用于测量压力的装置制造方法及图纸

一种用于测量压力的装置(1)，该装置包括基体(3)和隔膜(5)，该隔膜(5)被布置在基体(3)上，使得基体(3)和隔膜(5)至少部分地包围腔(7)，其中隔膜(5)被实现为能够根据入射在该隔膜(5)上的外部压力(Pex)变形，使得腔(7)的空间尺寸(Vd)的大小对应地改变，其中位置元件(9)被布置成根据隔膜(5)而移动，其中感应平面线圈(11)被布置成横跨腔(7)并与位置元件(9)相反，使得位置元件(9)和感应平面线圈(11)是分开的，其中位置元件(9)用于根据分开的大小(d)来影响线圈(11)的电感(H)。

Device for measuring pressure

A device (1) for measuring pressure, which comprises a substrate (3) and a diaphragm (5), arranged on the substrate (3), so that the substrate (3) and the diaphragm (5) at least partially surround the cavity (7), wherein the diaphragm (5) is realized to be able to deform according to the external pressure (PEX) incident on the diaphragm (5), so that the spatial dimension (VD) of the cavity (7) changes correspondingly, wherein the position element (9) is Arranged to move according to the diaphragm (5), wherein the induction plane coil (11) is arranged across the cavity (7) and opposite to the position element (9), so that the position element (9) and the induction plane coil (11) are separated, wherein the position element (9) is used to influence the inductance (H) of the coil (11) according to the separated size (d).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量压力的装置
本专利技术涉及一种用于测量压力的装置，该装置具有基体，以及隔膜，该隔膜被布置在基体上，使得基体和隔膜至少部分地包围腔，并且使得隔膜能够暴露于待监测的外部压力，其中隔膜被实现为能够根据入射在其上的外部压力变形，使得腔的空间尺寸的大小对应地改变，其中该装置还具有位置元件，其中位置元件被布置成根据隔膜而移动，特别是固定地附接到隔膜。
技术介绍
在各种工业应用中通常需要测量和/或监测过程压力和/或容器中的压力。因此，为此目的采用了许多测量原理。在专利文献WO03/106952中，公开了一种MEMS(微电子机械系统)压力传感器，其基于电容测量原理起作用。特别地，通过包括有感应线圈的电容换能器监测两个电极之间的距离的变化。由于入射压力引起的电极之间距离的变化导致由电极和感应线圈形成的LC电路的谐振频率的变化。监测谐振频率的变化，这是因为它对应于由待被监测的入射压力引起的距离变化。在此背景下，本专利技术的目的是介绍一种用于监测压力的改进装置。
技术实现思路
该目的通过根据独立权利要求1和13的装置实现。本专利技术的有利实施例在从属权利要求和以下描述中进一步被限定。因此，本专利技术的目的是通过一种用于测量压力的装置来实现的，该装置包括：基体；隔膜，该隔膜被布置在基体上，使得基体和隔膜至少部分地包围腔，并且使得隔膜能够暴露于待被监测的外部压力，其中隔膜被实现为能够根据入射在其上的外部压力变形，使得腔的空间尺寸的大小对应地改变，还包括位置元件，其中位置元件被布置成根据隔膜而移动，特别是被固定地附接到该隔膜，其中感应平面线圈被布置在基体上和/或在基体中，该感应平面线圈横跨腔并与位置元件相反，使得位置元件和感应平面线圈在空间维度上分开，其中位置元件用于根据在空间维度上的分开的大小来影响线圈的电感，并且其中该装置基于感应平面线圈的变化电感来测量外部压力。平面线圈能够被布置在基本上垂直于线圈和位置元件之间的分开的方向的平面中。隔膜能够暴露于隔膜的背对腔的表面上的外部压力。也就是说，隔膜的外表面能够暴露于外部压力。腔能够填充有可压缩流体。腔也能够暴露于环境压力，使得相对于环境压力测量外部压力。在这种情况下，用于测量压力的装置能够被称为表压传感器。外部压力能够是待测量和/或监测的容器或管道中的过程的过程压力。用于基于平面线圈的变化电感来测量压力的装置能够有利地解决位置元件在微米范围内(特别是在10微米内)的移动。此外，这种装置在传感器电子设备所面临的不利条件(诸如灰尘、湿度、水分、振动、压力、昼/夜温度的波动)下是稳健的，并且具有宽的操作温度范围(-40℃至+90℃)。特别地，这种非接触类型的感应压力传感器在这种应用中能够优于基于电阻或电容原理的传感器。通过利用在计算机器上运行的程序对平面感应线圈建模，能够根据线圈和位置元件(诸如例如，被布置在所述平面线圈的对面的铜激励元件)之间的距离的变化来估计(即，计算、预测)这种线圈的电感的变化。这种估计/计算/预测能够用于评估来自实际线圈的信号。例如，压力的变化和电感的变化之间的关系能够被建模并存储在数据处理单元和/或评估单元中，使得来自线圈的信号能够用作输入；使得能够对入射压力进行反向估计/计算/预测。在本专利技术装置的一个实施例中，该装置还包括处理单元，其中该处理单元包括用于生成电信号的信号生成单元，并且其中信号生成单元电连接到线圈，使得电输入信号能够被传输到该线圈。压力感测装置能够包括例如用于生成正弦波信号的信号生成单元，该信号生成单元包括放大器。信号生成单元还能够被实现为生成用于线圈的方波输入信号。在本专利技术装置的一个实施例中，处理单元包括评估单元，其中该评估单元具有信号接收接口，该信号接收接口电连接到线圈和信号生成单元，其中评估单元用于基于从线圈输出到信号接收接口的电输出信号来确定外部压力。与输入信号一样，输出信号能够例如是正弦波或方波，方波通常能够理解为若干正弦波的总和。因此，信号接收接口应该被实现为接收具有这些形式中的一种形式的模拟信号。处理单元能够位于本地(即位于装置的壳体内)或远程。在处理单元远程定位的情况下，壳体能够包括电触点，该电触点连接到通向平面线圈的输入触电和输出触点。远程定位的处理单元能够使用低成本部件，这是因为能够消除或降低某些耐久性要求。例如，适用于限制的温度范围的部件可以用在远程定位的处理单元中。在本专利技术装置的一个实施例中，处理单元包括采样模块，特别是模数转换器，其用于对来自线圈的输出信号进行采样。因此，来自线圈的模拟输出信号能够被转换成数字形式，大大降低了信号的数学处理的难度。在本专利技术装置的一个实施例中，位置元件包括铜。当铜激励器(即位置)元件非常接近平面线圈时，耦合系数从0增加到某个中等值(例如，0.5到0.6)，并且从而平面线圈的电感大约减少了其标称值的40％到50％。当位置/激励元件进一步背对相关的平面线圈移动时，耦合系数减小到零值，并且因此，平面线圈的电感值回到其标称值。平面线圈的电感值的变化被适当地转换成对应的电压信号，并估计位置元件的位置。上述物理现象也能够替代地被如下解释。当交流电流流动到平面线圈中时，该电流在周围的空气芯中产生变化的磁通量。撞击在“短路次级绕组”(即，铜激励器/位置元件)上的变化的磁场根据法拉第的电磁定律进一步引起了变化的电压和电流。铜激励器/位置元件中的被称为涡电流的电感电流进一步抵抗根据伦茨定律生成的变化的磁通量，并且因此也通过产生较低的线圈电感值来抵抗流动到平面线圈中的电流。一次电流的频率越高，铜板中的涡电流效应越大。这反过来又降低了感应传感器的线圈电感。在本专利技术装置的一个实施例中，位置元件包括电隔离和铁磁材料，特别是镍-锌-铁氧体和/或锰-锌-铁氧体。位置元件能够包括高渗透性且导电性差的导电材料。此类材料的示例是来自莱尔德科技有限公司(Laird-Technologies)的MP1040-200、MP1040-100或WE-FSFS-354-材料组的WE354006，其能够在2017年从Würth-Elektronik公司获得。这些材料适用于屏蔽13.56MHz-RFID转发器。材料WE354006能够具有块状形式，其中宽度和长度分别为60mm，并且厚度为0.3mm，其能够被切成所需尺寸。在约13.56MHz的频率范围内的复磁导率是μ'＝150，μ”＝90，其中相对磁导率被定义为μr＝μ'-jμ”或相关地μr＝B/B0＝√(μ'2+μ”2)＝ca.175。这里，B是铁氧体材料中的磁通密度，并且B0是真空或空气中的磁通密度。与其中位置元件包括导电金属并且通过形成涡电流来减小线圈的电感的传统布置形成对比的是，铁磁和电绝缘材料能够增加线圈的电感。结果，能够增大有用信号并且能够增大信噪比(SNR)。由此能够省去有用信号的多级放大。通过增大电感，线圈的基本电感能够相对较小而不受位置元件的影响。因此，线圈能够具有减小的尺寸。线圈的电感通常通过借助于兆赫兹频率范围内的电压激励线圈来确定。该频率能够显著低于具有金属位置元件的布置的频率。例如，频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量压力的装置(1)，所述装置包括：/n基体(3)，/n隔膜(5)，所述隔膜被布置在所述基体(3)上，使得所述基体(3)和所述隔膜(5)至少部分地包围腔(7)，并且使得所述隔膜(5)能够暴露于待被监测的外部压力(Pex)，其中所述隔膜(5)被实现为能够根据入射在所述隔膜上的所述外部压力(Pex)来变形，使得所述腔(7)的空间尺寸(Vd)的大小对应地改变，/n进一步包括位置元件(9)，其中所述位置元件(9)被布置成根据所述隔膜(5)而移动，特别是被固定地附接到所述隔膜(5)，/n其特征在于，感应平面线圈(11)被布置在所述基体(3)上和/或所述基体(3)中，横跨所述腔(7)并且与所述位置元件(9)相对，使得所述位置元件(9)和所述感应平面线圈(11)以所述空间尺寸(Vd)分开，并且在于，所述位置元件(9)用于根据以所述空间尺寸(Vd)的分开的大小(d)来影响所述线圈(11)的电感(H)，并且在于，所述装置(1)被实现为基于所述感应平面线圈(11)的变化的电感(ΔH)来确定所述外部压力(Pex)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170324 DE 102017205054.31.一种用于测量压力的装置(1)，所述装置包括：
基体(3)，
隔膜(5)，所述隔膜被布置在所述基体(3)上，使得所述基体(3)和所述隔膜(5)至少部分地包围腔(7)，并且使得所述隔膜(5)能够暴露于待被监测的外部压力(Pex)，其中所述隔膜(5)被实现为能够根据入射在所述隔膜上的所述外部压力(Pex)来变形，使得所述腔(7)的空间尺寸(Vd)的大小对应地改变，
进一步包括位置元件(9)，其中所述位置元件(9)被布置成根据所述隔膜(5)而移动，特别是被固定地附接到所述隔膜(5)，
其特征在于，感应平面线圈(11)被布置在所述基体(3)上和/或所述基体(3)中，横跨所述腔(7)并且与所述位置元件(9)相对，使得所述位置元件(9)和所述感应平面线圈(11)以所述空间尺寸(Vd)分开，并且在于，所述位置元件(9)用于根据以所述空间尺寸(Vd)的分开的大小(d)来影响所述线圈(11)的电感(H)，并且在于，所述装置(1)被实现为基于所述感应平面线圈(11)的变化的电感(ΔH)来确定所述外部压力(Pex)。


2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)还包括处理单元(13)，其中所述处理单元(13)包括用于生成电信号的信号生成单元(17)，并且在于所述信号生成单元(17)电连接到所述线圈(11)，使得电输入信号能够被传输到所述线圈。


3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述处理单元(13)包括评估单元，其中所述评估单元具有信号接收接口(19)，所述信号接收接口(19)电连接到所述线圈(11)和所述信号生成单元(17)，其中所述评估单元用于基于从所述线圈(11)输出到所述信号接收接口(19)的电输出信号来确定所述外部压力(Pex)。


4.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置(1)，其特征在于，所述处理单元(13)包括采样模块，特别是模数转换器(A/D)，所述采样模块用于对来自所述线圈(11)的输出信号进行采样。


5.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置(1)，其特征在于，所述位置元件(9)包括铜。


6.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置(1)，其特征在于，所述位置元件(9)包括电绝缘和铁磁材料，特别是镍-锌-铁氧体和/或锰-锌-铁氧体。
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿乔伊·帕利特，
申请(专利权)人：ZF腓德烈斯哈芬股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE