用于感测过程流体的差压的差压传感器制造技术

一种用于感测过程流体的差压的差压传感器，包括：传感器主体，其中形成有具有空腔轮廓的传感器空腔；以及所述传感器空腔中的隔膜，被配置为响应于所施加的差压而弯曲。所述隔膜具有隔膜轮廓。在所述空腔轮廓和所述隔膜轮廓之间形成的间隙根据所述差压而改变。所述空腔轮廓和所述隔膜轮廓中至少一个根据线压而改变，以补偿由于源于所述线压的所述传感器主体的形变而造成的所述间隙的改变。

【技术实现步骤摘要】
用于感测过程流体的差压的差压传感器
本技术涉及用于测量过程流体的压力的类型的压力传感器。更具体地，本实 用新型涉及补偿由于线压造成的差压测量中的不准确。
技术介绍
在过程监视和控制系统中使用变送器，以测量工业过程的各种过程变量。一种类 型的变送器测量过程中的过程流体的压力。在这种变送器中使用的压力传感器中已采用了 各种技术。一个众所周知的电容式测量技术是使用可弯曲隔膜。在隔膜形成电容器的电容 板之一且通常连接到传感器主体的另一固定电极形成第二电容器板的情况下，测量两个相 对面之间的电容。随着隔膜由于所施加的压力而弯曲，测量到的电容发生改变。在这种配 置下，存在导致压力测量中不准确性的大量来源。 在 2011 年 10 月 2 日向 Frick 等人授权的题为 PROCESS PRESSURE MEASUREMENT DEVICES WITH MPROVED ERROR COMPENSATION的美国专利No. 6, 295, 875 中阐述了解决这 些不准确性的一种技术，该专利以全文引用的方式并入本文中。该专利描述了用于降低测 量不准确性的包括附加电极在内的差压传感器。然而，在一些实例中，对压力传感器施加的 线压可以在所测量的差压中引入不准确性。
技术实现思路
一种用于感测过程流体的差压的差压传感器，包括：传感器主体，其中形成有具有 空腔轮廓的传感器空腔；以及所述传感器空腔中的隔膜，被配置为响应于所施加的差压而 弯曲。所述隔膜具有隔膜轮廓。在所述空腔轮廓和所述隔膜轮廓之间形成的间隙根据所述 差压而改变。所述空腔轮廓和所述隔膜轮廓中至少一个根据线压而改变，以补偿由于源于 所述线压的所述传感器主体的形变而造成的所述间隙的改变。 其中，所述传感器主体包括响应于所述线压而发生形变的传感器主体形变空腔。 其中，所述差压传感器还包括：耦合到所述传感器主体形变空腔的至少一个通气 □。 其中，所述传感器主体形变空腔是环形的。 其中，所述差压传感器还包括：第二传感器主体形变空腔。 其中，所述隔膜包括响应于所述线压发生形变的隔膜形变空腔。 其中，所述隔膜形变空腔是环形的。 其中，所述差压传感器还包括：耦合到所述隔膜形变空腔的至少一个通气口。 其中，所述差压传感器还包括：在所述空腔轮廓上承载的至少一个电容器电极。 其中，所述差压传感器还包括：基于在至少一个电容器电极和所述隔膜之间形成 的电容来测量所述差压。 其中，所述差压传感器还包括：在所述传感器主体轮廓上承载的至少两个环形电 容器板状电极。 其中，所述传感器主体形变空腔沿径向方向更大。 其中，所述隔膜空腔沿径向方向更大。 其中，所述隔膜由金属制成。 其中，所述隔膜由金属制成。 其中，所述传感器主体由金属制成。 其中，所述传感器主体由绝缘体制成。 其中，所述传感器主体由金属和绝缘体制成。 【附图说明】 图1示出了具有根据本技术构造的过程变送器的过程测量系统。 图2是图1的变送器的示意图。 图3示出了图1的过程变送器的一部分的横截面图。 图4A、4B和4C是隔膜和传感器间隙的侧横截面图，其示出了差压的施加和平行板 位移（图4C)。 图5是示出了线压对压力传感器主体的效应的横截面图。 图6和8是示出了在施加的线压的情况下隔膜的表面改变的图。 图7是示出了在施加的线压的情况下压力传感器的空腔轮廓中的改变的图。 图9是示出了在施加的线压的情况下隔膜表面改变和空腔形状改变的组合效应 的图。 图10是示出了包括具有内部空腔的隔膜在内的压力传感器的侧横截面图。 图11是图10的隔膜的放大横截面图。 图12是图10的隔膜的顶部平面视图。 图13A和13B示出了线压的施加及其对隔膜形状的效应。 图14是示出了在具有线压的情况下空腔形状改变的组合效应的图。 图15是在传感器主体中包括空腔的压力传感器的另一实施例的侧横截面图。 图16A和16B是示出了所施加的线压对传感器半单元（half cell)的形状的效应 的压力传感器的半单元的横截面图。 【具体实施方式】 如
技术介绍
节中讨论的，用于测量差压的一种技术是测量隔膜的弯曲。在压力传 感器主体中承载隔膜。然而，对传感器主体所施加的绝压（absolute pressure)或表压 (gauge pressure)(本文中称为线压（line pressure)）可以引起传感器主体的形变，并 导致所测量的差压的不准确。本技术提供了传感器配置，该传感器配置对传感器主体 的形状的这些改变进行补偿，以由此减低这种线压不准确性。 图1总体上示出了过程测量系统32的环境。图1示出了包含处于压力下的流体 的过程管线30,其耦合到用于测量过程压力的过程测量系统32。过程测量系统32包括连 接到管线30的引压管线34。引压管线34连接到过程压力变送器36。初级元件33 (例如， 孔板、文氏管、流量喷嘴等）在引压管线34的管道之间的过程管线30中的位置上接触过程 流体。随着流体经过初级元件33,初级元件33在流体中引起压力改变。 变送器36是通过引压管线34接收过程压力的过程测量设备。变送器36感测过 程差压并将其转换为取决于过程压力的标准化传输信号。 过程控制环路38既从控制室40向变送器36提供功率信号，也提供双向通信，且 过程控制环路38可以根据多种过程通信协议来构造。在所示示例中，过程环路38是两线 环路。两线环路用于使用4?20mA信号在正常操作期间发送全部功率并与变送器36双向 通信。计算机42或通过网络接口 44的其它信息处理系统用于与变送器36通信。远程电 压电源46向变送器36供电。除了上述环路配置之外，过程控制环路38还可以包括任何恰 当的过程控制环路。示例包括HART?通信协议（在HART?通信协议中，将数字信息调 制到4?20mA电流上）、基金会现场总线（Foundation Fieldbus)或Profibus通信协议等。 过程控制环路18还可以使用无线通信技术来实现。无线通信技术的一个示例是符合IEC 62591的Wireless丨丨ART?通信协议。还可以使用其他技术，包括那些使用以太网或光纤 实现的技术。 图2是压力变送器36的简化框图。压力变送器36包括通过数据总线66耦合在 一起的传感器模块52和电子装置板72。传感器模块电子装置60耦合到压力传感器56,压 力传感器56接收所施加的差压54。数据连接58将传感器56耦合到模数转换器62。可选 的温度传感器63也连同传感器模块存储器64 -起示出。电子装置板72包括微计算机系 统74、电子装置存储器模块76、数模信号转换78和数字通信块80。根据在Frick等人的美 国专利No. 6, 295, 875中阐述的技术，压力变送器36测量差压。然而，本技术不限于这 种配置。 图3是示出了压力传感器56的传感器模块52的一个实施例的简化横截面图。压 力传感器56通过隔离隔膜90耦合到过程流体，隔离隔膜90将过程流体与空腔92相隔离。 空腔92通过引压管线94耦合到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测过程流体的差压的差压传感器，其特征在于包括：传感器主体，其中形成有具有空腔轮廓的传感器空腔；以及所述传感器空腔中的隔膜，被配置为响应于所施加的差压而弯曲，所述隔膜具有隔膜轮廓，其中，在所述空腔轮廓和所述隔膜轮廓之间形成的间隙根据所述差压而改变；其中，所述空腔轮廓和所述隔膜轮廓中至少一个根据线压而改变，以补偿由于所述线压而导致的所述传感器主体的形变所导致的所述间隙的改变。

【技术特征摘要】
2014.03.26 US 14/225,7631. 一种用于感测过程流体的差压的差压传感器，其特征在于包括： 传感器主体，其中形成有具有空腔轮廓的传感器空腔；以及 所述传感器空腔中的隔膜，被配置为响应于所施加的差压而弯曲，所述隔膜具有隔膜 轮廓，其中，在所述空腔轮廓和所述隔膜轮廓之间形成的间隙根据所述差压而改变； 其中，所述空腔轮廓和所述隔膜轮廓中至少一个根据线压而改变，以补偿由于所述线 压而导致的所述传感器主体的形变所导致的所述间隙的改变。2. 根据权利要求1所述的差压传感器，其中，所述传感器主体包括响应于所述线压而 发生形变的传感器主体形变空腔。3. 根据权利要求2所述的差压传感器，包括：耦合到所述传感器主体形变空腔的至少 一个通气口。4. 根据权利要求2所述的差压传感器，其中，所述传感器主体形变空腔是环形的。5. 根据权利要求2所述的差压传感器，包括：第二传感器主体形变空腔。6. 根据权利要求1所述的差压传感器，其中，所述隔膜包括响应于所述线压发生形变 的隔膜形变空腔。7. 根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯·雷·威尔科克斯，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：新型
国别省市：美国;US