[发明专利]灵敏差压传感器和方法

说明书

技术领域

本发明的各个实施例涉及传感器和测量装置，更具体来说，涉及压力传感器。

背景技术

存在能够测量的许多不同的压力相关的参数。绝对压力传感器测量与0磅每平方英寸(PSI)的完全真空压力或零压力相对的压力。大气压力在海平面参照真空为101.325kPa(14.7PSI)。对汽车轮胎所进行的压力测量有时称作表压。表压传感器在测量场所测量相对于给定大气压力的压力。例如，当轮胎压力计读取0PSI时，轮胎中存在实际大约14.7PSI(或大气压力)。第三种类型的压力测量是差压(differential pressure)。差压传感器测量对感测装置的两个压力输入之间的差。例如，差压传感器可用于测量管线输油泵上的压力增加。

存在用于基于多种不同技术进行操作的压力传感器的若干常规设计。压阻应变计压力传感器利用压阻效应来检测因施加到所接合的应变计的压力而引起的应变。压阻压力传感器使用诸如石英之类的材料的压阻效应来测量压力感应应变。电容压力传感器具有设计成创建用于检测因所施加压力而引起的应变的可变电容器的隔膜和压力腔。电磁压力传感器通过利用电感的变化、霍耳效应、涡流原理或者使用线性可变差动变压器(LVDT)，来测量隔膜的位移。

但是，这类常规压力感测技术没有完全适合测量低差压，成本高，并且可能难以工作在要求高耐受压力的环境中。相应地，需要一种用于测量低差压的强健的紧凑型压力传感器。

发明内容

本文所公开的各个实施例涉及一种差压传感器，该差压传感器具有其中磁端盖密封各端的空心筒(缸，cylinder)。筒包含还具有磁体的活塞。活塞设置成使得其南极面向一个端盖的南极，而其北极面向另一个端盖的北极。各个实施例特点为提供活塞与所述筒之间的密封的围绕活塞的磁性铁磁流体(magnetic ferrofluid)涂敷层。筒具有馈入筒的在活塞与端盖之一之间形成的第一室中的第一压力管线输入。第二压力管线馈入筒的在活塞与另一个端盖之间的第二室。磁通角(magnetic flux angle)传感器定位在筒外部，以便检测来自活塞的磁通线，从而确定其位置。基于活塞的位置，计算部件生成两个输入管线之间的差压读数。

附图说明

结合在本说明书中并且构成其组成部分的附图示出本发明的各个实施例。附图连同一般描述一起用于说明本发明的原理。附图包括：

图1A-C示出按照本发明的各个实施例的差压传感器的截面图；

图2A-C示出图1A-C所示的活塞的三个位置的通量图；

图3A-C示出按照本发明的各个实施例的重力补偿压力传感器的截面图；以及

图4示出根据本文所公开的实施例、用于实施各种方法的行为的流程图。

具体实施方式

示范实施例的以下详细描述参照附图。不同附图中的相同参考标记标识相同或相似的元件。此外，以下详细描述并不是要限制本发明。本发明的范围而是由所附权利要求来定义。

图1A-C示出按照本发明的实施例的差压传感器100的截面图。本文所公开的各个实施例涉及差压换能器，差压换能器使用包含在筒中的一个或更多永久磁化的移动活塞以及密封到筒端部中的固定磁体。筒可由具有低磁导率、对磁通线是透明的但是能够耐受所测量压力的材料制成。可动活塞101使用提供极低摩擦气密密封的铁磁流体105来密封到筒103中。活塞101配置成包括磁体。活塞101通过来自定位于筒103的两端的两个磁端盖107和109中的固定磁体的反向磁场而被轴向限制。磁端盖107和109的磁极配置成与活塞101的相应邻近磁极为相同的极性，因而相互排斥。如图1A-C所示，磁端盖107的南极面向活塞101磁体的南极，而磁端盖109的北极面向活塞101磁体的北极。这样，活塞101受到从任一端反抗其的磁端盖107和109排斥。

常规压力感测装置通常依靠在压力室的壁上开缺口的活塞传感器。但是，由于本文所公开的各个实施例使用磁场位置感测，所以筒103的壁能够配置成相当厚，能够耐受极高的绝对压力。此外，限制活塞101的磁场的使用提供非线性输出，从而赋予装置能够检测压力差(pressure differential)的较大动态范围。差压传感器100趋向于在较低压力差下具有最大灵敏度，这在某些情况下是一个优点。