CN101509817B - 流体压差测量装置 - Google Patents

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Abstract

流体压差传感器(10)具有上壳体(12)，其安装连接器部分(12a)且在凹部内接收检测元件模块(14)。检测元件模块是其中形成有大体U形的油装填通路(14h)的主体，所述通路(14h)在相对末端上具有开口，所述开口设置在相应的第一和第二隔膜安装表面上。诸如压阻式检测元件(15)这样的流体压力检测元件设置在通路开口之一中，且柔性金属隔膜(14a，14b)安装在面向公共方向的模块的相应隔膜安装表面上。具有用于相应隔膜的第一和第二端口连接件的下壳体(18)设置在模块的下表面上。

Description

流体压差测量装置
技术领域
本发明总体上涉及用于测量流体压力的装置，更具体涉及这样的装置，其通过使用与相应的高、低压力源流体连通的两个隔膜提供与介质隔离的压差传感器。
背景技术
固态压力检测元件，诸如压阻式压力检测元件，常常通过能够耐受介质的柔性金属隔膜与被检测的介质隔开以保护这种检测元件。不可压缩的流体(一般是硅油)用于将压力从隔膜传递给检测元件。传统上是提供面向相反方向的第一和第二隔膜，检测元件设置在第一和第二隔膜之间。为了减少会损坏传感器的从介质冷凝在隔膜上的物质(诸如烟灰、水)的积聚，常常要求相对于重力和压力端口将隔膜放置成可排水的取向。例如，在2007.4.3出版的美国专利No.7,197,936中，隔膜表面的取向设置成与重力方向平行。这产生高的长宽比，该长宽比可能还需要使用如在该专利中示出的庞大的安装托架以提供需要的刚性。另外，将隔膜安装成面向相反方向会导致必须使用独立的壳体构件，这些构件的每一个需要能够耐受被检测的介质。
发明内容
本发明的目标是提供一种流体压差传感器，其能够被容易地定向成使隔膜表面垂直于重力方向。本发明的另一目标是提供一种紧凑的流体压差传感器，其可以由比通常需要的材料廉价的材料制造。本发明的又一目标是提供一种流体压差传感器，其结构允许采用节省时间的组装操作。
简而言之，根据本发明的优选实施例，基底形成有在面向公共方向的两个间隔开的隔膜安装表面上的开口之间延伸的通路。一个开口被放大并且接收流体压力响应检测元件，诸如压阻检测元件组件。隔膜和通路形成两个腔室，所述腔室填充有不可压缩的油以将压力传递给检测元件。
在基底的一侧具有两个隔膜使组装过程得到简化。例如，可以同时对这两个隔膜形成用于附连隔膜的粘合剂环、将隔膜定位在环上和使粘合剂固化。
在下面详细描述的本发明的优选实施例中，检测元件通过导线与端子插头的一端结合，该插头的另一端与具有调节电路的印刷电路板结合，并且该印刷电路板又借助金属弹簧与连接器端子相连。在插头周围放置密封剂以防止油通过插头/基底交界面的泄漏。
附图说明
本发明的示例性实施例在附图中呈现且在说明书中得到描述。
图1是根据本发明的第一优选实施例制造的传感器组件的顶视图；
图2是沿图1的线2-2截取的横截面图；
图3是在图2的组件中示出的检测元件模块的底视图，但是在安装金属隔膜之前示出的；
图4是贯穿穿过模块形成的通路截取的图3的模块的横截面图；
图5是图3的放大部分，其示出了检测元件组件的细节；
图6是沿图5的线6-6截取的横截面图；
图7是以缩小比例示出的检测元件模块的顶视图；
图8是沿图7的线8-8截取的横截面图；
图9是类似于图4的放大横截面图，但是在隔膜已被附连并且油腔室已被填充之后示出的；
图10是改进的检测元件模块的底视图；
图11是沿图10的线11-11截取的横截面图；
图12是沿图10的线12-12截取的横截面图；
图13是另一改进的检测元件模块的底视图；以及
图14是沿图13的线14-14截取的横截面图。
具体实施方式
具体参见图1和2，根据本发明的第一优选实施例制造的流体压差传感器组件10包括由诸如PEI(聚醚酰亚胺)这样的合适的可模压材料制成的上壳体12，上壳体12形成有连接器部分12a，连接器部分12a具有三个***成型的端子12b(其中之一在图2中示出)。上壳体12形成有凹部，其用于在金属衬套16之间接收检测元件模块14，其中衬套16用于将该组件安装到具有待检测的高和低流体压力源的端口的支撑件上。由合适的可模压材料(诸如PEI)制成的下壳体18在压力检测模块下方接收在上壳体12的凹部中，如在图2中观察到的那样。
周边O形环20被设置在形成于电路腔室12c中的底座上，电路腔室12c形成于上壳体12和检测元件14的上表面之间。在腔室12c内，电路板22设置在检测元件模块14的顶部上。如在图2中示出的这样一个弹簧所示的那样，接触弹簧24在端子12b的各相应末端12d与电路板22之间、在上壳体12的壁上的合适孔中延伸。在组装和标定之后，这些孔由合适材料(诸如RTV)密封。
检测元件模块14包括安装并排布置并且大体圆形的第一和第二金属盘14a、14b的主体，所述金属盘将在下文中进一步地详细讨论。下壳体18形成有用于接收O形环26的、与各个盘14a、14b对准的O形环底座。相应端口18a和18b优选形成烤架状构造，诸如限定出允许流体流过的开口的横杆，其中图2的横截面贯穿横杆之一形成。环绕各端口18a、18b将外部O形环28放置在下壳体18的底表面上的合适O形环底座中，以在传感器组件10和包含高、低流体压力源的壳体(未示出)之间提供流体密封。
参见图3和4，示出了安装柔性金属隔膜之前的检测元件模块14。检测元件模块14通常形成为实心板(solid plate)状基底，基底由诸如PPS(聚苯硫醚)的合适材料制成并且具有平坦底表面14c。凹部14d形成于底表面14c中，且构造成容纳金属盘14a、14b以使盘14a、14b的底表面面向同一方向且优选位于公共平面上。盘14a、14b分别形成有穿过相应盘的窗口14f，凹部14d构造成伸入每个窗口，并且形成完全围绕各窗口周边的、具有选定深度的通道14e；所述通道填有弹性体密封物以防止漏油。
穿过模块的基底形成有大体U形的通路14g，其从盘14a的窗口14f中的表面14c上的开口通向盘14b的窗口14f中的表面14c上的开口。根据第一实施例的结构，U形通路的弯曲部分由管子14h形成，管子14h由黄铜或其它合适材料制成。在通路的位于盘14b的窗口14f中的一端上提供放大的开口14k以放置压力检测元件，诸如通过硅基粘合材料或其它合适的粘合材料15a附连到放大开口14k的凸缘14j的压阻元件15，这在图5和6中可以更清楚地看到。导线15c结合在检测元件15和相应的电端子插头15d之间。粘合剂和凝胶用于在端子插头和周围的塑料之间提供受压不露气的密封。
通过在窗口14f之上分布或模印(stencil)圆环或需要的其它几何形状，向图3所示的盘14a、14b的外表面施加由环氧或硅基材料制成的合适的粘合材料14l，然后将柔性金属隔膜14m附连到盘14a、14b的对应的安装表面上。
参见图7，其示出了在图4中看到的检测元件的顶表面，穿过基底和相应的每盘14a、14b形成油装填孔14n。通路通过油装填孔14n排空并填充不可压缩的流体(诸如硅油)，然后通过例如焊接在相应盘14a、14b上的球14o密封，参见图8，以提供在图9中示出的组件。
将意识到：在基底的一侧具有两个隔膜使上述组装过程得到简化。例如，可以同时对这两个隔膜形成粘合剂环、对隔膜进行定位并使粘合剂固化。必要时，为进一步简化上述过程，可以使用单独的金属件而不是使用两个独立的隔膜件。为获得长期的可靠性，对于所检测的介质(流体)，采用的隔膜必须是不可渗透和耐用的。例如，为了与酸性废气介质一同使用，合适的材料可包括钽、铌、钛和不锈钢。
根据本发明，传感器组件10可以安装成使得隔膜表面位于与重力垂直的平面上，即如图2所示那样。这样形成更为紧凑的传感器组件，从而降低了对现有技术中使用的金属托架的需求。本发明的传感器装置只需要一个能够耐受被检测介质的壳体部件(即，下壳体18)，因此其它部件可以由更廉价的材料制造。
必要时，检测元件模块可以由与图4的可模压塑料不同的材料形成。根据第二优选实施例，检测元件模块可以由诸如不锈钢的合适材料制成，如在图10-12中示出的那样。在图10中，模块140包括由不锈钢440形成的基底构件并且具有大体U形的通路142，通路142在平面144上开口以便能够将隔膜直接附连在表面144上。通路142由沟槽形成，其中所述沟槽在顶表面146上由不锈钢440制成的板构件148或可焊接到模块140的类似物封闭。通路142的一个开口被放大以接收与图1、2的元件15相对应的压阻检测元件。安装端子插头152并且通过玻璃密封件154使其绝缘。油装填孔156对应图7的油装填孔14n。
相对于陶瓷传感器元件模块240(图13和14)而言，它可以例如由氧化铝形成，并且形成有相应的U形通路242，其中通路242以类似模块140实施例的方式穿过底表面244开口。该通路由氧化铝制成的盖246封闭，或者用可通过玻璃附连到模块240的类似物封闭。油装填孔256对应第二实施例的油装填孔156。在这种情况下，油装填孔可由塑料塞密封。在此实施例中也可以采用由玻璃254安装的端子插头252。
由于可以在不脱离本发明范围的情况下在上述结构中进行各种改变，因此希望包含在上述描述中或者在附图中示出的全部实体解释为说明性而非限制性的。

Claims (13)

1.一种流体压差传感器装置，其包括：
安装检测元件模块的壳体；
所述检测元件模块具有面向公共方向的第一和第二隔膜安装表面；
通路，其形成于所述检测元件模块中并且在各个相应的隔膜安装表面之间延伸，并且在各个相应的隔膜安装表面内形成开口；
在各个隔膜安装表面上安装在开口上的相应的柔性金属隔膜；
设置在通路的开口之一中的压力响应检测元件；
不可压缩的流体，其填充所述通路并与所述隔膜接合，并且密封在所述通路中；
电信号调节线路，其可操作地与所述压力响应检测元件连接；以及
第一和第二流体压力连接装置，其用于将相应的高、低流体压力呈现给所述隔膜以便进行检测。
2.如权利要求1所述的流体压差传感器装置，其中：所述第一和第二隔膜安装表面位于公共平面上。
3.如权利要求1所述的流体压差传感器装置，其中：所述检测元件模块主要由树脂材料构成。
4.如权利要求1所述的流体压差传感器装置，其中：所述检测元件模块主要由金属构成。
5.如权利要求1所述的流体压差传感器装置，其中：所述检测元件模块主要由陶瓷构成。
6.如权利要求1所述的流体压差传感器装置，其中：所述压力响应检测元件是压阻元件。
7.一种流体压差传感器装置，其包括：
壳体；
安装在所述壳体内的检测元件模块；检测元件模块安装第一和第二金属隔膜安装盘，每个安装盘具有平坦的隔膜安装表面；第一和第二安装表面面向公共方向；窗口，其穿过每个安装盘形成，并延伸穿过所述安装表面，一通路形成在所述检测元件模块中并且在每个相应窗口之间延伸；
柔性金属隔膜，其以流体密封的关系安装到第一和第二安装表面，并且在各个相应窗口之上延伸；
不可压缩的流体，其填充所述通路并与所述隔膜接合，并且密封在所述通路中；
压力响应检测元件，其在一个盘的窗口处以接收压力连通的方式设置在所述通路内，并且响应于由相应的所述隔膜传递的流体压力的压差；
电信号调节线路，其可操作地与所述压力响应检测元件相连；以及
第一和第二流体压力连接件，其安装在所述壳体上，与相应的第一隔膜和第二隔膜流体相通。
8.如权利要求7所述的流体压差传感器装置，其中：所述检测元件模块主要由可模压的塑料构成，所述通路大体为具有两条支腿的U形，并且在所述两条支腿之间具有弯曲部分，所述弯曲部分包括金属管。
9.如权利要求8所述的流体压差传感器装置，其中：所述第一和第二流体压力连接件是邻接所述检测元件模块设置的另一壳体的一部分，并且所述另一壳体由耐受待由所述流体压差传感器装置检测的流体介质的材料形成。
10.如权利要求7所述的流体压差传感器装置，其中：所述检测元件模块主要由金属构成。
11.如权利要求7所述的流体压差传感器装置，其中：所述检测元件模块主要由陶瓷构成。
12.如权利要求7所述的流体压差传感器装置，其中：所述压力响应检测元件是压阻元件。
13.如权利要求7所述的流体压差传感器装置，其中：所述第一和第二盘的隔膜安装表面位于公共平面上。
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