CN216050422U - 压力平衡体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压力平衡体系，包括膜片式压力传感器，该膜片式压力传感器内部具有两个相互分隔的传压腔体，膜片式压力传感器外罩设有封闭的稳压盒，稳压盒的内壁与膜片式压力传感器的外壁之间具有封闭空腔，该空腔包绕膜片式压力传感器外壁，该空腔形成稳压腔，在膜片式压力传感器壳体上贯穿有平衡流道，该平衡流道将其中一个传压腔体与稳压腔连通。本实用新型的有益效果：通过紧凑和巧妙的结构设计，在保证膜片式压力传感器内外压力平衡的同时，大幅减少了液体传压介质的使用，同时显著降低了温度变化导致的传感器两个传压腔室内压力的不平衡，提高了传感器精度。

Description

压力平衡体系

技术领域

本实用新型涉及一种压力测量装置，具体涉及压力测量装置的一种压力平衡体系。

背景技术

一类用于检测流体流量的流量计，其检测原理是通过检测流体流动路径上两个不同位点的压力值，由于这两处压力值不同，可以计算得到流体流量。这类流量计的主体为流体压力检测装置，而流体压力检测装置的核心检测元件是膜片式压力传感器。膜片式压力传感器将流体不同位置的两个压力信号转换为电容信号的变化，接着后端的检测电路对电容信号的变化进行处理，得到外加压力的差压值。

膜片式压力传感器包括两个圆饼状的膜座，两个膜座之间设有测量膜片，两个膜座对焊连接，将测量膜片夹紧。测量膜片与两个膜座之间分别设有用于容纳液体传压介质的传压腔体，两个传压腔体分别连接有压力传输通道，其将外部待测压力引入测量膜片两侧，测量膜片变形量的大小反映为电容信号的变化。

将膜片式压力传感器与取压模块连接，流体压力通过取压模块传递给测量膜片。由于液体受压时体积变化极其微小的特点，在测量高压流体时，传压腔体内压显著增大，两个膜座具有向外膨胀变形和相互分离的趋势，高压状态下长时间工作可能使焊缝开裂，导致膜片式压力传感器加速失效。为此，专利文献CN112595450A公开了一种压力传感器密封稳压结构，将膜片式压力传感器安装在引压座上后，使用罩体扣罩膜片式压力传感器，罩体与引压座密封连接，形成密封的稳压腔，稳压腔内同样填充硅油，并且稳压腔与其中一个传压腔体连接同一个外部压力源，从而形成压力平衡体系。这样，外加压力同时作用于膜片式压力传感器的内部和外部，从而使传感器工作时内外部压力得到平衡，对传感器起到保护作用。然而，这种结构还存在一些问题。首先，稳压腔体积较大，消耗硅油较多，增加成本，同时给罩体与引压座之间的装配、密封带来挑战。此外，为简化结构，实际设计时会将传感器外部的稳压腔与其中一个传压腔体连通，以确保传感器内外压力同步变化，但对于压力敏感器件，硅油受热膨胀时体积变化不可忽视，会导致连接稳压腔的一侧传压腔体内硅油对测量膜片的压力变化显著，影响传感器精度。为此，必须进一步改进传感器内外的压力平衡体系及相应的结构。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种压力平衡体系。

其技术方案如下：

一种压力平衡体系，包括膜片式压力传感器，该膜片式压力传感器内部具有两个相互分隔的传压腔体，其关键在于，

所述膜片式压力传感器外罩设有封闭的稳压盒，所述稳压盒的内壁与所述膜片式压力传感器的外壁之间具有封闭空腔，该空腔包绕所述膜片式压力传感器外壁，该空腔形成稳压腔；

在所述膜片式压力传感器壳体上贯穿有平衡流道，该平衡流道将其中一个所述传压腔体与所述稳压腔连通。

作为优选技术方案，每个所述传压腔体分别连接有引压管，两个所述引压管分别穿出所述膜片式压力传感器的壳体和所述稳压盒，所述引压管的外壁与所述膜片式压力传感器的壳体密封，并与所述稳压腔之间密封隔开；

每个所述引压管分别连接有引压功能部，所述引压功能部具有引压内腔，所述引压内腔与相应的所述引压管和所述传压腔体连通；

所述稳压腔以及与其连通的所述平衡流道、传压腔体、引压内腔形成封闭的第一盛液腔体；

另一个所述传压腔体以及与其连通的所述引压内腔形成第二盛液腔体；

所述第一盛液腔体和第二盛液腔体内均充满液体传压介质。

作为优选技术方案，上述第二盛液腔体还连接有储液室，该储液室与所述第二盛液腔体连通并充满所述液体传压介质，所述储液室与所述第二盛液腔体的总容积与所述第一盛液腔体容积相等。

作为优选技术方案，上述稳压盒下方还设置有引压座，所述引压座上开设有两个引压通道，所述引压通道与所述引压管一一对应；

所述引压通道的一端与对应的所述引压管连通，另一端开口于所述引压座外壁，该开口上覆盖有隔离膜片，所述隔离膜片边缘与所述引压座密封连接，所述引压通道以及隔离膜片形成所述引压功能部，所述引压通道的内腔形成所述引压内腔；

所述引压座上开设有所述储液室。

作为优选技术方案，上述膜片式压力传感器包括两个正对设置的膜座，两个所述膜座之间夹设有一个测量膜片，两个所述膜座与所述测量膜片的边缘处焊接连接，所述测量膜片与两个所述膜座之间分别围成所述传压腔体；

其中一个所述膜座上贯穿有所述平衡流道；

两个所述膜座外壁分别与所述膜片式压力传感器之间设有定位结构，两个所述定位结构对称分布于所述测量膜片的两侧；

两个所述定位结构以外的所述稳压盒内壁与所述膜片式压力传感器外壁之间相互分隔，以形成所述稳压腔。

作为优选技术方案，上述膜座为圆形，所述膜座与所述测量膜片组成外壁呈圆盘状的所述膜片式压力传感器；

所述稳压盒呈空心圆柱状，所述稳压盒的圆周部套设在所述膜片式压力传感器的外壁圆周面外，所述稳压盒的两端部分别正对所述膜片式压力传感器的相应端面并与其隔开，所述稳压盒的两端部与两个所述膜座的外端面之间分别设置有所述定位结构。

作为优选技术方案，上述定位结构包括定位凸台和定位孔；

所述定位凸台一体成型于所述膜座外端面中心处，所述定位凸台的侧壁设置有抵靠台阶；

所述定位孔开设在所述稳压盒的端部，所述定位孔与所述定位凸台相适应；

所述稳压盒的两端部分别套设在相应的所述定位凸台上，所述稳压盒的两端部内壁抵紧相应的所述抵靠台阶。

作为优选技术方案，上述稳压盒的两端部分别与所述膜片式压力传感器的相应端面之间围成环状空腔，所述稳压盒的圆周部与所述膜片式压力传感器的外壁圆周面之间围成圆筒状空腔；

所述圆筒状空腔与位于其两端的两个所述环状空腔连通，以形成所述稳压腔。

作为优选技术方案，两个所述引压管分别从对应的所述膜座上的定位凸台穿出；

所述测量膜片的两侧分别引出有信号引线，两个所述信号引线也分别从对应的所述定位凸台向外穿出。

作为优选技术方案，上述稳压盒包括两个扣合单元，所述扣合单元包括圆筒，该圆筒的任意一端一体成型有端板，从而形成具有空腔且一端开口的所述扣合单元，所述扣合单元的端板上开设有所述定位孔；

两个所述扣合单元的开口正对，两个所述扣合单元的圆筒密封连接。

作为优选技术方案，上述定位凸台为圆形凸台；

两个所述扣合单元分别从所述膜片式压力传感器的两端套在其外，两个所述扣合单元的圆筒之间通过螺纹连接，从而形成密封的所述稳压盒。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：通过紧凑和巧妙的结构设计，在保证膜片式压力传感器内外压力平衡的同时，大幅减少了液体传压介质的使用，同时显著降低了温度变化导致的传感器两个传压腔室内压力的不平衡，提高了传感器精度。

附图说明

图1为膜片式压力传感器与稳压盒的装配结构示意图；

图2为图1中m部放大图；

图3为测量模块的剖面结构示意图；

图4为测量模块的整体结构示意图；

图5为图4中A-A剖视图；

图6为图4中B-B剖视图；

图7为图4的左视图；

图8为图7中C-C剖视图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

如图1～3所示，一种压力平衡体系，包括膜片式压力传感器100，该膜片式压力传感器100包括两个正对设置的膜座110，两个所述膜座110之间夹设有一个测量膜片120，两个所述膜座110与所述测量膜片120的边缘处焊接连接，所述测量膜片120与两个所述膜座110之间分别围成封闭的传压腔体。所述膜片式压力传感器100外罩设有封闭的稳压盒200，所述稳压盒200的内壁与所述膜片式压力传感器100的外壁之间具有封闭空腔，该空腔包绕所述膜片式压力传感器100外壁，该空腔形成稳压腔230。具体见图2，在其中一个所述膜座110上贯穿有平衡流道101，该平衡流道101一端开口于该膜座110外壁，该平衡流道101另一端开口于该膜座110对应的所述传压腔体的内壁，该平衡流道101将对应的所述传压腔体与所述稳压腔230连通。

每个所述传压腔体分别连接有引压管130，两个所述引压管130分别穿出对应的所述膜座110和所述稳压盒200，所述引压管130的外壁与对应的所述膜座110密封，并与所述稳压腔230之间密封隔开。实际使用时，两个引压管130分别连接外部的高压源和低压源。为对膜片式压力传感器100起到更好的外部保压作用，与稳压腔230连通的引压管130连接外部高压源。

每个所述引压管130分别连接有引压功能部，所述引压功能部具有引压内腔，所述引压内腔与相应的所述引压管130和所述传压腔体连通。引压功能部通过液体将外部压力源的压力传递到对应的传压腔体内，并作用于测量膜片120。

所述稳压腔230以及与其连通的所述平衡流道101、传压腔体、引压内腔形成封闭的第一盛液腔体，另一个所述传压腔体以及与其连通的所述引压内腔形成第二盛液腔体。所述第一盛液腔体和第二盛液腔体内均充满液体传压介质，如硅油。

如图3～7所示，所述稳压盒200下方还设置有引压座300。所述引压座300上表面开设有定位槽310，定位槽310内设置有所述稳压盒200。引压功能部设置在该引压座300上。具体地，所述引压座300上开设有两个引压通道320，所述引压通道320与所述引压管130一一对应。所述引压通道320的一端与对应的所述引压管130连通，另一端开口于所述引压座300外壁，该开口上覆盖有隔离膜片340，所述隔离膜片340边缘与所述引压座300密封连接，所述引压通道320以及隔离膜片340形成引压功能部。引压通道320的内腔即形成引压内腔。

结合图3～5可以看到，两个引压通道320分别位于定位槽310的两侧。引压通道320包括水平引压段和竖向引压段，其中竖向引压段的上端设置引压管插座321，引压管插座321与竖向引压段内壁密封，引压管插座321与同侧的引压管130连接。竖向引压段的下端与水平引压段的一端连接，水平引压段的另一端开口于引压座300外侧壁。水平引压段的外端口通过凸焊设置隔离膜片340，该隔离膜片340将水平引压段的外端口封闭，该隔离膜片340在外压作用时发生变形，向内传递压力。每个引压通道320连接有注液孔，注液孔的一端与相应的引压通道320连通，另一端开口于引压座300表面，注液孔的外端设有可拆卸堵头。注液孔用于分别向相应的第一盛液腔体或第二盛液腔体内注满液体传压介质，注液时可以在负压条件下进行。

结合图6～8可以看到，两个隔离膜片340相对设置在引压座300的一对相对平行的侧壁上，在隔离膜片340所在的引压座300侧壁上分别设置有一个取压座400，两个取压座400与引压座300通过螺栓连接，从而与传感器模块组成流量计的测量模块。每个取压座400上还开设有取压通道410和取压孔420，其中取压通道410与取压孔420连通，取压孔420开设在取压座400朝向引压座300的侧壁上，取压孔420与相应的隔离膜片340正对，取压孔420与相应的隔离膜片340之间的区域形成取压区。

测量时，两个取压通道410分别连接流体流动路径上的两个位点，两个不同位点的流体进入相应的取压区，流体压力作用于相应的隔离膜片340，并经液体传压介质传导至测量膜片120，从而测量两处的流体压力，来计算流体流量。

第一盛液腔体较第二盛液腔体多出了稳压腔230以及平衡流道101，因此第一盛液腔体内盛装的液体传压介质更多。温度变化引起液体传压介质体积的改变，这种体积变化会导致两个传压腔体内的压力变化幅度不一致，影响测量膜片120两侧电容变化不一致，影响传感器性能。虽然本发明的结构设计使得稳压腔230较现有技术中稳压腔230容积大幅度缩小，传感器性能大幅度提高。但对于敏感元件，温度变化导致的测量膜片120两侧电容变化幅度不一致的情况仍然不能忽视。

结合图3～5可以看到，为尽可能降低这种不利影响，进一步提高传感器的温度稳定性，第二盛液腔体还连接有储液室350，该储液室350与所述第二盛液腔体连通并充满所述液体传压介质，所述储液室350与所述第二盛液腔体的总容积与所述第一盛液腔体容积相等，从而实现测量膜片120两侧液体传压介质的压力随温度等幅度变化，实现平衡。

为设计方便，本实施例中，在引压座300底面上开设储液室350，储液室350的开口上设有密封塞。储液室350与相应的取压通道410之间开通有储液流道360。

为保证膜片式压力传感器100稳定定位在稳压盒200内，两个所述膜座110外壁分别与所述膜片式压力传感器100之间设有定位结构，两个所述定位结构对称分布于所述测量膜片120的两侧。两个所述定位结构以外的所述稳压盒200内壁与所述膜片式压力传感器100外壁之间相互分隔，以形成所述稳压腔230。

本实施例中，所述膜座110为圆形，所述膜座110与所述测量膜片120组成外壁呈圆盘状的所述膜片式压力传感器100。所述稳压盒200呈空心圆柱状，所述稳压盒200的圆周部套设在所述膜片式压力传感器100的外壁圆周面外，所述稳压盒200的两端部分别正对所述膜片式压力传感器100的相应端面并与其隔开，所述稳压盒200的两端部与两个所述膜座110的外端面之间分别设置有所述定位结构。

本实施例中，所述定位结构包括定位凸台111和定位孔。所述定位凸台111一体成型于所述膜座110外端面中心处，所述定位凸台111的侧壁设置有抵靠台阶112。所述定位孔开设在所述稳压盒200的端部，所述定位孔与所述定位凸台111相适应。所述稳压盒200的两端部分别套设在相应的所述定位凸台111上，所述稳压盒200的两端部内壁抵紧相应的所述抵靠台阶112，将两个膜座110约束在一起。

这样，如图1和2，所述稳压盒200的两端部分别与所述膜片式压力传感器100的相应端面之间围成环状空腔231，所述稳压盒200的圆周部与所述膜片式压力传感器100的外壁圆周面之间围成圆筒状空腔232。所述圆筒状空腔232与位于其两端的两个所述环状空腔231连通，以形成所述稳压腔230。当外部压力传递到稳压盒200内，两个环状空腔231内的液体压力相对作用于膜片式压力传感器100的相应端面，从而将两个膜座110抵紧，而圆筒状空腔232内的液体压力向内作用于膜片式压力传感器100的外部圆周面上，阻止膜座110径向向外扩张变形，实现了膜片式压力传感器100内外压力的平衡。

稳压盒200的装配结构可以有多种形式。如图1，本实施例中，稳压盒200包括两个扣合单元210，所述扣合单元210包括圆筒，该圆筒的任意一端一体成型有端板，从而形成具有空腔且一端开口的所述扣合单元210，所述扣合单元210的端板上开设有所述定位孔。两个所述扣合单元210的开口正对，两个所述扣合单元210的圆筒密封连接。

为进一步方便装配，所述定位凸台111为圆形凸台。两个所述扣合单元210分别从所述膜片式压力传感器100的两端套在其外，两个所述扣合单元210的圆筒之间通过内外螺纹连接，从而形成密封的所述稳压盒200。

相应的，两个所述引压管130分别从对应的所述膜座110上的定位凸台111穿出。所述测量膜片120的两侧分别引出有信号引线150，两个所述信号引线150也分别从对应的所述定位凸台111向外穿出。这样，便于装配时，两个扣合单元210从膜片式压力传感器100的两端相向移动，并转动实现螺纹连接。为方便装配和保证强度，扣合单元210的圆筒部分壁厚增加，便于加工出外螺纹或内螺纹。

从整个结构来看，本实施例的压力平衡体系通过巧妙的结构设计，既实现了膜片式压力传感器100内外的压力平衡，提高了结构可靠性；又实现了膜片式压力传感器100的测量膜片120两侧腔体内液体压力随温度变化的平衡，提高了温度稳定性。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压力平衡体系，包括膜片式压力传感器(100)，该膜片式压力传感器(100)内部具有两个相互分隔的传压腔体，其特征在于：

所述膜片式压力传感器(100)外罩设有封闭的稳压盒(200)，所述稳压盒(200)的内壁与所述膜片式压力传感器(100)的外壁之间具有封闭空腔，该空腔包绕所述膜片式压力传感器(100)外壁，该空腔形成稳压腔(230)；

在所述膜片式压力传感器(100)壳体上贯穿有平衡流道(101)，该平衡流道(101)将其中一个所述传压腔体与所述稳压腔(230)连通。

2.根据权利要求1所述的压力平衡体系，其特征在于：每个所述传压腔体分别连接有引压管(130)，两个所述引压管(130)分别穿出所述膜片式压力传感器(100)的壳体和所述稳压盒(200)，所述引压管(130)的外壁与所述膜片式压力传感器(100)的壳体密封，并与所述稳压腔(230)之间密封隔开；

每个所述引压管(130)分别连接有引压功能部，所述引压功能部具有引压内腔，所述引压内腔与相应的所述引压管(130)和所述传压腔体连通；

所述稳压腔(230)以及与其连通的所述平衡流道(101)、传压腔体、引压内腔形成封闭的第一盛液腔体；

另一个所述传压腔体以及与其连通的所述引压内腔形成第二盛液腔体；

所述第一盛液腔体和第二盛液腔体内均充满液体传压介质。

3.根据权利要求2所述的压力平衡体系，其特征在于：所述第二盛液腔体还连接有储液室(350)，该储液室(350)与所述第二盛液腔体连通并充满所述液体传压介质，所述储液室(350)与所述第二盛液腔体的总容积与所述第一盛液腔体容积相等。

4.根据权利要求3所述的压力平衡体系，其特征在于：所述稳压盒(200)下方还设置有引压座(300)，所述引压座(300)上开设有两个引压通道(320)，所述引压通道(320)与所述引压管(130)一一对应；

所述引压通道(320)的一端与对应的所述引压管(130)连通，另一端开口于所述引压座(300)外壁，该开口上覆盖有隔离膜片(340)，所述隔离膜片(340)边缘与所述引压座(300)密封连接，所述引压通道(320)以及隔离膜片(340)形成所述引压功能部，所述引压通道(320)的内腔形成所述引压内腔；

所述引压座(300)上开设有所述储液室(350)。

5.根据权利要求2～4任意一项所述的压力平衡体系，其特征在于：所述膜片式压力传感器(100)包括两个正对设置的膜座(110)，两个所述膜座(110)之间夹设有一个测量膜片(120)，两个所述膜座(110)与所述测量膜片(120)的边缘处焊接连接，所述测量膜片(120)与两个所述膜座(110)之间分别围成所述传压腔体；

其中一个所述膜座(110)上贯穿有所述平衡流道(101)；

两个所述膜座(110)外壁分别与所述膜片式压力传感器(100)之间设有定位结构，两个所述定位结构对称分布于所述测量膜片(120)的两侧；

两个所述定位结构以外的所述稳压盒(200)内壁与所述膜片式压力传感器(100)外壁之间相互分隔，以形成所述稳压腔(230)。

6.根据权利要求5所述的压力平衡体系，其特征在于：所述膜座(110)为圆形，所述膜座(110)与所述测量膜片(120)组成外壁呈圆盘状的所述膜片式压力传感器(100)；

所述稳压盒(200)呈空心圆柱状，所述稳压盒(200)的圆周部套设在所述膜片式压力传感器(100)的外壁圆周面外，所述稳压盒(200)的两端部分别正对所述膜片式压力传感器(100)的相应端面并与其隔开，所述稳压盒(200)的两端部与两个所述膜座(110)的外端面之间分别设置有所述定位结构。

7.根据权利要求6所述的压力平衡体系，其特征在于：所述定位结构包括定位凸台(111)和定位孔；

所述定位凸台(111)一体成型于所述膜座(110)外端面中心处，所述定位凸台(111)的侧壁设置有抵靠台阶(112)；

所述定位孔开设在所述稳压盒(200)的端部，所述定位孔与所述定位凸台(111)相适应；

所述稳压盒(200)的两端部分别套设在相应的所述定位凸台(111)上，所述稳压盒(200)的两端部内壁抵紧相应的所述抵靠台阶(112)。

8.根据权利要求6所述的压力平衡体系，其特征在于：所述稳压盒(200)的两端部分别与所述膜片式压力传感器(100)的相应端面之间围成环状空腔(231)，所述稳压盒(200)的圆周部与所述膜片式压力传感器(100)的外壁圆周面之间围成圆筒状空腔(232)；

所述圆筒状空腔(232)与位于其两端的两个所述环状空腔(231)连通，以形成所述稳压腔(230)。

9.根据权利要求6所述的压力平衡体系，其特征在于：两个所述引压管(130)分别从对应的所述膜座(110)上的定位凸台(111)穿出；

所述测量膜片(120)的两侧分别引出有信号引线(150)，两个所述信号引线(150)也分别从对应的所述定位凸台(111)向外穿出。

10.根据权利要求7所述的压力平衡体系，其特征在于：所述稳压盒(200)包括两个扣合单元(210)，所述扣合单元(210)包括圆筒，该圆筒的任意一端一体成型有端板，从而形成具有空腔且一端开口的所述扣合单元(210)，所述扣合单元(210)的端板上开设有所述定位孔；

两个所述扣合单元(210)的开口正对，两个所述扣合单元(210)的圆筒密封连接。

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