专利名称：具有板涂层、微粒过滤器、独立的低成本电容压力变送器的制作方法
背景技术：
低成本压力监测和控制设备被多个产业使用，如加热通风和空调市场。此市场被比工业过程控制和监测系统性能和成本更低的装置所服务。这源于多种原因。例如，工业过程和控制及监测常常要求严格的精度，内在的安全，防爆外壳，设备校准和诊断。相反，低成本市场典型地只要求获取压力信号，并且系统本身成本非常的低。但是，如果这些特征可以没有过度地提高单位成本被提供，工业过程控制变送器的许多特征对那些低成本的市场将会有用。再这点上，首要的设计标准式是电子的尺寸和成本。例如，当同时给出模拟4-20mAmp或1-5伏信号时，低成本的压力控制和监测市场将从智能(smart)/HART的特征(校准，纠错，警报...)中获益。
最近，电容压力传感装置已经取得进展，其在更宽的压力范围提供更高的准确性。一个例子包括美国专利申请No.6,295,875中所描述的压力变送器。这里公开的电容压力传感器可以在内部电极之上设有非导电包含涂层(如二氧化硅)。此保护涂层不仅提供卓越的过压保护。如果压力变送器以足够低的成本被提供，同时还提供与工业过程测量和控制市场功能相同的宿主(host)，低成本市场，如HVAC将从中巨大获益。
发明内容
一种电容压力变送器被提供。一方面，变送器包括直接连接到测量介质而没有任何介入流体隔离的电容压力传感器。过滤器被优选地用于防止微粒到达测量隔膜。另一方面，电容压力变送器至少安装一个设置在过程连接件和电容压力传感器之间的独立(self-contained)绝缘体。在两方面，电容压力变送器相对较小并由方便低成本制造的材料构造。
图1A，1B和1C是根据本发明实施例的电容压力感受器和相关的电路的示意图。
图2A和2B是根据本发明另一实施例使用独立绝缘体的电容压力变送器部分的示意图。
图3A-3C是根据本发明实施例的电容压力传感器的示意图。
具体实施例方式
本发明的优选实施例与美国专利申请No.6,295,875中描述的压力传感器联合使用特别有用，其它压力传感器设计也可以使用。
很多时候，压力传感器从测量介质隔离。当介质温度很高或腐蚀性强或其它由于有害的，这种隔离非常重要。但是，在某些应用中，这种成本较高的特征可能被处理掉且测量的介质被直接安装可偏向的隔膜。
图1A说明本发明实施例的这一方面。可以是任何合适的传感器包括’875专利申请中描述的压力传感器56被直接连接到过程连接件200，这样将被测量的介质被直接传送到传感器56。如果介质还没有用别的方式过滤，微粒过滤器202也可以被设置在过程连接件200和压力传感器56之间。优选地，微粒过滤器202是设置在过程连接件200和压力传感器56之间的45-70微米过滤器。
图1B是压力传感器56的正视图，其被优选地由两个半部分58，60形成。这两个半部分58，60沿着接缝62被粘接，优选地是被焊接。两个半部分58，60形成压力室，在其中可偏向的隔膜64被安置流体地将连接200从连接件201隔离。当压差施加至连接200，201时，隔膜64将会响应压力而偏向，根据现有的技术此偏向将会作为电容变化而被记录(register)。
图1C是说明隔膜64，导电电容板74，室壁76和非导电涂层78的传感器56内一个区域的部分截面图。尽管没有特别说明，板74，室壁76和非导电涂层78的镜像也存在于可偏向隔膜74的另一侧面。电容板74可能被置于或根据任何适合的已知技术其它方式位于室壁76上。其后，在一些实施例中，如涂层78的非导电涂层可以被置于板74顶部。此非导电涂层与板74和可偏向隔膜64之间的电容耦合基本不干涉。但是，涂层78防止隔膜64和板74直接电接触并对导电的过程介质液体流体保持电绝缘。
导体204被连接至适当的电路，如专利申请’875中描述，以测量通过压力作用连接200，201引起的电容变化，并在线条206上提供适当的输出。此输出可以代表压差，流量或其它参数。
图1中所示的低成本压力变送器可以提供显著数目(即使不是全部)的当前工业过程控制和测量变送器的特征。此应用将典型地测量非压缩气体如空气的压力。性能通常将由通过电路添加的数字校正量和所测量的气体的性质决定。但是，即使在很高的湿度条件中，通过适合的传感器几何形状基本可以取消介电变化。一个这样的传感器几何形状的例子是专利申请’875中公开的传感器几何形状。此压力传感器在每平方英寸(psi)1000-2000磅的范围提供非常高的超压力保护。此外，此压力变送器不要求任何昂贵的安装效果，如注油。此外，所述压力变送器的尺寸基本被减少，因为其通常不需要安装在现场硬化外壳(field-hardened enclosure)内，所述外壳提供防爆的益处，由此降低尺寸和成本。最后，在工业过程和控制监测领域被充分接受的高水平变送器功能(如数字通信系统，警报，平方根输出和诊断)现在可以被提供给低成本市场。
图2A是使用在过程介质被隔离的实施例中本发明的一个方面的视图。特别地，独立绝缘体210被设置在过程连接件200和压力传感器56之间，这样将被测量的介质施加压力在绝缘体隔膜212上(优选地金属箔隔膜)，其反过来施加压力到绝缘体流体214上，所述绝缘体流体214优选地为介电填充流体，诸如硅油。绝缘体都优选地包括两个通过诸如激光焊缝的焊缝224连接的二个半部分220、222，并被连接至管道系统216、217，并通过钎焊连接218连接到压力传感器56。优选地隔离液体传感器管216和隔离液体填充管217具有端部形状，这样两个管216、217进入独立绝缘体210上的单个端口。例如，每个管216、217的末端可能被制成“D”形，一个是另一个的镜像，这样它们配合绝缘体210内的圆形端口。
图2B是独立绝缘体210的部分放大示意图。在隔膜212的绝缘体流体侧，室可能包括如230指示的多个回旋。但是，在一些实施例中这些回旋可能被省略。
图3A是根据本发明实施例的低成本压力变送器的横截面示意图。图3A说明根据本发明一方面的低成本压力变送器300。变送器300包括独立绝缘体210。但是，在实施例中过程介质可以被直接连接到测量隔膜，独立绝缘体210可能被省略以此提供额外的尺寸并节约成本。传感器56被置于外壳220内，外壳220优选地以低成本物质构造，如注射可塑塑料。如图3A所示，一对电连接器222被连接至线206并置于变送器300顶部上用于将变送器300连接至外部通信环(未示出)。
如图3A所说明，电路板302优选地具有环形形状以安装在外壳220内。如果需要，外壳220内的自由空间可以被注入适合的非导电材料，如环氧树脂，以提高变送器的坚固性。当组装时，在一个实施例中，压力变送器300相对较小，优选地高度大约两英寸，长度和宽度分别大约为2.5英寸。此尺寸使变送器300将可以被使用在传统工业过程控制变送器不能简单适合的多种环境中。此外，简单设计和小尺寸使将被制造的变送器比传统工业过程控制变送器便宜。但是，如微处理器和/或FOUNDATIONTM现场总线(Fieldbus)通信控制器的已知的过程控制和测量电路可以被安装在电路板302上以提供一定水平功能给先前不知道的低成本市场。FOUNDATIONTM现场总线是一个公开的并可互操作的通信协议。其在智能现场设备中提供数字通信连接。但是，根据本发明实施例的任何其它合适的过程工业标准通信协议可以被采用。
尽管对本发明的一些实施例进行了说明，普通技术人员可以理解在不背离本发明的精神和原则的情况下可以对本发明进行修改和变化，其范围由所附权利要求书所限定。
权利要求
1.一种电容压力变送器，包括电容压力传感器，包括在其中限定室的传感器体，所述传感器体具有多个与室流体连通的传感器入口；设置在室内的导电可偏向隔膜；至少一个相对于所述隔膜设置在室内的电容板，这样隔膜偏向产生至少一个板和隔膜之间的电容的变化；及设置在至少一个板和隔膜之间的非导电层；及可操作地连接至多个传感器入口之一的过程介质入口，并适合连接至过程介质源以使过程介质与测量隔膜直接接触；可操作地连接至其它多个传感器入口的第二变送器入口；连接至电容压力传感器的传感器电路，以基于电容压力传感器的电容产生传感器信号；及连接至传感器电路的变送器电路，以在过程通信环上相对传感器信号传输信息。
2.根据权利要求1所述的变送器，其中，第二变送器入口适合于连接至过程介质源，并且其中传感器信号指示过程介质入口和第二变送器入口之间的压差。
3.根据权利要求1所述的变送器，其中，非导电层包括氧化物。
4.根据权利要求3所述的变送器，其中，氧化物是二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的变送器，此外还包括流体地设置在过程介质入口和多个传感器入口之一之间的过滤器。
6.根据权利要求5所述的变送器，其中，过滤器不能通过大于大约70微米的微粒。
7.根据权利要求6所述的变送器，其中，过滤器不能通过大于大约45微米的微粒。
8.一种电容压力变送器，包括具有第一和第二传感器入口的电容压力传感器，其中每个入口被流体地连接至导电可偏向测量隔膜的一个侧面；独立绝缘体，所述独立绝缘体具有过程流体入口，以及可操作地连接至第一传感器入口的绝缘体流体出口，独立绝缘体也具有被设置的绝缘体隔膜，以流体地从绝缘体流体出口隔离过程流体入口同时在绝缘体流体出口上提供与过程流体入口上的压力相关的压力；可操作地连接至第二传感器入口的第二变送器入口；连接至电容压力传感器的传感器电路，以基于电容压力传感器的电容产生传感器信号；及连接至传感器电路的变送器电路，以在过程通信环上相对传感器信号传输信息。
9.根据权利要求8所述的变送器，其中第二变送器入口是第二独立绝缘体的一部分，第二独立绝缘体具有可操作地连接至第二传感器入口的绝缘体流体出口，所述独立绝缘体也具有被设置的绝缘体隔膜，以流体地从绝缘体流体出口隔离第二变送器入口同时在绝缘体流体出口上提供与第二变送器入口上的压力相关的压力；以及其中，第二变送器入口适于连接至过程介质源；以及其中所述传感器信号指示过程介质入口和第二变送器入口之间的压差。
10.根据权利要求8所述的变送器，其中，所述独立绝缘体包括填充流体。
全文摘要
提供了一种电容压力变送器。一方面，变送器(300)包括在没有任何居间的流体绝缘的情况下直接连接到被测量介质的电容压力传感器(56)。过滤器优选地被用于保持微粒到达测量隔膜。另外一方面，电容压力变送器(300)设有至少一个设置在过程连接件(200)和电容压力传感器(56)之间的独立绝缘体(210)。在两方面中，电容压力变送器(300)相对较小并由方便低成本制造的材料制造。二氧化硅被用作板涂层。
文档编号G01L13/06GK1666097SQ03815513
公开日2005年9月7日 申请日期2003年6月16日 优先权日2002年6月18日
发明者大卫·A·布莱登, 大卫·A·霍基 申请人:罗斯蒙德公司