用於壓力測量的系統和方法
2023-10-09 06:33:39
專利名稱：用於壓力測量的系統和方法
技術領域：
本發明涉及工序管理，尤其涉及壓力測量。
背景在諸如日本專利公開No.3,440,629公報中所公開的基於常規技術的壓力傳感器結構中，放大電路板被粘合劑直接固定至主體(如該公開第4頁所述以及
圖1至圖3所示)。粘合劑可以是矽酮膠。具有饋通電容器的屏蔽元件被置於放大電路板上以覆蓋該放大電路板，並且該屏蔽元件連同固定元件一起通過雷射焊接或電阻焊接技術被固定至主體以改進抗噪性。
在美國專利No.5,880,372中，印刷電路板被固定至通過焊接技術設置在壓力孔上的由諸如樹脂的電絕緣材料製成的襯墊上，如本專利第2頁所述以及圖2A所示。設置在襯墊上的聯鎖與設置在壓力孔上的聯鎖接受器(孔)相接合，以便在旋轉方向上連同測速錘定位。為了改進抗噪性，通過將印刷電路板的地線從襯墊經由測速錘壓入配合到設置在壓力孔上的外殼接地(孔)來實現電連接。在印刷電路板上的部件被組裝之後，通過填隙加載一向下的力來固定該襯墊。
在日本專利公開No.2001-208633公報中，放大電路板通過焊接固定至由樹脂製成的端子基座(如該公開第8頁所述以及圖1至圖6所示)。端子在上側具有多個凸出部，並且這些凸出部與設置在將要固定其中的平板上的凹入部相接合。屏蔽殼通過將其開口外邊緣插入設置在外部圓周面上的凹入部並填隙而被固定至端子基座，並且經由設置在開口外邊緣上提供的彈性片電連接至外部金屬殼(如該公開圖8所示)以改進抗噪性。
在日本實用新型公開No.平6-78836公報中，放大電路板由填入設置在外殼上的凹槽內的粘合劑固定(如該公開第2頁所述以及圖2所示)。一平板經由子連接器和連接器通過填隙與外殼相接觸並電連接以改進抗噪性。
發明內容
壓力測量系統可包括用於電路板的外殼，該電路板調節壓力檢測部件的輸出信號。該外殼能為製造和使用提供便利性和可靠性。此外，該外殼還能提供增強的性能。
在一個一般方面，壓力測量系統包括增壓管接頭、壓力檢測部件、電路板、以及電路板外殼。壓力檢測部件耦合至適於引入流體壓力的增壓管接頭。電路板耦合至壓力檢測部件並可用於調節來自壓力檢測部件的電信號。電路板外殼至少部分地包圍壓力檢測部件、並適於與電路板相接合。另外，電路板外殼大致呈圓柱形並且包括較大直徑部分和較小直徑部分。較小直徑部分耦合至增壓管接頭。電路板至少部分地置於較大直徑部分內。
電路板外殼包括基本上與該電路板外殼的縱軸平行地形成的多個柱，每個柱都包括可與電路板相接合的蓋。這些柱大致呈半圓柱形並從較小直徑部分向較大直徑部分延伸。
在某些實現中，凸起在至少一個柱的蓋上形成並適於與電路板相耦合，而在其他實現中，多個凸起在各個柱的蓋上形成，這些凸起以不相等間隔排列在圓柱體周圍。一個或多個凸起能與電路板的地線電耦合和/或與增壓管接頭電耦合。
電路板外殼通過點焊在多個點處與增壓管接頭相耦合。在一個實現中，較小直徑部分的縱向部分中的至少一部分與增壓管接頭相接合，並且在這一部分進行焊接。
在具體實現中，壓力測量系統可包括電耦合至電路板以便連接到外部設備的電連接器。壓力測量系統還可包括至少部分地包圍電路板外殼的第二外殼，該第二外殼與增壓管接頭相耦合。
在另一個一般方面，一種用於壓力測量系統的電路板外殼適於至少部分地包圍壓力檢測部件並與電路板相接合，該電路板外殼大致呈圓柱形並且包括較大直徑部分和較小直徑部分，其中較小直徑部分與增壓管接頭相耦合。
電路板外殼包括基本上與該電路板外殼的縱軸平行地形成的多個柱，每個柱都包括一個蓋。各個柱大致呈半圓柱形並從較小直徑部分向較大直徑部分延伸，並且各個柱的蓋適於與電路板相接合。凸起在至少一個柱的所述蓋上形成並適於與電路板相耦合。該凸起還適於與電路板的地線電耦合。
在又一個一般方面，一種壓力測量系統包括增壓管接頭、壓力檢測部件、電路板、以及電路板外殼。增壓管接頭適於引入流體壓力，而壓力檢測部件則耦合至該增壓管接頭。電路板耦合至壓力檢測部件並可用於放大來自壓力檢測部件的電信號。電路板外殼至少部分地包圍壓力檢測部件並適於與電路板相接合。同樣，電路板外殼大致呈圓柱形並且包括較大直徑部分、較小直徑部分以及多個大致呈半圓柱形的柱。較小直徑部分通過點焊在多個點處與增壓管接頭相耦合，該較小直徑部分的縱向部分中的至少一部分在焊接點周圍與增壓管接頭相接合。各個柱基本上與電路板外殼的縱軸平行地形成並從較小直徑部分向較大直徑部分延伸。每個柱都包括具有形成其上以耦合至電路板的凸起的上蓋，電路板通過這些凸起固定在較大直徑部分內多個柱的上蓋上，這些凸起以不相等間隔在圓柱體周圍分隔開。至少一個凸起還被電耦合至電路板的地線，並耦合至所述增壓管接頭。該壓力測量系統還包括外殼和電連接器。該外殼部分地包圍電路板外殼並與增壓管接頭相耦合。該電連接器則電耦合至電路板以便連接至外部設備。
各種實現可具有多種特徵。例如，具體實現可提供結構簡單但高度可靠的壓力傳感器，該壓力傳感器具有固定信號調節電路板、僅要求少量組裝操作、並至多示出抗噪性性能隨時間的最小變化的簡單結構。
如下將結合附圖和描述闡述一個或多個實現的細節。其他特徵、目的和優點將會從描述和附圖、及權利要求中顯而易見。
附圖簡述圖1是示出了一示例壓力測量系統的橫截面視圖。
圖2是示出了用於圖1中系統的電路板外殼的一個示例的立體圖。
圖3是圖2中電路板外殼的橫截面側視圖。
圖4是示出了與壓力檢測部件和電路板有關的圖2中電路板外殼的一個示例的橫截面俯視圖。
圖5是示出了用於圖2中電路板外殼的柱部分的一個示例的立體圖。
圖6是示出了一示例電路板外殼的立體圖。
圖7是圖6中電路板外殼的橫截面側視圖。
圖8是示出了通過縫焊耦合的電路板外殼和增壓管接頭的橫截面側視圖。
圖9是示出了通過點焊耦合的電路板外殼和增壓管接頭的橫截面側視圖。
各圖中類似的編號標示類似的元件。
詳細描述用於壓力測量的系統可生成表示所測壓力的電信號。在具體實現中，用於壓力測量的系統可包括壓力檢測部件、用於引入流體壓力的增壓管接頭、用於調節來自壓力檢測部件的電信號的電路板、至少部分地圍繞壓力檢測部件並適於接合電路板的電路板外殼、電耦合至電路板以提供與外部設備的電耦合的電連接器、以及至少部分地包圍電路板外殼並耦合至增壓管接頭的外殼。然而，其他的實現可具有更少的、附加的和/或不同的部件排列。
圖1示出了一示例壓力測量系統100。如圖所示，壓力測量系統100是壓力傳感器。壓力測量系統100可測量任何適當流體(例如液體和/或氣體)的壓力。
壓力測量系統100包括增壓管接頭110、壓力檢測部件120和電路板130。在某些實現中可以是套管的增壓管接頭110包括在腔114內終止的通道112，其中腔114由增壓管接頭和壓力檢測部件120形成。增壓管接頭還包括將系統100固定至測量壓力工序的螺紋116。在具體實現中，增壓管接頭110可由具有高機械強度和抗腐蝕性的不鏽鋼組成。壓力檢測部件120包括底部大致呈圓柱形的膜片122。膜片122可以是金屬的，並且具有在與流體入口側相對的表面上形成的應變儀124。在具體實現中，可在多個(例如4個)位置上設置應變儀以形成橋接電路並輸出一電信號。壓力檢測部件120可(例如通過焊接)被耦合(例如固定和密封)至增壓管接頭110。電路板130電耦合至壓力檢測部件120並調節表示由壓力檢測部件生成的壓力的信號。電路板130包括各個電子部件132(例如濾波器、放大器和處理器)來調節壓力表示信號。
壓力測量系統100還包括接合電路板130的電路板外殼140(例如屏蔽殼)。如圖所示，電路板外殼140大致呈圓柱形、並且具有較大直徑部分142和較小直徑部分144，其中較小直徑部分可耦合至增壓管接頭110。較小直徑部分144可在多個點(例如通過電阻焊接或雷射焊接)上耦合至增壓管接頭110。如以下將詳述地，較大直徑部分142適於耦合至電路板130，儘管並不是所有的電路板或其部件都必需置於該較大直徑部分內。電路板外殼140可開孔至大氣，也可以不開孔。在具體實現中，電路板外殼140可電耦合至電路板130的地線，以便為電路板提供增大的抗噪性。
壓力測量系統100還包括電連接器150、系統外殼160和墊圈170。電連接器150可耦合至系統外殼160並且可電耦合至電路板130。在具體實現中，電連接器150和系統外殼160可由電絕緣材料組成。在所示實現中，電連接器150與系統外殼160構成為一體。系統外殼160還(例如，通過填隙、卷邊或焊接)耦合至增壓管接頭110。系統外殼160連同增壓管接頭110一起裝有電路外殼140。墊圈170與系統外殼160和增壓管接頭110相連接以防止溼氣和灰塵從外部侵入。
在工作時，增壓管接頭110被耦合(例如，用螺絲擰緊和密封)至要測量壓力的工序、並允許流體壓力經通道112進入併到達腔體114。膜片122基於腔體114內的壓力變形，而應變儀124讀出壓力作為應變，並將該壓力轉換成電信號傳送給電路板130。電路板130調節(例如，濾波並放大)該電信號，並隨後將其傳送給電連接器150。電連接器150將該信號傳送至系統外殼160之外，從而將該信號提供給遠程設備。
圖2至圖3示出了電路板外殼140的一個示例，即電路板外殼200。電路板外殼200包括較大直徑部分202和較小直徑部分204。電路板外殼200由可與增壓管接頭匹配的鍍錫軟鋼、不鏽鋼，可用具有良好電特性的、便於形成的基於銅的金屬的軟鋼，或任何其他合適材料製成。較小直徑部分204可接合增壓管接頭並在多個點處與之耦合(例如，通過點焊)。
電路板外殼200還包括三個柱狀部分210。柱狀部分210的橫截面基本呈半圓形並且從較小直徑部分204向較大直徑部分202延伸。柱狀部分與電路板外殼的縱軸基本平行。在其它實現中，柱狀部分210可具有任何其他適當的形狀和/或定向。每個柱狀部分210都包括蓋212，每個蓋212都包括凸起214。蓋212能支持電路板，並且一個或多個凸起214可耦合至電路板。同樣，一個或多個凸起214可電耦合至電路板的地線。電耦合的凸起可提供從電路板到增壓管接頭的一部分電路徑。在某些實現中，電路板外殼可完成通向增壓管接頭的路徑，並且電路板的地線可經由電容器和/或變阻器耦合至凸起。在具體實現中，各個凸起圍繞外殼以不相等間距排列。
在一種工作模式中，電路板被安裝在蓋212並受到其支持。然後電路板被耦合(例如通過接合和/或焊接技術)至凸起214。耦合的至少之一可允許電路板的地線電耦合至凸起。當將凸起214中的一個耦合至電路板時，該凸起可壓向電路板上的接地焊盤並在其上彎曲以便接合。然而在某些實現中，因為其增加的可靠性所以優選通過焊接接合。
圖4示出了與壓力檢測部件410和電路板420接合的電路板外殼200，其中壓力檢測部件410和電路板420分別與系統100的壓力檢測部件120和電路板130類似。如圖所示，電路板420被耦合至電路板外殼200，並且壓力檢測部件410的應變儀裝置412的電極經由引線接合414電耦合至電路板420的電極。儘管在所示實現中壓力檢測部件通過引線接合直接與電路板相連，但是也可利用在其中壓力檢測部件經由引線框連接至電路板的配置。
電路板420還包括放大器422、焊點424、電容器426和輸入/輸出端子428。放大器422例如可以是集成電路。在工作時，由壓力檢測部件410生成並由電路板420調節(例如放大)的電信號可被提供給輸入/輸出端子428，電信號可從輸入/輸出端子428經由繼電器盤發送至通向外部設備的電連接器。輸入/輸出端子428可用作經放大輸出的基礎(例如，0-5Vdc比率度量、4-20mA和0-10Vdc)。
電路板外殼140的該實現具有多個特徵。例如，當電路板緊密耦合(例如通過焊接)至電路板外殼、並且電路板外殼用固定在其上的壓力檢測部件緊密耦合至增壓管接頭時，電路板的固定部分更不易斷裂。這樣就能獲得高可靠性的壓力測量系統。作為另一示例，電路板的接地端可經由電路板外殼電耦合至增壓管接頭，而這就提供了為電路板提供了良好的接地並改進了抗噪性。在具體實現中，疊加在DC電源線上的AC分量可釋放至地面。同樣，通過軟焊和焊接、增加耦合的穩定性以及減輕隨著時間的流逝可能出現的結構變化可實現這一電耦合，從而允許長時間地維持抗噪性。作為一附加示例，通過由點焊將電路板外殼固定至增壓管接頭可提高強度。這樣通過提供即使在出現振動或衝擊的環境中仍能保持性能的壓力測量系統就能增加可靠性。作為又一個示例，因為電路板在較大直徑部分內被耦合至電路板外殼、並且該外殼並不圍繞其整個外圍支持電路板，所以用於在電路板背面上安裝部件的區域有所增大。同樣，當部件安裝區域被固定時，無需增大電路板的直徑，結果也無需增大壓力傳感器的直徑。此外，通過控制蓋212的高度就能方便地控制電路板的高度。
作為另一示例，因為柱狀部分210被排列成在與電路板外殼的縱軸平行並從較小直徑部分延伸到較大直徑部分，所以可方便地執行通過壓制的製造。即可省略除了垂直方向上的處理之外的橫向壓制。這樣在無需考慮結構一致性提高的情況下，不僅能降低硬模的複雜度，還能更容易地維護硬模並增加壓制速度。在凸起的情況下也能實現縱向的壓力方向，從而能更方便地製造壓力測量系統。簡易的處理操作導致電路板外殼可作為低成本元件生產。
作為一個附加示例，電路板通過被固定地耦合至增壓管接頭的電路板外殼與該增壓管接頭相耦合。這樣就能提供電路板的恰當定位(特別是在旋轉方向上)，還能提供更為持久的耦合(特別是在高度靜態或動態加熱和/或復載環境下)。如果電路板脫離了與增壓管埠的耦合，則會發生電路板與壓力檢測部件之間的接線電耦合的中斷。
作為又一示例，電路板外殼可由導電材料製成。這樣就能通過降低熱膨脹係數之間的差異來改進電路板外殼的可靠性和/或電路板外殼與增壓管接頭之間接口的可靠性。
圖5示出了一示例柱狀部分500。柱狀部分500是用於電路板外殼200的柱狀部分210的一個示例。與柱狀部分210一樣，柱狀部分500包括蓋510和凸起512。凸起512通過切割蓋510並彎曲切割部分形成。在其它實現中，凸起可通過由去毛刺工藝將蓋子起拱至球狀而形成。
圖6至圖7示出了另一示例電路板外殼600。電路板外殼600包括較小直徑部分610和較大直徑部分620。電路板由較大直徑部分和較小直徑部分之間的阻流板630保持。可根據需要設置用來與電路板地線耦合(例如通過焊接)的凸起632。較小直徑部分610可在多個點與增壓管接頭相接合、並可通過點焊(例如電阻焊或雷射焊)與之耦合。
圖8示出了用於耦合電路板外殼800和增壓管接頭810的常規技術。電路板外殼800和增壓管接頭810可與系統100的電路板外殼140和增壓管接頭110相類似。
如圖所示，通過使用縫焊將電路板外殼800和增壓管接頭810沿著焊接部分830彼此耦合。在電路板外殼800和增壓管接頭810之間設置有間隙。但當在此狀態下在焊接部分830內執行焊接時，橫向力F會使得焊接部分830受到應力。一般情況下，電路板外殼不需要高強度，因此該電路板外殼通常通過使用壓制技術用厚度約為0.5mm或更薄的鐵板製造。這就造成了焊接部分相對較弱地被集成，結果當力F加載其上時焊接部分就很容易斷裂。
圖9示出了用於耦合電路板外殼800和增壓管接頭810的另一種技術。如圖所示，通過使用點焊在多個焊接部分840(僅示出了其中的一個)處將電路板外殼800和增壓管接頭810彼此耦合。當在焊接部分840處執行點焊時，電路板外殼800在各個部分上稍向內變形。因為這一特徵，所以當力F施加到電路板外殼上時，這些部分作為一個整體受力，這樣應力就不會集中在焊接部分。結果使得焊接部分能抗斷裂。
已描述了本發明的多個實現，並且提出或建議了多個其他實現。然而應該理解在做出各種附加、刪除、替代和/或修改的同時仍然能完成壓力測量。出於這些原因，本發明由包括了一個或多個實現的所附權利要求的範圍度量。
權利要求
1.一種壓力測量系統，所述系統包括適於引入流體壓力的增壓管接頭；耦合至所述增壓管接頭的壓力檢測部件；耦合至所述壓力檢測部件並可用於調節來自所述壓力檢測部件的電信號的電路板；以及至少部分地包圍所述壓力檢測部件並適於與所述電路板相接合的電路板外殼，所述電路板外殼大致呈圓柱形並且包括較大直徑部分和較小直徑部分，所述較小直徑部分耦合至所述增壓管接頭，所述電路板至少部分位於所述較大直徑部分內。
2.如權利要求1所述的壓力測量系統，其特徵在於，所述電路板外殼包括基本上與所述電路板外殼的縱軸平行地形成的多個柱，每個柱都包括一個蓋，所述電路板與所述柱的所述蓋相接合。
3.如權利要求2所述的壓力測量系統，其特徵在於，所述柱大致呈半圓柱形並且從所述較小直徑部分向所述較大直徑部分延伸。
4.如權利要求2所述的壓力測量系統，其特徵在於，凸起在至少一個柱的所述蓋上形成，所述凸起適於與所述電路板相耦合。
5.如權利要求4所述的壓力測量系統，其特徵在於，多個凸起在所述多個柱的所述蓋上形成，所述凸起以不相等間隔排列在所述圓柱體周圍。
6.如權利要求4所述的壓力測量系統，其特徵在於，所述凸起與所述電路板的地線電耦合。
7.如權利要求6所述的壓力測量系統，其特徵在於，所述凸起與所述增壓管接頭電耦合。
8.如權利要求1所述的壓力測量系統，其特徵在於，還包括電耦合至所述電路板以便連接到外部設備的電連接器。
9.如權利要求1所述的壓力測量系統，其特徵在於，所述電路板外殼的所述較小直徑部分通過點焊在多個點處與所述增壓管接頭相耦合。
10.如權利要求9所述的壓力測量系統，其特徵在於，所述較小直徑部分的縱向部分中的至少一部分與所述增壓管接頭相接合，並且在這一部分進行焊接。
11.如權利要求1所述的壓力測量系統，其特徵在於，還包括至少部分地包圍所述電路板外殼的第二外殼，所述第二外殼與所述增壓管接頭相耦合。
12.一種用於壓力測量系統的電路板外殼，所述電路板外殼適於至少部分地包圍壓力檢測部件並與電路板相接合，所述電路板外殼大致呈圓柱形並且包括較大直徑部分和較小直徑部分，所述較小直徑部分適於與增壓管接頭相耦合。
13.如權利要求12所述的電路板外殼，其特徵在於，所述電路板外殼包括基本上與所述電路板外殼的縱軸平行地形成的多個柱，每個柱都包括一個蓋，所述柱的所述蓋適於與電路板相接合。
14.如權利要求13所述的電路板外殼，其特徵在於，所述柱大致呈半圓柱形並且從所述較小直徑部分向所述較大直徑部分延伸。
15.如權利要求13所述的電路板外殼，其特徵在於，凸起在至少一個柱的所述蓋上形成，所述凸起適於與所述電路板相耦合。
16.如權利要求15所述的電路板外殼，其特徵在於，多個凸起在所述多個柱的所述蓋上形成，所述凸起以不相等間隔排列在所述圓柱體周圍。
17.如權利要求15所述的電路板外殼，其特徵在於，所述凸起適於與所述電路板的地線電耦合。
18.如權利要求12所述的電路板外殼，其特徵在於，所述較小直徑部分適於通過點焊在多個點處與增壓管接頭相耦合。
19.如權利要求18所述的電路板外殼，其特徵在於，所述較小直徑部分的縱向部分中的至少一部分適於在所述焊接點周圍與增壓管接頭相接合。
20.一種壓力測量系統，包括適於引入流體壓力的增壓管接頭；耦合至所述增壓管接頭的壓力檢測部件；耦合至所述壓力檢測部件並可用於放大來自所述壓力檢測部件的電信號的電路板；至少部分地包圍所述壓力檢測部件並適於與所述電路板相接合的電路板外殼，所述電路板外殼大致呈圓柱形並且包括較大直徑部分，較小直徑部分，所述較小直徑部分通過點焊在多個點處與所述增壓管接頭相耦合，所述較小直徑部分的縱向部分中的至少一部分在所述焊接周圍接合所述增壓管接頭，以及基本上與所述電路板外殼的縱軸平行地形成、並且從所述較小直徑部分向所述較大直徑部分延伸的大致呈半圓柱形的多個柱，每個柱都包括具有形成其上以耦合至所述電路板的凸起的上蓋，所述多個凸起以不相等間隔在所述圓柱體周圍分隔開，所述電路板通過所述凸起固定於所述較大直徑部分內所述多個柱的所述上蓋，所述凸起中的至少一個耦合至所述電路板的地線並耦合至所述增壓管接頭；部分地包圍所述電路板外殼的外殼，所述外殼與所述增壓管接頭相耦合；以及電耦合至所述電路板以便連接到外部設備的電連接器。
全文摘要
一種壓力測量系統通過使用電路板外殼就可提供現成的製造、可靠的操作和/或增強的性能。在具體實現中，壓力測量系統100包括增壓管接頭110、壓力檢測部件120、電路板130和電路板外殼140。壓力檢測部件耦合至適於引入流體壓力的增壓管接頭。電路板耦合至壓力檢測部件並可用於調節來自壓力檢測部件的電信號。電路板外殼至少部分地包圍壓力檢測部件並適於與電路板相接合。電路板外殼大致呈圓柱形並且包括較大直徑部分142和較小直徑部分144，該較小直徑部分耦合至增壓管接頭，電路板至少部分地置於較大直徑部分內。
文檔編號G01L19/14GK101040176SQ200580028696
公開日2007年9月19日 申請日期2005年8月25日 優先權日2004年8月27日
發明者金子義和, 島田修二, 柳澤育弘, 和田義則, W·S·柯什, W·J·洛克西姆 申請人:阿舍克羅夫特-內野股份有限公司