都布置在基体的应力平面区内，其中在应力平面区内和在隔膜上，在弯曲力下产生一个对峙于基体的至少一个相邻装配面至少明显减小的应力，这是与这样一个应力相比较而言，这个应力可能在下述条件下产生，即隔膜如果安置在基体的表面上。因此，须将压力传送器隔膜或者它的固定区撤回到一个所谓的中性的线或者平面的范围内，该平面描绘出处于被弯曲了的基体内应力曲线。在此，可充分利用的是：在夹紧基体或者凸缘时，在隔膜一侧产生压应力，在基体相对侧产生拉应力，因此，在两个对置的承受相反应力的基体侧之间就有应力中性区即所谓的中性线。该中性区是没有应力的或者至少是应力减小了，它一般近似地处在基体的中央，或者说在一个有相对于基体厚度而减小的凸缘厚度的基体情况下，处在相应错开的区域中。如果隔膜固定处在中性线的范围内，则没有应力被引入隔膜，因而隔膜变形也不会在传压介质中产生压力变化。

相应地最好如此选择布置结构，即在弯曲基体上已减小的应力是一个最小应力。隔膜固定区和隔膜相应地被布置在基体的凹穴中，该凹穴具有一个适于所承受应力的深度以便将固定区转移到一个足够的深度中。凹穴相应地形成一个接触区用于待加压的介质。在将隔膜或隔膜固定区撤回到一个应力中性的范围中时，也可以实现转移到一个深度范围，这种转移当然对隔膜来说不是那种最佳的，但同时考虑到与隔膜相邻的室壁的可能发生的变形，这种变形也会导致在腔室底部和隔膜之间的压力传递液体的压力变化。

最好根据隔膜尺寸与基体弯曲程度之比来选择凹穴深度，借以实现针对弯曲程度而降低应力的且特别是无应力的隔膜动作。

开头所述任务的第三解决方案规定，该基体具有两个彼此平行布置的表面，隔膜及其在基体上的固定区至少近似地以基体厚度的1/10从两个表面之一回移到基体措开加以布置。

这种回移动最好至少近似地达到基体的厚度的1/5。

下述设定是特别重要的：隔膜及其固定区至少近似地布置在基体中央。总体说，在这里的基体连同隔膜成钵形。

为获得最佳结果，也可以联合这三种解决方案。首批试验指出装配效应减小到一个由此引起的压力差小于0.1mbar，所以在常规使用条件下剩余误差可以被视作为可忽略不计。

通过一种最小的装配效应而获得许多优点，因为精确度与凸缘-螺栓的起动力矩无关。考虑到例如因时间而变化的材料性质，由于与温度有关的预应力及改善的长时间稳定性之故，也不会产生附加的温度误差。

附图说明

下面将参照附图对一些实施例做详细说明。附图表示：

图1根据第一实施例的压力传送器的局剖正视图；

图2根据一个变型实施形式的局部放大；

图3根据第二实施例的压力传送器的局剖正视图；

图4是第三实施形式的局剖正视图，它表示两个实施例的结合。

具体实施方式

图1示出一个压力测量装置的压力传送器1，它与作为另一结构部件的配合件2在应力下通过作为固定机构或装配机构3的螺纹连接件彼此连接。压力传送器1具有基体10，一条连接管11从该基体通向压力传感器。基体10的侧向圆周边缘成凸缘12状，在这里，也可通过另一与基体10的圆周边缘搭接的独立凸缘或其它可选的固定装配件以实现连接。在凸缘12上穿过一个或多个凸缘孔13，由螺栓30和螺母31组成的螺纹连接件被穿过凸缘孔。螺栓30杆进一步穿过一个形成在配合件2的相对凸缘22上的凸缘孔23。通过螺栓30的螺栓头和螺栓杆与螺母31，压力传送器1的凸缘12和配合件凸缘22被彼此夹紧。配合件2有一个中央通孔24用于介质，介质压力或压差利用压力测量装置在中间接有压力传送器1的情况下进行测量。配合件2上的通孔24通往基体10那侧14的即朝向配合件2的那侧的中央区。

一方面，在基体10的那侧14的中央区及配合件2的通孔24之间在相对侧面上，另一方面在基体10的圆周区域内的固定机构3和配合件2之间，设置至少一个密封4如密封环或O形密封圈。这样，基体10和配合件2在其圆周区内被夹紧，在密封4的那侧建立起一个通过基体10的应力，该应力使基体10相对配合件2凹弯，如附图所示。基体10的朝向配合件2的那侧14此时被压瘪，而基体10的对置侧15受到拉应力或张力。

与配合件2通孔24相对地，在基体10那侧14的中央区内设有一个隔膜5作为传压膜，在此，隔膜5圆周区被固定在固定区6内，该固定区是用于把隔膜固定在基体10上。隔膜5与配合件2通孔24中的介质处于直接的有效连通。在隔膜5下方，即在基体10的相邻壁部的方向上设有一个腔腔室7，该腔室经过一个孔和一导管8与压力测量装置的压力传感器相连。腔室7和导管8都充满传压介质或传压液。通孔24中的介质的压力或压差因此经过隔膜5而作用于腔室7中的传压介质，于是，传压介质将上述压力或压差继续传给压力传感器。

因此，在这里对已知的压力传送器的变型方式加以说明，其隔膜5作为传压膜位于一腔室的上面，该腔室有一个室底作为超载床，在此，隔膜在其圆周区中通过已知的膜片接合法例如通过粘接、钎焊或焊接别固定在基体10的固定区6上。

原则上，使基体10弯曲的应力也会有力地作用于基体10那侧14的中央区，从而通过隔膜固定区6作用于隔膜5。为避免应力传递，隔膜5固定区6通过一个凹穴9被断开，该凹穴从基体10那侧14的表面通入基体10中。

在例如只用两个彼此相对的固定机构3将压力传送器1和配合件2夹紧的情况下，原则上设置两个分开的凹穴9就足够了，这两个凹穴在包含隔膜5固定区6的中央区和每个相邻的固定机构3之间横向延伸。在压力传送器1、配合件2和隔膜5同心布置的情况下，当然最好选择具有环槽形式的同心凹穴9。

在图1所示的实施例里，所选凹穴9相对基体10表面的深度明显深于隔膜5或腔室7底部相对基体10表面的深度t。此外，隔膜5固定区6有这样的宽度，即它等于或大于凹穴9宽度b。至于环形槽针对宽度b和深度t来确定尺寸，以及用于隔膜5的固定区6针对其宽度bs和离凹穴9的距离来确定尺寸，这最好分别根据压力传送器1的实施形式及压力传送器1、配合件2和密封4所用材料和它们的实施形式来适当选择。

图2表示图1所示第一实施例的实施形式的另一优选实施形式。对相同或相似部件来说，各自使用相关的附图标记。此外，为简明起见，只重点描述在本实施例中尚未加以说明的部件和功能。

该图也示出了隔膜5，它被布置在基体10的那侧14上，在其表面区14’中。隔膜固定区6成基体10组件的形式，其中还有一个桥接区作为独立部件地被固定在基体10表面上。在所示的实施形式里，凹穴9具有一个深度t，该深度相对于基体10的表面14’而言，相当于腔室7的室底7’的深度t。隔膜固定区6具有一个在凹穴9的底的上方的高度h，该高度低于凹穴9的深度t。按所示的实施形式，隔膜固定区6是通过一个窄的桥接区6’设计的，于此，桥接区6’的宽度最好窄于凹穴9的宽度b。根据这个优选实施例，桥接区6’的宽度bs至少是凹穴9的宽度b的一半大。桥接区6’最好用弹性材料做成，这导致有可能产生影响的应力进一步减小。

图3表示第二实施例，在此，关于各部件的标记，在与前述部件相同或相似的情况下，也请参照前面的实施形式。

在所示的压力传送器里，在基体10上，从其朝向配合件2的那侧14设有一个凹穴9’。凹穴9’在其底部有一个用于隔膜5的固定区6。借助上述布置，隔膜固定区6同隔膜5一起被移置到基体10中。于此，凹穴9’具有一个深度t，该深度是如此加以选择的，使得用于隔膜5的固定区6和隔膜5被移置到基体10的一个应力区中，在此应力区中在基体的朝向配合件2的那侧14区域内的压应力和在基体10的对峙侧15区域内的拉应力，相互尽可能大地或完全地抵消。通过一条虚线，示意地绘出一个针对在基体10上发生作用的应力的所谓的中性线n或者说中性应力平面。凹穴9’的深度t最好在考虑到还有许多其它参数的条件下加以确定，这些参数涉及到基体10上的应力曲线，但也还涉及到基体10的因凹穴9’而减小的强度等。

图4表示一个实施例，根据该实施例，前述压力传送器的实施例或实施形式被结合了进来，借此获得更好的应力消除手段。再者，就部件和功能的说明来说，关于标记则使用了与前面的实施形式相同的标记。

在图中绘出一个凹穴9’，该凹穴从基体10的朝向配合件2的那侧14的表面14’伸入基体10中。该隔膜5固定区6’也相对基体10表面14’沿着针对发生影响的固定应力的中性线或中性平面n错移。此外，从凹穴9’的底部起，在隔膜5固定区6侧旁有一个槽形凹穴9更深入地延伸到基体10中。在所示实施例里，环形槽作为另一凹穴9一直达到中性平面n的区域。为了完整起见，还应提及一点：基体10的下表面用标记15’表示。

有利的做法是，可将所述的各部件按不同方式方法加以组合，在此，特别是桥接区的宽度b s和高度h及凹穴9的深度t都是可以能调整改变的。此外，可加以考虑的还有，因作用于基体10的应力而残存的腔室7室底的变形或室的侧壁的变形，这些应力最终还对腔室7中的传压介质有影响。还须考虑的是密封4的材料、形状和尺寸，例如它的厚度m，密封被嵌置在压力传送器1或其基体10和配合件2之间，在组装压力传送器1和配合件2时还可能导致基体10的夹紧。隔膜直径d也最好在凹穴尺寸方面加以考虑。

附图标记一览表：

1     压力传送器

2     配合件

3     固定机构/螺纹连接件

4     密封

5     隔膜

6     隔膜固定区

6’   桥接区

7     充有传压介质的腔室

8     从腔室通到压力传感器的导管

9、9’凹穴

10    1的基体

11    1的管道/排出管道

12    1上的凸缘

13    12上的凸缘孔

14    10的依2的方向的那侧

14’  基体10的第一表面

15    与14相对的那侧

15’  基体10的第二表面

22    2上的凸缘

23    22上的凸缘孔

24    用于有关待测介质压力的2上的通孔

t     9的深度

b     9的宽度

bs    6、6’的宽度

n     中性线/中性平面

m     4的厚度

d     5的直径

Claims (19)

1.凸缘-压力传送器(1)，具有：

-一个基体(10)和

-一个隔膜(5)，该隔膜在基体(10)一侧(14)被固定在隔膜(5)的固定区(6)上，该隔膜能从外面承载压力，并且

-在将该压力传送器(1)固定在配合件(2)上时在应力下使该基体(10)弯曲的装配机构(3)，

其特征在于：

在该基体(10)上，在该隔膜(5)固定区(6)的至少局部的侧旁有至少一个凹穴(9)，其中该基体(10)上的至少一个凹穴(9)是如此确定尺寸(t，b)的，即，使该基体(10)变形的应力不会被传给或仅减小地被传给该固定区(6)或者说该隔膜(5)，

该隔膜(5)的固定区(6)和/或该隔膜(5)被布置在该基体(10)的一个应力平面(n)区中，其中在应力平面(n)和该隔膜(5)的区域中，在弯曲力下出现一个比这样的应力大大减小的应力，即所述这样的应力出现在该隔膜(5)布置在该基体(10)表面(14’)上时，所述装配机构是一个凸缘(12)。

2.按权利要求1所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该凹穴(9)包围着该隔膜(5)固定区(6)。

3.按权利要求1或2所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该凹穴(9)的底部与该隔膜(5)的朝向该基体(10)的那侧一样深或更深。

4.按权利要求3所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该凹穴(9)的底部与在该隔膜(5)下方的腔室(7)的室底(7’)一样深或更深。

5.按权利要求4所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该隔膜(5)的固定区(6)通过一个桥接区形成。

6.按权利要求5所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该凹穴(9)的深度(t)大于该桥接区(6’)的宽度(bs)。

7.按权利要求6所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该凹穴(9)深度(t)的或者从凹穴(9)底部起的该桥接区(6’)高度(h)的、相对该桥接区(6’)宽度(bs)的系数大于或等于2。

8.按权利要求5或6所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该桥接区(6’)用弹性材料做成。

9.按权利要求1所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：在弯曲基体(10)中减小应力区是一个最小应力的区。

10.按权利要求1或9所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该隔膜(5)的固定区(6)和该隔膜(5)按照凹穴(9)的深度(t)被布置在该基体(10)的一个凹穴(9’)中。

11.按权利要求10所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该凹穴(9’)形成一个与从配合件(2)出来的加压介质接触的接触区。

12.按权利要求1或9所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：所述装配机构(3)如此固定在配合件(2)上，即基体(10)的带有隔膜(5)的那侧(14)朝向配合件(2)，其中该基体在利用装配机构(3)进行装配时相对配合件(2)凹弯地被夹紧。

13.按权利要求12所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该凹穴(9，9’)的深度(t)是根据该隔膜(5)的尺寸(d)与该基体(10)的弯曲量之比来选择的，以便能实现该隔膜(5)的针对弯曲而减小应力的动作。

14.按权利要求12所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：所述隔膜(5)在基体的一侧是指在所述隔膜在基体上朝向装配件的一侧，在相对该隔膜(5)的至少两侧的旁边，在该基体(10)和配合件(2)之间嵌有一个密封(4)；装配机构(3)从隔膜(5)观察在密封(4)的那侧将基体(10)和配合件(2)彼此夹紧。

15.按权利要求1或9所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该基体(10)还具有与所述的基体(10)表面(14’)彼此平行地布置的另一表面(15’)；该隔膜(5)及其在基体(10)上的固定区(6)至少近似地按基体(10)的厚度的1/10从两个表面(14’，15’)之一移回到基体(10)中地布置。

16.按权利要求15所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：这种移回至少近似达到基体(10)厚度的1/5。

17.按权利要求15所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该隔膜(5)及其固定区(6)至少近似布置在该基体(10)的中央。

18.按权利要求15所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该基体(10)连同隔膜(5)成钵形。

19.按权利要求12所述的凸缘-压力传送器，其特征在于：该凹穴(9，9’)的深度(t)是根据该隔膜(5)的尺寸(d)与该基体(10)的弯曲量之比来选择的，以便能实现该隔膜(5)的无应力的动作。