电容式压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高温压力感测装置和一种方法。在一些实施方式中，公开了一种包括相对于温度的内在的零点输出和值域修正的高温压力传感器。此外，本发明专利技术公开了通过使用朝向高温压力传感器的远端部定位的中间电路来改进高温性能的方法以及减小压力传感器内的热感生应力的构型。公开的实施方式也详述了减小因压力传感器内的各种寄生电容而产生的信号损失以改进信号保真度和灵敏度的方法。

【技术实现步骤摘要】
电容式压力传感器
公开的实施方式大体上针对基于电容的压力传感器。
技术介绍
塑料的挤压成型和注射成型广泛地用于生产用于众多产业和应用的部件。在制造这些不同的部件期间，重要的是，对系统内的熔化物的压力和温度进行测量以确保准确且可再生产的部件生产。如果熔化物压力太低，那么不足的成型填装、填充不足和其他的不期望的制造缺陷会出现。另外，如果成型压力过高，那么其会导致过多的溢料、材料脱模和可能的设备失灵。因而，通常将压力传感器并入到挤压机或注射成型系统内的一个或更多个位置中以监控挤压过程或注射过程。然而，聚合物熔化物温度范围取决于具体的聚合物而高达400℃或更高。因此，通常将适于用在高温环境下的压力传感器用于监控这些系统。此外，高温压力传感器也用在各种其他应用中，包括但不限于对涡轮发动机、石油钻井、食品加工工作以及其他合适的应用进行压力监控。
技术实现思路
在一个实施方式中，压力传感器包括探测器本体，该探测器本体包括由具有第一热膨胀系数的第一材料所形成的压力可弯曲隔板端。隔板端包括至少部分地限定了电容器的第一部分的第一表面。压力传感器也包括由具有第二热膨胀系数的第二材料所形成的相对不可变形的部件。相对不可变形的部件包括与第一表面间隔开的第二表面。第二表面也至少部分地限定了电容器的第二部分。中间部件布置在使压力可弯曲隔板端与相对不可变形的部件彼此隔离的周围区域处。中间部件由具有第三热膨胀系数的第三材料形成。第三热膨胀系数小于第一热膨胀系数。在另一个实施方式中，压力传感器包括探测器本体和压力可弯曲隔板端，该压力可弯曲隔板端由导电材料形成并且耦联至探测器本体。导电材料具有第一热膨胀系数。另外，压力可弯曲隔板端具有至少限定了电容器的第一部分的第一表面。压力传感器也包括具有第二热膨胀系数的氧化铝盘，该第二热膨胀系数小于第一热膨胀系数。盘包括金属化层。金属化层与第一表面间隔开，使得金属化层至少部分地限定了电容器的第二部分。在探测器本体与氧化铝盘之间布置有弹簧。弹簧使氧化铝盘朝向压力可弯曲隔板端偏置。在氧化铝盘的周围区域处布置有环形垫片部件以将氧化铝盘与压力可弯曲隔板端隔离。环形垫片由具有第三热膨胀系数的第三材料形成。第三热膨胀系数小于第一热膨胀系数。在又一个实施方式中，压力传感器包括中间电路，该中间电路产生与参考电容和感测电容之间的差值成比例的电压信号。在另一个实施方式中，压力传感器包括探测器组件，该探测器组件包括：相对刚性的本体；远端部，该远端部具有电容式压力传感器，电容式压力传感器由于作用在电容式压力传感器上的压力能够产生感测电容；以及近端部，该近端部与远端部对置。在远端部处布置有中间电路外壳。在中间电路外壳内封装有电容性检测桥接电路。电容性检测桥接电路产生与参考电容和感测电容信号之间的差值成比例的电压信号。压力传感器也包括远程电路外壳。相对柔性的互连装置将远程电路外壳耦联至中间电路外壳。在远程电路外壳中布置有主电路。远程电路外壳通过相对柔性的互连装置连接至中间电路外壳。电容性检测桥接电路通过互连装置将电压信号传递至主电路。在一个实施方式中，压力传感器包括探测器本体和布置在探测器本体的远端部处的电容式传感器。电容式传感器产生感测电容。压力传感器还包括关联电容，其中，由温度的变化所引起的感测电容的变化通过关联电容的相应变化来抵消。在另一个实施方式中，制造压力传感器的方法包括：将具有第一电容性表面的压力可弯曲隔板罩设置在探测器本体上；将第一电容性表面电耦联至探测器本体；选择具有期望的介电常数的材料以及由该材料形成不可变形的部件；在不可变形的部件的一部分上形成第二电容性表面；将引线连接至第二电容性表面并且将不可变形的部件定位在探测器本体之内，其中，并联电容（shuntcapacitance）限定在引线与探测器本体之间；以及通过将第二电容性表面与第一电容性表面间隔开而相对于压力可弯曲隔板罩设置不可变形的部件，使得第一表面和第二表面限定了具有感测电容的电容式传感器，其中，由温度的变化所引起的感测电容的变化通过并联电容的相应变化来抵消。在一个实施方式中，压力传感器包括具有近端部和远端部的管状探测器本体。压力传感器也包括布置在探测器本体的远端部处的电容式传感器。引线电耦联至电容式传感器并且沿管状探测器本体的内部空间朝向近端部延伸。至少一个支承件由具有相对低的介电常数的材料形成并且布置在管状探测器本体内。至少一个支承件构造和设置成将引线支承在管状探测器本体内并且将引线与管状探测器本体的内壁间隔开。在另一个实施方式中，压力传感器包括具有近端部和远端部的管状探测器本体。管状探测器本体包括形成在管状探测器本体的壁部中且从远端部延伸至近端部的通道。在探测器本体的远端部处布置有电容式传感器。引线电耦联至电容式传感器并且沿管状探测器本体的内部空间朝向近端部延伸。在管状探测器本体的远端部处布置有温度传感器，并且温度传感器引线布置在通道中以及连接至温度传感器。应当理解的是，前述理念和下面所讨论的附加理念可以以任何合适的组合设置，因为本公开在这方面并不受限。从在下文中结合附图的描述能够更充分地理解本教导的前述和其他的方面、实施方式和特征。附图说明附图并不意在按比例绘制。出于清楚的目的，并非每个部件在每幅图中均会标注。在附图中：图1是包含中间电路的压力传感器的示意图；图2是包含中间电路和柔性互连装置的压力传感器的示意图；图3是沿中间电路的图1的线3-3所截取的压力传感器的示意性的横截面图；图3A是由图3中所描述的压力传感器的线3A包围的远端部的放大图；图4是压力传感器的探测器本体的部段的一部分的示意性的横截面图；图5是包括温度传感器引线通道的压力传感器的示意性的端视图；图5A是图5中所描述的压力传感器的横截面图；图5B是图5A中所描述的包括温度传感器引线槽的压力传感器的横截面图；图5C是包括温度传感器引线孔的压力传感器的横截面图；图6是布置在压力传感器的探测器本体中的温度传感器通道中的温度传感器的示意性的横截面图；图7是描述了电容式压力传感器在两个不同温度之间的零点输出和值域变化的图表；图8是与压力传感器相关联的多个电容的示意图；图9是压力传感器的远端部的示意图；图10是示出了间隙相对于温度的变化的图表；图11是从25℃至350℃的零点输出变化百分比相对于图9中的部件尺寸“L”的变化的图表；图12是相同的压力传感器在不同温度下在具有图9中的不同的初始电容器间隙“g”时的输出值域的图表；以及图13是示例性压力传感器的一部分的示意图。具体实施方式用于在挤压成型过程和注射成型过程期间对与聚合物熔化物相关联的压力进行监控的压力传感器受到取决于具体的聚合物的范围高达400℃或更高的升高的温度。本专利技术者已经意识到：暴露于所述大的温度范围不仅由于高温影响而需要对输出温度信号进行修正，而且这些温度也对部件寿命具有不利影响。因此，本专利技术者已经意识到：需要提供一种在能够精确地测量压力的同时也提供增加的可靠性和使用寿命的高温压力传感器探测器。另外，为了提供具有较大灵敏度的较高保真度的信号，本专利技术者也已经意识到：需要减小压力传感器之内的总信号损失和干扰源。附加地，本专利技术者已经意识到：需要在优化因压力而产生的电容变化的同时使压力传感器的总电容最小化并且对其进行控制。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，包括：探测器本体；电容式传感器，所述电容式传感器布置在所述探测器本体的远端部处，所述电容式传感器产生感测电容；并联电容；并且其中，由温度的变化所引起的所述感测电容的变化通过所述并联电容的相应变化来抵消。

【技术特征摘要】
2012.09.07 US 13/607,5841.一种压力传感器，包括：探测器本体；电容式传感器，所述电容式传感器布置在所述探测器本体的远端部处，所述电容式传感器包括：压力可弯曲隔板罩，所述压力可弯曲隔板罩具有电耦联至所述探测器本体的第一电容性表面；不可变形的部件，所述不可变形的部件具有第二电容性表面，所述不可变形的部件定位在所述探测器本体内并且与所述第一电容性表面间隔开；以及引线，所述引线电耦联至所述第二电容性表面；并联电容，所述并联电容限定在所述引线与所述探测器本体之间；以及感测电容，所述感测电容限定在所述第一电容性表面与所述第二电容性表面之间，其中，由温度的变化所引起的所述感测电容的变化通过所述并联电容的相应变化来内在地抵消。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述第二电容性表面耦联至所述压力可弯曲隔板罩，并且所述引线与所述探测器本体隔离。3.根据权利要求2所述的压力传感器，其中，所述压力可弯曲隔板罩与所述不可变形的部件构造和设置成配合的关系，其中，由温度的变化所引起的所述电容式传感器的电容的变化通过所述引线与所述探测器本体之间的所述并联电容的变化来抵消，从而提供在所述引线与所述探测器本体之间的下述感测电容：所述感测电容在没有补偿感测温度变化的情况下在预定温度范围内大致相同。4.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，由温度的变化所引起的所述电容式传感器的感测电容的减小通过所述并联电容的相等增大来抵消。5.根据权利要求2所述的压力传感器，其中，所述不可变形的部件包括具有随着温度的变化而变化的介电常数的介电材料。6.根据权利要求5所述的压力传感器，其中，所述介电常数随着温度变化的变化直接地引起将所述电容式传感器的电容的任何变化抵消的所述并联电容的变化。7.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述感测电容在预定温度范围内大致相同，而无需温度测量以补偿温度变化。8.根据权利要求3所述的压力传感器，其中，所述第二电容性表面与所述第一电容性表面通过间隙间隔开，其中，所述间隙随着温度增加而增大，从而减小所述电容式传感器的电容。9.根据权利要求8所述的压力传感器，其中，所述压力可弯曲隔板罩包括隔板和肩部，并且其中，所述不可变形的部件包括凸缘，其中，所述肩部和所述凸缘彼此邻接，所述不可变形的部件具有延伸超过所述凸缘的突出部，所述突出部包括与所述第一电容性表面间隔开以限定所述间隙的所述第二电容性表面，其中，所述间隙增大的比率是所述突出部的长度的函数。10.根据权利要求9所述的压力传感器，其中，所述不可变形的部件包括具有180ppm/℃的介电常数温度系数的材料。11.根据权利要求10所述的压力传感器，其中，所述预定温度范围是-40℃至400℃。12.根据权利要求3所述的压力传感器，其中，所述预定温度范围是-40℃至400℃。13.根据权利要求2所述的压力传感器，其中，所述压力可弯曲隔板罩包括隔板和肩部，并且其中，所述不可变形的部件包...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱奥·E·巴龙，约翰·A·曹扎斯蒂，
申请(专利权)人：丹尼斯科工具有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US