专利名称：压力测量单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力测量单元。
背景技术：
在压力测量的技术中，使用绝对、相对和压差压力传感器。对于绝对压力传感器，待测压力被绝对地记录，即，作为相对于真空的压差。在相对压力传感器的情况中，待测压力以相对于参考压力的形式检测，参考压力例如是在传感器所在位置处存在的某压力。在大多数应用中，这是使用传感器的位置处的大气压。于是，在绝对压力传感器的情况中，参考固定参考压力，即真空压力，记录待测压力；并且，在相对压力的情况中，参考可变参考压力，例如环境压力，记录待测压力。对于压差传感器，记录第一压力和第二压力之间的差，其中第一压力和第二压力都作用于传感器。
与待测压力的类型无关地，对于所有压力测量普遍的是提供压力测量单元，其中外壳中容纳的压力传感器与压力待记录的介质接触。测量隔膜、动态压力探测器或孔板可以连接在外壳上，或者外壳本身可以借助于外壳上形成的过程连接直接安装在测量位置。
陶瓷压力传感器特别适用于压力检测器。陶瓷压力传感器展现出在很长时间稳定的测量精确度。其原因是陶瓷的较强的离子键，通过它，材料非常耐用并且与其它材料(例如，金属)相比特别不易老化。
依赖于介质，与介质接触的元件必须具有高化学稳定性。另外，它们优选地可以用于高温并且应具有光滑且易清洁的表面，该表面尽量没有金属离子。
在陶瓷压力检测器的情况中，实现了这些需求。陶瓷是非常鲁棒的材料，能够承受非常高的压力和温度，并且具有较高的化学稳定性。
如今经常通过例如在压力传感器的情况中使用非常高级的金属(例如钽)或者涂敷有特殊的高耐用合金(例如耐盐酸镍基合金)的金属，实现其余元件的化学稳定性。
这确实给出了较高的化学稳定表面；然而，对于没有金属离子的需求不能得到满足。另外，与简单的钢相比，高级金属和特殊合金非常昂贵。
现在通过塑料涂层实现没有金属离子，塑料涂层例如包含氟热塑塑料(例如聚四氟乙烯PTFE)的涂层。这种塑料确实没有金属离子；然而，它们仅可用于相对低的温度，例如，最高150℃。另外，对于这些塑料的允许压力范围也有限，因为如果压力过高它们将机械变形。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种压力测量单元，其可以尽可能的通用。
为此，本发明在于一种压力测量单元，其具有—金属外壳中容纳的陶瓷压力传感器，—其中在测量期间，外壳的表面接触压力待测的介质，为这些表面提供搪瓷或玻璃材料的涂层。
根据第一实施例，外壳是要被固定在测量位置的法兰，压力传感器安装在法兰内，并且在测量位置与介质接触的法兰表面具有搪瓷或玻璃材料的涂层。
在第二实施例中，外壳具有过程连接，并且在测量位置与介质接触的法兰表面具有搪瓷或玻璃材料的涂层。
在第三实施例中，压力传感器是压差检测器，外壳具有两个侧法兰，之间夹着压力传感器，并且在测量位置与介质接触的侧法兰表面具有搪瓷或玻璃材料的涂层。
根据一个实施例，外壳由钢或不锈钢制成。
现在根据显示了实施例的三个实例的附图，详细解释本发明及其附加的优点。附图中相同的元件具有相同的参考符号。
图1显示了具有法兰中容纳的压力传感器的根据本发明的压力测量单元的截面；图2显示了具有压力传感器的根据本发明的压力测量单元的截面，其中压力传感器容纳在装备了过程连接的外壳中；和图3显示了具有两个侧法兰之间容纳的压差传感器的根据本发明的压力测量单元的截面。
具体实施例方式
图1显示了根据本发明的压力测量单元的实施例的第一实例的截面。
压力测量单元具有金属外壳1，其中容纳陶瓷压力传感器2。
外壳1由例如钢或不锈钢制成，这些材料与特殊材料相比非常价廉。
在所示的实施例中，陶瓷压力传感器2是绝对压力检测器，由平台3和放置在平台3上的压敏薄膜5构成。平台3由陶瓷制成，该陶瓷例如是氧化铝(Al2O3)陶瓷。薄膜5可以类似地由陶瓷或例如玻璃或蓝宝石制成。利用接头9沿边缘将薄膜5和平台3压密且气密地连接在一起，以形成测量室7。薄膜5是压敏的，即，作用在它上面的压力p导致薄膜偏移其静止位置。
压力传感器2包括变换器，用于将薄膜5的偏移转换为电的测量变量。
在所示电容压力传感器2的实施例的实例中，变换器包括放置在薄膜5的内侧上的电极11和放置在平台3的相对薄膜的外侧上的至少一个相对电极13。
由电极11和相对电极13形成的电容器的电容是根据薄膜5的偏移而建立的，并且因而是作用在薄膜5的压力的量度。
电极11和相对电极13被连接在测量电路15中，测量电路15将电容转换为依赖于压力的输出信号并且使其可用于进一步的求值和/或处理。
替代所述的电容变换器，也可以使用其它类型的变换器。这种变换器的例子是放置在薄膜上并且连接至例如惠斯通电桥的应变或压电元件。
类似地，这里自然也可以使用相对压力检测器或压差检测器，代替绝对压力检测器。图2显示了相对压力检测器的一个例子，而图3显示了压差检测器的一个例子。
外壳1是法兰，其中容纳压力传感器2。为此，法兰具有基本圆柱形的凹口17，凹口17的端侧具有径向延伸入凹口17内部的肩部19。肩部19在其面面对凹口17内部的侧面具有环形槽21，用于接受密封23。作为密封23，例如合成橡胶的O形环是适用的。也可以提供多个密封。
压力传感器2在密封23上具有薄膜5的外部压敏边缘。在远离肩部19的一端，螺纹环25旋入凹口17，以接触平台3的远离薄膜侧并且将压力传感器2压向密封23和肩部19。
根据本发明，外壳1的所有表面在测量期间接触压力待测的介质，这些表面具有搪瓷或玻璃材料的涂层27。
在图1所示的实施例的实例中，沿面向测量位置的法兰外表面，肩部19的表面和槽21接触介质，并且因而也具有涂层27。
图2显示了根据本发明的压力测量单元的实施例的第二实例的截面。
在这个实施例实例中，压力传感器2是陶瓷的相对压力检测器，安装在金属外壳29中。
相对压力检测器与图1所示的绝对压力检测器的不同主要在于，平台3具有穿透它的孔31。待测压力要参考的参考压力通过孔31作用在薄膜5面向平台的侧面上。
外壳29基本为圆柱形，并且具有径向延伸入外壳29内部的支撑面33。压力传感器2以薄膜5的外部压敏边缘位于支撑面33上。
在边缘和支撑面33之间是密封23，例如合成橡胶的O形环。优选地，将槽21印入支撑面33，用于接收密封23。
外壳29包括过程连接35，其用于在使用位置固定过程测量单元。过程连接35由外壳29的一部分形成，该部分位于薄膜5前面并且具有较小的外径。在过程连接远离薄膜5的末端形成外螺纹37。利用这个螺纹37，可以将压力测量单元固定在测量位置(图2未显示)。也可以类似地使用其它类型的固定，例如法兰连接。
过程连接35具有中心轴向贯穿孔39，其在薄膜5前朝向室41打开。室41由薄膜5、过程连接35和密封23限制。
测量位置处存在的压力p通过孔39和室41作用在薄膜5上。
过程连接35可以是外壳29的整体部分；然而，它也可以实施为可卸部分。图2示出了后者的情况。其中，过程连接35具有径向向外延伸的法兰42，螺杆44通过该法兰42旋入包围压力传感器的外壳29的圆柱部分，用于固定过程连接35。
还是在本发明的这一情况中，接触介质的外壳29的所有表面都具有搪瓷或玻璃材料的涂层27。这些表面是过程连接35的外表面43，其从孔39到达外螺纹37；孔39的外围表面45；过程连接35的外围表面47，其限制室41；支撑面33和槽21的表面。
图3显示了根据本发明的压力测量单元的第三实施例的截面。在这个情况中，压力测量单元是具有在两个侧法兰49之间容纳的陶瓷压差检测器的压差测量单元。
陶瓷压差检测器包括平台51，在其相互相对的端面上排列压敏薄膜5。平台51由陶瓷，例如氧化铝(Al2O3)制成。薄膜5可以类似地由陶瓷或例如玻璃或蓝宝石制成。利用接头9沿边缘将陶瓷5和平台3压密且气密地连接在一起，以形成它们各自的测量室7。两个测量室7经由穿过平台51的孔53连接在一起。测量室7和孔53由尽可能不可压缩的液体填充，例如硅油。薄膜5是压敏的，即，作用在薄膜上的压力p使薄膜5偏移其静止位置。
压差传感器包括变换器，用于将薄膜5依赖于压力的偏移转换为电的测量变量。
在所示电容压差传感器的实施例中，变换器包括放置在每一薄膜5的内侧上的电极11和放置在平台51的面对各个薄膜的相对的外表面上的至少一个相对电极13。
由电极11和相对电极13形成的电容器的电容由薄膜的偏移而建立，并且因而是作用于压差传感器的压差的量度。
电极11优选地经由接头9接地，并且相对电极13通过平台51接触并且连接至测量电路55，测量电路55将电容转换为依赖于压差的输出信号并使其可以用于进一步的求值和/或处理。
两个侧法兰49基本为矩形横截面的盘，其容纳压力传感器，使得薄膜5每一个都面向侧法兰49的端面。每一侧法兰49具有贯穿孔57，差值待测的两个压力之一通过该贯穿孔57作用于薄膜5之一。在它们面对各个薄膜5的一侧，孔57进入室59，室59是由凹口在侧法兰49中形成的。室59在侧法兰49的端面上的边缘由支撑面61包围，薄膜5以外部压敏边缘压向该支撑面61，其间插入至少一个密封23，例如合成橡胶O形环。优选地，也是在这个情况中，提供槽21用于容纳密封23。
根据本发明，在这个情况中，在测量位置接触介质的表面具有搪瓷或玻璃材料的涂层27，这里，这些表面是孔57的侧表面63、室59的表面65、支撑面61和槽21的表面。
由于存在涂层27，可以在高压高温和/或关于具有较高化学侵蚀性的介质的情况下使用根据本发明形成的压力测量单元。由于压力测量单元的耐用性由陶瓷和涂层的耐用性决定，所以外壳本身可以由简单的易涂敷的金属制成。
所有接触介质的表面都没有金属离子，因为陶瓷薄膜5和涂层27都没有金属离子。
另外，涂层27提供了光滑的表面，它们非常易于清洁并且可以承受清洁步骤中有时出现的高温和/或高压。
权利要求
1.压力测量单元，包括—容纳在金属外壳(1，29)中的陶瓷压力传感器(2)，—其中测量期间接触压力待测的介质的外壳(1，29)的表面具有搪瓷或玻璃材料的涂层(27)。
2.如权利要求1所述的压力测量单元，其中—外壳(1)是固定在测量位置的法兰，并且检测器(2)安装在法兰中；以及—在测量位置接触介质的法兰表面具有搪瓷或玻璃材料的涂层(27)。
3.如权利要求1所述的压力测量单元，其中—外壳(29)具有过程连接(35)；以及—在测量位置接触介质的过程连接(35)的表面(43，45，57)具有搪瓷或玻璃材料的涂层(27)。
4.如权利要求1所述的压力测量单元，其中—压力传感器是压差检测器，—外壳具有两个侧法兰(49)，它们之间夹有压力传感器，以及—在测量位置接触介质的侧法兰(49)的表面(61，63，65)具有搪瓷或玻璃材料的涂层(27)。
5.如前面任一权利要求所述的压力测量单元，其中外壳(1，29)由钢或不锈钢制成。
全文摘要
提供了一种压力测量单元，其能够尽可能地普遍使用。该压力测量单元包括容纳在金属外壳(1，29)中的陶瓷压力传感器(2)。测量期间接触压力待测的介质的外壳(1，29)的表面具有搪瓷或玻璃材料的涂层(27)。
文档编号G01L19/06GK1662799SQ03814453
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月16日 优先权日2002年6月19日
发明者卡尔-海因茨·班霍尔策, 贝恩德·罗斯科普夫 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司