專利名稱：具有改進(jìn)的過程適配器的壓力變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
壓力/真空變送器是已知的。這種裝置典型地連接到壓力或真空源；產(chǎn)生根據(jù)壓力或真空變化的電特征；并提供變化的電特征的電表現(xiàn)，以便操作者或者過程的其它部分了解該壓力或真空。
背景技術(shù)：
高純度壓力或真空變送器是普通真空或壓力傳感器的相對小的子集。這些裝置尤其適于暴露于極度精密和/或非常潔凈的過程。這些過程的類型是，從壓力傳感器脫落的顆?；蛘呱踔潦莵碜詨毫鞲衅鞯拿摎鈺φ麄€(gè)生產(chǎn)過程線產(chǎn)生有害的影響。這種應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例是半導(dǎo)體的加工。
真空變送器用于高純度應(yīng)用，所述應(yīng)用涉及例如材料的沉積或移除(蝕刻)，諸如在半導(dǎo)體工業(yè)中。當(dāng)在半導(dǎo)體沉積室中操作真空傳感器時(shí)，一個(gè)顧慮是沉積材料在壓力傳感器自身上的積聚。在這種應(yīng)用中，一般認(rèn)為采用“等離子罩(plasma shield)”以限制到傳感器上的沉積。這典型地通過使用金屬片的穿孔片而實(shí)現(xiàn)，其中所述穿孔片然后被點(diǎn)焊到傳感器前方的外殼上。此類型的罩有幾個(gè)不利的副作用。首先，由于材料的橫截面，罩的熱傳導(dǎo)性是不良的。該不良的熱傳導(dǎo)性會損害加熱系統(tǒng)的效率，其中所述加熱系統(tǒng)試圖將傳感器和罩維持在升高的溫度，從而減少沉積材料的積聚。因此，罩的不良熱傳導(dǎo)性會導(dǎo)致在罩上的過早的沉積過程材料。另一不利副作用是，罩典型地將在它與側(cè)壁的連接點(diǎn)處具有許多窄而深的裂縫。這些下陷的體積延長了“泵下降(pump-down)”時(shí)間并產(chǎn)生潔凈問題。再一種不利副作用是典型的金屬片罩經(jīng)常非常薄從而導(dǎo)致對于傳感器的有限的物理保護(hù)。由于其相對差的物理堅(jiān)固性，罩有時(shí)會破裂或產(chǎn)生顆粒，這在使用傳感器的極度潔凈環(huán)境中是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
披露了一種用于潔凈環(huán)境的壓力傳感器。壓力傳感器包括過程聯(lián)結(jié)器、傳感器組件、罩和電子元件。過程聯(lián)結(jié)器被配置為在過程入口處聯(lián)結(jié)到過程介質(zhì)的源。傳感器組件聯(lián)結(jié)到過程聯(lián)結(jié)器上并且所述傳感器組件中具有壓力傳感器。壓力傳感器具有電特征，所述電特征根據(jù)傳感器組件中的壓力而變化。罩鄰近過程聯(lián)結(jié)器進(jìn)行布置，并且所述罩被布置為遮斷過程入口和壓力傳感器之間的大致所有的瞄準(zhǔn)線。傳感器內(nèi)的電子元件聯(lián)結(jié)到壓力傳感器以測量電特征并提供所述電特征的指示。被提供一種感應(yīng)潔凈環(huán)境中的壓力的方法。


圖1是高純度真空變送器的概圖，本發(fā)明的實(shí)施例對于所述尤其有用；圖2是變送器電子外殼內(nèi)的電子元件的概圖；圖3圖示說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器組件(sensor module)和過程聯(lián)結(jié)(process coupling)；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的組件14的更大的透視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將說明本發(fā)明的各種實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，過程入口和壓力傳感器之間的大致所有瞄準(zhǔn)線都被罩阻擋。在其它實(shí)施例中，罩通過以下方式被連接到過程連接器，所述方式為提供罩和過程連接器之間的高熱傳導(dǎo)性。罩可以與過程連接器整體地形成以使罩和過程連接器之間的體積最小化，由此減少泵下降(pump-down)時(shí)間。
圖1是高純度真空變送器的概圖，本發(fā)明的實(shí)施例對于所述變送器尤其有用。變送器10一般包括傳感器電子外殼12，傳感器部分14、過程聯(lián)結(jié)器16和電連接器18。過程聯(lián)結(jié)器16通常聯(lián)結(jié)到高純度環(huán)境中的真空源或者壓力源，并且將源聯(lián)結(jié)到傳感器部分14。傳感器部分14內(nèi)的壓力傳感器具有隨壓力變化的電特征。這種壓力傳感器的實(shí)例包括但不限于，可偏轉(zhuǎn)隔膜的基于電容的傳感器和可偏轉(zhuǎn)隔膜的基于應(yīng)變的變送器。
圖2是電聯(lián)結(jié)到傳感器部分部分14內(nèi)的傳感器15上的變送器電子外殼12內(nèi)的電子元件。如圖2中所示，變送器10優(yōu)選地包括電源組(powermodule)100，所述電源組100聯(lián)結(jié)到連接器18并被配置為，從通過連接器18接收的電，提供用于變送器的其它部件的電功率或者其它條件。同樣地，變送器10可依靠通過連接器18提供的電而被完全地供能。變送器10還優(yōu)選地包括通信組件102。通信組件102被配置為，允許變送器10通過符合合適的過程工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的信號傳輸通信。這種協(xié)議的實(shí)例包括但不限于，總線可尋址遠(yuǎn)程變送器(HART)協(xié)議；和FOUNDATIONTM場總線(Fieldbus)協(xié)議。外殼12內(nèi)的附加電子元件可以執(zhí)行附加功能，諸如將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示，以及使數(shù)字輸出線性化和/或特征化。控制器104聯(lián)結(jié)到電源組100并從所述電源組100獲得能量。控制器104還聯(lián)結(jié)到通信組件102，以便由控制器104提供的信息可通過組件102通信。進(jìn)一步，組件102可以將由過程回路(process loop)接收的信息提供到控制器104。控制器104可包括合適的數(shù)字處理電路，但優(yōu)選是微處理器。控制器104通過測量電路106聯(lián)結(jié)到傳感器15。電路106可包括諸如Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。電路106還可按照需要包括合適的線性化電路、校準(zhǔn)電路，和/或特征化電路。
傳感器15可以對應(yīng)于所施加的壓力或真空而偏置或者變形。傳感器15具有諸如電阻、電壓或者電容之類的電特征，所述電特征對應(yīng)所施加的壓力或真空而變化。優(yōu)選地，傳感器15由基于半導(dǎo)體的材料而構(gòu)成。轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利5,637,802中講述了這些類型的傳感器。這種基于半導(dǎo)體的傳感器一般提供隨半導(dǎo)體傳感器的一部分的偏轉(zhuǎn)而變化的電容。偏置(deflection)對應(yīng)于所施加的壓力。半導(dǎo)體的使用、尤其是諸如藍(lán)寶石的單晶半導(dǎo)體的使用提供了許多優(yōu)點(diǎn)。藍(lán)寶石是單晶材料的一個(gè)實(shí)例，所述單晶材料在合適地熔化粘結(jié)時(shí)在兩個(gè)粘結(jié)部分之間沒有材料界面。因此，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)格外地堅(jiān)固。另外，基于半導(dǎo)體的傳感器具有非常良好的磁滯現(xiàn)象并具有極高的頻率響應(yīng)性。與基于半導(dǎo)體的壓力傳感器有關(guān)的附加信息可以在美國專利6,079,276；6,082,199；6,089,907；6,484,585；和6,520,020中找到，所有這些專利都被讓予本發(fā)明的受讓人。
使用基于藍(lán)寶石傳感器尤其有利于本發(fā)明的一些實(shí)施例。藍(lán)寶石非?？垢g，并且適合于直接暴露于過程介質(zhì)。另外，藍(lán)寶石壓力傳感器具有迅速的響應(yīng)時(shí)間，典型地在100kHz以上。通過使傳感器15直接地與過程介質(zhì)接觸，不存在延遲傳感器響應(yīng)和/或抑制系統(tǒng)有效性的諸如硅油的絕緣流體。此外，由于不被使用絕緣流體，密封不會失效并且不會有絕緣流體流入潔凈環(huán)境中。
圖3圖示說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器組件和過程聯(lián)結(jié)器。傳感器組件14在接口19處聯(lián)結(jié)到過程聯(lián)結(jié)器16。各種其它形式的過程聯(lián)結(jié)器可以根據(jù)本發(fā)明的方面而使用。例如，可使用VCR配合。如圖3中所示，壓力傳感器15可通過支架裝置22安裝到傳感器部分14上。傳感器15的壓力感應(yīng)部分24布置在組件14內(nèi)。壓力傳感器15優(yōu)選地根據(jù)半導(dǎo)體加工技術(shù)使用如上所述的半導(dǎo)體材料構(gòu)造。傳感器組件14內(nèi)壓力的變化產(chǎn)生部分24上的偏置，所述偏置改變壓力傳感器15的諸如電容的電特征。聯(lián)結(jié)到傳感器15上的電導(dǎo)體(未顯示)傳送電信號到測量電路106，允許外殼12內(nèi)的電路106測量電特征并因而測量壓力。傳感器組件14優(yōu)選地包括鄰近處理聯(lián)結(jié)器16布置的罩30。罩30用于遮斷諸如入口32的處理入口和壓力傳感器部分24之間的所述瞄準(zhǔn)線。正如在此處所使用的，瞄準(zhǔn)線是兩物體之間的任意直線，諸如過程入口和壓力傳感器部分24之間。罩30可以由任何合適的材料構(gòu)成。合適構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例是1/8英寸厚不銹鋼的罩30。瞄準(zhǔn)線的遮斷是重要的，以確保過程材料不會不理想地沉積在傳感器部分24上。雖然罩30遮斷了入口32和傳感器部分24之間的瞄準(zhǔn)線，但同樣重要的是罩30允許入口32和傳感器部分24之間的流體通信。因此，罩30包括多個(gè)孔34，所述孔34允許在入口32處接收的過程介質(zhì)進(jìn)入傳感器部分24。
罩30優(yōu)選地構(gòu)造為傳感器組件14的整體部分。罩30可獨(dú)立于組件14的其它部分而制造，然后完全焊接到組件14上。通過使用包圍罩30的整個(gè)外周的單一連續(xù)焊接，可以完全地焊接單面罩30。然而優(yōu)選地，罩30可以與組件14整體地形成。組件14內(nèi)的罩30的整體特性確保罩30和組件14之間的連接極度堅(jiān)固，同時(shí)由于在罩30和組件14之間沒有界面，也使內(nèi)部體積最小化。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的組件14的更大的透視圖。組件14在圖4中被顯示為橫截面。在圖4所示的實(shí)施例中，罩30包括總共六個(gè)孔34。如通過觀察圖3和圖4而明顯的，罩30中孔34的位置和尺寸優(yōu)選地選擇為，所有來自入口32的瞄準(zhǔn)線被遮斷。因此，每一切線(tangent)36和孔34都被布置在入口32的半徑之外。定位孔34和確定孔34尺寸的其它方法可根據(jù)本發(fā)明的方面而使用。例如，孔34的孔尺寸的比例和位置可用于抑制過程流體是氣流的紊流。另外，孔34的尺寸和定位可變化以選擇性地過濾不同顆粒尺寸。
罩30和組件14的支架之間的相對大熱傳導(dǎo)路徑確保罩30被來自組件14的側(cè)壁的熱量更有效地加熱。這將有助于確保罩30不積聚過程材料。
雖然已參照優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不背景本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于潔凈環(huán)境的壓力變送器，所述變送器包括過程聯(lián)結(jié)器，所述過程聯(lián)結(jié)器被配置成在過程入口處聯(lián)結(jié)到過程介質(zhì)的源上；傳感器組件，所述變送器組件聯(lián)結(jié)到過程聯(lián)結(jié)器上，所述傳感器組件中具有壓力傳感器，其中所述壓力傳感器具有對應(yīng)于傳感器組件內(nèi)的壓力而變化的電特征；罩，所述罩鄰近過程聯(lián)結(jié)器而布置，并且所述罩被配置成遮斷過程入口和壓力傳感器之間的大致所述瞄準(zhǔn)線；和電子元件，所述電子元件聯(lián)結(jié)到壓力傳感器上以測量電特征并提供所述電特征的指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述罩與傳感器組件整體地形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述罩通過單一地連續(xù)焊接被焊接到傳感器組件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述罩由金屬形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力變送器，其中所述金屬是不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力變送器，其中所述罩的厚度是大約0.125英寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述壓力傳感器由基于半導(dǎo)體的材料形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力變送器，其中所述壓力傳感器由單晶材料形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓力變送器，其中所述壓力傳感器由藍(lán)寶石形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述電子元件進(jìn)一步包括聯(lián)結(jié)到電源組上的連接器，其中所述電源組被配置成利用通過連接器接收的電對變送器進(jìn)行供能。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述電子元件進(jìn)一步包括通信組件，所述通信組件被配置為提供符合過程工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的壓力的指示。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述電子元件進(jìn)一步包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器可操作地聯(lián)結(jié)到壓力傳感器上以提供電特征的數(shù)字指示。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述罩圍繞罩的整個(gè)外周通過熱的方式聯(lián)結(jié)到傳感器組件上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述過程聯(lián)結(jié)器是VCR配合。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中所述罩包括多個(gè)孔，每一個(gè)孔都具有內(nèi)切線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓力變送器，其中所述孔被確定尺寸并被定位，以便每一內(nèi)切線都被布置在過程入口的半徑之外。
17.一種感應(yīng)潔凈環(huán)境中的壓力的方法，所述方法包括使?jié)崈舡h(huán)境的過程壓力直接地以流體方式聯(lián)結(jié)到壓力傳感器；遮斷到壓力傳感器的大致所有的瞄準(zhǔn)線；測量壓力傳感器的電特征；和根據(jù)所測量特征提供輸出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中遮斷到壓力傳感器的大致所有瞄準(zhǔn)線由罩完成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟從圍繞罩的外周的所有點(diǎn)提供熱傳導(dǎo)路徑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中通過使用單一連續(xù)焊接以將罩的外周焊接到傳感器組件從而完成熱傳導(dǎo)路徑。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述罩與包括壓力傳感器的變送器組件整體地形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述壓力傳感器由基于半導(dǎo)體的材料形成。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于潔凈環(huán)境的壓力變送器(10)。壓力變送器(10)包括過程聯(lián)結(jié)器(16)，傳感器組件(14)，罩(30)和電子元件。過程聯(lián)結(jié)器(16)被配置為在過程入口(32)處聯(lián)結(jié)到過程介質(zhì)的源。變送器組件(14)聯(lián)結(jié)到過程聯(lián)結(jié)器(16)上并且所述變送器組件(14)中具有壓力傳感器(15)。壓力傳感器(15)具有電特征，所述電特征根據(jù)傳感器組件(14)中的壓力而變化。罩(30)鄰近過程聯(lián)結(jié)器(16)進(jìn)行布置，并且所述罩被布置為遮斷過程入口(32)和壓力傳感器(15)之間的大致所有的瞄準(zhǔn)線。變送器(10)內(nèi)的電子元件聯(lián)結(jié)到壓力傳感器(15)以測量電特征并提供所述電特征的指示。本發(fā)明還提供了一種感應(yīng)潔凈環(huán)境中的壓力的方法。
文檔編號G01L21/00GK101014844SQ200580030225
公開日2007年8月8日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者克里斯托夫·L·埃里克森, 弗雷德·C·西特勒 申請人:羅斯蒙德公司