[发明专利]具有隔膜的压力传感器以及包括其的深度计

说明书

技术领域

本发明涉及压力传感器，该压力传感器包括：主体，所述主体具有用于接收加压流体的腔以及围绕所述腔的支承元件；盖，所述盖用止挡带紧固到主体，止挡带具有与主体的支承元件相对应的封闭轮廓；隔膜，所述隔膜设置在主体与盖之间以便密封压力腔且在其两侧之间的压力差的影响下能够弯曲，其中隔膜的外围区域设置在所述支承元件与所述止挡带之间；以及传输机构，所述传输机构连接到隔膜的中心区域，用于将隔膜挠曲数据传输到测量或指示机构。本发明还涉及包含这类压力传感器的深度计。

背景技术

在所使用的压力传感器中，尤其是在压力计或深度计中，隔膜(也称为“膜”)通常采用金属盘的形式，具有同心波纹以便改变弹性挠曲幅值。这类隔膜可通过焊接(例如，见德国专利申请No.10147124)固定到传感器中，但是也可以在不用焊接的情况下例如通过夹持来固定，这可见于WO专利申请No.01/01098。然而，这种隔膜的精确制造十分复杂且再生产水平不高。而且，在传感器经受超过操作压力的压力时，不容易阻止隔膜经受塑性变形。

因此，寻求使用平坦隔膜，但是紧固隔膜的方法仍继续导致十分明显的缺陷。如果隔膜的外围区域被焊接到传感器结构，那么这会减少隔膜在塑性变形之前能够经受的弹性变形；因此，传感器的灵敏度降低。此外，焊接对于每个焊缝而言引入了不同的刚度属性。得到的隔膜挠曲不精确性显然会降低传感器的精度，且进一步使得难以使用止挡构件来防止隔膜的塑性变形。通过将隔膜插入到传感器结构中来紧固隔膜同样导致一些前述的缺陷。

我们也将阐述给予非焊接隔膜宽的U形型面的可能性，其中平坦形状被与密封垫圈协作的竖直边缘围绕。在该情形中，隔膜是容量庞大的，升高边缘仅用于密封，且最重要的是，U中的弯曲部是由流体压力引起的应力集中的区域，从而限制隔膜在进入塑性域之前能够经受的弹性变形。

发明内容

本发明的目的是形成简单结构的压力传感器，该压力传感器允许隔膜在流体压力下尽可能地自由弯曲，同时保持良好的密封水平。附加的目的是防止隔膜在传感器可能必须经受的整个压力范围内(甚至超出操作压力)的任何塑性变形的风险。另一附加目的是允许传感器简单地制造和容易地组装。

因此，本发明提供一种在上述前序部分中所指出的压力传感器类型，特征在于，隔膜具有大致平坦的形状，并且当隔膜在压力腔中的流体压力增加的影响下弯曲时，隔膜的外围区域能在止挡带上枢转。具体地说，这意味着隔膜的外围区域并不通过焊接或插入其中来刚性地连接到主体或连接到盖，故因此实质上自由伴随隔膜的任何弯曲。

由于这些特征，隔膜针对给定的压力比在通过将其外围区域焊接或插入而被固定时可具有更大的弹性变形。因此，其中心区域增加的挠曲有利于传输到测量或指示机构。省去刚性紧固系统会降低由这类紧固系统的变化性所产生的不精确性，并因此改进了压力传感器的精度。此外，平坦盘状隔膜例如通过切割金属片材可简单且便宜地用高的精确度和可再生产水平制造。

优选地，隔膜和止挡带是环形的，使得隔膜的支承力沿着止挡带的封闭轮廓总是均匀的。

根据本发明的特别有利的实施例，与隔膜相对，盖具有止挡表面，该止挡表面位于盖的中心孔和止挡带之间且被设计成只要隔膜已经到达与极限压力相对应的挠曲时就保持隔膜。这允许传感器在使用十分柔顺的隔膜时经受显著高于最大操作压力的实验压力，这将在后文进行描述，并因此向压力传感器提供高水平的灵敏度，而没有隔膜的塑性变形的风险。

本发明的其它特征和优势从本发明以非限制性示例给出的两个实施例的后述说明结合附图将显而易见。

附图说明

图1是具有根据本发明的压力传感器的深度计的示意性正视图。

图2是沿着图1中的线Ⅱ-Ⅱ截取的示意性局部截面图，且示出了本发明的第一实施例。

图3是图2的细节Ⅲ的放大视图。

图4是类似于图3的视图且示出了本发明的另一实施例。

具体实施方式

图1-3示意性地示出了使用未示出的带戴在潜水员的腕上的深度计1，该深度计用于经由指针2指示水的深度，该指针2使用容纳在深度计外壳6中的压力传感器5相对于刻度盘4的刻度3进行旋转。压力传感器通过机械传输装置(具体地说，具有横向探针8的旋转轴7)连接到指针2。应当注意的是，深度计1可与相同外壳内部的手表结合，但是这不是必不可少的。