壓力傳送器的隔離物的製作方法

2023-05-29 21:35:21

專利名稱：壓力傳送器的隔離物的製作方法
技術領域：
本發明與壓力傳送器和壓力傳送器的流體隔離物有關。
工業上使用的壓力傳送器包括一隔離物，使傳送器不受處理的流體對其壓力傳感膜片的化學腐蝕，加壓的處理流體使一隔離的膜片撓曲，而該膜片又加壓於諸如矽油的隔離物流體再使傳感膜片撓曲。我們希望隔離物膜片要薄，既可撓曲而且有柔性，這樣在膜片兩端只有很小的壓降。另一方面，又希望隔離物膜片至少有一最小厚度以免在野外條件下正常使用時隔離物膜片破裂，隔離物膜片的該厚度是在柔性或撓度和耐久這種相互矛盾要求之間取一折衷。
隔離物膜片兩邊的壓降導致了壓力傳感器輸出的誤差，屬於重複性的誤差可通過貯存在傳送器中微機的線性校正和溫度校正算法來改正，而由於隔離物膜片非彈性變形所引起的非重複性的誤差，諸如溫度滯後和管路壓力滯後往往難以預測，而不能簡單地用算法來改正。這種不可預測的誤差限制了傳送器的性能，特別是其時間長而引起的特性漂移。這種不可預測誤差往往隨著隔離物膜片承受大的應力而增加，所以人們希望安置在傳送器中的隔離物膜片具有小的應力以減少非重複性的誤差和時間長引起的漂移。
本發明涉及一壓力傳送器，在接近室溫下，隔離物膜片的中心區處於非撓曲位置的平的形狀，而在較冷溫度下，該膜片中心區處在撓曲位置，有一凹下形狀。隔離物膜片處於傳送器殼體中凹面的上方，而此凹面形狀剛好對應凹下的膜片形狀以減小輸出誤差。
傳送器殼體有一包繞成凹面的環狀邊緣的表面，此凹面通過傳送器殼體內的通道與通道口相通。在凹下區和通道內的隔離流體把壓力傳到通道口。隔離物膜片把凹面與接收的處理流體相隔開。
隔離物膜片有一外區密封到由波紋狀膜片區所圍繞的環狀邊緣上，而波紋狀膜片區又圍繞著中心膜片區，隔離物膜片在第一溫度時處於不撓曲位置，而在第二較低溫度時處於撓曲位置而且彎向凹面，一壓力傳感器接受來自通道口的壓力，並產生一已改進精度的壓力輸出。


圖1為根據本發明的壓力傳送器的部分剖視圖。
圖2為根據本發明的隔離物膜片，當溫度改變時各相繼位置的圖象。
圖1表示一壓力傳送器的部分剖視圖，在傳送器10中，殼體12，例如一種金屬的傳送器殼體，包括面朝外的表面14以及圍繞著在表面14上所形成的凹面18的環狀邊緣16，傳送器殼體12的通道20把凹面18與傳送器內的通道口20連通。
隔離物膜片30有一焊在環狀邊緣的焊縫32以使密封凹面18與傳送器10接收的處理流體34隔開。所以膜片30的外區36密封地連到環狀邊緣16上。外區36連接到並圍繞著一膜片30的波紋狀區38，波紋狀區可以包括如圖所示單一波紋或多個波紋，波紋狀區38本身又連結和圍繞膜片30的中心膜片區40。在焊接後，膜片30用液壓壓向凹面18而成形。於是在沒有壓差或應力加在膜片30情況下，膜片30彈回到如圖1所示中間的不撓曲位置。在膜片30處於中間不撓曲位置時，中央膜片區40實際上是平的，在圖1中，膜片30和凹面18的縱向比例被放大約20倍，如果膜片30和凹面18以實際比例來表示，則膜片30和凹面18看上去近乎是平的。
隔離物流體42諸如矽油充滿了凹面18和通道20，使處理的流體的壓力通過膜片30傳到通道口22。在通道口22，一壓力傳感裝置44密封地蓋住通道口22。壓力傳感器包括一矽壓力傳感元件46，它有一接受來自隔離物流體42壓力的傳感膜片48的第一側面，而傳感膜片48相反的第二側面通過通道50與大氣相通。電饋入裝置52，54把壓力傳感器的輸出連到一傳送器電路56，該電路提供了代表感受壓力的傳送器輸出58。饋入裝置54是提供把一定量隔離物流體42密封在傳送器10內的一管子。隔離物流體的液量可調節，這樣，中心膜片區40在室溫時具有一基本平的形狀。
隔離物流體42熱脹冷縮，因為該流體具有一正的體脹溫度係數。當傳送器10處於升溫，則隔離物流體膨脹，原因是隔離物流體42密封在凹面18，通道20和壓力傳感裝置44內。在室溫下，可撓曲、柔性的膜片從其中間的不受應力位置脹到圖1中所示實線60的位置。同樣，當傳送器10冷卻時，隔離物膜片彎向凹面18，在第一低溫時，膜片處於圖1所示實線62位置，在第二較低溫時，膜片處於圖1所示實線64位置。就在膜片處於實線64位置，膜片仍然與凹面18的成型表面隔開一間隙，中心膜片區40A凹下，所選的凹面18的表面形狀需要與隔離物膜片30凹下形狀相匹配。此種安置允許在隔離物中隔離物的流體液量減少，因為在低溫時，由於膜片和凹面形狀的不匹配時，不會有多餘的流體。
膜片30的位置和形狀是隔離物流體液量和溫度的函數。隔離物流體的液量可以控制、選擇或調整，以使隔離物膜片在接近室溫時，實際上處於不撓曲位置。當低於室溫，膜片變形增加，而高於室溫，膜片的變形也增加，因為只有在不撓曲位置時，膜片處於中間的不變形狀態。
壓力傳感器46有一直徑比已利用了改進隔離物裝置優點的隔離物膜片30小的傳感膜片。在處理壓力增加時，隔離物流體42從凹面流到壓力傳感器，由於加壓從凹面流出的隔離物流體的液量比由於較低溫使流體收縮而引起的隔離物流體收縮量要小。
在環狀邊緣直徑處，膜片的外區密封在環狀邊緣16上。而波紋狀區位於一波紋的直徑處，該波紋的直徑是0.5到0.65環狀邊緣16的直徑。膜片撓曲實際上為徑向對稱。波紋狀區足以支撐中心膜片區而又不使外膜片區過分地繃緊。
在圖2中，更詳細地示出膜片和凹面形狀的圖象。圖中，與水平坐標軸102相比，垂直坐標軸100放大了50倍。凹面的形狀用標號104表示，而室溫下膜片的形狀由標號105表示。在實線104和105之間，表示在各種室溫下對應膜片各相繼位置。從圖2能看出，在低溫下，中心膜片區凹下是非常明顯的，而在一所選的低溫情況下，使凹面有一相應的凹形而限制了隔離物中隔離物流體的多餘量。在低溫下，在隔離物膜片和凹面之間留有一小的間隙106以允許加工製造的容差和由於傳感器膜片的撓曲所排放的隔離物流體。
雖然已參照最佳實施例描述了本發明，本技術領域的技術人員會明白在不偏離本發明的精神和範圍下可以對形式和細節進行變動。
權利要求
1.一壓力傳送器包含有一殼體，具有一表面，它包括一圍繞著成形的凹面的環狀邊緣，該凹面通過殼體內一通道連到一通道口，該凹面有一中心區表面部分；一膜片，它把凹面與接收的處理流體相隔開，膜片有一外區密封到一圍繞著波紋狀膜片區的環狀邊緣上，該波紋狀膜片區又圍繞著一非波紋狀中心膜片區，位於凹面中心區的上方的膜片，在第一溫度時，有一個不撓曲位置，在第二較低溫度時，有一撓曲位置且彎向凹面；在凹面和通道內的隔離物流體，把壓力傳到通道口，和一壓力傳感器，它接收來自通道口的壓力並產生一壓力輸出，膜片中心區處在不撓曲位置時，實際上有一平的形狀，而處在撓曲位置時，有一凹下形狀，凹面中心區表面部分有一凹形對應膜片的凹下形狀以減小由於溫差所引起的輸出誤差。
2.根據權利要求1所述的傳送器，其特徵在於膜片的位置是隔離物流體的液量和溫度的函數。
3.根據權利要求2所述的傳送器，其特徵在於，所選的隔流物流體液量要使膜片在接近室溫時處於不撓曲位置。
4.根據權利要求3所述的傳送器，其特徵在於，所述的隔離物流體在較低溫下收縮，使中心隔膜區彎向凹面，膜片中心區有一予成形的凹狀，當膜片靠近凹面中心區表面部分時，就移向該予成形的凹狀。
5.根據權利要求4所述的傳送器，其特徵在於，所述隔離物流體在高於室溫時膨脹，使膜片中心區彎離凹面。
6.根據權利要求5所述的傳送器，其特徵在於，所述的膜片在低於室溫下的撓曲使膜片變形增加，而高於室溫時，膜片的變形也增加，這樣只有在不撓曲位置，膜片才處於不變形狀態。
7.根據權利要求1所述的傳送器，其特徵在於，所述的壓力傳感器包含有一比隔離物流體膜片直徑小的傳感膜片，使處理的流體與隔離物流體隔開。
8.根據權利要求7所述的傳送器，其特徵在於，當工作壓力增加時，大量隔離物流體從凹面流向壓力傳感器。
9.根據權利要求8所述的傳送器，其特徵在於，由於加壓從凹面流出的隔離物流體液量比由於較低溫時流體收縮而引起的隔離物流體收縮量要小。
10.根據權利要求1所述的傳送器，其特徵在於，所述的膜片的外區在環狀邊緣直徑處密封到環狀邊緣上，而波紋狀區位於一波紋直徑處，該波紋直徑為0.5到0.65環狀邊緣的直徑，這樣，膜片撓曲實際上是徑向對稱。
11.根據權利要求10所述的傳送器，其特徵在於，波紋區包含有一圓形的波紋。
12.根據權利要求10所述的傳送器，其特徵在於，波紋區包含有多個波紋。
13.一壓力傳送器包含有一殼體，具有一表面，它包括一圍繞著成形的凹面的環狀邊緣，該凹面通過殼體內一通道連到一通道口，凹面被有一叫心區的表面部分所限定。一膜片，它把凹面，與接收的處理流體隔開，膜片有一外區，密封到一圍繞著波紋狀膜片區環狀邊緣上，該波紋狀膜片區又圍繞著一平滑的非波紋狀中心膜片區，在第一溫度時，膜片有一不撓曲位置，在第二較低溫度時，膜片有一撓曲位置且彎向凹面並在中心區與凹面部分有很小的間隙。在凹面和通道內的隔離物流體，把壓力加到通道口，和一壓力傳感器，接收來自通道口的壓力並產生一壓力輸出，膜片中心區處在不撓曲位置時，實際上有一平的形狀，而處在撓曲位置時，有一予成形的凹下形狀，在凹面中心區的表面部分有一平滑非波紋狀的凹形對應膜片予成形的凹下形狀以減小由於膜片和凹面之間流體容積減少所引起的輸出誤差，從而達到減小溫度變動的影響。
全文摘要
在一壓力傳送器中，接近室溫時，隔離物膜片處於不撓曲位置實際是一平的形狀，而在較冷溫度時，隔離物膜片處於撓曲位置實際是一凹下的形狀，隔離物膜片在傳送器殼體內處於凹面的上方，此凹面對應凹下的膜片形狀，以減小輸出誤差。
文檔編號G01L9/00GK1061082SQ9110838
公開日1992年5月13日 申請日期1991年10月30日 優先權日1990年11月1日
發明者託姆斯·帕·皮特森 申請人:羅斯蒙德公司