專利名稱：用于壓力傳感器的隔膜組件及設(shè)有此組件的壓力傳感器的制作方法
用于壓力傳感器的隔膜組件及設(shè)有此組件的壓力傳感器本發(fā)明涉及用于壓力傳感器的隔膜組件(diaphragm assembly)。在本領(lǐng)域中，其中安裝了固定隔膜的壓力傳感器是已知的。壓力傳感器在一側(cè)處被結(jié)合到其中進(jìn)行外部過程的外部裝備。壓力傳感器的另一部分結(jié)合到測量單元。在壓力傳感器中，隔膜以密封的方式安裝，使得其構(gòu)成連接到外部過程的部分和連接到測量單元的部分之間的物理分隔。因此，隔膜的一側(cè)被暴露于待測量的外部壓力。隔膜的另一側(cè)被暴露于測量流體。測量流體被保持在毗鄰于隔膜的內(nèi)側(cè)的腔中。壓力傳感器的原理基于以下事實(shí):施加在隔膜上的外部壓力引起其偏轉(zhuǎn)，由此隔膜將壓力傳遞到測量流體上。測量流體經(jīng)由通道連接到記錄測量流體內(nèi)的壓力變化的測量設(shè)備。測量流體通常是粘性的惰性油，比如硅油或鹵烴類型的油，且在本領(lǐng)域中還被稱為“壓力發(fā)送器介質(zhì)”。隔膜通常由具有波狀表面的平坦的鋼片制成。在本領(lǐng)域中，隔膜還因?yàn)槠淙嵝宰饔枚环Q為膜。最近幾年，已經(jīng)研發(fā)了以上類型的壓力傳感器，其能夠以僅0.025%的偏差進(jìn)行高度準(zhǔn)確的測量。然而，這種類型的傳感器的使用被限于其中溫度不超過約400°C的外部過程的壓力測量。這是因?yàn)橐韵率聦?shí):熱通過隔膜在外部過程和測量流體之間傳遞。通常使用的測量流體不耐受如此高的溫度，因?yàn)槠湓诔^約400°C時(shí)分解。顯然，測量流體的分解嚴(yán)重地?fù)p害了準(zhǔn)確的壓力測量。本發(fā)明旨在提供壓力傳感器，且更具體地是提供用于壓力傳感器的隔膜組件，該隔膜組件允許對其中超過400°C的溫度的外部過程的測量，同時(shí)保證測量流體不被外部熱分解。用于這樣的較高溫度范圍的壓力傳感器的研發(fā)通常在(石油)化學(xué)處理工業(yè)中及從用于獲取太陽能的裝置的角度是令人感興趣的，其中熱傳輸流體在壓力下使用。同時(shí)，與在較低溫度下使用的已知壓力傳感器相比，這樣的壓力傳感器應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)高度準(zhǔn)確的測量。而且，如果這樣的壓力傳感器是可靠且持久的且隔膜組件具有簡單的設(shè)計(jì)，則這將是有益的。簡單的設(shè)計(jì)允許容易維護(hù)或備件的更換。以上的一般性和特定性目的通過本發(fā)明來完全或部分地滿足。在第一方面中，本發(fā)明因此涉及用于壓力傳感器的隔膜組件，該隔膜組件包括具有外隔膜和內(nèi)隔膜以及在這兩個(gè)隔膜之間的中間層的多層組件，中間層由空氣可滲透的固體材料制成。由于中間層，隔膜組件實(shí)現(xiàn)了外隔膜和內(nèi)隔膜之間的減少的熱交換，使得壓力傳感器可以用于在高至600-700°C的范圍內(nèi)的外部過程，而測量流體的溫度保持低于400°C。令人吃驚的是，這樣的中間層具有通過其在兩個(gè)隔膜之間的設(shè)置而實(shí)現(xiàn)這樣的隔絕作用的能力。此外，如果必要，則隔膜組件作為多層的設(shè)計(jì)允許中間層的容易更換。一方面，中間層在其整個(gè)表面區(qū)域上將外隔膜的偏轉(zhuǎn)作用傳遞到內(nèi)隔膜上，使得準(zhǔn)確測量得到保證。另一方面，且由于其空氣滲透性，中間層同時(shí)能夠與周圍空氣進(jìn)行熱交換。這種熱交換有效地實(shí)現(xiàn)了內(nèi)隔膜和外隔膜之間交換的熱的減少。用于中間層的材料的滲透性例如基于具有孔或通孔的固體材料。用于本發(fā)明的隔膜的有用材料是不銹鋼，優(yōu)選AISI 316等級的不銹鋼。有用材料的其它實(shí)例包括鉭、鈦、鎳及商業(yè)上可得到的金屬，比如蒙乃爾(Monel)、哈氏合金(Hastelloy)、因科鎳(Inconel)等。原則上，該材料應(yīng)該是不可滲透的、柔性的且耐受外部過程的條件比如高的溫度和壓力、腐蝕性環(huán)境等的影響。隔膜優(yōu)選地形成為具有波狀表面的平坦的圓片。顯然，內(nèi)隔膜不一定必須滿足與外隔膜一樣的關(guān)于耐腐蝕性環(huán)境的要求，因?yàn)閮?nèi)隔膜不會(huì)直接暴露于外部過程及其中的化合物。有利地，膜還涂覆有基于金、銀、PFA、PTFE或DLC(類金剛石碳(DiamondlikeCarbon))的涂層。 優(yōu)選地，本發(fā)明的隔膜組件允許中間層與環(huán)境空氣流體連通。在多層組件中，當(dāng)內(nèi)隔膜和外隔膜之間的中間層的周圍是開放的時(shí)候，中間層本質(zhì)上是與環(huán)境流體連通的。以這樣的方式，該組件允許環(huán)境空氣流動(dòng)穿過中間層，以便自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)熱交換。因此，該組件不需要另外的修改來實(shí)現(xiàn)中間層的冷卻作用。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，中間層是以固體材料網(wǎng)或固體材料濾網(wǎng)(gauze or sieve of solid material)的形式。已證明這種形式實(shí)現(xiàn)了與周圍空氣的令人滿意的熱交換。用于本發(fā)明的中間層的有用材料是不銹鋼，優(yōu)選AISI 316等級的不銹鋼。這種材料顯示出與周圍空氣的令人滿意的熱交換，且該材料是耐用的。應(yīng)注意到，用于中間層的材料不一定必須滿足與用于外隔膜的材料相同的要求，因?yàn)橹虚g層不會(huì)直接暴露于外部過程及其中的化合物。中間層優(yōu)選地具有以下另外的性能中的一種或多種:柔性、耐熱性和不被壓縮變形的性能。優(yōu)選地，中間層具有與相鄰的內(nèi)隔膜和外隔膜的波狀表面相一致的波狀表面。同樣地，該組件被容易地堆疊為多層件，其中所有層之間的接觸表面是最優(yōu)的，同時(shí)為中間層提供開放環(huán)境以允許與環(huán)境空氣的流體連通。優(yōu)選地，中間層被夾緊力保持在內(nèi)隔膜和外隔膜之間，如下文將詳細(xì)地討論的。根據(jù)本發(fā)明，隔膜優(yōu)選地具有在0.010-0.30mm之間的厚度，特別是在
0.050-0.1OOmm之間的厚度，最特別是約0.075mm的厚度。中間層具有與以上隔膜的厚度相似的厚度，最特別是約0.070mm的厚度。有利地，根據(jù)本發(fā)明的隔膜組件包括被構(gòu)造為多個(gè)不同的中間層的堆的中間層。中間層的數(shù)目可以在2和20之間變化，特別是在5和15之間變化，最特別是約10。堆內(nèi)的每一個(gè)中間層具有如上所示的厚度，因此得到中間層的堆的總厚度，該總厚度是層的數(shù)目乘以層的厚度的乘積。例如，10個(gè)0.070mm的中間層的堆得到具有0.700mm的總厚度的中間層。中間層的堆可以容易地改變，以在壓力傳感器被用于不同的應(yīng)用時(shí)與不同的所需性能相符合。在第二方面中，本發(fā)明涉及壓力傳感器，其包括具有以下部件的組件:隔膜密封主體，其具有包括腔和通道的隔膜側(cè)，腔用于包含壓力測量流體，通道被設(shè)計(jì)用于將腔連接到測量設(shè)備；安裝主體，其在內(nèi)側(cè)被設(shè)計(jì)用于組裝到隔膜密封主體的隔膜側(cè)，且在外側(cè)被設(shè)計(jì)用于將壓力傳感器安裝到其外部壓力待被測量的外部裝備；根據(jù)本發(fā)明的隔膜組件，其固定在隔膜密封主體的隔膜側(cè)和安裝主體的內(nèi)側(cè)之間，且
其中隔膜密封主體和安裝主體通過結(jié)合裝置組裝到彼此。這樣的壓力傳感器適合于實(shí)現(xiàn)熱從外隔膜到內(nèi)隔膜的減少的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)以上提到的益處。此外，隔膜組件在兩個(gè)組裝主體之間的固定允許必要時(shí)容易地改變中間層。結(jié)合裝置可以是使兩個(gè)主體結(jié)合到彼此的任何本領(lǐng)域已知的裝置，比如螺栓、螺母、孔等。此夕卜，結(jié)合裝置可以包括有助于在兩個(gè)主體之間建立連接的環(huán)或凸緣。出于清楚的目的，應(yīng)注意到，隔膜組件的固定是使得在這里內(nèi)隔膜面向隔膜密封主體的內(nèi)腔，且外隔膜面向安裝主體的內(nèi)側(cè)。然而，如果內(nèi)隔膜和外隔膜基本具有相同的性能，則壓力傳感器的主體之間的固定明顯地還可以以相反的方式來建立。有利地，隔膜密封主體的通道在一側(cè)設(shè)有用于結(jié)合到測量設(shè)備的結(jié)合裝置。壓力傳感器因此容易地可連接到測量設(shè)備。優(yōu)選地，本發(fā)明的壓力傳感器允許隔膜組件的中間層與環(huán)境空氣流體連通。以這樣的方式，傳感器允許環(huán)境空氣流動(dòng)穿過中間層，以便自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)熱交換。因此，壓力傳感器不需要另外的修改來實(shí)現(xiàn)中間層的冷卻作用。優(yōu)選地，隔膜密封主體設(shè)有用于關(guān)于環(huán)境空氣冷卻的增加的有效表面。這個(gè)特征進(jìn)一步降低了測量流體的溫度，因此進(jìn)一步擴(kuò)展了壓力傳感器對于具有超過400°C的溫度的外部過程的適用性。有利地，在本發(fā)明的壓力傳感器中，內(nèi)隔膜被持久且密閉地連接到隔膜密封主體，且外隔膜被持久且密閉地連接到安裝主體。可以使用非常適合于形成這樣的連接的任何已知方法，其中優(yōu)選的方法是焊接。壓力傳感器像這樣地保證了隔膜組件在所測量的外部過程和測量流體之間的密封固定。本發(fā)明被參考附圖來進(jìn)一步解釋，在附圖中:

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器的實(shí)施方式的剖視圖；圖2顯示了用于在根據(jù)本發(fā)明的隔膜組件中使用的隔膜。在圖1中，根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器I顯示在部分分解圖中:其中顯示了以尚未安裝的形式的隔膜密封主體3和安裝主體5。隔膜密封主體3包括包含腔9和通道11的隔膜側(cè)7，腔9用于包含壓力測量流體，通道11將腔連接到出口 13。出口 13被設(shè)計(jì)成使得其可以經(jīng)由毛細(xì)管通道(未描繪)連接到測量設(shè)備。隔膜密封主體3還包括多個(gè)肋狀物15，提供了用于與環(huán)境空氣的熱交換的增加的有效表面。安裝主體5具有被設(shè)計(jì)用于組裝到隔膜密封主體3的隔膜側(cè)7的內(nèi)側(cè)20，并且在外側(cè)22被設(shè)計(jì)用于將傳感器安裝到其外部壓力待被測量的外部裝備。貼近內(nèi)側(cè)20，設(shè)置了具有螺紋的組裝孔24。在外側(cè)22上，設(shè)置了用于結(jié)合到外部裝備的安裝孔26。隔膜組件30顯示在兩個(gè)主體3和5之間，其中為了清楚的目的，隔膜組件30的部件以定距離間隔的形式顯示。隔膜組件30由具有外隔膜32和內(nèi)隔膜34及在這兩個(gè)隔膜之間的兩個(gè)中間層36和38的堆的多層組件構(gòu)成，中間層是以固體材料網(wǎng)的形式。組件30的部件32、34、36、38具有用于其主要部分的波形表面，其中這些部件的外邊緣是平坦且非波狀的。在其平坦的外邊緣處，內(nèi)隔膜34和外隔膜32分別被焊接到隔膜密封主體3的隔膜側(cè)7和安裝主體5的內(nèi)側(cè)20上。中間層36和38被寬松地設(shè)置在隔膜32和34之間。通過將主體3和5組裝到一起，所有的部件32、34、36、38作為多層組件被夾緊到一起。主體3和5的組裝是通過螺栓40來完成的，螺栓40被引導(dǎo)穿過圍繞且抓緊隔膜密封主體3的環(huán)42且旋入孔24中，使得主體3和5組裝到彼此?？?6可以以類似的方式使用以將組裝的壓力傳感器I安裝到外部裝備(未顯示)上。在圖2中，顯示了隔膜50，隔膜50作為圖1所示的內(nèi)隔膜或外隔膜是有用的。根據(jù)交替的突出部52和凹陷部54的圓形模式，隔膜50由具有波形表面區(qū)域的不可滲透的不銹鋼圓片或圓盤制成，突出部52和凹陷部54在例如在圖1中描繪的橫截面中表現(xiàn)為波形。隔膜50的外邊緣區(qū)域56是被平整的。關(guān)于尺寸、平坦的外邊緣區(qū)域及如在圖2所描繪的波狀表面，用于根據(jù)本發(fā)明的隔膜組件的合適的中間層與所描繪的隔膜50是一致的。然而，制成中間層的材料是不銹鋼的網(wǎng)狀材料，而不是不可滲透的圓片。
權(quán)利要求
1.一種用于壓力傳感器的隔膜組件，包括具有外隔膜和內(nèi)隔膜以及在所述外隔膜和所述內(nèi)隔膜之間的中間層的多層組件，且所述中間層由空氣可滲透的固體材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜組件，其中所述組件允許所述中間層與環(huán)境空氣流體連通。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的隔膜組件，其中所述中間層是以固體材料網(wǎng)或固體材料濾網(wǎng)的形式。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的隔膜組件，其中所述中間層的材料為不銹鋼。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的隔膜組件，其中所述外隔膜和所述內(nèi)隔膜具有波狀表面，且優(yōu)選地，此外，所述中間層具有波狀表面。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的隔膜組件，其中所述中間層被構(gòu)造為多個(gè)不同中間層的堆。
7.一種壓力傳感器，包括具有以下部件的組件: 隔膜密封主體，其具有包括腔和通道的隔膜側(cè)，所述腔用于包含壓力測量流體，所述通道被設(shè)計(jì)用于將所述腔連接到測量設(shè)備； 安裝主體，其在內(nèi)側(cè)被設(shè)計(jì)用于組裝到所述隔膜密封主體的所述隔膜側(cè)，且在外側(cè)被設(shè)計(jì)用于將所述傳感器安裝到其外部壓力待被測量的外部裝備； 及根據(jù)前述權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的隔膜組件，其固定在所述隔膜密封主體的所述隔膜側(cè)和所述安裝主體的所述內(nèi)側(cè)之間， 且其中所述隔膜密封主體和所述安裝主體通過結(jié)合裝置組裝到彼此。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力傳感器，其中所述壓力傳感器允許所述隔膜組件的所述中間層與環(huán)境空氣流體連通。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求7-8中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所述隔膜密封主體設(shè)有用于與環(huán)境空氣進(jìn)行熱交換的增加的有效表面。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器，其中所述內(nèi)隔膜被持久且密閉地連接到所述隔膜密封主體，且所述外隔膜被持久且密閉地連接到所述安裝主體。
全文摘要
一種用于壓力傳感器的隔膜組件，包括具有外隔膜和內(nèi)隔膜及在這兩個(gè)隔膜之間的中間層的多層組件，中間層由空氣可滲透的固體材料制成。壓力傳感器包括具有以下部件的組件隔膜密封主體，其具有包括腔和通道的隔膜側(cè)，腔用于包含壓力測量流體，通道被設(shè)計(jì)用于將腔連接到測量設(shè)備；安裝主體，其在內(nèi)側(cè)被設(shè)計(jì)用于組裝到隔膜密封主體的隔膜側(cè)，且在外側(cè)被設(shè)計(jì)用于將傳感器安裝到其外部壓力待被測量的外部裝備；隔膜組件，其固定在隔膜密封主體的隔膜側(cè)和安裝主體的內(nèi)側(cè)之間，且其中隔膜密封主體和安裝主體通過結(jié)合裝置組裝到彼此。
文檔編號G01L7/08GK103201607SQ201180053987
公開日2013年7月10日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者羅伯特-保羅·巴斯蒂安, 尼古拉斯·阿德里安努斯·約翰尼斯·伯納德斯·邦杰, 賴耶·沃爾廷 申請人:拜杜瑟姆生產(chǎn)過程用檢測儀有限公司