CN206095501U - 用于检测过程流体的物理变量的压力变送器 - Google Patents

Abstract

一种用于检测过程流体的物理变量的压力变送器(100)，其包括：适于与过程流体交接的分离隔膜(9)和测量隔膜(2)。所述压力变送器包括定位在测量室中的测量磁路并且包括：第一磁芯(41)和第二磁芯(42)，所述第二磁芯与第一磁芯分开并且处于相对于测量隔膜固定的位置处。所述磁路的第一和第二磁芯通过气隙(X)而相互分开，所述气隙根据由测量隔膜响应于施加的参考压力(PR)和过程压力(PP)来执行的弯曲运动而变化。

Description

用于检测过程流体的物理变量的压力变送器

技术领域

本实用新型涉及一种通过测量过程流体的相对压力或者绝对压力来检测过程流体的物理变量的压力变送器。

背景技术

众所周知，压力变送器广泛应用于工业过程控制系统中，以便检测过程流体的一个或者多个物理变量(诸如压力、水平位置、流量等)。

为了检测这些物理变量，一些压力变送器(“计量”式压力变送器)执行过程流体的相对压力或者绝对压力的一种或者多种测量。

在工业过程控制系统的领域中，需要提供一种“计量”式压力变送器，其适于测量高压，例如大约700bar。

实用新型内容

本实用新型旨在通过提供用于检测过程流体的物理变量的压力变送器来满足这种需求，所述压力变送器包括：

-分离隔膜，所述分离隔膜响应于施加的压力而挠曲，所述分离隔膜适于与所述过程流体交接；

-用于测量压力的测量装置，所述测量装置包括：

-支撑体，所述支撑体成形为限定内腔；

-测量隔膜，所述测量隔膜响应于施加的压力而挠曲，所述测量隔膜定位在所述内腔的内部，以便将所述内腔分成测量室和交接室，所述测量室具有处于预定的参考压力下的内部容积，所述测量隔膜包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述测量隔膜布置成使得所述参考压力在所述第一表面处被施加至所述测量隔膜，所述测量隔膜与所述分离隔膜操作地联接，使得由所述过程流体施加在所述分离隔膜上的 过程压力被传递至所述测量隔膜的第二表面；

-测量磁路，所述测量磁路定位在所述测量室中并且包括：第一磁芯，所述第一磁芯在所述测量隔膜的第一表面处与所述测量隔膜整体连接；和第二磁芯，所述第二磁芯与所述第一磁芯分开并且处于相对于所述测量隔膜固定的位置中，所述第一磁芯和第二磁芯通过气隙而相互分开，所述气隙根据由所述测量隔膜响应于施加的所述参考压力和过程压力来执行的弯曲运动而变化。

附图说明

参照下文的描述和仅仅以非限制性示例给出的附图将更好地理解根据本实用新型的压力变送器的其它特征和优势，其中：

图1是根据本实用新型的压力变送器的示意图；

图2是根据本实用新型的压力变送器的测量装置的示意图；

图3是根据本实用新型的压力变送器的测量磁路的示意图；

图4是根据本实用新型的压力变送器的电子器件及其与测量磁路的连接的示意图。

具体实施方式

参照上述附图，本实用新型涉及一种用于检测过程流体的物理变量的压力变送器100。

上述过程流体能够是应用在工业过程中的任何气体或者液体。

压力变送器100能够用于检测与该过程流体有关的任何物理变量(诸如压力、水平位置、流量等)。为此，如下文更好地描述的那样，压力变送器100包括用于测量流体压力的测量装置10。

优选地，压力变送器100是“计量”型的。

优选地，变送器100的测量范围为﹣1bar至700bar。

优选地，压力变送器100包括成形的封装件101，所述成形的封装件101包括第一支撑部分101A和限定了内壳体腔102的第二部分101B。

封装件101的各部分101A、101B能够利用已知类型的连接器件机械地联接至彼此。替代地，各部分101A、101B能够是单个成形本体的部分。

压力变送器100包括分离隔膜9，所述分离隔膜9响应于施加的压力而挠曲(可通过弯曲而弹性地变形)。

分离隔膜9适于与过程流体交接，使得过程流体将压力施加在所述分离隔膜上并且导致其弯曲运动，所述弯曲运动的幅度基本取决于施加的压力。

分离隔膜9能够是已知的类型。

优选地，分离隔膜9由薄金属片构成，所述薄金属片适当地成形并被处理，以便响应于施加的压力而弯曲。

优选地，分离隔膜9在封装件101的过程端口103处机械地联接(例如，通过适当的焊接程序)至封装件101。

有利地，过程端口103与过程流体源液压地连接。

压力变送器100包括压力测量装置10，所述压力测量装置10优选地定位在壳体腔102内部。

测量装置10包括支撑体11，所述支撑体11成形为限定内腔12(图1)。

优选地，支撑体11包括第一半体11A和第二半体11B，所述第一半体11A和第二半体11B利用已知类型的机械器件机械地联接至彼此。

测量装置10包括测量隔膜2，所述测量隔膜2响应于施加的压力而挠曲。

测量隔膜2能够是已知的类型。

优选地，所述测量隔膜2由薄金属片构成，所述薄金属片适当地成形并且被处理，以便响应于施加的压力而弯曲。

测量隔膜2包括彼此相对的第一表面21和第二表面22。

优选地，测量隔膜2定位在第一半体11A和第二半体11B之间并且分别在相对的表面21、22附近机械地联接(例如，通过适当的焊接 程序)至第一半体11A和第二半体11B。

测量隔膜2定位在内腔12内部，以便将内腔分成测量室12A和交接室12B。

优选地，测量室12A、12B构造成使得交接室12B的内部容积远远小于测量室12A的内部容积。

优选地，交接室12B由在半体11B和测量隔膜2(在其表面22处)之间的空气室和穿过半体11B的一根或者多根连接毛细管构成。

有利地，测量室12A具有处于预定参考压力PR下的内部容积。

有利地，参考压力PR对应于大气压力或者真空压力。

在下文中，将参照这些情况描述压力变送器100的操作，尽管原则上参考压力PR能够是任意值。

在测量室12A的内部气氛不同于真空压力的情况中，测量室12A能够有利地包含处于参考压力PR下的流体，例如氮气。

优选地，测量装置10包括：参考压力PR的控制器件13，所述控制器件13能够有利地包括：液压管，所述液压管将测量室12A与外部连接；和密封元件，所述密封元件操作地与所述液压管关联。

优选地，测量装置10包括输出旁路17，所述输出旁路17在设置控制器件13处机械地联接到测量装置10的支撑体11。

测量隔膜2布置成使得测量室12A内部的参考压力PR被施加到测量隔膜的第一表面21。

为此，优选地，隔膜2的第一表面21有利地面向测量室12A，至少部分地限定了其周边。

测量隔膜2可操作地与分离隔膜9联接，使得由过程流体施加在上述分离隔膜上的过程压力PP被传递到测量隔膜2的第二表面22。

为此，优选地，隔膜2的第二表面22面向交接室12B，至少部分地限定其周边，并且压力变送器100包括进入管6(例如，连接毛细管)，所述进入管从分离隔膜9延伸到交接室12B，以便使它们液压地连接至彼此。

有利地，进入管6和交接室12B包含基本不可压缩的流体(例如， 硅油)，所述不可压缩的流体与测量隔膜2和分离隔膜9接触。

因此，测量隔膜2和分离隔膜9机械地联接至彼此。以这种方式，施加到测量隔膜2的第二表面22的压力基本对应于过程压力PP，除了忽略不计的负荷损失。

由上文显而易见的是，由以下关系给出有效地施加到测量隔膜2上的合压力PM：PM≌PP－PR，其中，PP是由过程流体施加在分离隔膜9上的过程压力，而PR是测量室12A的内部气氛的参考压力。

响应于施加的合压力PM，测量隔膜2(可弹性变形)执行可逆的弯曲运动，所述可逆的弯曲运动相对于静止状态确定其位移。

考虑到在压力变送器100的正常使用过程中，过程压力PP远远高于参考压力PR，因此测量隔膜2的位移通常沿着测量室12A的方向发生。

由上文显而易见的是，在参考压力PR对应于大气压力或者真空压力的上述情况中，测量隔膜2的弯曲运动的幅度分别基本取决于过程流体的相对压力或者绝对压力。

优选地，测量装置10包括输入旁路15，所述输入旁路15机械地联接到测量装置10的支撑体11。

输入旁路15有利地适于使进入管6与交接室12B操作地连接。

优选地，输入旁路15包括一个或者多个玻璃和陶瓷支撑件，所述支撑件布置成确保测量装置10和压力变送器的封装件101之间的高电气绝缘。

测量装置10包括定位在测量室12A中的测量磁路4。

因此，测量磁路4处于相对于变送器的直接暴露于过程压力的其它部分(例如，交接室12B)绝缘的位置中。

磁路4包括第一磁芯41和第二磁芯42以及电绕组43，所述电绕组43与上述磁芯中的一个操作地相关联。

第一磁芯41在测量隔膜2的第一表面21处整体连接至测量隔膜2。

第二磁芯42与第一磁芯41分开并且相对于测量隔膜2并因此相 对于第一磁芯41处于固定的位置中。

考虑到第一磁芯41与测量隔膜2整体运动而第二磁芯42相对于测量隔膜2处于固定的位置中，因此测量磁路4的磁芯41、42通过气隙X而相互分开。这个气隙可以根据由测量隔膜2响应于施加的上述参考压力PR和过程压力PP来执行的弯曲运动而变化。

由上文显而易见的是，气隙X的每个变化均取决于测量隔膜2的对应弯曲运动的幅度，这继而取决于过程流体的相对压力或者绝对压力。

考虑到由于上述原因，测量隔膜2的位移在压力变送器100的正常操作中(压力PP远远大于压力PR)通常沿着测量室12A的方向产生，因此气隙X在静止状态中最大并且响应于施加的上述参考压力PR和过程压力PP而减小。

继而，每个气隙X的变化均确定磁路4的总磁阻R(与气隙的磁阻基本一致)的变化，并且因此确定由测量磁路4形成的且在电绕组43的端部处可观察到的双端子感应元件的电感L的变化。

基于上述考虑，显而易见的是，这种双端子感应元件的电感的每个变化最终均基本取决于施加的过程压力PP。

优选地，测量磁路4包括支撑元件44，所述支撑元件44整体连接至测量隔膜2，继而，磁芯41整体连接至所述支撑元件44。

优选地，支撑元件44由焊接到测量隔膜2的表面21上的金属球构成，并且磁芯41粘合至上述金属球44。

优选地，第二磁芯42例如通过能够是已知类型的固定元件45整体连接到测量装置10的支撑体11上。

优选地，电绕组43与第二磁芯42操作地相关联并且包括卷绕在第二磁芯周围的一个或者多个匝。

根据实施例的优选变形方案，压力变送器100包括电子器件5，所述电子器件5操作地连接至测量磁路4。

电子器件5适于提供指示过程压力PP的测量信号MP。

有利地，电子器件5例如通过布置在输出旁路17处的适当的电连 接件16电连接至测量磁路4的电绕组43。

优选地，电子器件5包括：电源器件51，所述电源器件51电连接到电绕组43；和电容性电负荷55，所述电容性电负荷55电联接至电绕组43，以便与所述电绕组配合形成LC电子电路(例如并联LC型的)。

电源器件51适于将预定的电压脉冲供应至LC电子电路(由电绕组43和电容性电负荷55形成)，以便引起其谐振荡。

优选地，电子器件5包括传感器器件52，所述传感器器件52适于提供测量信号MI，所述测量信号MI指示响应于由电源器件51发送的电压脉冲而在上述LC电子电路中循环的电流的振荡频率(共振)。这种振荡频率基本取决于由测量磁路4形成的且在电绕组43的端部处可观察到的双端子感应元件的电感。

优选地，电子器件5包括处理器件53，例如微型处理器，其适于接收指示LC电子电路的振荡频率的测量信号MI并且适于提供指示过程压力PP的测量信号MP。

实际上，通过测量LC电子电路的振荡频率，有利地的是，电子器件5能够测量由测量磁路4形成的且能够在电绕组43的端部处观察到的双端子感应元件的电感的变化。

如上文所显示的，上述双端子感应元件的这些电感的变化取决于气隙X的变化，所述气隙X的变化继而取决于过程压力PP。

基于上述考虑，显而易见的是，通过测量电子电路LC的振荡频率，电子器件5能够测量过程流体的压力。

压力变送器100在有效性和易用性方面具有极大优势。

由于测量磁路4，压力变送器100确保了在测量过程流体的相对压力或者绝对压力时的高性能。

例如，参照仪器的测量范围，能够获得误差大约为0.075％的精度。

通过将测量磁路4定位在测量室12A中的相对于变送器直接暴露于过程压力的部分绝缘的位置中，确保了高度可靠的性能并且显著简化了同一电路的实际应用。

压力变送器100具有相对简单和紧凑的结构。

相对于现有技术的装置而言，交接室12B的特定构造允许降低使用的不可压缩流体的数量和分离隔膜的尺寸。

因此，压力变送器100的整体结构特别地坚固并且适于与高压过程流体(例如，大约700bar)一起使用。

另一方面，压力变送器100的工业组件被显著地简化，特别是对测量装置10和与过程端口103相关的连接件而言。

压力变送器100在工业规模中的生产是简单且廉价的，并且易于安装。

Claims (13)

1.一种用于检测过程流体的物理变量的压力变送器(100)，其特征在于，所述压力变送器包括：

-分离隔膜(9)，所述分离隔膜响应于施加的压力而挠曲，所述分离隔膜适于与所述过程流体交接；

-用于测量压力的测量装置(10)，所述测量装置包括：

-支撑体(11)，所述支撑体成形为限定内腔(12)；

-测量隔膜(2)，所述测量隔膜响应于施加的压力而挠曲，所述测量隔膜定位在所述内腔的内部，以便将所述内腔分成测量室(12A)和交接室(12B)，所述测量室具有处于预定的参考压力(PR)下的内部容积，所述测量隔膜包括彼此相对的第一表面(21)和第二表面(22)，所述测量隔膜布置成使得所述参考压力(PR)在所述第一表面(21)处被施加至所述测量隔膜，所述测量隔膜与所述分离隔膜操作地联接，使得由所述过程流体施加在所述分离隔膜(9)上的过程压力(PP)被传递至所述测量隔膜的第二表面(22)；

-测量磁路(4)，所述测量磁路定位在所述测量室中并且包括：第一磁芯(41)，所述第一磁芯在所述测量隔膜的第一表面(21)处与所述测量隔膜(2)整体连接；和第二磁芯(42)，所述第二磁芯与所述第一磁芯分开并且处于相对于所述测量隔膜固定的位置中，所述第一磁芯和第二磁芯通过气隙(X)而相互分开，所述气隙根据由所述测量隔膜随着响应于施加的所述参考压力(PR)和过程压力(PP)来执行的弯曲运动而变化。

2.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述测量磁路(4)包括电绕组(43)，所述电绕组具有卷绕在所述第二磁芯(42)周围的一个或者多个匝。

3.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述测量磁路(4)包括支撑元件(44)，所述支撑元件与所述测量隔膜(2)整体连接，所述第一磁芯(41)与所述支撑元件整体连接。

4.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述第二磁芯(42)整体连接到所述测量装置(10)的支撑体(11)。

5.根据权利要求2所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器包括电子器件(5)，所述电子器件操作地连接至所述测量磁路(4)，所述电子器件适于提供指示所述过程压力(PP)的测量信号(MP)。

6.根据权利要求5所述的压力变送器，其特征在于，所述电子器件(5)电连接至所述测量磁路(4)的电绕组(43)。

7.根据权利要求6所述的压力变送器，其特征在于，所述电子器件(5)包括：

-电容性电负荷(55)，所述电容性电负荷电联接到所述电绕组，以便形成LC电子电路；

-电源器件(51)，所述电源器件电连接至所述电绕组(43)，以将预定的电压脉冲提供至所述LC电子电路；

-传感器器件(52)，所述传感器器件适于提供指示所述LC电子电路的振荡频率的测量信号(MI)，所述振荡频率响应于由所述电源器件发送的电压脉冲而产生。

8.根据权利要求7所述的压力变送器，其特征在于，所述电子器件包括处理器件(53)，所述处理器件适于接收所述测量信号(MI)且适于提供指示所述过程压力(PP)的测量信号(MP)。

9.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述参考压力(PR)对应于大气压力。

10.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述测量室(12A)包含对应于内部的所述参考压力(PR)的压力下的流体。

11.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述参考压力(PR)对应于真空压力。

12.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器包括管(6)，所述管将所述分离隔膜(9)液压地连接到所述交接室(12B)，所述管和所述交接室包含基本不可压缩的流体，所述不可压缩的流体与所述测量隔膜(2)和所述分离隔膜(9)接触。

13.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述压力变送器的测量范围为﹣1bar至700bar。