本公開涉及壓力傳感器。具體地，本公開涉及具有過壓保護(hù)的壓力傳感器。

背景技術(shù)：

在許多壓力傳感器中，柔性膜片響應(yīng)于施加在膜片頂部上的壓力而相對(duì)于基部移動(dòng)。響應(yīng)于施加的壓力提供可重復(fù)的單向移動(dòng)的膜片是優(yōu)選的。由于晶體膜片響應(yīng)于施加的壓力提供單向移動(dòng)并且通常沒有滯后效果，因此，諸如由晶體硅制成的晶體膜片已被廣泛采用。不幸地，具有這種晶體結(jié)構(gòu)的傳感器具有受限的過壓能力，并且在傳感器膜片上的過大的壓力可能導(dǎo)致超過晶體結(jié)構(gòu)的最大斷裂強(qiáng)度的大的張應(yīng)力。這種傳感器的失效是趨于災(zāi)難性的，常常導(dǎo)致完全破碎的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種壓力傳感器，包括：基部，所述基部具有高壓接觸部；和膜片，所述膜片定位在基部上，并且具有與基部相反的外部頂表面。所述外部頂表面限定在封閉周邊內(nèi)，并且外部側(cè)表面從封閉周邊的整體向下朝基部延伸。膜片高壓接觸部與基部的高壓接觸部對(duì)齊并且通過間隙與基部的高壓接觸部分開。感測(cè)元件與膜片連接并且根據(jù)膜片的改變提供輸出。當(dāng)高于閾值的流體靜壓力載荷施加在膜片的整個(gè)外部頂表面和外部側(cè)表面上時(shí)，流體靜壓力載荷導(dǎo)致膜片的高壓接觸部接觸基部的高壓接觸部。

過程變量變送器具有傳感器，所述傳感器包括：基部，所述基部具有支撐件；和膜片，所述膜片安裝在基部上并且被隔離而免于與其它結(jié)構(gòu)接觸。所述膜片響應(yīng)于施加在膜片的頂部和側(cè)面上的壓力而撓曲，使得在閾值壓力以上，膜片的部分與基部的部分接觸。所述膜片具有第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)，所述第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)在膜片的該部分接觸基部的該部分后繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。至少一個(gè)感測(cè)元件感測(cè)膜片的撓曲并且提供表示膜片的撓曲的輸出信號(hào)。至少一個(gè)感測(cè)元件還在膜片接觸基部后感測(cè)第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)的偏轉(zhuǎn)并且在膜片接觸基部后提供表示第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)的偏轉(zhuǎn)的輸出信號(hào)。

附圖說明

圖1提供了在足夠高的壓力下以使膜片正在接觸基部的部分的壓力傳感器的一個(gè)實(shí)施例的并且示出張應(yīng)力和壓應(yīng)力的剖面圖；

圖2提供了作為施加的壓力的函數(shù)最大主應(yīng)力的示例性的圖形；

圖3提供了作為壓力的函數(shù)的在一個(gè)實(shí)施例的壓力傳感器上的膜片邊緣張應(yīng)力式電阻器的電阻值的示例性的圖形；

圖4提供了一個(gè)實(shí)施例的壓力傳感器的底部立體圖；

圖5提供了圖4的壓力傳感器的頂部立體圖；

圖6提供了一個(gè)實(shí)施例的壓力傳感器的剖面圖；

圖7提供了第二實(shí)施例的壓力傳感器的剖面圖；

圖8提供了第三實(shí)施例的壓力傳感器的剖面圖；

圖9提供了第四實(shí)施例的壓力傳感器的剖面圖；

圖10提供了第五實(shí)施例的壓力傳感器的剖面圖；

圖11提供了第六實(shí)施例的壓力傳感器的剖面圖；

圖12提供了另一個(gè)實(shí)施例的膜片的四分之一對(duì)稱區(qū)段的底部立體圖；

圖13提供了圖12的膜片的所述區(qū)段的頂部立體圖；

圖14提供了可以應(yīng)用實(shí)施例的工業(yè)過程控制系統(tǒng)的一部分的簡(jiǎn)化圖。

具體實(shí)施方式

各個(gè)實(shí)施例提供了具有晶體膜片的壓力傳感器，其中，壓力傳感器包括過壓凸臺(tái)，并且使用在膜片的側(cè)面和膜片的頂部上的液體靜力壓載以限制膜片上的張應(yīng)力。

根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，提供了圖1的壓力傳感器200，其包括在結(jié)合部(例如膜片202的結(jié)合部250和252)處安裝在基部203上的膜片202。在膜片202和/或基部203上的高壓接觸部(例如，凸臺(tái)205和207)彼此相互作用，以在高于閾值的流體靜壓力載荷被施加在膜片202的外部頂表面218和外部側(cè)表面(例如側(cè)面206和208)上時(shí)，抑制膜片202的部分的移動(dòng)。施加在側(cè)面206和208上的側(cè)向流體靜力載荷由箭頭210、212、214和216示出。膜片202和基部203之間在凸臺(tái)205和207處的接觸，連同在膜片202的側(cè)面上的側(cè)向流體靜力載荷組合，以減小施加在膜片202上的張應(yīng)力，使得隨著在頂表面218和側(cè)面206和208上施加的壓力增大，施加在膜片上的最大主應(yīng)力實(shí)際上減小。這可以從圖2的圖形中看出，其示出了沿水平軸線300的施加的壓力和沿豎直軸線302的最大主應(yīng)力。

圖2的圖形304顯示現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器的膜片的最大主應(yīng)力。在由虛線所示的圖形304中，最大主應(yīng)力隨施加的壓力線性增大，直至達(dá)到點(diǎn)306，在所述點(diǎn)處應(yīng)力超過膜片的斷裂應(yīng)力并且膜片斷裂。圖2的圖形307示出了以下示例，即對(duì)于本實(shí)施例的膜片傳感器，最大主應(yīng)力如何隨被施加應(yīng)力而改變。在圖2中，沿著部分308，最大主應(yīng)力隨被施加壓力線性增大。這發(fā)生在凸臺(tái)(多個(gè)凸臺(tái))未接觸的情況下而膜片202撓曲時(shí)。在點(diǎn)310處，凸臺(tái)中的一個(gè)或多個(gè)接觸。在凸臺(tái)(多個(gè)凸臺(tái))接觸之后，在點(diǎn)314處開始再次增大之前，沿著部分312，最大主應(yīng)力隨被施加應(yīng)力減小。

在圖2所示的實(shí)施例中，在凸臺(tái)(多個(gè)凸臺(tái))接觸之前，由于被施加壓力導(dǎo)致的最大主應(yīng)力沿著圖形307的部分308的改變，大于現(xiàn)有技術(shù)的膜片的最大主應(yīng)力的改變，如圖形304所示。在圖形307中的點(diǎn)314之后，由于被施加壓力導(dǎo)致的主應(yīng)力的改變速率顯著低于凸臺(tái)(多個(gè)凸臺(tái))未接觸時(shí)的主應(yīng)力的改變速率。注意因?yàn)殡娮钁?yīng)變儀應(yīng)當(dāng)被放置在應(yīng)力和被施加壓力之間具有單向改變的位置處，所以最大主應(yīng)力不在諸如電阻應(yīng)變儀的感測(cè)元件將被放置的位置。然而，因?yàn)槟て赡茉诰哂凶畲髲垜?yīng)力的位置處失效，所以最大主應(yīng)力在膜片中的可能失效點(diǎn)處顯示應(yīng)力。

除了減小了最大主應(yīng)力，凸臺(tái)和側(cè)向流體靜力載荷之間的接觸將在現(xiàn)有技術(shù)的膜片中發(fā)現(xiàn)的張應(yīng)力轉(zhuǎn)化為在圖1的位置226和228處的壓應(yīng)力。因而，在接觸部205接觸基部203的接觸部207之后，膜片202的鄰近膜片202的接觸部205的內(nèi)部部分226和228處于壓應(yīng)力下。相反，膜片202的鄰近在接觸部205上方的外部部分234的外部位置230和232處于張應(yīng)力下。膜片的不在膜片的高壓接觸部或結(jié)合區(qū)域上方的區(qū)域，例如區(qū)域236和238，作為第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)，所述第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)在膜片的高壓接觸部接觸基部之后繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。

諸如晶體硅的晶體膜片結(jié)構(gòu)通常能夠承受遠(yuǎn)超過它們的最大張應(yīng)力的壓應(yīng)力數(shù)值。因?yàn)橛行У摹案軛U臂”還由于受約束的凸臺(tái)而被減小，因此相比未受約束的凸臺(tái)的情況，所有應(yīng)力(張應(yīng)力和壓應(yīng)力)數(shù)值也都被減小。一旦膜片通過與凸臺(tái)接觸而被限制豎直移動(dòng)，則側(cè)向流體靜力載荷在膜片內(nèi)產(chǎn)生側(cè)向壓縮。結(jié)果，所有張力被減小并且所有壓力被增大。通過遏制張應(yīng)力，傳感器能夠經(jīng)受比否則僅使壓力被施加于膜片的頂表面上的可能的外部壓力高得多的外部壓力。

圖3提供了應(yīng)用于圖1的膜片202的頂部的膜片邊緣張應(yīng)力式電阻器的電阻-壓力的示例性的圖形。在圖3中，沿著水平軸線400示出壓力并且沿著豎直軸線402示出電阻。在膜片和/或基部的凸臺(tái)接觸之前，電阻單向改變，如圖形406的部分404所示。根據(jù)一些實(shí)施例，部分404沿著壓力傳感器的正常工作壓力范圍延伸。當(dāng)被施加壓力達(dá)到正常工作壓力范圍的頂端時(shí)，凸臺(tái)(多個(gè)凸臺(tái))在圖形406中的點(diǎn)408處接觸。在凸臺(tái)(多個(gè)凸臺(tái))接觸之后，電阻沿著部分410隨被施加壓力繼續(xù)單向改變，但是以與沿部分404不同的速率改變。這為系統(tǒng)提供以下機(jī)會(huì)，即在超過傳感器的正常工作壓力范圍時(shí)，繼續(xù)很好地測(cè)量壓力。

圖4提供了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的壓力傳感器500的底部立體圖，并且圖5提供了其頂部立體圖。在圖4中，壓力傳感器500包括基部502，所述基部具有居中定位并且可以與殼體連接的底座或支撐件504，所述殼體限定圍繞壓力傳感器500的腔室。膜片506定位在基部502上方并且通過結(jié)合層508與基部502結(jié)合。沿著膜片506的頂表面510，定位諸如感測(cè)元件512、514、516、518、520、522、524和526的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)元件以響應(yīng)于施加在頂表面510和側(cè)表面530、532、534和536上的壓力，以感測(cè)膜片506的撓曲和/或膜片506隨著其撓曲的改變，其中，所述側(cè)表面沿圍繞頂表面510的封閉周邊538從頂表面510延伸。因此，側(cè)表面圍繞頂表面510的整體延伸，使得膜片506被隔離而免于與其它結(jié)構(gòu)接觸，并且使得圍繞膜片506的流體可以在沿圍繞頂表面510的封閉周邊538的整體從頂表面510向下延伸的側(cè)面中的每一個(gè)上施加側(cè)向流體靜壓載力。

感測(cè)元件512、514、516、518、520、522、524和526中的每一個(gè)都基于膜片506的改變提供輸出。在一些實(shí)施例中，該輸出為諸如電阻或電容的電特性，所述電特性可以通過將電流和/或電壓施加在諸如與感測(cè)元件518連接的電跡線540和542的電跡線上而被感測(cè)。例如，當(dāng)感測(cè)元件是壓電電阻元件時(shí)，使用電跡線將電流穿過壓電電阻元件，并且壓電電阻感測(cè)元件的電阻基于壓電電阻感測(cè)元件的電流或電壓輸出而被測(cè)量。雖然已經(jīng)討論了壓電電阻感測(cè)元件，但是感測(cè)元件的其它示例包括電容、光學(xué)位移感測(cè)、壓電元件，并且共振感測(cè)是可行的。

根據(jù)一些實(shí)施例，膜片506和基部502都由各向同性或各向異性地蝕刻的硅晶片制成，所述硅晶片被形成圖案以提供如下所述的某些特性，并且隨后被從晶片中切下或切割。

圖6和7提供了代表兩個(gè)不同實(shí)施例的壓力傳感器700和800的剖面圖。在圖6中，壓力傳感器700包括膜片702、基部704和在膜片702上的感測(cè)元件，所述感測(cè)元件太小不能在圖6中看到。根據(jù)一些實(shí)施例，膜片702和基部704都由各向同性或各向異性地蝕刻的硅晶片制成，所述硅晶片被形成圖案以提供如下所述的某些特性，并且隨后被從晶片中切下或切割?；?04具有蝕刻的底座706，所述底座作為應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)，以防止包裝和安裝引起的應(yīng)力影響壓力傳感器700的運(yùn)行。底座706的底表面708安裝在殼體750上，使得膜片702被隔離免于與壓力傳感器700外側(cè)的其它結(jié)構(gòu)接觸，并且被由殼體750限定的腔室752內(nèi)的流體包圍。膜片702具有與基部704相反的頂表面734和側(cè)表面(例如側(cè)表面730和732)，所述側(cè)表面沿著圍繞頂表面734的封閉周邊從頂表面734上朝基部704延伸。因而，側(cè)表面圍繞頂表面734的整體延伸，使得膜片702被隔離免于與其它結(jié)構(gòu)接觸，并且使得圍繞膜片702的流體可以在沿圍繞頂表面734的封閉周邊的整體從頂表面734向下延伸的側(cè)面中的每一個(gè)上施加側(cè)向流體靜壓力。膜片702還包括安裝部或結(jié)合部710和712，它們通過結(jié)合層部714和716與基部704連接。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合層部714和716為通常被稱為“漿料”的高溫玻璃基結(jié)合材料。結(jié)合或安裝部710和712相對(duì)于膜片702的內(nèi)部718朝基部704突出。

居中地定位在膜片702上并且從內(nèi)部718上朝基部704突出的凸臺(tái)719的高壓接觸部720與基部704的高壓接觸部724通過間隙722分開。在壓力的第一范圍上，高壓基礎(chǔ)部720不接觸基部704，并且在膜片702上的感測(cè)元件提供單向的隨施加在膜片702的側(cè)面730、732和頂部734上的壓力的改變而改變的第一改變速率。在壓力閾值以上，高壓接觸部720在高壓接觸點(diǎn)724處接觸基部704。在該接觸后，內(nèi)部718作為第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)，并且隨著流體靜壓力載荷的增大而繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。感測(cè)元件的作為增大的壓力的函數(shù)的輸出的改變速率在接觸之后改變，并且變得比接觸之前的改變速率更小。然而，即使在膜片702和基部704之間的接觸之后，感測(cè)元件的輸出的改變?nèi)员３謫蜗颉?/p>

根據(jù)一些實(shí)施例，間隙722的厚度通過漿料部714和716的厚度被控制，使得高壓接觸部720與安裝部710和712的外表面平齊。

圖7的壓力傳感器800與圖6的實(shí)施例相似，并且與圖6的實(shí)施例共同的元件被相似地編號(hào)，并且以相同的方式運(yùn)行。在圖7的實(shí)施例中，結(jié)合層部714和716已經(jīng)被移除，并且具有縮短的凸臺(tái)819和居中地定位的高壓接觸部820的膜片802被用于取代膜片702。高壓接觸部820沒有從像圖6的高壓接觸部720從內(nèi)部718上突出那樣，從膜片802的內(nèi)部818突出那么多。因此，高壓接觸部820相對(duì)于安裝部810和812凹進(jìn)，以在基部704的高壓接觸部724和高壓接觸部820之間提供間隙822。根據(jù)一些實(shí)施例，膜片802和基部704都由各向同性或各向異性地蝕刻的硅晶片制成，所述硅晶片被形成圖案以提供如下所述的某些特性，并且隨后被從晶片中切下或切割。

膜片802具有與基部704相反的頂表面834和側(cè)表面(例如側(cè)表面830和832)，所述側(cè)表面沿著圍繞頂表面834的封閉周邊從頂表面834延伸。因而，側(cè)表面圍繞頂表面834的整體延伸，使得膜片802被隔離免于與其它結(jié)構(gòu)接觸，并且使得圍繞膜片802的流體可以在沿圍繞頂表面834的封閉周邊的整體從頂表面834向下延伸的側(cè)面中的每一個(gè)上施加側(cè)向流體靜壓載力。

在圖7的實(shí)施例中，膜片802通過諸如熔化結(jié)合、陽極結(jié)合、硅合金結(jié)合或金屬焊接結(jié)合的工藝與基部704結(jié)合。對(duì)于使用陽極結(jié)合的實(shí)施例，膜片由硅制造，而基部由離子堿性玻璃制造。

在運(yùn)行中，施加在膜片802的側(cè)面830和832和頂部834上的壓力導(dǎo)致膜片802的內(nèi)部818朝基部704撓曲，使得在頂部表面834上的感測(cè)元件提供隨壓力改變而改變的單向信號(hào)改變。在壓力閾值以上，膜片802的高壓接觸部820接觸基部704的高壓接觸部。在該接觸后，內(nèi)部818作為第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)，并且隨著流體靜壓力載荷的增大繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。感測(cè)元件的作為增大的壓力的函數(shù)的輸出的改變速率在接觸之后改變，并且變得比接觸之前的改變速率小。然而，即便在膜片802和基部804之間的接觸之后，感測(cè)元件的輸出的改變?nèi)员３謫蜗颉?/p>

圖8提供了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的壓力傳感器900的剖面圖。壓力傳感器900安裝在由殼體950限定的腔室952內(nèi)。壓力傳感器900包括膜片902、基部904和感測(cè)元件，所述感測(cè)元件太小不能在圖8的視圖中看到。根據(jù)一些實(shí)施例，膜片902和基部904都由各向同性或各向異性地蝕刻的硅晶片制成，所述硅晶片被形成圖案以提供如下所述的某些特性，并且隨后被從晶片中切下或切割。

膜片902具有與基部904相反的頂表面934和側(cè)表面(例如側(cè)表面930和932)，所述側(cè)表面沿著圍繞頂表面934的封閉周邊從頂表面934延伸。因而，側(cè)表面圍繞頂表面934的整體延伸，使得膜片902被隔離免于與其它結(jié)構(gòu)接觸，并且使得圍繞膜片902的流體可以在沿圍繞頂表面934的封閉周邊的整體從頂表面934向下延伸的側(cè)面中的每一個(gè)上施加側(cè)向流體靜壓載力。

基部904包括具有安裝區(qū)域908的底座906，所述安裝區(qū)域安裝在殼體950上以允許腔室952內(nèi)的流體將側(cè)向流體靜力載荷施加在膜片902的側(cè)面930和932上和將豎直流體靜力載荷施加在膜片902的頂部934上。底座906作為應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)，以防止包裝和安裝引起的應(yīng)力影響傳感器的運(yùn)行，并且隔離膜片902免于與壓力傳感器900外側(cè)的其它結(jié)構(gòu)接觸。

膜片902包括安裝部910和912，所述安裝部從膜片902的內(nèi)部918上突出，并且通過結(jié)合層部914和916被固定在基部904上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，結(jié)合層部914和916為通常被稱為漿料的高溫玻璃基結(jié)合材料。

基部904包括平頂部920，所述平頂部朝膜片902的內(nèi)部918突出，并且具有高壓接觸部922，所述高壓接觸部與居中地定位在膜片902的內(nèi)部918上的高壓接觸部924對(duì)齊。間隙926分開基部904的高壓接觸部922與膜片902的高壓接觸部924。在圖8中，膜片902的內(nèi)部918被示出為是平坦的。

在運(yùn)行中，施加在膜片902的側(cè)面930和932和頂部934上的壓力導(dǎo)致膜片902的內(nèi)部918朝基部904撓曲，使得在頂部表面934上的感測(cè)元件提供隨壓力改變而改變的單向信號(hào)改變。在壓力閾值以上，膜片902的高壓接觸部924在高壓接觸部922處接觸平頂部920。在該接觸后，內(nèi)部918的部分919和921作為第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)，并且隨著流體靜壓力載荷的增大而繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。感測(cè)元件的作為增大的壓力的函數(shù)的輸出的改變速率在接觸之后改變，并且變得比接觸之前的改變速率更小。然而，即便在膜片902和平頂部920之間的接觸之后，感測(cè)元件的輸出的改變?nèi)员３謫蜗颉?/p>

除了結(jié)合層部914和916已被移除和平頂部920的高度已被縮短以在基部1004中形成平頂部1020使得間隙926的大小繼續(xù)相同，圖9提供了與圖8的壓力傳感器900相似的壓力傳感器1000的剖面圖。根據(jù)一些實(shí)施例，膜片902和基部1004都由各向同性或各向異性地蝕刻的硅晶片制成，所述硅晶片被形成圖案以提供如下所述的某些特性，并且隨后被從晶片中切下或切割。對(duì)于壓力傳感器1000，與壓力傳感器900共同的元件被相似地編號(hào)，并且以與上面針對(duì)壓力傳感器900討論的方式相同的方式運(yùn)行。在壓力傳感器1000中，膜片902通過諸如熔化結(jié)合、硅合金結(jié)合、陽極結(jié)合或金屬焊接結(jié)合的結(jié)合技術(shù)與基部904結(jié)合。對(duì)于使用陽極結(jié)合的實(shí)施例，膜片由硅制造，而基部由離子堿性玻璃制造。

在運(yùn)行中，施加在膜片902的側(cè)面930和932和頂部934上的壓力導(dǎo)致膜片902的內(nèi)部918朝基部904撓曲，使得在頂部表面934上的感測(cè)元件提供隨壓力改變而改變的單向信號(hào)改變。在壓力閾值以上，膜片902的高壓接觸部924在高壓接觸部922處接觸平頂部1020。在該接觸后，內(nèi)部918的部分919和921作為第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)，并且隨著流體靜壓力載荷的增大繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。感測(cè)元件的作為增大的壓力的函數(shù)的輸出的改變速率在接觸之后改變，并且變得比接觸之前的改變速率更小。然而，即便在膜片902和平頂部1020之間的接觸之后，感測(cè)元件的輸出的改變?nèi)员３謫蜗颉?/p>

圖10提供了在另一個(gè)實(shí)施例下的壓力傳感器1100的剖面圖。壓力傳感器1100包括膜片1102、基部1104和感測(cè)元件，所述感測(cè)元件太小不能在圖10的視圖中看到。根據(jù)一些實(shí)施例，膜片1102和基部1104都由各向同性或各向異性地蝕刻的硅晶片制成，所述硅晶片被形成圖案以提供如下所述的某些特性，并且隨后被從晶片中切下或切割。膜片1102具有與基部1104相反的頂表面1134和側(cè)表面(例如側(cè)表面1130和1132)，所述側(cè)表面沿著圍繞頂表面1134的封閉周邊從頂表面1134延伸。因而，側(cè)表面圍繞頂表面1134的整體延伸，使得膜片1102被隔離免于與其它結(jié)構(gòu)接觸，并且使得圍繞膜片1102的流體可以在沿圍繞頂表面1134的封閉周邊的整體從頂表面1134向下延伸的側(cè)面中的每一個(gè)上施加側(cè)向流體靜壓載力。

基部1104具有底座1106，所述底座具有安裝表面1108。底座1106允許壓力傳感器1100被安裝在形成腔室1152的殼體1150上，使得流體可以將側(cè)向流體靜力載荷提供給膜片1102的側(cè)面1130和1132并且可以將豎直流體靜力載荷提供給膜片1102的頂部1134。底座1106作為應(yīng)力隔離結(jié)構(gòu)，以防止包裝和安裝引起的應(yīng)力影響傳感器的運(yùn)行，并且隔離膜片1102免于與壓力傳感器1100外側(cè)的其它結(jié)構(gòu)接觸。

膜片1102包括結(jié)合部1110和1112，所述結(jié)合部朝基部1104突出，并且通過結(jié)合層部1114和1116被安裝在基部1104上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，結(jié)合層部1114和1116為通常被稱為漿料的高溫玻璃基結(jié)合材料。膜片1102還包括具有居中地定位的高壓接觸部1120的凸臺(tái)1118。凸臺(tái)1118相對(duì)于膜片1102的內(nèi)部1122朝基部1104突出?；?104包括具有高壓接觸部1126的平頂部1124。平頂部1124朝膜片1102突出。在高壓接觸部1120和1126處在凸臺(tái)1118和平頂部1124之間形成間隙1128。在第一壓力范圍上，在側(cè)面1130和1132上的側(cè)向壓力和在膜片1102的頂部1134上的豎直壓力導(dǎo)致凸臺(tái)1118移動(dòng)至間隙1128。在第一壓力范圍上，在膜片1102上的感測(cè)元件產(chǎn)生輸出，所述輸出相對(duì)于壓力改變是單向的并且具有隨被施加壓力的改變而改變的第一改變速率。在閾值壓力處，高壓接觸部1120接觸高壓接觸部1126。在該接觸后，內(nèi)部1122作為第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)，并且隨著流體靜壓力載荷的增大繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致膜片1102上的感測(cè)元件繼續(xù)提供以下輸出，所述輸出相對(duì)于壓力改變是單向的但是具有隨被施加壓力的改變而改變的第二改變速率。

除了結(jié)合層部1114和1116已被去除并且膜片1102已被膜片1202替代，圖11提供了與圖10的壓力傳感器1100相似的壓力傳感器1200的剖面圖。根據(jù)一些實(shí)施例，膜片1102和基部1104都由各向同性或各向異性地蝕刻的硅晶片制成，所述硅晶片被形成圖案以提供如下所述的某些特性，并且隨后被從晶片中切下或切割。膜片1202具有與基部1104相反的頂表面1234和側(cè)表面(例如側(cè)表面1230和1232)，所述側(cè)表面沿著圍繞頂表面1234的封閉周邊從頂表面1234延伸。因而，側(cè)表面圍繞頂表面1234的整體延伸，使得膜片1202被隔離免于與其它結(jié)構(gòu)接觸，并且使得圍繞膜片1202的流體可以在沿圍繞頂表面1234的封閉周邊的整體從頂表面1234向下延伸的側(cè)面中的每一個(gè)上施加側(cè)向流體靜壓載力。

膜片1202還包括結(jié)合部1210和1212，所述結(jié)合部朝基部1104突出，并且被直接安裝在基部1104上。與結(jié)合部1110和1112從膜片1102的內(nèi)部1122延伸相比，結(jié)合部1210和1212更進(jìn)一步地從膜片1202的內(nèi)部1222延伸。膜片1202還包括具有居中地定位的高壓接觸部1220的凸臺(tái)1218。凸臺(tái)1218相對(duì)于內(nèi)部1222朝基部1104突出。與壓力傳感器1200和壓力傳感器1100共同的其它元件與它們?cè)趫D10中的編號(hào)相同地被編號(hào)，并且以相同的方式運(yùn)行。

在圖11的實(shí)施例中，膜片1202通過諸如熔化結(jié)合、陽極結(jié)合、硅合金結(jié)合或金屬焊接結(jié)合的工藝與基部1104結(jié)合。對(duì)于使用陽極結(jié)合的實(shí)施例，膜片由硅制造，而基部由離子堿性玻璃制造。

在第一壓力范圍上，在側(cè)面1230和1232上的側(cè)向壓力和在膜片1202的頂部1234上的豎直壓力導(dǎo)致凸臺(tái)1218移動(dòng)至間隙1128。在第一壓力范圍上，在膜片1202上的感測(cè)元件產(chǎn)生輸出，所述輸出相對(duì)于壓力改變是單向的并且具有隨被施加壓力的改變而改變的第一改變速率。在閾值壓力處，高壓接觸部1220接觸高壓接觸部1126。在該接觸后，內(nèi)部1222作為第二可偏轉(zhuǎn)區(qū)，并且隨著流體靜壓力載荷的增大繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致膜片1202上的感測(cè)元件繼續(xù)提供以下輸出，所述輸出相對(duì)于壓力改變是單向的但是具有隨被施加壓力的改變而改變的第二改變速率。

圖12提供根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的膜片的四分之一對(duì)稱區(qū)段1300的底部立體圖，并且圖13提供其頂部立體圖。膜片區(qū)段1300被示出為包括圍繞膜片的外周邊1304延伸的結(jié)合部1302。定位在膜片的中心處的主凸臺(tái)1306從膜片的底表面朝壓力傳感器的基部向下延伸。第二凸臺(tái)1308和1310形成脊部，所述脊部具有與主凸臺(tái)1306的長度匹配的長度。例如，第二凸臺(tái)1310的長度1312匹配主凸臺(tái)1306的長度1314。在完整的膜片中，有四個(gè)第二凸臺(tái)，在主凸臺(tái)1306的每一側(cè)上有一個(gè)第二凸臺(tái)。

膜片區(qū)段1300還包括棱錐凸臺(tái)1316，所述棱錐凸臺(tái)沿著以下交叉線形成，所述交叉線從第二凸臺(tái)1308和1310延伸并且沿著第二凸臺(tái)1308和1310延伸。棱錐凸臺(tái)1316利用通道1318與第二凸臺(tái)1310分開，并且利用通道1320與第二凸臺(tái)1308分開。在整個(gè)膜片中，具有四個(gè)這種棱錐凸臺(tái)。第二凸臺(tái)1308和1310和棱錐凸臺(tái)1316利用沿膜片的整體圍繞結(jié)合部1302的內(nèi)部延伸的通道1322與結(jié)合部1302分開。第二凸臺(tái)1308和1310通過包圍主凸臺(tái)1306的通道1324與主凸臺(tái)1306分開。

主凸臺(tái)1306、第二凸臺(tái)1308和1310和棱錐凸臺(tái)1316中的每個(gè)都可以作為高壓接觸部，所述高壓接觸部將在施加給膜片的壓力超過閾值時(shí)接觸基部區(qū)域。

圖14為過程控制系統(tǒng)的部分的立體圖，上面根據(jù)一些實(shí)施例描述的壓力傳感器被用于所述過程控制系統(tǒng)。在圖14中，過程變量變送器1500通過安裝構(gòu)件1516被安裝在管區(qū)段1512的過程連接裝置1510上。

安裝構(gòu)件1516包括從過程連接裝置1510延伸至隔離膜片組件1530的孔1520。隔離膜片組件1530包括將管區(qū)段1512中的過程流體與隔離毛細(xì)管1532中攜帶的隔離流體隔離的隔離膜片。隔離毛細(xì)管1532連接到壓力傳感器1534，壓力傳感器采用上述壓力傳感器中的一種的形式。傳感器1534被配置為測(cè)量絕對(duì)壓力(相對(duì)于真空)或表壓力(相對(duì)于大氣壓)，并且為變送器電路1538提供電輸出1536。

變送器電路1538與控制室1505通信以為控制室1505提供一個(gè)或多個(gè)過程變量，例如絕對(duì)壓力和表壓力。變送器電路1538可以使用包括有線和無線通信的各種技術(shù)與被圖示為電阻1505A和電源1505B的控制室1505通信。一種常用的有線通信技術(shù)使用被已知為雙線式過程控制回路1503的技術(shù)，在該雙線式過程控制回路中，一對(duì)線被用于傳送信息以及向變送器1500提供電力。一種用于傳遞信息的技術(shù)是，依靠將通過過程控制回路1503的電流強(qiáng)度控制在4毫安至20毫安之間。在4-20毫安范圍內(nèi)的電流的值可以被映射為過程變量的對(duì)應(yīng)值。示例性的數(shù)字通信協(xié)議包括(由疊加在標(biāo)準(zhǔn)4-20mA模擬信號(hào)上的數(shù)字通信信號(hào)構(gòu)成的混合物理層)、FOUNDATION^TM現(xiàn)場(chǎng)總線(1992年由美國儀器協(xié)會(huì)發(fā)布的全數(shù)字通信協(xié)議)、Profibus通信協(xié)議或者其它協(xié)議。也可以執(zhí)行諸如無線協(xié)議，例如包括根據(jù)IEC 62591的無線的射頻通信技術(shù)。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本實(shí)用新型，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)方面作出改變。