CN216717672U - 宽量程压力测量膜盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽量程压力测量膜盒，包括两个或以上的电容式的差压传感器模块和两个压力传导通道，各个差压传感器模块的测量范围依次升高，且测量范围相邻的两个差压传感器模块的测量范围部分重叠，从而获得连续的量程，差压传感器模块内设有由膜片分隔形成的两个密封的感应腔，每个感应腔分别连接有引压管，每个差压传感器模块的两个引压管分别与两个压力传导通道一一对应并连通，差压传感器模块具有过载保护功能。本实用新型的有益效果：量程比大幅提高，同时兼顾测量精度。

Description

宽量程压力测量膜盒

技术领域

本实用新型涉及一种压力测量装置，具体涉及一种宽量程压力测量膜盒。

背景技术

压力变送器广泛应用于流体压力和流量测量装置上。一类压力变送器的核心检测元件是膜片式差压传感器。膜片式差压传感器将流体不同位置的两个压力信号转换为电容信号的变化，接着后端的检测电路对电容信号的变化进行处理，得到外加压力的差压值。

膜片式差压传感器包括两个圆盘状的膜座，两个膜座之间设有测量膜片，两个膜座对焊连接，将测量膜片夹紧。测量膜片与两个膜座之间分别设有用于容纳硅油的感应腔，两个感应腔分别连接有引压管，引压管将外部待测压力引入测量膜片两侧。由于两侧压强不同，测量膜片向压强较小侧变形，变形量的大小反映为电容信号的变化。

一般来说，单个压力测量模块内配置一个膜片式差压传感器，这一膜片式差压传感器的性能参数固定，具有固定的压力测量范围。并且，测量范围值与测量精度难以兼顾，高测量范围值的膜片式差压传感器相对精度较低，而膜片式差压传感器相对精度较高时，测量范围值较低。但一些应用场景对测量范围的宽度要求较大，并且要求测量精度高。因此，需要从整体结构考虑，以使传感器模块满足宽量程、高精度的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种宽量程压力测量膜盒。

其技术方案如下：

一种宽量程压力测量膜盒，其关键在于，包括两个或以上的电容式的差压传感器模块和两个压力传导通道，各个所述差压传感器模块的测量范围依次升高，且测量范围相邻的两个所述差压传感器模块的测量范围部分重叠，从而获得连续的量程；

所述差压传感器模块内设有由膜片分隔形成的两个密封的感应腔，每个所述感应腔分别连接有引压管；

每个所述差压传感器模块的两个所述引压管分别与两个所述压力传导通道一一对应，与同一所述压力传导通道对应的所有所述引压管均与该压力传导通道连通；

所述差压传感器模块具有过载保护功能。

作为优选技术方案，上述差压传感器模块包括两个圆盘状的第一膜座，两个所述第一膜座之间夹设有膜片，两个所述第一膜座边缘对焊连接以将所述膜片固定，每个所述第一膜座与所述膜片之间形成密封的所述感应腔；

不同测量范围的所述差压传感器模块的所述膜片在相同压差下的偏移变形量不同；

所述差压传感器模块的所述膜片在变形量最大时贴靠相应的所述第一膜座。

作为优选技术方案，较高测量范围的所述差压传感器模块的膜片厚度大于较低测量范围的所述差压传感器模块的膜片厚度。

作为优选技术方案，每个所述差压传感器模块分别对应其感应腔设置有静压补偿结构；

所述静压补偿结构包括设置在每个所述第一膜座外的第二膜座，所述第二膜座与相应的所述第一膜座外侧边缘密封固定连接，所述第二膜座与相应的所述第一膜座之间围成稳压腔，所述稳压腔与位于所述膜片同侧的所述感应腔连通。

作为优选技术方案，上述第二膜座与所述第一膜座结构相同；

所述第一膜座朝向所述膜片一侧开有凹槽，所述第二膜座上的凹槽朝向相应的所述第一膜座外侧面；

每个所述感应腔连接的所述引压管向外先后密封穿过所述第一膜座和第二膜座，并在相应的所述稳压腔内开口。

作为优选技术方案，上述第一膜座包括玻璃材质的内圆盘和金属材质的外圆盘，所述内圆盘的内侧面上开设有所述凹槽，所述内圆盘与所述外圆盘熔结，所述内圆盘的外侧面和边缘被所述外圆盘覆盖；

所述膜片为金属材质，两个所述第一膜座的外圆盘的边缘夹持所述膜片并焊接连接；

所述引压管包括直管和弯管；

所述直管穿设在所述第一膜座中心，该直管的两端分别开口于所述内圆盘的凹槽槽底面和外圆盘外侧面，该直管管壁与所述内圆盘和外圆盘密封；

所述第二膜座中心穿设有所述弯管，该弯管的内端开口于所述第二膜座的凹槽槽底面，该弯管的内端与所述直管的外端正对，该弯管的外端向外穿出所述第二膜座，该弯管的外壁与所述第二膜座密封。

作为优选技术方案，每个所述第一膜座的内侧面上分别设有镀膜电极，该镀膜电极与所述膜片的相应侧面形成测量电容，每个所述第一膜座的镀膜电极分别连接有第一信号引线，所述第一信号引线分别密封穿出所述第一膜座；

所述第二膜座的内侧面也设有镀膜电极，该镀膜电极与相应的所述第一膜座外侧的金属面正对以形成补偿电容，所述第二膜座内侧面上的所述镀膜电极连接有第二信号引线，所述第二信号引线密封穿出所述第二膜座。

作为优选技术方案，上述第二信号引线内端连接在所述第二膜座内侧面的所述镀膜电极上；

所述第一膜座和所述第二膜座的所述凹槽内壁上设有所述镀膜电极；

所述第一信号引线或第二信号引线与相应所述镀膜电极的连接点靠近对应所述凹槽的边缘。

作为优选技术方案，上述内圆盘局部向外延伸出所述外圆盘的外壁圆周面，从而形成延伸块，所述第一信号引线从所述内圆盘内向外经所述延伸块引出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：不同测量范围的差压传感器模块结合，各自获得的压差信号供测量电路选择使用，并且差压传感器模块具有自保护功能，进行不同压力测量时无需进行物理切换，量程比大幅提高，同时兼顾测量精度。

附图说明

图1为具有宽量程压力测量膜盒的压力测量装置的结构示意图；

图2为差压传感器模块的结构示意图；

图3为压力测量装置的分解结构示意图；

图4为压力测量装置的第一个视角的结构示意图；

图5为图4中A-A剖视图；

图6为图5中m部放大图；

图7为图4中B-B剖视图；

图8为压力测量装置的第二个视角的结构示意图；

图9为图8中C-C剖视图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种宽量程压力测量膜盒，包括两个或以上的电容式的差压传感器模块100和两个压力传导通道，各个所述差压传感器模块100的测量范围依次升高，且测量范围相邻的两个所述差压传感器模块100的测量范围部分重叠，从而获得连续的量程。

如图2，所述差压传感器模块100内设有由膜片120分隔形成的两个密封的感应腔130，每个所述感应腔130分别连接有引压管160。每个所述差压传感器模块100的两个所述引压管160分别与两个所述压力传导通道一一对应，与同一所述压力传导通道对应的所有所述引压管160均与该压力传导通道连通。所述差压传感器模块100具有过载保护功能。每个所述差压传感器模块100分别对应其感应腔130设置有静压补偿结构。

所述差压传感器模块100包括两个圆盘状的第一膜座110，两个所述第一膜座110之间夹设有金属材质的膜片120，两个所述第一膜座110边缘对焊连接以将所述膜片120固定，每个所述第一膜座110与所述膜片120之间形成密封的所述感应腔130。不同测量范围的所述差压传感器模块100的所述膜片120在相同压差下的偏移变形量不同。一种具体的实施方式为，通过为不同差压传感器模块100配置不同厚度的膜片120，从而获得适当的变形率。较高测量范围的所述差压传感器模块100的膜片120厚度大于较低测量范围的所述差压传感器模块100的膜片120厚度。此外，还可以使用不同材质的膜片120，由于各个膜片120的弹性模量不同，也能够获得具有不同测量范围的差压传感器模块100。

所述差压传感器模块100的所述膜片120在压力差作用下，向压强较低侧变形，在变形量最大时贴靠相应的所述第一膜座110，从而实现过载保护。

所述静压补偿结构用于抑制第一膜座110在感应腔130内液体高压作用下向外变形。静压补偿结构包括设置在每个所述第一膜座110外的第二膜座140，所述第二膜座140与相应的所述第一膜座110外侧边缘密封固定连接，所述第二膜座140与相应的所述第一膜座110之间围成稳压腔150，所述稳压腔150与位于所述膜片120同侧的所述感应腔130连通。

所述第二膜座140与所述第一膜座110结构相同。所述第一膜座110朝向所述膜片120一侧开有凹槽，所述第二膜座140上的凹槽朝向相应的所述第一膜座110外侧面。每个所述感应腔130连接的所述引压管160向外先后密封穿过所述第一膜座110和第二膜座140，并在相应的所述稳压腔150内开口。

每个所述第一膜座110的内侧面上分别设有镀膜电极。每个第一膜座110内侧面的镀膜电极以及与其正对的膜片120相应侧面组成一个第一电容，即测量电容。每个所述第一膜座110的镀膜电极分别连接有第一信号引线170，所述第一信号引线170分别密封穿出所述第一膜座110。

所述第二膜座140的内侧面上分别设有镀膜电极，所述第一膜座110的外侧面为金属面，所述第二膜座140的内侧面上的镀膜电极与第一膜座110的外侧金属面组成第二电容，即补偿电容。第二膜座140的所述镀膜电极连接有第二信号引线180，所述第二信号引线180密封穿出所述第二膜座140。

本实施例中，所述第一膜座110包括玻璃材质的内圆盘111和金属材质的外圆盘112，所述内圆盘111的内侧面上开设有所述凹槽，所述内圆盘111与所述外圆盘112熔结，所述内圆盘111的外侧面和边缘被所述外圆盘112覆盖。两个所述第一膜座110的外圆盘112的边缘夹持所述膜片120并焊接连接。

所述内圆盘111局部向外延伸出所述外圆盘112的外壁圆周面，从而形成延伸块113，所述第一信号引线170从所述内圆盘111内向外经所述延伸块113引出。这样的结构主要从工艺角度考虑，制造第一膜座110时，第一信号引线170被包埋在内圆盘111内一体成型。第二信号引线180在第二膜座140上的安装结构与第一信号引线170相同。这种结构使第一信号引线170或第二信号引线180以及镀膜电极均与外圆盘112绝缘。

所述凹槽内壁上设有所述镀膜电极。所述第一信号引线170或第二信号引线180与相应镀膜电极的连接点靠近对应凹槽的边缘，以便于加工。

传感器组装完成后，金属材质的所有外圆盘112与膜片120焊接，形成一个导体，所有外圆盘112与膜片120连接同一电容引线，该电容引线与第一信号引线170形成测量电容的两个引线，该电容引线与第二信号引线180形成补偿电容的两个引线。所有第一信号引线170、第二信号引线180以及电容引线均连接至外部信号处理电路。

在压力差存在的条件下，膜片120向压力较小侧变形，从而引起两个第一电容的电容大小改变，形成的电容变化信号分别从第一信号引线170传导至外部信号处理电路，从而用于计算差压。对于每个第一膜座110，由于其两侧的稳压腔150与感应腔130内液压始终一致，因此可以抑制高压状态下第一膜座110向外变形，从而提高测量精度。这是从机械角度提高测量精度。

由于硅油是第二电容两极板之间的介质，当其温度发生变化时介电常数将发生变化，从而使补偿电容的电容大小改变。同时，虽然第一膜座110的向外变形被抑制，但第一膜座110受到的液体压力被传递至膜片120同侧的第二膜座140，于是第二膜座140发生微弱的向外变形，也使得补偿电容的电容大小改变。形成的电容变化信号分别从第二信号引线180传导至外部信号处理电路。这一信号可以用于检测硅油温度、静压等参数，也可以代入压力值的计算，用于修正基于测量电容测得的差压值，进一步从电学角度提高传感器的测量精度。

引压管160的一种具体的结构为，引压管160包括直管161和弯管162。第一膜座110中心穿设有直管161，该直管161的两端分别开口于所述凹槽槽底面和外圆盘112外侧面，该直管161管壁与所述内圆盘111和外圆盘112密封；第二膜座140中心穿设有弯管162，该弯管162的内端开口于所述第二膜座140的凹槽槽底面，该弯管162的内端与所述直管161的外端正对，该弯管162的外端向外穿出所述第二膜座140，该弯管162的外壁与所述第二膜座140密封。

实施例二

如图1、3、4和8所示，一种压力测量装置，包括如实施例一的压力测量膜盒，该压力测量膜盒包括两个圆柱状的差压传感器模块100。两个差压传感器模块100下方设置有引压座200，引压座200上设有凸台，两个差压传感器模块100并排设置在凸台上方。

结合图4～6可以看到，所述引压座200上对应两个所述引压管160分别开设有引压通道210，两个所述引压通道210的上端均开口于引压座200的凸台上表面，两个所述引压通道210的下端分别开口于引压座200的一对相对侧壁上，所述引压通道210的下端开口为喇叭口，每个喇叭口上密封覆盖有弹性的隔离膜片220。引压通道210内充满硅油。两个隔离膜片220所在的引压座200侧壁上分别安装有取压座300，取压座300上开设有取压区，取压区正对相应的隔离膜片220。

两个所述引压通道210的上端口分别位于两个差压传感器模块100两端外，在每个引压通道210的上端口分别设置有引压管插座230。两个差压传感器模块100分居于两个引压管插座230连线两侧。两个差压传感器模块100的引压管160的弯管162从相应的第二膜座140引出后，先水平延伸至相应的引压管插座230上方，接着向下延伸***该引压管插座230并密封。如图6所示，引压管插座230包括柱状的插座本体，在该插座本体内贯穿有两个过液孔231，两个过液孔231均与插座本体的轴向平行。所述引压通道210的上端口孔径增大形成插孔，引压管插座230固定插设在插孔内。两个过液孔231的内端均与插孔连通，从两个过液孔231的外端分别***有一根引压管160。引压管160可以使用金属管，两根引压管160均与引压管插座230钎焊密封。这样，两个差压传感器模块100并联连接两个引压通道210，两个引压通道210即构成实施例一中所说的压力测量膜盒的压力传导通道。

所述引压管160为硬质管，两根所述引压管160支撑所述传感器模块100以使其悬空设置在所述引压座200上方。这种装配方式，避免了现有设计中传感器与引压座200以紧固连接方式安装引起的传感器壳体变形，从而可以避免装配应力引起第一膜座110发生变形导致的测量精度损失。

如图3所示，所述引压座200包括圆柱部201，所述圆柱部201的端面位于竖向面上，所述圆柱部201的圆周面上设有传感器安装块202，该传感器安装块202位于所述圆柱部201上方。

两个所述引压通道210的下端口分别开设于所述圆柱部201的两个端面上。所述引压通道210包括竖向段和水平段(图中未示出)，其中竖向段上端开口于引压座200上表面，竖向段下端连接水平段，水平段的一端与竖向段下端连通，水平段的另一端向外延伸至圆柱部201端面。两个喇叭口中心分别位于两个圆柱部201的端面中心，两个引压通道210的水平段相互错开，水平段的外端开口于喇叭口内壁，并偏离中心位置。

如图3、7～9所示，所述圆柱部201的两个端面上分别设有取压座300，所述取压座300扣罩在相应的所述隔离膜片220上，两个所述取压座300分别抵靠所述圆柱部201的两端面并密封。

如图7和9所示，所述取压座300朝向所述隔离膜片220的面上开设有取压孔310，所述取压孔310为盲孔，所述取压孔310与所述隔离膜片220正对以形成取压区，该取压区与开设在所述取压座300上的取压流道330连通。所述取压座300上贯穿有所述取压流道330，所述取压流道330与所述装配孔320垂直相交并连通。本实施例中，取压流道330沿着水平方向贯穿取压座300，在取压座300上沿着竖直方向开设有取压支流道360，取压支流道360内端与取压孔310连通，外端开口于取压座300下表面。这样，在取压座300上形成了三个方向上的取压通道，便于测量时灵活选择取压通道与外部压力源连接。

如图3和9所示，所述取压座300对应所述取压流道330的两端口的侧壁上或对应取压支流道360外端口的底壁上分别一体成型有取压法兰340，所述取压流道330的两端口或取压支流道360外端口分别从相应的所述取压法兰340穿出。

所述取压孔310的开口所在的所述取压座300面上开设有装配孔320，所述装配孔320的孔径大于所述取压孔310孔径，所述装配孔320与所述取压孔310共孔心线以形成台阶孔，所述装配孔320内壁套在所述圆柱部201的相应端部。所述装配孔320的孔底上开设有环槽，该环槽环绕所述取压孔310，该环槽内设置有密封圈321，该密封圈321将所述装配孔320的孔底与所述圆柱部201的相应端面密封。

所述取压座300上贯穿有至少两个螺孔350，所述螺孔350平行于所述装配孔320设置，所有所述螺孔350环绕所述装配孔320分布。两个所述取压座300上的对应螺孔350内穿设螺栓，以使两个所述取压座300夹紧所述圆柱部201。

两个取压座300对称设置，其与圆柱部201之间的装配结构简单紧凑，也最大程度地降低了尺寸公差、装配应力对压力传导通道的影响，如装配应力可能带来的隔离膜片220变形。

取压座300用于与被测压力源连接，将压力传递给相应的隔离膜片220。

测量时，两个取压座300分别连接流体流动路径上的两个位点，两个不同位点的流体进入相应的取压区，流体压力作用于相应的隔离膜片220，并经硅油传导至膜片120，从而测量两处的流体压力差。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽量程压力测量膜盒，其特征在于：包括两个或以上的电容式的差压传感器模块(100)和两个压力传导通道，各个所述差压传感器模块(100)的测量范围依次升高，且测量范围相邻的两个所述差压传感器模块(100)的测量范围部分重叠，从而获得连续的量程；

所述差压传感器模块(100)内设有由膜片(120)分隔形成的两个密封的感应腔(130)，每个所述感应腔(130)分别连接有引压管(160)；

每个所述差压传感器模块(100)的两个所述引压管(160)分别与两个所述压力传导通道一一对应，与同一所述压力传导通道对应的所有所述引压管(160)均与该压力传导通道连通；

所述差压传感器模块(100)具有过载保护功能。

2.根据权利要求1所述的宽量程压力测量膜盒，其特征在于：所述差压传感器模块(100)包括两个圆盘状的第一膜座(110)，两个所述第一膜座(110)之间夹设有膜片(120)，两个所述第一膜座(110)边缘对焊连接以将所述膜片(120)固定，每个所述第一膜座(110)与所述膜片(120)之间形成密封的所述感应腔(130)；

不同测量范围的所述差压传感器模块(100)的所述膜片(120)在相同压差下的偏移变形量不同；

所述差压传感器模块(100)的所述膜片(120)在变形量最大时贴靠相应的所述第一膜座(110)。

3.根据权利要求2所述的宽量程压力测量膜盒，其特征在于：较高测量范围的所述差压传感器模块(100)的膜片(120)厚度大于较低测量范围的所述差压传感器模块(100)的膜片(120)厚度。

4.根据权利要求2所述的宽量程压力测量膜盒，其特征在于：每个所述差压传感器模块(100)分别对应其感应腔(130)设置有静压补偿结构；

所述静压补偿结构包括设置在每个所述第一膜座(110)外的第二膜座(140)，所述第二膜座(140)与相应的所述第一膜座(110)外侧边缘密封固定连接，所述第二膜座(140)与相应的所述第一膜座(110)之间围成稳压腔(150)，所述稳压腔(150)与位于所述膜片(120)同侧的所述感应腔(130)连通。

5.根据权利要求4所述的宽量程压力测量膜盒，其特征在于：所述第二膜座(140)与所述第一膜座(110)结构相同；

所述第一膜座(110)朝向所述膜片(120)一侧开有凹槽，所述第二膜座(140)上的凹槽朝向相应的所述第一膜座(110)外侧面；

每个所述感应腔(130)连接的所述引压管(160)向外先后密封穿过所述第一膜座(110)和第二膜座(140)，并在相应的所述稳压腔(150)内开口。

6.根据权利要求5所述的宽量程压力测量膜盒，其特征在于：所述第一膜座(110)包括玻璃材质的内圆盘(111)和金属材质的外圆盘(112)，所述内圆盘(111)的内侧面上开设有所述凹槽，所述内圆盘(111)与所述外圆盘(112)熔结，所述内圆盘(111)的外侧面和边缘被所述外圆盘(112)覆盖；

所述膜片(120)为金属材质，两个所述第一膜座(110)的外圆盘(112)的边缘夹持所述膜片(120)并焊接连接；

所述引压管(160)包括直管(161)和弯管(162)；

所述直管(161)穿设在所述第一膜座(110)中心，该直管(161)的两端分别开口于所述内圆盘(111)的凹槽槽底面和外圆盘(112)外侧面，该直管(161)管壁与所述内圆盘(111)和外圆盘(112)密封；

所述第二膜座(140)中心穿设有所述弯管(162)，该弯管(162)的内端开口于所述第二膜座(140)的凹槽槽底面，该弯管(162)的内端与所述直管(161)的外端正对，该弯管(162)的外端向外穿出所述第二膜座(140)，该弯管(162)的外壁与所述第二膜座(140)密封。

7.根据权利要求6所述的宽量程压力测量膜盒，其特征在于：每个所述第一膜座(110)的内侧面上分别设有镀膜电极，该镀膜电极与所述膜片(120)的相应侧面形成测量电容，每个所述第一膜座(110)的镀膜电极分别连接有第一信号引线(170)，所述第一信号引线(170)分别密封穿出所述第一膜座(110)；

所述第二膜座(140)的内侧面也设有镀膜电极，该镀膜电极与相应的所述第一膜座(110)外侧的金属面正对以形成补偿电容，所述第二膜座(140)内侧面上的所述镀膜电极连接有第二信号引线(180)，所述第二信号引线(180)密封穿出所述第二膜座(140)。

8.根据权利要求7所述的宽量程压力测量膜盒，其特征在于：所述第二信号引线(180)内端连接在所述第二膜座(140)内侧面的所述镀膜电极上；

所述第一膜座(110)和所述第二膜座(140)的所述凹槽内壁上设有所述镀膜电极；

所述第一信号引线(170)或第二信号引线(180)与相应所述镀膜电极的连接点靠近对应所述凹槽的边缘。

9.根据权利要求8所述的宽量程压力测量膜盒，其特征在于：所述内圆盘(111)局部向外延伸出所述外圆盘(112)的外壁圆周面，从而形成延伸块(113)，所述第一信号引线(170)从所述内圆盘(111)内向外经所述延伸块(113)引出。

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