专利名称：压力指示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种简单和可靠的指示器，它可以很便宜地制成非常小的尺寸，用以光学指示压力差。具体地说，本发明涉及一种指示第一腔的压力P1和参考压力之间的压力差的压力指示器。该指示器包括一个压力腔，它具有侧壁，该侧壁带有与一个挠性的第二壁部分离开一定距离的一个非挠性的第一壁部分，该腔包含在参考压力影响下的流体，该第二壁部分将流体与该第一腔隔开，并且在P1和该参考压力之间的压力差作用下偏转。所述偏转改变该第一和第二壁部分之间的距离，从而指示P1和参考压力之间的压力差。
背景技术：
一般，压力使用标准单位-例如巴，磅/平方英寸等作为一个相对量度来表示。在一些应用中，将压力传感器插入多个输送管道中，以指示流体介质的流动方向。这种应用经常不需要精确的测量，而只是要求显示出在该输送管道的一个零件上有压力差。例如，指示出泵的压力差，用以检测泵的工作性能或显示出在一个阀上的压力降以检测该阀的状态。一般，机械式压力传感器将压力差转换为刻度盘或刻度盘的指针的机械运动。这种传感器的机械结构一般包括一个或多个小的可动的机械零件。这些机械零件用轴承连接，并安装在一个足够大，可容纳和保护该零件的底板上。根据对精度和可靠性的需要，所有零件加工的公差范围都很窄，因此制造传统的压力传感器的成本高，而不只是制造非常小的传感器-例如在医学上应用的其成本高。另外，由于以机械方式运动的零件，传统的传感器的可靠性容易受外界条件-例如温度的改变或粗暴的操作-的影响。为了提高简化程度，开发了基于参考腔的壁部分的偏转的指示器。WO 01/18517公布了一种压力传感器，其中，显示器膜片与指示器膜片连接，并与指示器膜片流体上连通。所加压力的变化造成该膜片之间的相对运动，这种相对运动可在显示器膜片的外表面上观察到。然而，一般，所述种类的指示器不适合于确定低的压力差，并且经常难以读出可见的显示器膜片。
发明内容
本发明的一个优选实施例的目的是要提供一种压力指示器，它对即使外形尺寸小的情况也能简单地制造，并即使在低压力应用中也能更容易地读出。因此，本发明的第一方面提供了在序言中所述的那种压力指示器，其特征为，该指示器还包括将该压力腔与第二腔隔开的挠性的第三壁部分。该第二腔保持压力P2。
由于第三壁部分的挠性，可使该指示器的灵敏度提高，因此可以在低压力应用中更清楚地读出该指示器。
为了使该指示器的读出更简单。该第一，第二或第三壁部分中的一个可以由透明材料制成，并且流体可以是用光学方法可以检测的，例如用容易检测的颜色上色-例如红，蓝，黑等。在这个说明书中，术语“用光学方法可检测的”表示可以利用任何波长的电磁辐射的吸收及/或反射来检测的流体，例如可通过X-射线，红外线检测，或利用可见光肉眼看见进行检测的流体。由于挠性壁部分的偏移造成，可用光学方法检测的流体的移动，因此通过观察该透明的壁部分，检测彩色亮度，或观察红外线或X-射线的吸收，可以检测该流体介质的压力与参考压力之间的压力差。“透明”表示特定波长的电磁辐射可以较自由地穿过。作为一个例子，可以将流体上色，使得仅通过看透明的壁部分-例如由玻璃制造的壁部分，就可以进行可视检测。在一个实施例中，第一壁部分可以包括由透明材料-例如玻璃制成的一个刚性板零件。该第二和第三壁部分可以包括由硅或橡胶制成的非常薄和挠性的膜片，以便在非常小的压力差作用下偏转。
为了更容易读出该指示器，可将该第二和第三壁部分配置得靠近第一壁部分，并基本上与第一壁部分平行。P1和P2之间的压力差有使“第一壁至第二壁”和“第一壁至第三壁”的距离之间的比值改变的作用。如果该第一壁部分包括位于第二和第三壁部分二者上的透明部分，则可通过确定该二个透明部分之间的颜色差，读出该指示器。
该压力腔可以包括靠近该第二壁部分的第一隔室和靠近该第三壁部分的第二隔室。该第一和第二隔室通过连接通道流体上连通。最好，该压力腔完全充满不可压缩的液体物质，例如水或凝胶或油。由于不可压缩性，该压力腔的体积保持固定不变。在这个实施例中，第三壁部分的变形可使第二壁零件偏转，反之亦然。换句话说，该压力腔的形状改变，同时其体积固定不变。在形状变化过程中，该第一和第二壁部分之间的距离改变。由于该腔充满光学方法可检测的流体，因此通过读出该两个壁部分之间的可检测的流体层的“厚度”，距离的变化是光学可视的。
参考压力为压力腔中，作用在第二壁部分上和对抗P1的内部压力。该参考压力可用许多方法形成，例如-可将该压力腔作成可产生对抗其形状变形的一定的反力。作为一个例子，该腔可由弹性橡胶材料制成，该橡胶材料在该第二壁部分变形的过程中，在一定阻力作用下挠曲；-该压力腔可以形成一个向上延伸的包括该可光学检测的流体的液柱的开放管，该液柱提供参考压力；-该压力腔可通过一个调节参考压力的节流阀与例如压缩机的一个压力源连接；-该压力腔可以用可光学检测的流体和可压缩的气体的混合成分来密封；-该压力腔可以简单地具有一个通向外部压力-例如大气压的开口；或-该压力腔可以具有例如由非常薄的膜片，与第二壁部分的尺寸，形状及/或材料相同的，挠性材料制成的第三壁部分，且该第三壁部分设置为将该压力腔与保持压力P2的第二腔隔开。自然，当与充满不可压缩的流体的压力腔结合时，这个实施例可使该第二和第三壁部分产生反相运动，分别向内偏转进入该腔或向外偏转离开该腔。那一个表面向内偏转和那一个向外偏转取决于P1对P2的比值。
在上述任何一个实施例中，该指示器可作成带有调节参考压力的装置，例如通过调节液柱的高度，通过调节节流阀或调节压力P2进行调节。
该压力指示器可以与泵，阀或任何其他输送管道零件平行地插入，其中，该零件的输入和输出侧分别与第一和第二腔连接。对于在这种应用中的使用，特别重要的是要使该第二和第三壁部分具有同样的特性，即具有相同的尺寸，形状，厚度和相同的材料，特别是使得施加同样的压力使第二和第三壁部分的偏转相等。在一些应用中-例如当P1与P2差别很大时，为了部分地或完全地平衡二个压力P1和P2之间的预期的差别，该第二和第三壁部分可以制成为不同。作为一个例子，可将该压力指示器与设计为要给出在出入口和出口侧之间的特定的压力差的一个高压泵平行地插入。这样，该压力指示器可以设计成带有完全平衡该泵带来的压力差的第二和第三壁部分。在这种情况下，通过肉眼观察分别检查该第一壁部分和第二与第三壁部分之间的可光学检测的流体，可以容易地检测出导致压力差较高或较低的该泵的故障。
为了容易同时检测该第二和第三壁部分的偏转以及另外可以容易和便宜地制造该压力指示器，可以在相同的平面-例如在压力腔的同一个壁上，形成该第二和第三壁部分。为了更容易监视该压力指示器，该第一壁部分可以用透明的和最好是平面材料-例如玻璃制成，并放置在与该第二和第三壁部分的平面平行的平面上。该压力指示器可以作成包括设置在一个硅层的每个侧面上的二个玻璃层的三层结构。在将这些层装配成一件之前，可以在该硅层的表面上形成构成该压力腔的表面图形，同时可选择将相反的表面作成分别构成该第一和第二腔的表面图形。该硅层的表面结构可以利用蚀刻制成微型比例的。
在装配三个层以后，通过一个小孔，将用光学方法可以检测的流体充满该压力腔。根据提供参考压力的原理，该小孔以后可以气密地密封起来。该用光学方法可以检测的流体可以为诸如墨水一类的吸收光的流体，例如诸如黑色、兰色或红色墨水这样的暗色墨水。
在医学应用中-例如与一个医药分配装置连同使用时，可以使用该压力指示器来检测药物流体的流动。即使该可光学检测的流体被用膜片即该第二壁部分密封，也可通过使用对身体无害的光学方法可以检测的流体，而进一步提高安全性。
为了使第二壁部分及/或第三壁部分的更小的偏转也可见，应保持墨水层的厚度为较小。因此，当压力差为零时，可以在5～100μm范围内选择该第一和第二壁部分之间的距离。
在一个简单和可靠的实施例中，可以利用电子检测装置可视地检查或简单地通过操作者看该第一壁部分的外表面来检查该第一壁部分。如果该表面的反光性或该表面的颜色改变，则表示分别在该压力腔和第一腔的压力之间的压力改变。同样，如果存在第三壁部分和第二腔，则在该第二和第三壁部分上面的区域上的反光性之间或者颜色之间的改变，分别表示分别在该第一和第二腔之间压力改变。在任何情况下，如果可视检查该指示器，则需要第一壁部分包括一个可透过可见光的窗口。该窗口应设置在该第二壁部分上面。对于包括第三挠性壁部分和第二腔的本发明的实施例，该窗口应延伸以覆盖该第三壁部分或者应设置一附加窗口。该第二和可选择的第三壁部分不是必需为透明的，而是可以使其颜色或反光性与该可光学检测的流体的颜色或反光性相反。
为了更容易检测该可光学检测的液体从该第一壁部分和第二壁部分之间的区域，以及，可选择的，从该第一壁部分和第三壁部分之间的区域，的移位，该压力指示器可以具有基本上为透明的第二及/或第三壁部分，及可选择的，例如LED的光源可放置在压力腔的一个侧面上，以便通过该第二及/或第三壁部分，再通过该可光学检测的流体和通过该第一壁零件投射光束。以这种方式，通过检测通过压力腔的光的吸收，容易检测该壁部分之间的距离。
在一个优选实施例中，根据先前说明的指示器这列形成为三层结构。该结构包括设置在硅层的每侧上的两个玻璃层。使用蚀刻可以有效地生产该硅层，并且在装配形成大量的压力指示器的三层之后，该三层结构可以分割成包括选用于特定用途的多个压力指示器的单元。
在第二方面中，本发明提供了一个泵，其包括一指示器，该指示器根据第一方面并附接以检测泵的活动。
下面，将参照附图，更详细地说明本发明的优选实施例，在附图中图1表示根据本发明的一个光学压力指示器的横截面图；图2表示通过两个挠性的壁部分检测压力差的一个压力指示器的一个优选实施例；图3表示图2所示压力指示器的俯视图；图4表示带有两个参考流体指示窗口和一个位于中心的流体介质窗口的压力指示器的俯视图；图5表示压力指示器阵列；和图6表示设置以检测根据本发明的压力指示器的颜色或光强度变化的一个电子传感器装置。
具体实施例方式
从图1可看出，检测流体介质压力和参考压力之间的压力差的压力指示器包括具有第一壁部分2和第二壁部分3的压力腔1。第一壁部分是透明的，可以由玻璃板制成。第二壁部分3为通过腐蚀掉一部分硅板4形成的一个挠性膜片。第一腔5通过该挠性的第二壁部分3与该压力腔隔开。通过流入和流出通道7，8，该第一腔与所述的流体介质流体上连通。该通道是通过钻孔在板6上形成的。由于该挠性膜片放置在该压力腔和该第一腔之间，因此，该压力腔的内部压力和该第一腔中的流体介质的外部压力之间的压力差使该膜片可以向内偏转进入该压力腔，或向外偏转离开该压力腔。由于偏转，该玻璃板2和膜片3之间的距离改变。又由于该压力腔充满诸如有颜色的液体-例如墨水一类的可光学检测的流体，因此，通过检测通过该压力腔的光的吸收，或通过检测包含在该压力腔中的流体的颜色亮度，可以用光学方法检测该距离的改变。为了可以更容易检测光的吸收或颜色亮度的改变，该压力指示器可以由至少是基本上透明的材料的层制成。例如，形成该第一壁部分2的第一层可用玻璃制成，形成该第二壁部分3的第二层可以由非常薄和因此部分透明的硅膜片制成，第三层6可以由玻璃，聚酯，聚碳酸酯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯等制成。为了更容易检测颜色亮度或光的吸收，可将一个例如LED(发光二极管)的光源9固定在该第三层的下面，以便发出光透过该压力腔。
在图2中表示了可以较容易检测流体介质和参考流体介质之间的压力变化的压力指示器的一个优选实施例。在图2所示的压力指示器中，压力腔1是细长的，带有包括挠性膜片形式的第三壁部分23的部分21。包含压力为P2的流体的第二腔25位于该第三壁部分的下面。该第二腔通过通道27，28与流体存储部分流体上连通。光源9，29是可选的。填充剂孔22只是为了在制造压力指示器过程中，用可光学检测的流体充满该压力腔而设置的，并可以在以后气密地密封。当该填充剂孔密封时，该压力腔不再与周围成流体上连通。在这个状态下，包含在该第一和第二腔5，25中的流体介质之间的压力差分别使该第二和第三壁部分在相反方向偏转，向内偏转进入该压力腔中或向外偏转离开该压力腔。作为偏转的结果，可以分别通过在该第二和第三壁部分上面的第一壁部分2的玻璃板，检查颜色和/或光吸收的差别。
图3表示图2所示种类的压力指示器的俯视图。该压力腔充满黑墨水形式的光学方法可检测的流体。在所示状态下，影响第二壁部分(图1和2中的附图标记3)的流体介质的压力比影响第三壁部分(图2中的附图标记23)的参考流体介质的压力大。因此，在该第一壁部分即覆盖该压力腔的玻璃板和该第二壁部分之间的距离，比该第一壁部分和该第三壁部分之间的相应距离短。可以看出，结果是在该第二壁部分上而形成一个亮点，和在该第三壁部分上形成一个暗点。形成该第一壁部分(图1中的附图标记2)的玻璃板具有一个没有遮蔽的区域31，使得只能在该没有遮蔽区域内的两个窗口32，33看见该黑墨水。
图4表示与图3所示的指示器相应的一个压力指示器，其中，三个压力指示器的阵列具有三个压力腔，它们并排在一个组块，该组块具有三层结构，即在硅层46的每侧上有两个玻璃层44，45。每一个压力腔具有第一隔室41，42，43和第二隔室47，48和49。第一隔室通过连接通道50，51和52，与第二隔室流体上连通。流体和参考流体介质的压力通过输送通道53，54，55和56，57，58，分别加至该第一和第二腔。一个腔的输送通道，例如输送通道53和56，可以在流体输送管路的一个零件的每一侧上-例如流体泵，节流阀等的每一侧上连接。通过该压力指示器，输送管路的使用者可以证实所述零件是否使该输送管路的压力降低或升高，即，泵，节流阀或类似零件是否工作。并排配置多个压力腔可使使用者更容易获得对该输送管路的多个零件总的了解。图5表示图4所示的压力指示器的俯视图，其中，输送通道53中的压力比输送通道50中的压力低，而输送通道55中的压力比输送通道58中的压力低。这导致当流体通过连接通道50和52移动时，在该第一隔室41和43中的光学方法可检测的流体层厚，从而显得暗，而在相应的第二隔室47，49中的光学方法可检测的流体层薄，从而显得亮。
在输送通道54中的压力比在输送通道57中的压力高。这样，光学方法可检测的流体从隔室42，通过连接通道51，流入隔室48中。这导致在第一隔室42中的光学方法可检测的流体层薄从而显得亮，而在相应的第二隔室48中的光学方法可检测的流体层厚，从而显得暗。
使用该压力指示器的一种简单方法是简单地可视检查该第一壁部分的外表面，以检测从该第二及可选择的第三壁部分反射的光的反光性或颜色的改变。图6示出带有一个电子传感器的压力指示器。该传感器包括一个发射器61和一个接放器62，该发射器发送一个信号63-例如电磁信号，光-至该指示器的窗口64上。根据该膜片的偏转，因而根据该光学方法可检测的流体的移动，该发送的信号或多或少地被吸收，从而，接收的信号，即被该膜片的表面反射的信号可以代表流体介质压力和参考压力之间的压力差。在另一个实施例中，该发射器放置在该压力指示器的相反一侧上以发射信号通过该压力腔。
权利要求
1.一种指示第一腔的压力P1和参考压力之间的压力差的压力指示器，所述指示器包括具有一个侧壁的压力腔(1)，该侧壁带有一个设置为离挠性的第二壁部分(3)一定距离的一个非挠性的第一壁部分(2)，该压力腔包含在参考压力影响下的流体，该第二壁部分设置为将流体与该第一腔(5)分开，并在P1和参考压力之间的压力差作用下偏转，所述偏转改变该第一和第二壁部分之间的距离，从而使流体在压力腔中移动，该指示器还包括将该压力腔与第二腔(25)隔开的一个挠性的第三壁部分(23)，该第二腔保持压力P2，其特征为，该第一，第二和第三壁部分中的至少一个，相对于该流体，对在一个特定波长内的电磁辐射基本上是透明的。
2.如权利要求1所述的指示器，其特征为，该压力腔包括靠近该第二壁部分的第一隔室和靠近该第三壁部分的第二隔室，还包括使该第一和第二隔室之间流体上连通的一个连接通道。
3.如上述权利要求中任何一条所述的指示器，其特征为，该第二和第三壁部分分别具有向着该第一和第二腔的相同的表面积。
4.如上述权利要求中任何一条所述的指示器，其特征为，该第二和第三壁部分的刚度相同。
5.如上述权利要求中任何一条所述的指示器，其特征为，该第二和第三壁部分设置在同一平面上。
6.如权利要求5所述的指示器，其特征为，该第一壁部分靠近与该第二和第三壁部分的平面平行的平面并在该平面上。
7.如上述权利要求中任何一条所述的指示器，其特征为，该第二壁部分和第三壁部分的至少一个，相对于流体，对在一个特定波长内的电磁辐射基本上是透明的。
8.如权利要求7所述的指示器，其特征为，它还包括照明装置，用于将该特定波长内的电磁辐射，从该第二壁部分的外侧表面，通过该第二或第三壁部分，再通过该腔和通过该第一壁部分投射至该腔外面。
9.如上述权利要求中任何一条所述的指示器，其特征为，它具有包括由玻璃制成的第一层和由硅制成的第二层的堆叠结构。
10.如权利要求9所述的指示器，其特征为，它还包括由玻璃制成的第三层。
11.如权利要求10所述的指示器，其特征为，该第一和第三层具有朝向该第二层的基本上平的表面，该第二层具有朝向该第一层的第一表面结构和朝向该第三层的第二表面结构；其中，该第一表面结构形成压力腔，该第二表面结构形成第一腔。
12.如权利要求11所述的指示器，其特征为，该第二壁部分与该第二层形成一个整体。
13.如上述权利要求中任何一条所述的指示器，其特征为，它形成在一三层结构中，该结构包括配置在硅层的每侧上的两个玻璃层。
14.一种制造压力指示器的方法，该压力指示器具有包括由玻璃制成的第一层，由硅制成的第二层和由玻璃制成的第三层的堆叠结构，其特征为，该第一和第三层具有朝向该第二层的基本上平的表面，该第二层具有朝向该第一层的第一表面结构，和向着该第三层的第二表面结构；其中，该第一表面结构形成压力腔，该第二表面结构形成第一腔，该方法包括通过腐蚀形成该第一表面结构的步骤。
15.一种带有一个入口和一个出口和包括如权利要求1～12中任何一条所述的指示器的泵，其特征为，该第一腔与该入口流体上连通，该第二腔与该出口流体上连通，以得到该泵的入口和出口之间的压力差的指示。
全文摘要
本发明提供了一种指示压力差的指示器。该指示器具有一个参考压力腔，它带有两个在压力P
文档编号G01P13/00GK1829906SQ200480021601
公开日2006年9月6日 申请日期2004年5月28日 优先权日2003年6月2日
发明者珀·B·拉斯马森 申请人:丹佛斯公司