CN1146808A - 压阻式压力传感器或压力检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有一个压力测试盒(13)，一个由一外壳段、一个传递膜片(17)和一块后板(21)组成的传递膜片壳体(7)和一个位于测试膜片侧的液压室(19)的改进型压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是：传递膜片壳体(7)外壳段包括一段压力室套管(33)，压力室套管(33)和后板(21)都用可焊钢材制作，传递膜片壳体(7)和压力室套管(33)密封嵌入或可嵌入连接壳体(3)的环形槽(31)中，连接壳体(3)用不可焊或难焊的材料制作，而压力室套管(33)和后板(21)则在这样构成的测试盒—压力内腔(15)中注满压力传递介质的密封情况下进行永久性的密封焊接。

Description

压阻式压力传感器或压力检测器

本发明涉及权利要求1前序部分所述的一种压阻式压力传感器或压力检测器。

压阻式压力传感器应用极为广泛。

特别是用在测试侵蚀性介质的压力时，压力测试盒可不直接受侵蚀性介质的作用。为此，压力测试盒最好装在一个注满油的壳体的压力室中。侵蚀性介质的被测压力通过膜片传递到壳体中装有压力测试盒的压力内腔中。

图4至图6表示一种用来测试侵蚀性介质压力的常规压阻式压力检测器，这是一种在下面要叙述的绝对压力检测器。

图4和图5所示的压阻式压力检测器包括一个壳体1和一个在下面称为连接壳体3的壳体前部，连接壳体上设置有外螺纹5。此外，壳体1还包括一传递膜片壳体7。

传递膜片壳体7具有一个相当于一个六角螺丝或螺母的六角扳手面9。

传递膜片壳体7在轴向内连接在连接壳体3上并沿焊缝10与连接壳体焊接在一起。

从图4看出，传递膜片壳体7装有一个装入注油的压力室15中的压阻式压力测试盒13。该压力室借助于一个柔性传递膜片17与设在连接壳体3中的液体压力室19隔开，要测试压力的可能是侵蚀的介质通过一个设在连接壳体3中的压力通孔20流入这个液体压力室中。

注油的压力测试盒-压力室15与整个壳体轴向垂直延伸的传递膜片17对应的一端通过一个具有一个台阶的、在下面称为后板的所谓玻璃引线板21封闭。电接触导体或导线23通过玻璃引线板21引出。导线里端直接或例如通过一个包括一个柔性电路板的膜集成电路或印刷电路25与位于传递膜片壳体7测试盒-压力室15中的压力测试盒13电接通。这种带有柔性导线板的膜集成电路25的应用如图4装配状态和图5的放大图所示，图6表示用金线或铝线25′实现测试盒到接触导体或导线23的电连接。

在向外即在通过玻璃引线板21向下伸出的导线23上的电连接按先有技术公知的实施例进行，在图4至图6中未示出。

此外，为了减少压力内腔中油的总体积，需要时还可装入一个最好用陶瓷制成的最好具有油介质密度的置换件27。这样就把与油介质的温度相关的体积变化降低到最低限度。

在这种公知的压力检测器中，测试盒13装入(有时装到玻璃引线板21上)传递膜片壳体7内是这样进行的：玻璃引线板21与测试盒不焊接装在传递膜片壳体7前端下方通孔范围内的传递膜片壳体7上，以便整个装置都位于所谓的油罐中。油罐首先抽真空然后注油。油可浸入装压力测试盒13的压力室15中。当内腔注满油时，焊接测试盒-壳体段7的玻璃引线板21，从而将压力室15密封。

实践表明，在用一种不可压缩的液体(在所示实施例中为油)注入的压力室15通过焊接方法永久密封时，这种压力检测器就可达到最大的可靠性。

上述先有技术公知的压力检测器或压力传感器完全经受住了实践的考验。但其缺点是，这种检测头的成本相当高，尤指用于侵蚀性介质的压力测试。

高成本主要摊在机件即壳体前部和测试盒壳体段的制造上。因为所有部件都必须相互焊接在一起，所以，所有部件都必须用不锈钢或可焊钢制造，从而再次增加了材料费和加工费。

例如为了降低成本，德国专利DE 26 30 640 B2原则上提出了用耐腐蚀的软铁的管座材料来制造所谓玻璃引线板。当然在这种压力测试盒组件时，不能在装测试盒的压力室的密封焊接下进行注油，所以图4以后所述的压力检测器的新一代产品比那时的压力检测器优越得多。

本发明的任务是，提出一种同样特别实用于侵蚀性介质的压力测量而又显著比迄今为止的先有技术简单和/或成本低的压阻式压力检测器或压力传感器。

本发明是按权利要求1或权利要求10所述的特征来实现上述任务的。本发明的各种有利的结构形式在从属权利要求中叙述。

本发明采用新式结构而可使机件的成本比常规结构减少直至80％这样的惊人程度，从而可使整个压力检测器或压力传感器的成本降低大约40％。

通过采用本发明的结构，提出的压力检测器或压力传感器适用于侵蚀性介质的压力测量，而不比常规结构得出较差的测试结果，或整个结构的花费少于先有技术提出的结构。

本发明降低成本是采用价廉的材料例如黄铜、铍青铜或类似材料即用易加工的材料来制造所谓壳体前部，而且壳体包括容纳传递膜片壳体的连接壳体都可用这种价廉的材料制造。

只有在内部嵌入的一根限定注油压力室的套管才用不锈钢材料制作。这根套管的加工费亦很便宜，即该套管用适当管子切断而成。这样，这种贵重的钢件就不产生废料，而且加工费也非常少。

通过使用这种价廉的可焊接的钢件可使容纳压力测试盒的压力内腔通过焊接和后板即与玻璃引线板牢固密封焊接在一起。

本发明另一个显著的优点是，许多组件都可共同放入一个油炉中进行钎焊，然后注油，最后将注油的压力室的气密性密封在装入压力测量盒情况下进行焊接。同时焊接过程所需的可焊接材料减少到最低限度。

现在可将装在壳体内腔中的传递膜片与用不锈钢材料制成的套管最好采用硬焊料过程进行连接。

在钎焊过程中，即在焊接炉中达到焊料温度时，可实现焊料流入全部缝隙中，例如膜片和壳体前部之间的缝隙、膜片和套管之间的缝隙以及壳体前部和套管之间的缝隙。

本发明的结构可以容纳包围测试盒和测试盒压力室的检测器壳体以及位于壳体中的传递膜片的多种材料。难于焊接的材料如不锈钢可通过表面镀层例如镀镍便可焊接。

价廉的材料如黄铜或铍青铜对许多使用场合的压力检测器壳体例如用于空调或制冷设备时已完全足够。所以对特别严格的使用场合可把容纳不锈钢制成的套管的相应环形室在轴向内延长超过传递膜片的整个高度。在本发明的这种优选实施结构中到套管和传递膜片的边缘的轴向延长就象在其间放置一块象三明治那样的套管延长件，这样在传递膜片和压力检测器壳体材料之间不存在直接的材料接触，从而避免了由于不同材料保持接触而可能引起的腐蚀危险。

这里延长套管以及包围压力室的套管和传递膜片相邻端面之间的嵌入边缘都可相互焊接在一起。

此外，在本发明的改进结构中还可用一或多个O形密封圈来达到更好的密封效果。

在另一种优选结构形式中，壳体用不可焊接的材料制成壳体件通过钎焊连接。这种相互钎焊的壳体同样构成一个例如在容纳一个压力测试盒或一个基准压力计的情况下的压力室，并通过适当的连接管使压力室与测试盒连通。然后用可焊接的连接管与注油的压力室进行密封焊接，这种连接管焊在壳体上相应的一个孔中，并在注油后用一个可焊接的塞子封闭。

所以，本发明在制造过程中不仅可用廉价的不可焊接的材料而且还可将这些材料在一次钎焊过程中相互牢固和可靠地连接在一起。这样就不但在材料费上而且在制造费上具有了明显的优点，因为在一个焊接炉中的钎焊方法可同时进行几百件焊接，然后用油注入相应的压力室中。这样不论是开始时还是最后述及的方案都可用经济的方法来把注油的压力室最终焊接密封。而且为此所需的昂贵的可焊接材料不论它在整个壳体的使用量上还是在其结构、即特别是成形加工费用上都比常规的结构少得多和简单得多。

但本发明的结构原理不限于绝对压力测试用的压力检测器或压力传感器的使用场合，而且亦可适用于测试基准压力或差压的压力传感器或压力检测器。

下面结合附图来进一步说明本发明。附图是：

图1表示测量绝对压力用的本发明压力检测器或压力传感器的轴向纵截面示意图；

图2表示测量差压用的本发明压力检测器或压力传感器相当于图1的轴向截面图；

图3表示放在玻璃引线板上的测试盒的轴向截面放大图；

图4表示先有技术公知的压力检测器的部分轴向截面；

图5表示按图4先有技术将压力测试盒连接在导线上的放大图；

图6表示与图5不同的按先有技术将测试盒设置在玻璃引线板上的又一方案。

下面结合图1至图3来详细说明本发明。其中与图4至图5先有技术公知的压力检测器的相同件用相同的参考号。

在图1所示本发明压力检测器或压力传感器的第一实施例中，与图4至图6公知的压力检测器比较包括一个带连接壳体3的壳体1，而且连接壳体3与传递膜片壳体7搭接。其中连接壳体用价廉的不可焊的材料如黄铜、铍青铜等也即用易加工的材料制成。传递膜片可用适当的任一种材料，特别是用可焊接的钢材制成，以提高防腐性能。

在图1所示实施中，在传递膜片壳体7的范围内有一个内侧向下敞口的环形槽31***壳体1中，用不锈钢材料制作的压力室套管33嵌入壳体1中，此套管加工费极少并可用相应尺寸的管子切断而成。

图1中心线左右侧包括两个略有差别的实施例。下面首先介绍中心线右侧表示的实施例。

传递膜片17放在限定环形槽31轴向长度和限定嵌入槽中压力室套管33的轴向长度的壳体1的台阶35上。台阶35范围的壳体1、测试膜片15和压力室套管33用硬焊料过程连接。在制作压力检测器的过程中，将所需的焊料作成小丸37放在传递膜片17周围边缘上和壳体1的台阶35上，然后将整个组件放入焊接炉中。一旦达到焊接温度，焊料便流入所有缝隙中，即流到传递膜片17和壳体1邻接材料段之间，即流入台阶35的壁之间、流到传递膜片17和压力室套管33之间，以及流到嵌入环形槽31范围内的壳体1圆筒形内壁和嵌入其中的压力室套管33的邻接外壁之间。

为了在安装后，玻璃引线板21不致由于可能的热应力引起损坏，压力室套管33最好用足够的壁厚并在必要时在测试盒壳体段5的壳体1下前端里侧设置一个具有足够轴向深度的环形间隙39，这样到压力室套管33的圆筒表面段的间隙距离就具有足够的轴向长度。

传递膜片17亦可象壳体1那样用多种不同的材料作成。难于焊接的材料如不锈钢可通过表面镀镍实现焊接。

在图1左侧轴向截面所示的另一个方案表示具有更好的防腐性能。

如图1中心轴左侧方案所示，环形槽31延长超过传递膜片17的高度，在该处在传递膜片17周边的夹层支座下面在压力室套管33延长方向内还设置一段延长套管43。此套管亦用不锈钢制作，最好用压力室套管33和/或传递膜片17相同的材料制作。传递膜片17、压力室套管33和延长套管43在装入壳体1之前相互焊接在一起。然后可将这样预加工和焊接的单元从下端推入延长环形槽31进入壳体1中，并按前面所述与壳体1钎焊。在这种情况中，焊接前将适当的细丸焊料37放在壳体1内壁上与高台阶35相邻的延长套管43的端面套管环上。

即使壳体1和延长套管43采用不同的材料，但不同材料在这里可能存在的腐蚀对压力测试盒特别是压力测试膜片没有或者根据没有影响。

此外，如图1中心轴左侧实施例所示，还可至少设置一个O形密封圈47作为安全密封。该密封圈例如可从壳体1里边嵌入在环形槽31上加工的一个环形槽45中，这个密封圈在周边相应的高度内对压力室套管33起附加的密封作用。由压力室套管33、延长套管43和膜片17组成的并焊接在一起的单元可在这种情况中只用O形密封圈47的情况下***圆筒形槽中，然后这个单元例如通过一个锁紧环49或通过另一种适当的机械措施定位。

另一种办法是，压力室套管33和延长套管43也可在其上下相向的端面接触区在至少部分传递膜片17边缘的夹层支座上不用硬焊而用钎焊。最好在组装好的状态下同时对外壳体或连接壳体3的内壁进行钎焊。

现在结合图2和图3来说明亦可用于测量差压或基准压力的本发明压力检测器或压力传感器的另一个实施例。

在这个实施例中，压力室套管33也装入壳体1的一个适当的环形槽31中并用传递膜片的边缘与壳体1台阶35钎焊。如果在壳体内腔7中设置一个超出传递膜片高度的壳体1的环形槽31，在这里亦可不用图中所示方案而可设置一个延长套管43来改善防腐蚀性能。

如图2和图3所示，最好以玻璃引线板21的形式构成的后板21具有引线51，管子53密封***后板，最好粘接在后板上。

与图1所示壳体1不同，此例在壳体外周上例如在装有测试盒并注满油的压力室15的高度内设置有另一个外螺纹55，在这个外螺纹上，固定环57可用一个在其下端面设置的即向内径向凸出的环形法兰59固定。

环形法兰59在朝管子53轴向延长方向内与差压壳体部分63的一个径向向外凸出的环形法兰61连接，从而可通过固定环拧紧而将差压壳体部分与连接壳体3在轴向延长方向牢固连接。

如果不是在有侵蚀的介质中测量差压，则这种结构为在轴向延长方向内在差压壳体部分63上连接壳体下部65，即壳体下部通过端面台阶67的端面连接在差压壳体部分63上。

在这个实施例中，在台阶的高度内装有另一个膜片69，此膜片69的边缘也是象三明治那样夹在差压壳体部分63和壳体下部65相应端面之间。

差压壳体段63，壳体下部65和测量膜片69都可用易加工和价廉的材料制成并用钎焊过程焊在一起。在钎焊炉中实施钎焊时，焊料也是流入测量膜片69和差压壳体段63以及端面的壳体下部65之间并在这些地方实现整体封接。

图2和图3所示差压或基准压力检测器的组装是这样进行的：与图1实施例比较，玻璃引线23较短或被切短，柔性电路板73与通过玻璃引线板向下伸的引线自由端在焊点75进行焊接。差压壳体段63设有孔77使电路板73向外引出。由差压壳体段63和壳体下部65组成的基准压力壳体62在轴向端面延长方向内连接在用来测试主压力的壳体1下端上，并在这之前把一个O形密封圈79嵌入连接壳体3对面的差压壳体3端面上设置的浅槽中。这个O形密封圈79围住引入测试盒内腔中用来测量基准压力所需的管子53，此管被一根同轴管81围住，在所示实施例中，同轴管81在轴向内轴向伸出管53。其中，同轴管81配合装在与注满油的并通过第二传递膜片限定的压力室83连通的差压壳体段63的一个适当轴向孔中。

上述O形密封圈79密封注油的压力室83。

然后用上述固定环57将基准压力壳体62固定到主壳体1上，同时，固定环57在外螺纹55上不断继续转动和拧紧。

为了使测试盒所需的上述作为电连接用的柔性电路板73在固定环57的机械固定和拧紧时不受损坏，在差压壳体段63的外周上铣掉一个面或一个槽85，这样在用工具拧紧固定环57时，向外径向伸出的柔性电路板73就不受损坏。

然后将这种准备好的半成品结构放入上述油罐中、抽真空并将油注入基准压力室83中，径向注油槽87带有一根嵌入的连接钢管89，这根钢管同样也与基准压力壳体段63的材料钎焊。

可焊材料制成的连接钢管89的钎焊与膜片69的钎焊或差压壳体段63与壳体下部的钎焊同时进行。

当基准压力室83注满油时(此时油流入测试盒13的内部)，注油孔87用一个塞子91密封。由于塞子91和连接钢管89都用可焊材料制成，所以两者可理想地焊在一起。

然后可将外边的电路板93焊到向内引入壳体中的柔性电路板73的外部自由端上。

Claims (12)

1.压阻式压力传感器或压力检测器具有：

-一个压力测试盒(13)；

-一个容纳该压力测试盒(13)并最好用油作为压力传递介质注满的传递膜片壳体(7)，此壳体(7)由一个外壳段、一个传递膜片(17)和一个最好构成玻璃引线板的从压力测试盒(13)引出的接触导线(23)穿过的后板(21)组成；

-一个设置在测试膜片侧的连接壳体(3)带有一个位于测试膜片侧的液体压力室(19)；

其特征是，

-传递膜片壳体(7)的外壳段包括一个压力室套管(33)；

-压力室套管(33)和后板(21)用可焊的钢材制成；

-传递膜片壳体(7)和压力室套管(33)都密封地嵌入或可嵌入连接壳体(3)的一个环形槽(31)中；

-连接壳体(3)用不可焊或难焊的材料制成；

-压力室套管(33)和后板(21)在构成的测试盒-压力内腔(15)中的压力传递介质的密封状态下进行永久性的密封焊接。

2.按权利要求1的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，传递膜片(17)和压力室套管(33)相互钎焊。

3.按权利要求1或2的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，传递膜片(17)和压力室套管(33)特别是在朝向传递膜片(17)并与之连接的环形端面上在连接壳体(3)的内腔中用一个环形台阶(35)和/或用其外周面至少部分地与连接壳体(3)邻接的圆筒形内壁钎焊。

4.按权利要求1至3任一项的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，在压力室套管(33)的轴向延长方向内，在传递膜片(17)边缘的夹层支座的下边设置有一个延长套管(43)，而且由延长套管(43)、传递膜片(17)和压力室套管(33)构成的单元密封装入连接壳体(3)的一个适当环形槽(31)中。

5.按权利要求4的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，由压力室套管(33)、传递膜片(17)和延长套管(43)构成的单元在连接壳体(3)的适当环形槽(31)中与连接壳体(3)钎焊。

6.按权利要求4的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，由压力室套管(33)、传递膜片(17)和延长套管(43)构成的单元相互焊接并作为焊接单元密封嵌入连接壳体(3)的环形槽(31)中。

7.按权利要求6的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，由压力室套管(33)、传递膜片(17)和延长套管(43)构成的焊接单元通过台阶(35)前端限定的适当环形槽(31)与连接壳体(3)钎焊。

8.按权利要求4的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，由压力室套管(33)、传递膜片(17)和延长套管(43)构成的焊接单元用一个至少在压力室套管高度内放入环绕连接壳体(3)的环形槽内的O形密封圈(37)密封。

9.按权利要求1至8任一项的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，延长套管(43)用一根切断的管材制成。

10.按权利要求1至9任一项的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，注满压力传递介质和必要时容纳压力测试盒(13)或与此压力测试盒(13)连通的壳体(62)用不可焊的材料制成，此壳体(62)包括一个必要时设置的膜片(69)用钎焊封接，而且在此壳体中设置有一个通入壳体内侧的注油槽(87)，此槽中焊接有一个连接管(89)，此连接管用可焊材料制成并用一个可焊材料制成的密封塞子(91)进行密封。

11.按权利要求1至10任一项的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，设置有注油槽(87)的壳体(62)构成基准压力或差压壳体(62)，此壳体在轴向延长方向内与连接壳体(3)配装并用一个固定装置(59)与连接壳体(3)牢固连接。

12.按权利要求1至11任一项的压阻式压力传感器或压力检测器，其特征是，压力测试盒(13)的内侧用一根穿过后板(21)的管子与基准压力壳体(62)中构成的压力室(83)连通。

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