[发明专利]具有实时健康监测和补偿的压力传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于下述申请并要求下述申请的优先权：2013年11月5日提交的、题为“具有实时健康监测和补偿的压力传感器”、号为14/072,188的美国专利申请；2013年2月28日提交的、题为“具有集成健康监测的压力传感器”、号为61/770,817的美国临时专利申请；和2013年4月30日提交的、题为“具有集成监测的压力传感器”、号为61/817,724的美国临时专利申请。这些申请的每一申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及压力传感器，包括将柔性膜片暴露于具有待被测量压力的气体或液体的压力传感器。

背景技术

使用柔性膜片的压力传感器可以在各种各样的应用中使用。柔性膜片的一侧可以暴露于具有待被测量压力的气体或液体。另一侧可以与气体或液体隔离，但暴露于密封腔室。待被测量的压力上的变化可以导致柔性膜片挠曲上的相应变化。这些变化的测量可以用作压力变化的指示。

一些压力传感器在可能损坏所述柔性膜片的环境中使用。例如，一些压力传感器在化学气相沉积(CVD)系统中使用。这些系统可能导致沉积物在柔性膜片上稳定积聚和/或由于原子掺杂导致的柔性膜片变化。对柔性膜片的该损坏会不利地影响所进行的压力测量的精确度。

处理该问题的一种方法可以是定期地更换柔性膜片。然而，这可能会导致过早和过度延迟更换以及在更换过程期间系统的无法使用。

另一种方法可以是对柔性膜片进行定期校准测试。然而，同样，该系统可能需要被离线因此暂时被禁用。

发明内容

压力传感器可以测量气体或液体压力。腔室可具有接收气体或液体的入口。柔性膜片可以位于腔室内，所述柔性膜片具有暴露于流动通过入口之后的气体或液体的表面。压力传感器系统可以感测由气体或液体的压力变化所导致的柔性膜片的变化。压力不敏感传感器系统可以感测柔性膜片中的不由气体或液体压力变化所导致的变化。所述压力不敏感传感器系统可以对于柔性膜片中的由气体或液体压力变化所导致的变化不敏感。

压力不敏感传感器系统可以包括在柔性膜片上或内的压力不敏感位置处的局部传感器，所述压力不敏感位置经历变化但并不响应于气体或液体的压力变化。

压力不敏感传感器系统可以包括在柔性膜片上或内的不同压力不敏感位置处的多个局部传感器。根据多个局部传感器的输出，外推处理系统可外推在柔性膜片上或内的压力不敏感位置处的变化，所述压力不敏感位置经历变化但并不响应于气体或液体的压力变化。

柔性膜片可具有均经历变化、但不响应于气体或液体的压力变化的压力不敏感位置构成的线。所述多个局部传感器中的至少两个可定位在该线的相反侧上或相同侧上。

外推处理系统可根据以下方程式计算在压力不敏感位置处的应力：

其中：σ₁'和σ₂'是在分别受到实质上不同压力P1和P2时来自多个局部传感器中的一个的输出；σ₁”和σ₂”是在分别受到同样的实质上不同压力P1和P2时来自多个局部传感器中的另一个的输出；以及σ_initial是在暴露于压力P1和P2之前被置于柔性膜片上并且在暴露于压力P1和P2期间仍保持在柔性膜片上的任何应力。

多个局部传感器的不同压力敏感位置可关于所述柔性膜片的表面具有实质上平面对称性。

柔性膜片可以是圆形的，并且压力不敏感位置可位于实质上同心的圆上，所述实质上同心的圆具有的半径在柔性膜片半径的0.63加或减0.2的范围内。

压力不敏感传感器系统可包括在暴露或不暴露于气体或液体的柔性膜片表面上的局部传感器。压力不敏感传感器系统可以替代为嵌入到柔性膜片内的局部传感器。

压力不敏感传感器系统可以不包括在柔性膜片上或内的局部传感器。柔性膜片可以是第一柔性膜片；压力不敏感传感器系统可包括与第一柔性膜片分离的第二柔性膜片；以及第二柔性膜片可具有在气体或液体流动通过入口之后暴露于所述气体或液体的表面。

第二柔性膜片的尺寸、形状和材料组成可与第一柔性膜片实质上相同。第二柔性膜片的尺寸、形状或材料组成可替代地与第一柔性膜片实质上不同。

不响应于气体或液体压力变化的第二柔性膜片上的变化可以以上文结合第一柔性膜片所述的任何方式来测量。

第二柔性膜片可具有在气体或液体流动通过入口之后均暴露于气体或液体的两个表面。