[发明专利]具有增强的介电填充流体的工业压力传感器

说明书

技术领域

本发明大致涉及用在工业过程控制系统中的过程仪器。尤其是，本发明涉及用在压力变送器中的电容压力传感器。

背景技术

过程仪器被用于监控在工业过程中使用的过程流体的过程参数，例如压力、温度、流量和水平。例如，过程传感器一般使用在工业制造设施中在多个地点处以便监控沿不同生产线的多种过程参数。过程变送器包括传感器，传感器响应于过程参数的物理变化而产生电输出。例如，压力变送器包括电容压力传感器，其产生电输出作为例如过程流体的压力的函数，例如水位线、化学槽等。每个过程变送器还包括变送器电子装置，用于接收和处理传感器的输出，从而可以本地或远程地监控变送器和过程参数。本地监控的变送器包括显示器，例如LCD屏，其示出在过程变送器位置的电输出。远程监控的变送器包括电子装置，所述电子装置在控制环或网络上发送电输出到中央监控场所，例如控制室。构造成这样，则通过包括自动开关、阀、泵和在控制环中的其他类似部件，能从控制室调整过程参数。

典型的用在压力变送器中的电容压力传感器包括固定的电极板和典型地包括柔性感测膜的可调节的电极板。感测膜通过简单的液力系统连接到过程流体，该系统将过程流体压力传递到传感器。该液力系统包括密封的通道，在该通道中感测膜位于第一端，而柔性隔离膜位于第二端以接合过程流体。密封的通道被精确数量的液压流体填充，当过程流体影响隔离膜时，这些流体调节感测膜的位置。当过程流体的压力变化时，感测膜的位置改变，导致压力传感器的电容改变。压力传感器的电输出与电容有关，因而随着过程流体压力的变化而成比例地改变。

压力传感器的电容受到三个主要因素的控制：电极板的表面面积、电极板之间的距离，以及电极板之间的物质(一般为填充流体)的介电常数的幅度。通常期望的是制造尽可能小的压力传感器，从而这些压力传感器可以用在许多应用中。为了能正常工作，电极之间间隔的下限受到电容器的能力的限制。板的表面面积的下限由压力传感器产生信号的需要来表示，所述信号具有与变送器电子装置相容的最小强度。在板之间的物质的介电常数受到填充流体的种类的限制，该填充流体需要和液压系统相容。基于这些设计约束条件，典型的用在电容压力传感器中的电极板的最小直径一般限制到约0.4英寸(～1厘米)或更大，导致压力传感器具有约1.25英寸(～3.175厘米)的直径。此外，过去的制造过程无法制造更小的电容压力传感器，其需要极小的容差来达到期望的精度。因此，需要更小的具有改进的电容的电容压力传感器。

发明内容

本发明关注的是用在工业过程变送器中的电容压力传感器。该压力传感器包括壳体、感测膜、电极和填充流体。该壳体包括设置在壳体内的内部腔以及从壳体的外部延伸到该内部腔的通路。感测膜设置在内部腔内。电极设置在内部腔内以与感测膜相对。填充流体占据内部腔从而来自通路的压力被传递到感测膜上以调节电极和感测膜之间的电容。填充流体具有高于约3.5的介电常数。在另一实施例中，压力传感器具有小于大约3.175厘米(～1.25英寸)的直径，电极的直径小于大约1厘米(～0.4英寸)。在另一实施例中，压力传感器具有大约5到大约10皮法的电容。在又一实施例中，填充流体由具有液体添加剂的液压流体构成，所述液体添加剂例如是异丙醇、丙酮、乙烯乙二醇以及丙三醇。

附图说明

图1示出包括压力变送器的过程控制系统，该压力变送器具有本发明的电容压力传感器；

图2示出图1的压力变送器的示意性侧视图，包括构造为用于差动压力测量的电容压力传感器；

图3示出用在图2的压力变送器中的差动压力模块的透视图。

具体实施方式