具有板塗層、微粒過濾器、獨立的低成本電容壓力變送器的製作方法

2023-05-29 11:16:21 1

專利名稱：具有板塗層、微粒過濾器、獨立的低成本電容壓力變送器的製作方法
背景技術：
低成本壓力監測和控制設備被多個產業使用，如加熱通風和空調市場。此市場被比工業過程控制和監測系統性能和成本更低的裝置所服務。這源於多種原因。例如，工業過程和控制及監測常常要求嚴格的精度，內在的安全，防爆外殼，設備校準和診斷。相反，低成本市場典型地只要求獲取壓力信號，並且系統本身成本非常的低。但是，如果這些特徵可以沒有過度地提高單位成本被提供，工業過程控制變送器的許多特徵對那些低成本的市場將會有用。再這點上，首要的設計標準式是電子的尺寸和成本。例如，當同時給出模擬4-20mAmp或1-5伏信號時，低成本的壓力控制和監測市場將從智能(smart)/HART的特徵(校準，糾錯，警報...)中獲益。
最近，電容壓力傳感裝置已經取得進展，其在更寬的壓力範圍提供更高的準確性。一個例子包括美國專利申請No.6,295,875中所描述的壓力變送器。這裡公開的電容壓力傳感器可以在內部電極之上設有非導電包含塗層(如二氧化矽)。此保護塗層不僅提供卓越的過壓保護。如果壓力變送器以足夠低的成本被提供，同時還提供與工業過程測量和控制市場功能相同的宿主(host)，低成本市場，如HVAC將從中巨大獲益。

發明內容
一種電容壓力變送器被提供。一方面，變送器包括直接連接到測量介質而沒有任何介入流體隔離的電容壓力傳感器。過濾器被優選地用於防止微粒到達測量隔膜。另一方面，電容壓力變送器至少安裝一個設置在過程連接件和電容壓力傳感器之間的獨立(self-contained)絕緣體。在兩方面，電容壓力變送器相對較小並由方便低成本製造的材料構造。


圖1A，1B和1C是根據本發明實施例的電容壓力感受器和相關的電路的示意圖。
圖2A和2B是根據本發明另一實施例使用獨立絕緣體的電容壓力變送器部分的示意圖。
圖3A-3C是根據本發明實施例的電容壓力傳感器的示意圖。
具體實施例方式
本發明的優選實施例與美國專利申請No.6,295,875中描述的壓力傳感器聯合使用特別有用，其它壓力傳感器設計也可以使用。
很多時候，壓力傳感器從測量介質隔離。當介質溫度很高或腐蝕性強或其它由於有害的，這種隔離非常重要。但是，在某些應用中，這種成本較高的特徵可能被處理掉且測量的介質被直接安裝可偏向的隔膜。
圖1A說明本發明實施例的這一方面。可以是任何合適的傳感器包括』875專利申請中描述的壓力傳感器56被直接連接到過程連接件200，這樣將被測量的介質被直接傳送到傳感器56。如果介質還沒有用別的方式過濾，微粒過濾器202也可以被設置在過程連接件200和壓力傳感器56之間。優選地，微粒過濾器202是設置在過程連接件200和壓力傳感器56之間的45-70微米過濾器。
圖1B是壓力傳感器56的正視圖，其被優選地由兩個半部分58，60形成。這兩個半部分58，60沿著接縫62被粘接，優選地是被焊接。兩個半部分58，60形成壓力室，在其中可偏向的隔膜64被安置流體地將連接200從連接件201隔離。當壓差施加至連接200，201時，隔膜64將會響應壓力而偏向，根據現有的技術此偏向將會作為電容變化而被記錄(register)。
圖1C是說明隔膜64，導電電容板74，室壁76和非導電塗層78的傳感器56內一個區域的部分截面圖。儘管沒有特別說明，板74，室壁76和非導電塗層78的鏡像也存在於可偏向隔膜74的另一側面。電容板74可能被置於或根據任何適合的已知技術其它方式位於室壁76上。其後，在一些實施例中，如塗層78的非導電塗層可以被置於板74頂部。此非導電塗層與板74和可偏向隔膜64之間的電容耦合基本不幹涉。但是，塗層78防止隔膜64和板74直接電接觸並對導電的過程介質液體流體保持電絕緣。
導體204被連接至適當的電路，如專利申請』875中描述，以測量通過壓力作用連接200，201引起的電容變化，並在線條206上提供適當的輸出。此輸出可以代表壓差，流量或其它參數。
圖1中所示的低成本壓力變送器可以提供顯著數目(即使不是全部)的當前工業過程控制和測量變送器的特徵。此應用將典型地測量非壓縮氣體如空氣的壓力。性能通常將由通過電路添加的數字校正量和所測量的氣體的性質決定。但是，即使在很高的溼度條件中，通過適合的傳感器幾何形狀基本可以取消介電變化。一個這樣的傳感器幾何形狀的例子是專利申請』875中公開的傳感器幾何形狀。此壓力傳感器在每平方英寸(psi)1000-2000磅的範圍提供非常高的超壓力保護。此外，此壓力變送器不要求任何昂貴的安裝效果，如注油。此外，所述壓力變送器的尺寸基本被減少，因為其通常不需要安裝在現場硬化外殼(field-hardened enclosure)內，所述外殼提供防爆的益處，由此降低尺寸和成本。最後，在工業過程和控制監測領域被充分接受的高水平變送器功能(如數字通信系統，警報，平方根輸出和診斷)現在可以被提供給低成本市場。
圖2A是使用在過程介質被隔離的實施例中本發明的一個方面的視圖。特別地，獨立絕緣體210被設置在過程連接件200和壓力傳感器56之間，這樣將被測量的介質施加壓力在絕緣體隔膜212上(優選地金屬箔隔膜)，其反過來施加壓力到絕緣體流體214上，所述絕緣體流體214優選地為介電填充流體，諸如矽油。絕緣體都優選地包括兩個通過諸如雷射焊縫的焊縫224連接的二個半部分220、222，並被連接至管道系統216、217，並通過釺焊連接218連接到壓力傳感器56。優選地隔離液體傳感器管216和隔離液體填充管217具有端部形狀，這樣兩個管216、217進入獨立絕緣體210上的單個埠。例如，每個管216、217的末端可能被製成「D」形，一個是另一個的鏡像，這樣它們配合絕緣體210內的圓形埠。
圖2B是獨立絕緣體210的部分放大示意圖。在隔膜212的絕緣體流體側，室可能包括如230指示的多個迴旋。但是，在一些實施例中這些迴旋可能被省略。
圖3A是根據本發明實施例的低成本壓力變送器的橫截面示意圖。圖3A說明根據本發明一方面的低成本壓力變送器300。變送器300包括獨立絕緣體210。但是，在實施例中過程介質可以被直接連接到測量隔膜，獨立絕緣體210可能被省略以此提供額外的尺寸並節約成本。傳感器56被置於外殼220內，外殼220優選地以低成本物質構造，如注射可塑塑料。如圖3A所示，一對電連接器222被連接至線206並置於變送器300頂部上用於將變送器300連接至外部通信環(未示出)。
如圖3A所說明，電路板302優選地具有環形形狀以安裝在外殼220內。如果需要，外殼220內的自由空間可以被注入適合的非導電材料，如環氧樹脂，以提高變送器的堅固性。當組裝時，在一個實施例中，壓力變送器300相對較小，優選地高度大約兩英寸，長度和寬度分別大約為2.5英寸。此尺寸使變送器300將可以被使用在傳統工業過程控制變送器不能簡單適合的多種環境中。此外，簡單設計和小尺寸使將被製造的變送器比傳統工業過程控制變送器便宜。但是，如微處理器和/或FOUNDATIONTM現場總線(Fieldbus)通信控制器的已知的過程控制和測量電路可以被安裝在電路板302上以提供一定水平功能給先前不知道的低成本市場。FOUNDATIONTM現場總線是一個公開的並可互操作的通信協議。其在智能現場設備中提供數字通信連接。但是，根據本發明實施例的任何其它合適的過程工業標準通信協議可以被採用。
儘管對本發明的一些實施例進行了說明，普通技術人員可以理解在不背離本發明的精神和原則的情況下可以對本發明進行修改和變化，其範圍由所附權利要求書所限定。
權利要求
1.一種電容壓力變送器，包括電容壓力傳感器，包括在其中限定室的傳感器體，所述傳感器體具有多個與室流體連通的傳感器入口；設置在室內的導電可偏向隔膜；至少一個相對於所述隔膜設置在室內的電容板，這樣隔膜偏向產生至少一個板和隔膜之間的電容的變化；及設置在至少一個板和隔膜之間的非導電層；及可操作地連接至多個傳感器入口之一的過程介質入口，並適合連接至過程介質源以使過程介質與測量隔膜直接接觸；可操作地連接至其它多個傳感器入口的第二變送器入口；連接至電容壓力傳感器的傳感器電路，以基於電容壓力傳感器的電容產生傳感器信號；及連接至傳感器電路的變送器電路，以在過程通信環上相對傳感器信號傳輸信息。
2.根據權利要求1所述的變送器，其中，第二變送器入口適合於連接至過程介質源，並且其中傳感器信號指示過程介質入口和第二變送器入口之間的壓差。
3.根據權利要求1所述的變送器，其中，非導電層包括氧化物。
4.根據權利要求3所述的變送器，其中，氧化物是二氧化矽。
5.根據權利要求1所述的變送器，此外還包括流體地設置在過程介質入口和多個傳感器入口之一之間的過濾器。
6.根據權利要求5所述的變送器，其中，過濾器不能通過大於大約70微米的微粒。
7.根據權利要求6所述的變送器，其中，過濾器不能通過大於大約45微米的微粒。
8.一種電容壓力變送器，包括具有第一和第二傳感器入口的電容壓力傳感器，其中每個入口被流體地連接至導電可偏向測量隔膜的一個側面；獨立絕緣體，所述獨立絕緣體具有過程流體入口，以及可操作地連接至第一傳感器入口的絕緣體流體出口，獨立絕緣體也具有被設置的絕緣體隔膜，以流體地從絕緣體流體出口隔離過程流體入口同時在絕緣體流體出口上提供與過程流體入口上的壓力相關的壓力；可操作地連接至第二傳感器入口的第二變送器入口；連接至電容壓力傳感器的傳感器電路，以基於電容壓力傳感器的電容產生傳感器信號；及連接至傳感器電路的變送器電路，以在過程通信環上相對傳感器信號傳輸信息。
9.根據權利要求8所述的變送器，其中第二變送器入口是第二獨立絕緣體的一部分，第二獨立絕緣體具有可操作地連接至第二傳感器入口的絕緣體流體出口，所述獨立絕緣體也具有被設置的絕緣體隔膜，以流體地從絕緣體流體出口隔離第二變送器入口同時在絕緣體流體出口上提供與第二變送器入口上的壓力相關的壓力；以及其中，第二變送器入口適於連接至過程介質源；以及其中所述傳感器信號指示過程介質入口和第二變送器入口之間的壓差。
10.根據權利要求8所述的變送器，其中，所述獨立絕緣體包括填充流體。
全文摘要
提供了一種電容壓力變送器。一方面，變送器(300)包括在沒有任何居間的流體絕緣的情況下直接連接到被測量介質的電容壓力傳感器(56)。過濾器優選地被用於保持微粒到達測量隔膜。另外一方面，電容壓力變送器(300)設有至少一個設置在過程連接件(200)和電容壓力傳感器(56)之間的獨立絕緣體(210)。在兩方面中，電容壓力變送器(300)相對較小並由方便低成本製造的材料製造。二氧化矽被用作板塗層。
文檔編號G01L13/06GK1666097SQ03815513
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月16日 優先權日2002年6月18日
發明者大衛·A·布萊登, 大衛·A·霍基 申請人:羅斯蒙德公司