專利名稱：具有不對稱隔板誤差的壓差傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相對壓力傳感器或者壓差傳感器，特別是具有液壓的壓力傳輸。這種具有液壓壓力傳輸?shù)膲毫鞲衅魍ǔ０ǎ哂袃蓚€半室的測量裝置，每個半室被隔膜封閉并且充滿傳輸?shù)慕橘|(zhì)。每個隔膜都承受測量壓力或者基準(zhǔn)壓力，其通過在各個半室中的隔膜傳輸。兩個半室通過一個基本傳感器相互隔開，其中基本傳感器具有壓敏元件，特別是測量隔膜，其在它的第一表面承受在第一半室的液壓并且在它的第二表面承受在第二半室的液壓。
隔膜具有有限的剛性，所以在每個半室中壓力與隔膜確定的壓力偏差為壓力dPm，其中壓力偏差dPm取決于隔膜的偏差。
如果作為測量元件的基本傳感器一般是很硬的，由于在第一線中的外部壓力的漂移，隔膜的偏差是可以忽略不計的。根本的偏差由在測量裝置的半室中傳輸介質(zhì)熱膨脹決定的。
由于設(shè)計上的邊界條件和制造誤差，制造具有完全對稱的半室是很難的，或者說實際不可能的。這就是說，在兩個半室體積之間存在很小的偏差，并且兩個隔膜的剛度也不是完全相同的。這樣導(dǎo)致，例如在兩個半室中傳輸液體被加熱時，具有兩個壓敏側(cè)面的測量元件承受不同的靜壓力，盡管例如在這兩個隔膜上作用相同的壓力。這樣就導(dǎo)致測量信號與溫度相關(guān)的零點偏置。因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種能克服上述缺陷的壓差傳感器。
通過根據(jù)權(quán)利要求1的壓差傳感器解決本發(fā)明的任務(wù)。由獨立權(quán)利要求、描述和


了本發(fā)明的其他優(yōu)點和要點。
根據(jù)本發(fā)明的壓差傳感器包括測量裝置，其具有第一體積V1的第一半室，該第一半室由具有第一薄膜剛度E1的第一隔膜封閉，以及第二體積V2的第二半室，該第二半室由具有第二薄膜剛度E2第二隔膜封閉，其中第一半室與第二半室通過壓敏元件，特別是測量薄膜分開，并且第一半室被具有第一熱膨脹系數(shù)α1的第一傳輸液體充滿，第二半室被具有第二熱膨脹系數(shù)α2的第二傳輸液體充滿，其中由第一薄膜剛度乘第一體積乘第一熱膨脹系數(shù)的第一乘積基本等于由第二薄膜剛度乘第二體積乘第二熱膨脹系數(shù)的第二乘積(E1*V1*α1＝E2*V2*α2)，其中在設(shè)計上，第一乘積的至少一個系數(shù)不同于第二乘積的相應(yīng)系數(shù)。
通過技術(shù)尺寸確定的各個系數(shù)的乘積完全相同在實際的技術(shù)中從來沒有獲得，盡管一直在爭取。
所謂的基本相同指，乘積相互之間的偏差不超過1％，優(yōu)選的不超過0.3％并且最優(yōu)選的不超過0.1％。在上述偏差中乘積的相同必須滿足至少在20℃，優(yōu)選的在0℃至40℃，更優(yōu)選的在-20℃至60℃并且特別優(yōu)選的在-40℃至80℃。
在優(yōu)選的結(jié)構(gòu)形式中，測量裝置具有至少一種可調(diào)的填充物，其一般能改變第一或者第二半室中的體積，使前述根據(jù)本發(fā)明定義的乘積相同。可選兩個半室分別具有一種填充物。
考慮到相同的解決方案，可以連續(xù)改變半室體積的上述填充物的位置，此時多個填充物插入到相應(yīng)分別與半室相連的容納部分，上述的填充物例如可實現(xiàn)為支柱、螺栓或活塞。這種填充物例如可以是圓柱體或者圓盤，其在足夠的數(shù)量下插入到相應(yīng)的鉆孔中，直到每個半室的體積達到合適的期望值。為了確保填充物的安全，例如也可以提供壓力彈簧，其本身也是填充物并且被軸向地壓在圓柱體或圓盤和固定栓之間，該固定栓氣密地鎖住每個半室。
通常情況下，在兩個半室中使用相同的液壓傳輸介質(zhì)，所以第一個熱膨脹系數(shù)α1等于第二個熱膨脹系數(shù)α2。
通常至少一種傳輸液體適合熱膨脹系數(shù)仍是可能的，以便獲得根據(jù)本發(fā)明期望的乘積相等。在例如硅酮樹脂油和礦物油混合時，各種油的比例影響熱膨脹系數(shù)。所以可以通過油的混合調(diào)整期望的熱膨脹系數(shù)。同樣通過混合不同分子質(zhì)量的硅酮樹脂油可以調(diào)整熱膨脹系數(shù)。當(dāng)設(shè)計的自由度被其它參數(shù)限制的時候，必須專門選擇這種替換方式，也就是說，體積僅僅在很窄的范圍內(nèi)變化，第一半室和第二半室的體積互相如此偏差，以至于這不能通過合適的薄膜剛度這種更有意義方式補償。
顯而易見，隔膜的剛度也是一個參數(shù)，其在給定薄膜直徑和給定薄膜材料時，可以通過薄膜厚度或者通過起皺程度來調(diào)節(jié)。
為了實施本發(fā)明，因此在迫切要求在第一半室和第二半室不同體積的邊界條件下，通過薄膜剛度的調(diào)整進行第一次設(shè)計調(diào)整。在優(yōu)選的結(jié)構(gòu)形式中，具有第一體積的第一薄膜剛度的乘積等于具有第二體積的第二薄膜剛度的乘積。如果不能取得所謂的乘積相等，通過選擇具有合適熱膨脹系數(shù)來繼續(xù)進行調(diào)整。然而，上述的調(diào)整是設(shè)計特性并且一般設(shè)計壓力傳感器的總共的加工系列，為了調(diào)整由于制造誤差產(chǎn)生個別的熱零點浮動，那么可以通過填充物以上述的方式接著進行半室體積的微調(diào)整。
現(xiàn)在根據(jù)描述具體結(jié)構(gòu)形式的

本發(fā)明。
示出圖1穿過具有靜壓壓緊測量室的壓差傳感器的橫截面；圖2一個具有不對稱結(jié)構(gòu)的相對壓力傳感器；
圖3a一種用來檢查半室體積裝置的第一種實施例的詳細(xì)視圖；以及圖3b一種用來檢查半室體積裝置的第二種實施例的詳細(xì)視圖。
圖1中所示的壓差傳感器包括一個測量裝置1，其具有圓柱形基體6，在基體的兩個端面每個上都設(shè)置有薄膜床。通過薄膜床，隔膜3在圖左邊延續(xù)，薄膜的邊緣固定到基體6的端面。同樣地通過薄膜床，隔膜2固定到基體6的相對的端面。每一個壓力通道4、5從端面軸向向內(nèi)延伸到基體中，其中在這種實施例中，兩個通道分別流入部分管段中，其占了幾乎整個基體6的橫截面積。在兩個部分管段10、11之間設(shè)置有超載薄膜8，其比兩個隔膜2、3硬得多。通道12、13分別從兩個部分管段10、11上延伸至測量薄膜7的高壓側(cè)或者低壓側(cè)，測量薄膜設(shè)置在安裝于基體外殼表面的基本傳感器外殼9的內(nèi)部。因此測量薄膜將半室互相分開。基本傳感器被均勻地放置在基本傳感器外殼9的內(nèi)，也就是說，基本傳感器不僅在測量薄膜的范圍，而且也在它的承受傳輸液體壓力的外殼面積的范圍內(nèi)。在這種情況下，高壓側(cè)的壓力通過通道12作用在隔膜7的外表面和基本傳感器外部的外殼表面。低壓側(cè)的壓力通過通道13作用在隔膜7的內(nèi)表面和基本傳感器內(nèi)部的外殼表面。可以直接理解，上述基本傳感器的均勻拉力將導(dǎo)致高壓側(cè)和低壓側(cè)相同的體積。通過通道合適的結(jié)構(gòu)，也就是說，通過選擇通道的長度和通道直徑，也可以獲得相同的體積。特別地在理想情況下，在一個壓差傳感器時候，應(yīng)該在低壓側(cè)和高壓側(cè)使用相同的隔膜。同樣期望在高壓側(cè)和低壓側(cè)使用相同的傳輸液體，因為它們具有相同的熱膨脹系數(shù)和相同的粘性。也就是說，如果可能，在部分管中體積的設(shè)計調(diào)整是優(yōu)選的解決方案。為了在有些情況下選擇調(diào)整第一和第二半室的體積，因此在圖1中示出壓差傳感器也裝配了至少一個可調(diào)整的填充物。在后面根據(jù)圖3a和3b將繼續(xù)討論體積的微調(diào)整。如果根據(jù)設(shè)計的邊界條件不能進行體積調(diào)整，那么在根本相同的薄膜剛度情況下裝入具有不同熱膨脹系數(shù)的傳輸介質(zhì)。
圖2示出一種根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器，特別是一種相對壓力傳感器。測量裝置21包括具有基本上軸對稱結(jié)構(gòu)的基體26，其中在基體26的第一端面上設(shè)置一個薄膜床，通過它隔膜22的邊緣固定到基體26上。測量壓力通道24從薄膜床延伸到基本傳感器室30內(nèi)，其內(nèi)設(shè)置有基本傳感器27。一般情況下在基體中設(shè)置有填充通道31，其與壓力室30相連并且通過密閉元件28進行氣密。在示出的實施例中密閉元件是鋼球，鋼球定義了填充通道31中的深度，當(dāng)然在該位置還可以使用其它的密閉形式，這將在下面參考附圖3a和3b進行描述?；緜鞲衅靼惭b在壓力室30中它的氣密基面上并被均勻壓緊。因此測量裝置的第一個半室包括在隔膜22和薄膜床之間包圍的體積，測量壓力通道24，傳感器室30包圍基本傳感器27的體積和直到封閉元件28的填充通道31。由于該相對壓力傳感器應(yīng)該被溫度補償，空氣壓力不直接作用到基本傳感器27的薄膜的后面，而進行空氣壓力通過管33作用在空氣一側(cè)的隔膜23進行液壓的壓力傳輸，隔膜23通過薄膜床固定到基體26的第二端面上?；鶞?zhǔn)壓力通道25從在空氣一側(cè)的隔膜23下的薄膜床延伸至基本傳感器27的薄膜后面。在徑向方向上，填充通道29從基準(zhǔn)壓力通道25延伸至基體26的外殼表面，其中通道借助一個密封元件29密封，其通過調(diào)節(jié)深度的位置能控制體積。這里示出球29可以是其他密封元件，這將在下面參考附圖3a和3b進行描述。
在空氣一側(cè)的隔膜23和基本傳感器27的測量薄膜后面之間包圍的體積定義了第二個半室。由于在調(diào)整時，邊界條件使完全由具有各自體積的薄膜剛度的乘積調(diào)整很難，為了補償差別，在這時候也許應(yīng)該考慮選擇具有不同熱膨脹系數(shù)的硅酮樹脂油。
例如列AK是合適的硅酮樹脂油，通過人造化學(xué)獲得。在下表中給出硅酮樹脂油(二甲基聚硅醚)具有相同的基本結(jié)構(gòu)，僅鏈長有不同。
在理想的情況下，結(jié)構(gòu)應(yīng)該可以調(diào)節(jié)，使得薄膜剛度與所屬體積的乘積符合兩種油類型的膨脹系數(shù)關(guān)系。這種情況下注意，具有很小自由度熱膨脹系數(shù)的硅酮樹脂油的粘性確定了窄的限制。為了得到熱膨脹系數(shù)的中間值，用于微調(diào)整的硅酮樹脂油理論上可以混合成具有不同的熱膨脹系數(shù)。雖然現(xiàn)在微調(diào)整通過可調(diào)的填充物或者封閉元件進行，但是本發(fā)明具有通過混合傳出液體來調(diào)整熱膨脹系數(shù)的優(yōu)點。
現(xiàn)在根據(jù)圖3a和3b解釋兩種用于半室體積微調(diào)整的裝置。圖3a示出在測量裝置的外殼表面通過它的基體36的詳細(xì)視圖。填充通道42從外殼表面頸向向內(nèi)延伸并且流入到通道43，其是兩個半室中一個的組成部分。填充通道42在流入通道43前具有變窄的橫截面積，因此構(gòu)成軸向止端41，在其上放置填充體元件39、40。填充體元件39、40具有各自定義的體積，在固定高度和固定外徑的情況下通過填充物使中心鉆孔變化可以調(diào)節(jié)該體積。通過選擇合適的填充物，在所謂尺寸之間的自身較小乘積偏差可以被調(diào)整。填充物通過壓力彈簧38保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，壓力彈?8被軸向壓緊于填充物和螺栓封閉37之間。顯而易見，彈簧38同時也作為填充物。上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，由填充物擠出的傳輸液體能從相同的開口流出，其中使用填充物。如果在這種解決方法中不要求額外的外殼開口，因為向半室填充的開口不是必需的。就不同填充物的多樣性保持精確補償或者必須按要求加工具有限定體積的填充物，本方案的成本是高的。
圖3b示出一種用于調(diào)整半室體積裝置的變型，其不要求能存儲不同填充物或者一個尺寸加工的填充物。在這種變型時，基體46具有帶有細(xì)螺紋的鉆孔51，它流入通道52中，通道52是半室的部分。在細(xì)螺紋中旋緊一個活塞51，其中活塞的螺紋被加工得能與螺紋孔51緊緊地嚙合，以便實際中沒有傳輸液體可以穿過在活塞上的螺紋線流出。優(yōu)選的活塞的外殼表面涂敷一層密封材料，其在必要的情況下耐熱。填充通道55從通道52延伸到基體46的外殼表面，其中填充通道55在第一段具有比第二段小的直徑，第二段與第一段連接并且延伸到基體46的外殼表面。因此在第二段和第一段之間構(gòu)成了一個階梯，其軸向支撐鋼球53，鋼球的直徑比第一段直徑大比第二段的直徑小。通過穿孔的螺栓54鋼球被氣密地壓到軸向接觸面上，該螺栓的螺紋與第二段的壁嚙合。為了體積的微調(diào)整，首先擰開穿孔螺栓54，然后在鉆孔51旋動活塞50來調(diào)整體積，其中被擠出傳輸介質(zhì)通過排出通道55經(jīng)過球53和穿孔螺栓54流出。在調(diào)整到期望的體積后，重新裝上螺栓54。為了固定活塞50，可以使用填料48。此外，為了避免無意中調(diào)節(jié)體積，在基體46的外殼表面上鉆孔51可以用保護螺栓47封閉。
權(quán)利要求
1.相對壓力傳感器或者壓差傳感器，包括測量裝置(1)，其具有第一體積的第一半室(4)，該第一半室由具有第一薄膜剛度的第一隔膜(2)封閉；以及第二體積的第二半室(5)，該第二半室由具有第二薄膜剛度的第二隔膜(3)封閉，其中第一半室(4)與第二半室(5)通過測量薄膜(7)分開，并且第一半室(4)充滿具有第一熱膨脹系數(shù)的第一傳輸液體，第二半室(5)充滿具有第二熱膨脹系數(shù)的第二傳輸液體，其特征在于，由第一薄膜剛度乘第一體積乘第一熱膨脹系數(shù)的第一乘積基本等于由第二薄膜剛度乘第二體積乘第二熱膨脹系數(shù)的第二乘積，其中在設(shè)計上，第一乘積的至少一個系數(shù)不同于第二乘積的相應(yīng)系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的壓力傳感器，其中第一薄膜剛度與第二薄膜剛度不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的壓力傳感器，其中第一體積與第二體積不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一個的壓力傳感器，其中第一熱膨脹系數(shù)與第二熱膨脹系數(shù)不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3的壓力傳感器，其中第一熱膨脹系數(shù)等于第二熱膨脹系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一個的壓力傳感器，進一步包括至少一個用于微調(diào)整半室體積的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5中的壓力傳感器，其中為兩個半室分分別設(shè)定一個用于微調(diào)整半室體積的裝置。
全文摘要
一種不對稱設(shè)計的壓差傳感器包括一個測量裝置，其具有第一體積V
文檔編號G01L19/06GK1672025SQ03818080
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月30日
發(fā)明者迪特弗里德·布爾奇克, 沃爾夫?qū)させ魻?申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司