[发明专利]用于介质隔离压力变换器的金属/热塑性塑料端口设计

说明书

技术领域

实施例中通常涉及感测装置及其方法。实施例还涉及压力变换器。实施例还涉及用于压力感测装置的端口部件。 

发明背景 

许多方法和装置已经用于压力感测。压力传感器和压力变换器得到广泛的应用。许多情况中，需要测量对变换器材料有害的或者有腐蚀性的流体介质的压力，例如水、燃料、油、酸、基料、溶剂、其他化学药品、和腐蚀性气体。大量的应用中十分需要介质兼容压力传感器，但是其在任何目前现有技术中在满意的耐用性、性能、或者价格特性方面是不存在的。这就需要一种具有多种性能并且成本优于现有技术还能够提供目前不能实现的新能力的介质兼容压力传感器组件。 

压力是最常见的被测的物理变量之一。虽然压力测量器具已经应用了几十年，廉价的固态硅压力变换器的激增导致压力变换器在数量方面和应用类型方面得到巨大增长。多数通用的压力变换器是使用薄的硅膜片的固态硅压力变换器，该薄硅片响应于被施加的压力而被加压。该应力通过形成在该膜片上的压电陶瓷元件来测量。 

压力变换器还能由类似的使用金属箔隔膜或薄膜压力感测元件来形成。在某些例子里，一个或者两个压力感测隔膜是平行金属板电容器的一部分，其通过探测与一个承重金属板或者多个金属板的偏转相关的电容变化来测量被施加的压力。其他的压力测量技术包括弹簧承重构件，其运动响应于被施加的压力。还有多种其他的压力测量技术应用于真空压力测量。 

压力变换器能够用于测量多种流体介质的压力，包括但不限于：空气、氮气、工业处理气体、水、汽车液体、气动流体、冷却剂、和工业化学药品。在许多重要的应用中，压力变换器必须测量的是对其自身有腐蚀性的和有害的介质。在这些情况中，压力变换器必须要么被建造成能够抵抗介质影响的方式，要么变换器必须以某种方式实现在测量的时候与介质的影响物理隔离。 直到今天，压力传感器对于许多应用来说要么不能适当地保护介质兼容性，要么被高昂的成本抑制。 

许多不同类型的压力传感器已经发明出来。绝大部分的压力变换器通过不锈钢室来保护介质兼容性，使用单独的不锈钢隔膜在介质和压力感测元件之间提供一个挡板。该钢隔膜和压力感测元件之间的空体积由液体充满，例如硅树脂油。当该钢隔膜由于外部施加的力而偏转时，实质上不可压缩的流体将该压力传递到内部压力感测元件上，其生成一个正比于该压力的电压或者电流信号。虽然这些不锈钢组件压力变换器被广泛应用，但是他们有包括相对比较复杂和成本高的几个缺点。 

在一些工业应用中，可能优选坚固的钢室而忽略价格，对于介质兼容压力传感器的大量应用中钢组件的成本高的惊人。还有，虽然很薄，但由于钢的高模数，钢隔膜还是与生俱来的刚强。这就导致施加压力灵敏度的丢失，这对于变换器性能是不希望的，特别是在施加较低压力的时候。 

这些类型的传感器对于温度也与生俱来的敏感。温度升高引起内部流体膨胀。由于钢隔膜的限制，流体的压力上升，产生一个错误的压力读数。该温度灵敏度通常由外部被动的或者主动的电子元件来进行修正，这就增加了变换器的成本。第四，不锈钢材料在许多介质应用中不能满足要求。不锈钢材料最终将在特定的具有恶劣的酸或者基料存在的环境中受到腐蚀。在某些应用中，例如在半导体工艺或者生物医学的应用中，即使钢对于考虑中的化学物质影响是具有抵抗力，微小的痕量钢或者可腐蚀性产品释放到介质中也是不能允许的。还有，钢室实质上增加了变换器的尺寸和重量。 

介质隔离于压力变换器的例子是公知的。一个用于压力感测的包括介质兼容装置的例子，其中介质兼容压力传感器利用了不需要所述附件即可组装的自校准元件。另一个例子包括相对小比例的压力感测装置，其被设计设置在离各种介质最近的位置，由此来测量压力。在这种装置中，用于压力感测装置的介质兼容组件包括模制的聚合体室和隔膜，其装配并且隔离压力感测装置，在操作中接触任何类型的腐蚀性或者非腐蚀性介质来测量压力。这种装置中的各种压力传感器组件室主要包括主腔，压力传感器安装在其中，聚合体隔膜粘接在主腔中的室上，一个或者更多介质端口在隔膜的侧面通向压力端口，并且压力传送腔在该隔膜另一侧面，压力传感器位于该侧面上。