具有高压能力的压差传感器制造技术

一种用于测量过程变量的基于电容的压力传感器，其包括金属传感器主体，设置在金属传感器的腔内以形成可偏转的电容器极板的膜片，以及从端壁至所述腔延伸通过所述金属传感器主体的绝缘器。所述压力传感器还包括与所述腔流体连接的隔离管，该隔离管经过所述端壁延伸到所述绝缘器中，在所述腔中的所述绝缘器的表面上的固定的电容器极板，该固定的电容器极板与所述膜片间隔开，以及连接至所述固定的电容器极板并且平行于所述隔离管延伸穿过所述绝缘器且在所述端壁处离开所述绝缘器的电导线。填充流体在所述隔离管和所述腔内，以将压力施加到所述膜片上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用在工业过程变送器中的压力传感器，并且特别涉及一种基于电容的压力传感器。
技术介绍
通过产生响应于物理变化的电输出，基于电容的压力传感器用来测量工业过程系统中过程流体的压力。这样的示例性的基于电容的压力传感器描述在No.6,295,875美国专利中。油和气工业经常在极端恶劣环境中使用压力传感器，该环境使压力传感器承受高管线压力和高温。对于可以运行在这些极端恶劣环境中的压力传感器，存在持续的需求。
技术实现思路
一种用于测量过程变量的基于电容的压差传感器，所述压差传感器包括：第一半单元和第二半单元。该第一半单元和第二半单元分别包括具有外端壁和内壁的金属主体、延伸穿过所述金属主体至所述内壁的表面的绝缘体、以及定位在所述表面处的所述绝缘体上的电容器极板。所述压差传感器包括连接在所述第一半单元和第二半单元的所述内表面之间的接合部处的膜片。每一个半单元都包括隔离管，所述隔离管具有与内腔流体连通的第一端并且延伸穿过所述绝缘体以在所述外端壁处离开所述半单元。该压差传感器还包括电导线，所述电导线具有与所述电容器极板接触的第一端并且平行于所述隔离管延伸穿过所述绝缘体以在所述外端壁处离开所述半单元。具有第一端的第三电导线与所述第一半单元或第二半单元接触；所述半单元的每一个隔离管和内腔都包含填充流体。一种压力传感器，该压力传感器包括：单元主体，该单元主体具有第一外端壁、第二外端壁、圆柱形侧壁、第一内壁以及第二内壁，所述第一
内壁和第二内壁彼此相对并且限定内腔，其中所述单元主体包括围绕第一绝缘体区域的第一半金属单元和围绕第二绝缘体区域的第二半金属单元，该第一绝缘体区域从所述第一外端壁延伸至所述内腔并且形成所述第一内壁的第一曲面，该第二绝缘体区域从所述第二外端壁延伸至所述内腔并且形成所述第二内壁的第二曲面。该压力传感器包括可偏转膜片，该可偏转膜片的外周缘连接在所述第一内壁和所述第二内壁之间，所述膜片将所述内腔分隔成第一腔和第二腔，所述第一表面上的第一电极，以及所述第二表面上的第二电极。第一电导线从所述第一电极延伸穿过所述第一绝缘体区域并且从所述第一外端壁离开，并且第二电导线从所述第二电极延伸穿过所述第二绝缘体区域并且从所述第二外端壁离开。一种用于测量过程变量的基于电容的压力传感器，其包括金属传感器主体，设置在金属传感器的腔内以形成可偏转的电容器极板的膜片，以及从端壁通过所述金属传感器主体的绝缘体延伸至所述腔。所述压力传感器还包括与所述腔流体连接的隔离管，该隔离管经过所述端壁延伸到所述绝缘体中，在所述腔中的所述绝缘体的表面上的固定的电容器极板，该固定的电容器极板与所述膜片间隔开，以及连接至所述固定的电容器极板并且平行于所述隔离管延伸穿过所述绝缘体且在所述端壁处离开所述绝缘体的电导线。填充流体在所述隔离管和所述腔内，以将压力施加到所述膜片上。附图说明图1是用于测量过程流体压力的系统的一个实施例的示意图。图2是在图1所见的系统中的基于电容的压差传感器的一个实施例的剖视分解图。图3A图示了隔离管和电导线的出口点的图2的基于电容的压差传感器的端视图。图3B图示了隔离管和电导线的出口点的另一实施例的图2的基于电容的压差传感器的端视图。具体实施方式一般地，本专利技术是使用固定的电容器极板和柔性的传导膜片以产生用于过程流体压差测量的电容的基于电容的压力传感器。压力传感器设计具有特定的特征部，该特定的特征部允许该压力传感器在使压力传感器承受高管线压力和高温的极端恶劣环境中幸存下来。第一，可以减小响应于施加到压力传感器上的压力的传感区域的尺寸。因为压力传感器上的负载力随着区域的增大而增大，所以这减小了压力传感器上的负载力。第二，绝缘体被构型为使得它仅在第一半单元的第一端壁和第二半单元的第二端壁处离开压力传感器。这减小了作用在该绝缘体上的压力，从而该绝缘体在高压下不会破裂。绝缘体在高压下的破裂需要避免，因为它导致在压力传感器内的泄露路径。第三，设计压力传感器，以使得电导线平行于隔离管离开单元主体。这允许压力传感器承受高管线压力并且使压力传感器的组装简单。图1是系统10的一个实施例的示意图，所述系统10包括基于电容的压差传感器12、第一隔离膜片14H、第二隔离膜片14L、第一隔离管16H、第二隔离管16L、变送器电路18、第一极板导线20H、第二极板导线20L和膜片导线22。图1中还示出分别与隔离膜片14H和14L接触的过程流体的压力PH和PL。在该实施例中，基于电容的压差传感器12用第一隔离管16H连接至第一隔离膜片14H。第一隔离管16H具有与基于电容的压差传感器12流体连通的第一端和与第一隔离膜片14H连通的第二端。第一隔离膜片14H可以通过过程流体响应于施加到第一隔离膜片14H上的压力PH而偏转。由于第一隔离膜片14H的偏转，所以压力PH从过程流体被传送到第一隔离管16H中的第一填充流体。通过经过第一隔离管16H的第一填充流体，压力PH连通至基于电容的压差传感器12。基于电容的压差传感器12用第二隔离管16L连接至第二隔离膜片14L。第二隔离管16L具有与基于电容的压差传感器12流体连通的第一端和与第二隔离膜片14L连通的第二端。第二隔离膜片14L还与过程流体接触。第二隔离膜片14L可以通过过程流体响应于施加到第二隔离膜片14L上的压力PL而偏转。由于第二隔离膜片14L的偏转，所以压力PL从过程流体被传送到第二隔离管16L中的第二填充流体。通过经过第二隔离管
16L的第二填充流体，压力PL连通至基于电容的压差传感器12。基于电容的压差传感器12通过第一极板导线20H、第二极板导线20L和膜片导线22连接至变送器电路18。第一极板导线20H具有连接至基于电容的压力传感器12的第一端和连接至变送器电路18的第二端。第一极板导线20L具有连接至基于电容的压力传感器12的第一端和连接至变送器电路18的第二端。膜片导线22具有连接至基于电容的压差传感器12的第一端和连接至变送器电路18的第二端。基于电容的压力传感器12响应于来自于过程流体的压力PH与来自于过程流体的压力PL之间的压力差而产生电信号。第一极板导线20H、第二极板导线20L和膜片导线22将电信号从基于电容的压力传感器12通信至变送器电路18。变送器电路18使用该电信号以产生压差测量值。图2是系统10中的基于电容的压差传感器12的一个实施例的剖视分解图。系统10包括基于电容的压差传感器12、第一隔离管16H、第二隔离管16L、第一极板导线20H、第二极板导线20L和膜片导线22。基于电容的压差传感器12包括第一半单元30H、第二半单元30L、膜片32、接合部34、第一端壁36H、第二端壁36L、侧壁38H和侧壁38L。第一半单元30H包括第一半金属主体40H、第一绝缘体42H、第一内腔44H和第一电容器极板46H。第二半单元30L包括第二半金属主体40L、第二绝缘体42L、第二内腔44L和第二电容器极板46L。第一隔离管16H还包括第一部分50H和第二部分52H。第二隔离管16L还包括第一部分50L和第二部分52L。第一隔离管16H和第二隔离管16L与基于电容的压力传感器12流体连通。第一极板导线20H，第二极板导线20L和膜片导线22与基于电容的压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量过程变量的基于电容的压差传感器，所述压差传感器包括：第一半单元，所述第一半单元包括：第一金属主体，所述第一金属主体具有第一外端壁和第一内壁；第一绝缘体，所述第一绝缘体延伸穿过所述第一金属主体至所述第一内壁处的第一表面；以及第一电容器极板，所述第一电容器极板在所述第一表面处定位在所述第一绝缘体上；第二半单元，所述第二半单元包括：第二金属主体，所述第二金属主体具有第二外端壁和第二内壁；第二绝缘体，所述第二绝缘体延伸穿过所述第二金属主体至所述第二内壁处的第二表面；以及第二电容器极板，所述第二电容器极板在所述第二表面处定位在所述第二绝缘体上；膜片，所述膜片连接在所述第一半单元的第一内表面与所述第二半单元的第二内表面之间的接合部处；第一隔离管，所述第一隔离管具有与第一内腔流体连通的第一端并且延伸穿过所述第一绝缘体以在所述第一外端壁处离开所述第一半单元；第二隔离管，所述第二隔离管具有与第二内腔流体连通的第一端并且延伸穿过所述第二绝缘体以在所述第二外端壁处离开所述第二半单元；第一电导线，所述第一电导线具有与所述第一电容器极板接触的第一端并且平行于所述第一隔离管延伸穿过所述第一绝缘体以在所述第一外端壁处离开所述第一半单元；第二电导线，所述第二电导线具有与所述第二电容器极板接触的第一端并且平行于所述第二隔离管延伸穿过所述第二绝缘体以在所述第二外端壁处离开所述第二半单元；第三电导线，所述第三电导线具有与所述第一半单元或第二半单元接触的第一端；第一填充流体，所述第一填充流体位于所述第一隔离管和所述第一内腔内；以及第二填充流体，所述第二填充流体位于所述第二隔离管和所述第二内腔内。...

【技术特征摘要】
2014.09.30 US 14/501,3101.一种用于测量过程变量的基于电容的压差传感器，所述压差传感器包括：第一半单元，所述第一半单元包括：第一金属主体，所述第一金属主体具有第一外端壁和第一内壁；第一绝缘体，所述第一绝缘体延伸穿过所述第一金属主体至所述第一内壁处的第一表面；以及第一电容器极板，所述第一电容器极板在所述第一表面处定位在所述第一绝缘体上；第二半单元，所述第二半单元包括：第二金属主体，所述第二金属主体具有第二外端壁和第二内壁；第二绝缘体，所述第二绝缘体延伸穿过所述第二金属主体至所述第二内壁处的第二表面；以及第二电容器极板，所述第二电容器极板在所述第二表面处定位在所述第二绝缘体上；膜片，所述膜片连接在所述第一半单元的第一内表面与所述第二半单元的第二内表面之间的接合部处；第一隔离管，所述第一隔离管具有与第一内腔流体连通的第一端并且延伸穿过所述第一绝缘体以在所述第一外端壁处离开所述第一半单元；第二隔离管，所述第二隔离管具有与第二内腔流体连通的第一端并且延伸穿过所述第二绝缘体以在所述第二外端壁处离开所述第二半单元；第一电导线，所述第一电导线具有与所述第一电容器极板接触的第一端并且平行于所述第一隔离管延伸穿过所述第一绝缘体以在所述第一外端壁处离开所述第一半单元；第二电导线，所述第二电导线具有与所述第二电容器极板接触的第一端并且平行于所述第二隔离管延伸穿过所述第二绝缘体以在所述第二外端壁处离开所述第二半单元；第三电导线，所述第三电导线具有与所述第一半单元或第二半单元接触的第一端；第一填充流体，所述第一填充流体位于所述第一隔离管和所述第一内腔内；以及第二填充流体，所述第二填充流体位于所述第二隔离管和所述第二内腔内。2.根据权利要求1所述的压差传感器，其中所述膜片通过所述第一金属主体和所述第二金属主体中的一个电连接至所述第三电导线。3.根据权利要求1所述的压差传感器，包括多根第一电导线和多根第二电导线。4.根据权利要求1所述的压差传感器，其中所述第一隔离管包括邻近第一隔离膜片终止的第二端，而且其中所述第二隔离管包括邻近第二隔离膜片终止的第二端。5.根据权利要求1所述的压差传感器，其中所述第一电导线、第二电导线和第三电导线分别具有连接至电路以产生压差信号输出的第二端。6.根据权利要求1所述的压差传感器，其中所述第一金属主体为环形的并且围绕所述第一绝缘体，而且其中所述第二金属主体为环形的并且围绕所述第二绝缘体。7.根据权利要求1所述的压差传感器，其中所述绝缘体是玻璃基或陶瓷基材料。8.根据权利要求1所述的压差传感器，其中所述第一内壁的所述第一表面和所述第二内壁的所述第二表面分别为曲面。9.一种压力传感器，该压力传感器包括：单元主体，所述单元主体具有第一外端壁、第二外端壁、圆柱形侧壁、第一内壁以及第二内壁，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·安德鲁·布罗登，查尔斯·雷·威尔科克斯，唐纳德·爱德华·哈拉森，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US