專利名稱：過載安全壓力傳感器、特別是壓力差傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過載安全壓力傳感器、特別是這種類型的壓力差傳感器。壓力傳感器并且特別是壓力差傳感器通常被規(guī)定用于一定測(cè)量范圍，在該測(cè)量范圍內(nèi)，其提供與壓力相關(guān)的測(cè)量值，其中，在理想的情形下，其應(yīng)該承受超過規(guī)定測(cè)量范圍的相當(dāng)大的過載而不損壞傳感器。對(duì)于壓力差傳感器而言尤其是這樣，因?yàn)樵诖饲樾蜗?，要確認(rèn)其差的靜態(tài)壓力可能總是超過所要確認(rèn)的差的測(cè)量范圍例如一千倍，從而在發(fā)生故障的情形下，當(dāng)測(cè)量膜的僅一側(cè)暴露于具有靜態(tài)壓力的壓力差下時(shí)，可能容易地出現(xiàn)一千倍的過載。因此必須保護(hù)壓力差傳感器的測(cè)量膜免受該情形。
背景技術(shù)：
為此，存在一種用于提供過載膜的方案，該過載膜在液壓測(cè)量機(jī)構(gòu)中被平行連接到壓力傳感器的測(cè)量膜。這些過載膜具有比壓力差傳感器的測(cè)量膜更大的液壓容積。在這種壓力差傳感器的情形下，要確認(rèn)其差的兩個(gè)靜態(tài)壓力通常經(jīng)由具有過程膜或者分離膜的壓力轉(zhuǎn)移裝置而引入測(cè)量機(jī)構(gòu)中，過程膜或者分離膜在每一種情形下均被布置在膜床上。在一側(cè)過載的情形下，過載膜的偏轉(zhuǎn)容納暴露于過載的分離膜下的體積，直至后者下壓在膜床上，由此在測(cè)量膜上防止了進(jìn)一步的壓力升高。依據(jù)商標(biāo)Deltabar S和Deltabar M從本受讓人商業(yè)地可獲得具有這種過載膜的
壓力差測(cè)量裝置。另一方案是基于為測(cè)量膜提供膜床，在一側(cè)過載的情形下測(cè)量膜下壓在膜床上，由此支撐測(cè)量膜并且防止其發(fā)生損壞。兩個(gè)方案均具有其特定弱點(diǎn)，因?yàn)檫^載膜通常導(dǎo)致更高的液壓容積，這在給定壓力的情形下，導(dǎo)致更大的作用力并且由此導(dǎo)致更加復(fù)雜的機(jī)械構(gòu)造。在例如具有與測(cè)量膜的偏轉(zhuǎn)曲線對(duì)應(yīng)的輪廓的膜床上的用于測(cè)量膜的支撐件在特定條件下例如僅與確立的電容性測(cè)量轉(zhuǎn)換器相兼容，因?yàn)榕c在測(cè)量膜上的整個(gè)表面電極相反，這個(gè)支撐件通常具有包圍圓形測(cè)量電極的環(huán)形參考電極，其中測(cè)量電極和參考電極相對(duì)于測(cè)量膜的電極在測(cè)量膜的高位置中具有相同的電容。在這種情形下，測(cè)量電極和參考電極特別地距測(cè)量膜具有相同的距離。在這方面，當(dāng)測(cè)量膜以與壓力相關(guān)的方式偏轉(zhuǎn)時(shí)，與測(cè)量電極和測(cè)量膜的電極之間的與壓力相關(guān)的電容相比，參考電極和測(cè)量膜的電極之間的參考電容變?yōu)轱@著小的程度。當(dāng)環(huán)形參考電極和測(cè)量電極被布置于具有由測(cè)量膜的偏轉(zhuǎn)曲線預(yù)定的輪廓的膜床上時(shí)，這個(gè)假設(shè)不再成立。另外地，存在被支撐在膜床上的測(cè)量膜在過載消除之后仍然緊貼于膜床的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此在于提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的耐過載壓力傳感器。本發(fā)明的壓力傳感器包括傳感器本體，在其內(nèi)部中具有傳感器腔室；至少第一分離膜，其與傳感器本體連接以形成第一分離膜腔室；測(cè)量膜，其將傳感器腔室劃分成兩個(gè)腔室部分；壓力轉(zhuǎn)移液體，利用該壓力轉(zhuǎn)移液體填充第一分離膜腔室、第一腔室部分和在其間的通道，從而向測(cè)量膜轉(zhuǎn)移壓力；其中壓力傳感器被規(guī)定用于在最小溫度和最大溫度之間的溫度范圍，以及用于一壓力范圍，其中，在最小溫度下，在第一腔室部分、第一通道和第一分離膜腔室中的壓力轉(zhuǎn)移液體體積在總壓力范圍內(nèi)足以向測(cè)量膜轉(zhuǎn)移壓力，而無需所述第一分離膜靜止下來，并且其中當(dāng)在最大溫度下在過載的情形下時(shí)，全部壓力轉(zhuǎn)移液體體積從第一分離膜腔室移出進(jìn)入第一腔室部分中，并且被測(cè)量膜容納，測(cè)量膜不經(jīng)歷任何塑性變形。 在進(jìn)一步的改進(jìn)中，本發(fā)明的壓力傳感器包括傳感器本體，該傳感器本體具有至少第一表面區(qū)段，該第一表面區(qū)段經(jīng)由第一通道與在傳感器本體的內(nèi)部中的傳感器腔室連通；至少第一分離膜，該第一分離膜覆蓋第一表面區(qū)段并且沿著周邊邊緣與傳感器本體壓力緊密地連接，形成第一分離膜腔室；測(cè)量膜，該測(cè)量膜將傳感器腔室劃分成第一腔室部分和第二腔室部分；壓力轉(zhuǎn)移液體，利用該壓力轉(zhuǎn)移液體填充第一分離膜腔室、第一通道和第一腔室部分，從而經(jīng)由第一通道和第一腔室部分向測(cè)量膜的第一側(cè)轉(zhuǎn)移存在于第一分離膜上的壓力；和轉(zhuǎn)換器，其用于產(chǎn)生依賴于測(cè)量膜的變形的電信號(hào)，其中測(cè)量膜的變形是在第一腔室部分中的第一壓力和第二腔室部分中的第二壓力之間的差的量度；其中壓力傳感器被規(guī)定用于在最小溫度和最大溫度之間的溫度范圍并且其中壓力傳感器被規(guī)定用于一壓力范圍，其中，在最小操作溫度下，在第一腔室部分、第一通道和第一分離膜腔室中的壓力轉(zhuǎn)移液體仍然具有充足的體積，使得在總規(guī)定壓力范圍內(nèi)，第一壓力能夠被引入第一腔室部分中，而無需所述第一分離膜靜止下來，并且在過載的情形下在最大溫度下，第一分離膜被朝著傳感器本體的第一表面區(qū)段擠壓，從而全部壓力轉(zhuǎn)移液體體積移出分離膜腔室并且進(jìn)入第一腔室部分中，并且經(jīng)由測(cè)量膜的偏轉(zhuǎn)而被容納，其中測(cè)量膜不經(jīng)歷任何塑性變形。在本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)中，
權(quán)利要求
1.一種壓カ傳感器(1)，包括在內(nèi)部具有傳感器腔室的傳感器本體；至少第一分離膜(16a，16b)，所述至少第一分離膜(16a，16b)與所述傳感器本體連接，形成第一分離膜腔室(15a，15b);測(cè)量膜(2)，所述測(cè)量膜(2)將所述傳感器腔室劃分成兩個(gè)腔室部分(3a，3b)；壓カ轉(zhuǎn)移液體，利用所述壓カ轉(zhuǎn)移液體填充所述第一分離膜腔室(15a，15b)、所述第一腔室部分(3a，3b)和在其間的通道(14a，14b)，從而向所述測(cè)量膜(2)轉(zhuǎn)移壓力；其中將所述壓力傳感器(I)規(guī)定用于在最小溫度和最大溫度之間的溫度范圍以及用于ー壓カ范圍，其中，在所述最小溫度下，在所述第一腔室部分、第一通道和所述第一分離膜腔室中的壓カ轉(zhuǎn)移液體體積在總壓カ范圍內(nèi)足以向所述測(cè)量膜轉(zhuǎn)移壓力，而無需所述第一分離膜靜止下來，并且其中當(dāng)在所述最大溫度下在過載的情形下時(shí)，全部壓カ轉(zhuǎn)移液體體積從所述第一分離膜腔室移出進(jìn)入所述第一腔室部分中，并且被所述測(cè)量膜容納，所述測(cè)量膜不經(jīng)歷任何塑性變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓力傳感器(1)，包括 傳感器本體，所述傳感器本體具有 至少第一表面區(qū)段， 所述第一表面區(qū)段經(jīng)由第一通道與在所述傳感器本體內(nèi)部中的傳感器腔室連通； 至少第一分離膜(16a, 16a)，所述第一分離膜(16a，16a)覆蓋所述第一表面區(qū)段、并且沿著周邊邊緣與所述傳感器本體壓カ緊密地連接，形成第一分離膜腔室(15a，15b)； 測(cè)量膜(2)，所述測(cè)量膜(2)將所述傳感器腔室劃分成第一腔室部分(3a)和第二腔室部分(3b)； 壓カ轉(zhuǎn)移液體，利用所述壓カ轉(zhuǎn)移液體填充所述第一分離膜腔室、所述第一通道和所述第一腔室部分，從而經(jīng)由所述第一通道和所述第一腔室部分向所述測(cè)量膜的第一側(cè)轉(zhuǎn)移存在于所述第一分離膜上的壓カ；和 轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器用于產(chǎn)生依賴于所述測(cè)量膜的變形的電信號(hào)，其中所述測(cè)量膜的變形是在所述第一腔室部分(3a)中的第一壓カ和所述第二腔室部分(3b)中的第二壓カ之間的差的量度； 其中所述壓カ傳感器被規(guī)定用于在最小溫度和最大溫度之間的溫度范圍并且其中所述壓カ傳感器被規(guī)定用于ー壓カ范圍，其中，在所述最小操作溫度下，在所述第一腔室部分、所述第一通道和所述第一分離膜腔室中的所述壓カ轉(zhuǎn)移液體仍然具有充足的體積，而無需所述第一分離膜靜止下來，使得在總規(guī)定壓カ范圍內(nèi)，所述第一壓カ能夠被引入所述第一腔室部分中，并且在所述最大溫度下，在過載的情形下，所述第一分離膜被朝著所述傳感器本體的所述第一表面區(qū)段擠壓，從而全部壓カ轉(zhuǎn)移液體體積移出所述分離膜腔室并且進(jìn)入所述第一腔室部分中，并且通過所述測(cè)量膜的偏轉(zhuǎn)而被容納，其中所述測(cè)量膜不經(jīng)歷任何塑性變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的壓カ傳感器，其中
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或者3所述的壓カ傳感器，其中
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4所述的壓カ傳感器，其中Vmax=V(Tmax),其中Tmax是規(guī)定最大溫度，其中Vmin=V(Tmin),其中Tmin是規(guī)定最小溫度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中在所述規(guī)定最大溫度和所述規(guī)定最小溫度之間的差達(dá)到不小于125Κ、優(yōu)選地不小于165Κ、進(jìn)ー步優(yōu)選地不小于200Κ并且特別地優(yōu)選地不小于220Κ。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中所述測(cè)量膜包括圓盤，所述圓盤在靜止位置中為基本平面的。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中所述測(cè)量膜包括第一材料、并且所述傳感器本體包括第二材料，其中所述第一材料的熱膨脹系數(shù)α !從所述第二材料的熱膨脹系數(shù)α 2偏離不超過10%、優(yōu)選地不超過5%并且特別地優(yōu)選地不超過2. 5%。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中所述測(cè)量膜和所述傳感器本體包括鋼、特別是不銹鋼或者彈簧鋼。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中所述測(cè)量膜和/或所述傳感器本體包括電絕緣材料、特別是陶瓷材料。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中所述測(cè)量膜包括電容性轉(zhuǎn)換器的至少ー個(gè)電極，其中所述轉(zhuǎn)換器進(jìn)而具有至少ー個(gè)對(duì)置電極，所述對(duì)置電極相對(duì)于所述測(cè)量膜關(guān)于所述傳感器本體基本與壓カ無關(guān)地定位。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中所述電極支撐件包括與所述外罩相同的材料，其中所述對(duì)置電極、并且優(yōu)選地還有所述電極支撐件相對(duì)于所述測(cè)量電極被電絕緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的壓カ傳感器，其中所述對(duì)置電極被從傳導(dǎo)表面隔開地而以如下方式布置，使得在所述測(cè)量膜的電極和所述至少一個(gè)對(duì)置電極之間的電容達(dá)到不小于在所述電容性轉(zhuǎn)換器的電極和所述傳感器本體之間的雜散電容。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中所述腔室部分包含填充元件，所述填充元件特別地被布置在所述腔室部分的壁和所述對(duì)置電極的背離所述測(cè)量膜的一側(cè)之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓カ傳感器，其中，在每ー種情形下，通過增加腔室部分的自由空間V2-V1而容納所述壓カ轉(zhuǎn)移液體的熱膨脹的至少25%、優(yōu)選地至少50%，其中V2是所述腔室部分的容積并且V1是所述填充體的體積。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或者15所述的壓カ傳感器，其中所述填充元件是絕緣體并且包括用于所述至少ー個(gè)對(duì)置電極的電極支撐件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的壓カ傳感器，其中所述測(cè)量膜處于所述傳感器本體的電勢(shì)下。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中，在所述規(guī)定測(cè)量范圍的上限Pniax，所述測(cè)量膜中的最大應(yīng)カ達(dá)到不小于最大容許應(yīng)力σ _的20%、特別地不小于σ _的30%、優(yōu)選地不小于σ max的35%。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中，在所述規(guī)定測(cè)量范圍的上限Pmax，所述測(cè)量膜中的最大應(yīng)カ達(dá)到不超過最大容許應(yīng)力σ_的60%、特別地不超過σ_的50%。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中，在所述規(guī)定測(cè)量范圍的上限Pmax，所述測(cè)量膜在其中心的偏轉(zhuǎn)的幅度達(dá)到不小于電容性轉(zhuǎn)換器的對(duì)置電極與所述測(cè)量膜的平衡分離的20%、特別地不小于25%、并且優(yōu)選地不小于30%，所述電容性轉(zhuǎn)換器由所述測(cè)量膜和所述對(duì)置電極構(gòu)成。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中的ー項(xiàng)所述的壓カ傳感器，其中所述壓カ傳感器是壓カ差傳感器，其中所述傳感器本體進(jìn)而包括第二表面區(qū)段，所述第二表面區(qū)段經(jīng)由第二通道與所述傳感器本體內(nèi)部中的所述第二腔室部分連通；其中所述壓カ差傳感器進(jìn)而包括 第二分離膜，所述第二分離膜覆蓋所述第二表面區(qū)段并且與所述傳感器本體壓カ緊密地連接，沿著至少ー個(gè)周邊邊緣形成第二分離膜腔室； 其中所述第二分離膜腔室、所述第二通道和所述第二腔室部分進(jìn)而填充有壓力轉(zhuǎn)移液體，從而經(jīng)由所述第二通道和所述第二腔室部分向所述測(cè)量膜的第二側(cè)轉(zhuǎn)移存在于所述第二分離膜上的壓カ；其中所述壓カ差傳感器被規(guī)定用于在最小溫度和最大溫度之間的溫度范圍并且其中所述壓カ傳感器被規(guī)定用于ー壓力差范圍，其中，在所述最小操作溫度下，在所述腔室部分中的壓カ轉(zhuǎn)移液體仍然具有足夠的體積，使得在總規(guī)定壓カ差范圍內(nèi)，所述第一壓カ和所述第二壓カ能夠被引入所述第一和第二腔室部分中，而無需所述分離膜中的ー個(gè)靜止下來，并且從而在所述最大溫度下，在一側(cè)過載的情形下，所述分離膜被從具有更高壓カ的一側(cè)朝著所述傳感器本體的所述表面區(qū)段擠壓，從而全部壓カ轉(zhuǎn)移液體體積移出所述分離膜腔室而進(jìn)入相應(yīng)的腔室部分中、并且通過所述測(cè)量膜的偏轉(zhuǎn)而被容納，其中所述測(cè)量膜不經(jīng)歷任何塑性變形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器(1)，包括在內(nèi)部具有傳感器腔室的傳感器本體；至少一個(gè)第一分離膜(16a，16b)，將其連接到傳感器本體從而形成第一分離膜腔室(15a，15b)；測(cè)量膜(2)，其將傳感器腔室劃分成兩個(gè)子腔室(3a，3b)；轉(zhuǎn)移流體，其用于填充第一分離膜腔室、第一子腔室和在其間的通道從而向測(cè)量膜轉(zhuǎn)移壓力；其中壓力傳感器被規(guī)定用于在最小溫度和最大溫度之間的溫度范圍以及一壓力范圍，其中，在最小溫度下，在第一子腔室、第一通道和第一分離膜腔室中的轉(zhuǎn)移流體體積足以在總壓力范圍內(nèi)向測(cè)量膜轉(zhuǎn)移壓力，而無需第一分離膜靜止下來，并且當(dāng)在最大溫度下在過載的情形下全部油液體積從第一分離膜腔室進(jìn)入第一子腔室并且被測(cè)量膜(2)容納時(shí)，測(cè)量膜不經(jīng)歷任何塑性變形(1)。
文檔編號(hào)G01L13/02GK102686992SQ201080058686
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者拉斐爾·泰伊朋, 英·圖安·塔姆, 邁克爾·菲利普斯 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司