测量流体压力的压力传感器的制作方法

文档序号:5837559
专利名称:测量流体压力的压力传感器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种测量流体压力的压力传感器及其制造方法,尤其涉 及这样一种压力传感器,它包括具有第一主体部件和第二主体部件的外 壳以及设置在第一主体部件和第二主体部件之间的径向张紧的柔性隔膜/ 膜片,其中形成第一和第二主体部件的材料与形成隔膜的材料相匹配, 从而这些材料的热膨胀系数相互适应。
背景技术
现有的压力传感器包括主体部件和夹持在这些主体部件之间的金属 隔膜。如US6,019,002所披露的一样,通过使金属隔膜沿径向延展来径向 张紧该隔膜。如US4,158,311所披露的一样,还可以通过如下方法径向张 紧该金属隔膜,即用沉淀硬化金属形成隔膜,然后在大约为500 — 600摄 氏度(C)的高温下在退火条件(A)下对该沉淀硬化金属进行l小时的 时效处理,由此该沉淀硬化材料收缩,从而径向张紧隔膜。已经发现,如果形成传感器主体部件的金属材料的热膨胀系数(Tc) 不能与形成隔膜的金属材料的热膨胀系数充分接近地匹配,那么隔膜在 热处理过程中就会受到高的径向张应力,其可能超过形成主体部件的材 料的屈服应力。因此,主体部件会屈服,由此释放出由热处理过程在隔 膜中产生出的径向张力,从而导致在室温下隔膜中的零净径向张力。另外,在使用期间,形成主体部件以及形成隔膜的材料之间热膨胀系数的 充分不匹配,将会引起隔膜中径向张应力随着传感器温度的变化而变化, 由此导致在满量程(满刻度压力)下压力读数的直接变化或误差。该金 属隔膜也会在磁场的作用下产生与压力的变化相反的移动,从而提供出 不准确的压力读数。本发明则可以克服现有技术中的这些问题。发明内容为达到上述目的,根据本发明的一个方面,提出一种测量流体压力 的压力传感器,该压力传感器包括 第一主体部件; 第二主体部件;以及径向张紧的柔性隔膜,该隔膜设置在所述第一主体部件和所述第 二主体部件之间,所述第一主体部件和所述隔膜形成第一流体腔室, 所述第二主体部件和所述隔膜形成第二流体腔室;所述第一主体部件和所述第二主体部件由具有第一热膨胀系数 的第一材料形成,所述隔膜由具有第二热膨胀系数的第二材料形成, 其中所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数的差不超过2.7x l(T6m/m/°C。根据本发明的另一方面,提出一种测量流体压力的压力传感器,该压力传感器包括 第一主体部件; 第二主体部件;以及径向张紧的柔性隔膜,该隔膜设置在所述第一主体部件和所述第 二主体部件之间,所述第一主体部件和所述隔膜形成第一流体腔室, 所述第二主体部件和所述隔膜形成第二流体腔室;所述第一主体部件和所述第二主体部件由铁磁性材料形成,从而 所述第一和第二主体部件使所述隔膜与磁场屏蔽,否则该磁场会导致 所述隔膜移动,从而造成对施加在所述隔膜上的流体压力的不准确测根据本发明的又一方面,提出一种测量流体压力的压力传感器, 该压力传感器包括第一金属主体部件和第二金属主体部件,所述第一和第二主体部 件被加热至900。F以上;柔性金属隔膜,该隔膜设置在所述第一和第二主体部件之间,所 述隔膜由沉淀硬化材料形成,所述第一主体部件和所述隔膜形成第一 流体腔室,所述第二主体部件和所述隔膜形成第二流体腔室。此外,本发明还提出一种形成压力传感器的方法,包括如下步骤 提供第一主体部件和第二主体部件;对所述第一主体部件和所述第二主 体部件进行预热处理;将由退火的沉淀硬化材料形成的柔性隔膜设置在 所述第一主体部件和所述第二主体部件之间;将所述主体部件与所述隔 膜连接,从而在所述第一主体部件和所述隔膜之间形成第一流体腔室, 并在所述第二主体部件和所述隔膜之间形成第二流体腔室;以及对所述 第一和第二主体部件以及所述隔膜进行加热处理,以张紧所述隔膜。本发明还提供一种根据上述方法制造的压力传感器,其中,所述压 力传感器用于补偿量程热误差。


图l是包括两个电极的本发明的压力传感器的剖视图; 图2是图1的压力传感器的俯视图;图3是包括一个电极的本发明的压力传感器的另一实施例的剖视图; 图4是图3的压力传感器的仰视图;图5是包括两个电极的本发明的压力传感器的另一个实施例的剖视图;图6是图5的压力传感器的俯视图;图7是包括一个电极的本发明的压力传感器的另一个实施例的剖视图;图8是图7的压力传感器的仰视图。
具体实施方式
图1和图2表示本发明压力传感器20的一个实施例。该压力传感器20 包括中心轴21和外壳22。外壳22包括大体呈凹入状(凹形)的第一主体 部件24和大致呈凹入状(凹形)第二主体部件26。第一和第二主体部件 24和26被形成为彼此基本上相同。主体部件24和26由同样类型的金属形 成,并由金属板冲压成最终的形状。第一主体部件24包括大体为环形的 凸缘28,它包括大体为圆形的周边30。第一主体部件24还包括平面状的 大体为圆形的中央圆盘32,该中央圆盘32具有圆形的中央孔34。第一主 体部件24还包括壁部36,该壁部36与中央圆盘32同心,并在中央圆盘32 和环形凸缘28之间延伸。第一主体部件24包括延伸穿过壁部36的端口38。 环形凸缘28、中央圆盘32以及壁部36位于彼此大体平行的各自平面内。第二主体部件26包括大体为环形的凸缘48,该凸缘48具有大致圆形 的周边50。第二主体部件26还包括平面状的大体为圆形的中央圆盘52, 该中央圆盘32具有大体圆形的中央孔54。第二主体部件26还包括大体为 平面状的壁部56,该壁部56大体与中央圆盘52同心,并在中央圆盘52和 环形凸缘48之间延伸。第二主体部件26包括延伸穿过壁部56的端口58。压力传感器20包括大体为平面状并且柔韧的薄金属隔膜64,该隔膜 64包括大体呈圆形的周边66。隔膜64设置在第一主体部件24和第二主体 部件26之间,从而第一主体部件24的环形凸缘28与隔膜64的第一侧啮合,而第二主体部件26的环形凸缘48与隔膜64的第二侧相啮合。隔膜64的周 边66位于围绕着隔膜64的整个周长的环形凸缘28的周边30以及环形凸缘 48的周边50的附近。通过焊接或类似其他方法,将隔膜64的周边66连接 至围绕着隔膜64周边的主体部件24和26的环形凸缘28和48,从而在环形 凸缘28和48以及隔膜64之间形成不透流体的密封。压力传感器20包括位 于第一主体部件24和隔膜64之间的第一腔室70。第一腔室70与端口38流 体相通。压力传感器20还包括位于第二主体部件26和隔膜64之间的第二 腔室72。该第二腔室72与端口58流体相通。压力传感器20包括位于第一腔室70内的第一金属化陶瓷电极78。第 一电极78通过安装装置80与第一主体部件24连接。电极78的第一大体平 面状表面与第一主体部件24的中央圆盘32相啮合,第一电极78的第二大 体平面状表面与隔膜64相隔一段短距离,并大致与其平行。安装装置80 包括安装螺柱82,例如在一端具有与第一电极78相啮合的端头以及在另 一端具有带螺纹部分的螺栓。安装螺柱82延伸穿过第一电极78,并穿过 第一主体部件24中的中央孔34。陶瓷衬垫84位于第一主体部件24的中央 圆盘32的外表面附近。陶瓷衬垫84包括中央孔,螺柱82延伸穿过该孔。 弹簧垫圈86包括中央孔,螺柱82延伸穿过该孔。弹簧垫圈86位于陶瓷衬 垫84外表面附近。带螺纹的紧固件88例如螺母螺旋连接在安装螺柱82的 带螺纹的一端。螺母88压紧弹簧垫圈86,并且将第一电极78和陶瓷衬垫 84压在第一主体部件24的中央圆盘32上。安装螺柱82与第一电极78电连 接。压力传感器20还包括第二金属化陶瓷电极98。第二电极98位于第二 腔室72内,从而电极98的大致平面状表面位于中央圆盘52的附近,电极 98的第二大体平面状表面与隔膜64相隔一段短距离,并大致与其平行。 由此隔膜64位于第一和第二电极78和98之间。第二电极98通过安装装置100连接至第二主体部件26,该第二安装装置100与安装装置80类似。安 装装置100包括安装螺柱102、陶瓷衬垫104、弹簧垫圈106和紧固件108。 按照安装装置80将第一电极78连接至第一主体部件24上同样的方式,安 装装置100将第二电极98连接至第二主体部件26。安装螺柱102与第二电 极98电连接。端口38用于和第一流体的供应部件流体相通,端口58用于和第二流 体供应部件流体相通。电极78和98用于感测隔膜64沿着大致与轴21平行 的方向的移动,这种移动指示了在第一腔室70内的第一流体(例如气体) 的压力和第二腔室72内的第二流体(例如气体)压力之间的压力差。隔膜64可以由17-4沉淀硬化/弥散硬化不锈钢(17-4PHSS)金属材料 制成。当通过在900。华氏温度(F)对17-4 PHSS材料进行一小时热处理 然后空冷该材料而从退火条件(A)转化至H900条件时,该材料会大致 收縮0.0006英寸/英寸。在传感器20热处理之后,隔膜64中的残余径向应 力等于拉伸应变(H900条件下为0.0006英寸/英寸)乘以174PHSS材料 的杨氏弹性模量(E, E-28.5xl(^磅/平方英寸)。因此,在900。F加热传 感器20之后,所得到的隔膜64内的径向应力等于17,000磅/平方英寸 (psi)。如果形成主体部件24和26的金属材料不具有与隔膜材料的Tc充分匹 配的热膨胀系数(Tc),那么主体部件24和26在900。F的热处理温度下会 过度膨胀,从而隔膜64会承受高的径向拉应力,其可能超过主体部件24 和26材料的屈服应力。当传感器20处于环境温度下时,主体部件24和26 的释放或屈服将导致隔膜24内的零净径向张力。17-4 PHSS在900。F时的 Tc是6.6xl(T6 (0.0000066)英寸/英寸/。F,即11.9xl()-6m/m厂C 。 304不锈钢 (SS)在900。F退火条件下的Tc是10.2xlO'6英寸/英寸/。F,即18.4xl0-6m/m/ °C。 304SS材料的屈服应力是45,000磅/平方英寸。当传感器200加热至900。F时,隔膜应力等于82,440磅/平方英寸,这几乎是主体部件24和26 的304SS材料屈服应力的两倍。如果隔膜64由17-4 PHSS材料制成,当传感器20被加热到900。F时, 隔膜材料和主体部件材料的热膨胀系数之间的最大允许差大约为1.5x10—6 英寸/英寸/。F, g卩2.7xl(^m/mTC。因此,形成传感器主体24和26的材料 的最大Tc在900。F时大致为8.1xlO"英寸/英寸/。F,即14.6xl(TV/m厂C 。这 样,由沉淀硬化金属材料制成的隔膜的热处理拉伸效应仅仅在用于形成 主体部件24和26并具有适当匹配的热膨胀系数的窄范围材料内有效地发 生作用。形成主体部件24和26的金属材料的Tc与形成隔膜64的金属材料的Tc之间的不匹配也导致了量程(满刻度压力输出)压力测量读数的误差。 当隔膜由17—4PHSS材料制成而主体部件由430SS材料制成时,由于传感 器20 (包括主体部件24和26以及隔膜64)的温度提高,隔膜中的径向拉 应力下降(大约是传感器温度每提高100。F就下降约3.3。/。)。另外,由于 弹性模量的变化,每升高100。F,隔膜的径向刚度就下降1.5%,从而传感 器每升高100。F,总的量程的变化就大致为4.8%。当传感器20冷却时,隔膜的径向应力和径向刚度会大致提高相同的幅度。电信号调节电路会弥 补或校正传感器温度变化导致的通常在小于8X/100。F范围内的压力读数 输出误差。因此,主体部件材料和隔膜材料的热膨胀系数之间在0.2x10—6 英寸/英寸/。F-0.4xlO"英寸/英寸/。F (5 —8%/100°F)范围内的不匹配值大约是能够被传统的传感器电子设备补偿并且不会导致差的热瞬变性能的 最大实际Tc不匹配值。形成主体部件24和26的材料优选可以低成本地冲压和机加工。该材 料优选为铁磁性材料,以使磁性隔膜64与可能导致错误压力读数的外界 磁场相屏蔽。铁磁性材料强烈地响应磁场,并且具有高透磁性。该材料应可很容易地利用钨惰性气体(TIG)或激光方法焊接,并且应当能够承 受热处理温度而不会腐蚀或氧化。当材料暴露于热处理温度时,材料不会硬化或改变金相状态。形成主体部件24和26的金属材料在32。F至200。F 范围内优选的热膨胀系数(Tc)是5.6xlO《至6.4xlO"英寸/英寸/。F,即 10.1xl(r6m/mTC至11.5xl(r6m/m/。C。主体部件24和26可以由405 SS、 430 SS、 17-7PHSS或哈斯特洛伊碳(镍合金)金属材料制成。尽管17-4PHSS 通常是不可冲压的,但主体部件24和26以及隔膜64可以由17—4 PHSS材 料形成。以重量百分比计,405 SS金属材料包括碳(C),至多约为0.08°/。; 锰(Mn),至多约为1.00°/。;磷(P),至多约为0.04%;硫(S),至多 约为0.03%;硅(Si),至多约为1.00%;铬(Cr) , 11.50-14.50°/0;铝(Al), 0.10-0.30%;以及余量的铁(Fe) 。 405 SS材料在32。一212。F下的Tc大约 为6.0xl(T6英寸/英寸/。F,即10.8xltr6m/mTC。 405 SS是铁磁性材料。以重量百分比计,430 SS材料包括C,至多约为0.12%; Mn,至多 约为1.00%; P,至多约为0.040%; S,至多约为0.030%; Si,至多约为1.00%; Cr, 16.0-18.0%;镍(Ni),至多约为0.50%;以及余量的铁。430 SS材 料在32。一212。F下的Tc大约为5.8xlO'6英寸/英寸/。F,即10.4xl(T6m/m/°C 。 430 SS材料是铁磁性材料。以重量百分比计,17—4PHSS材料包括C,至多约为0.07%; Mn, 至多约为1.00%; P,至多约为0.040%; S,至多约为0.030%; Si,至多约 为1.00%; Cr, 15.00-17.50%; Ni, 3.00-5,00%;铜(Cu) , 3.00-5.00%; 铌(Nb)加钽(Ta) , 0,15-0.45%;以及余量的铁。17-4 PHSS材料在H卯O 热处理条件并在70。一200。F下的Tc大约为6.0xlO《英寸/英寸/。F,即 10.8xlO'6m/m/°C 。 17—4 PHSS材料是铁磁性材料。以重量百分比计,17 —7PHSS材料包括C,至多约为0.09°/。; Mn, 至多约为1.00%; P,至多约为0.040%; S,至多约为0.030%; Si,至多约 为1.00%; Cr, 16.00-18.00%; Ni, 6.50-7.75%; Al, 0.75-1.50%;以及余 量的铁。17-7 PHSS材料在TH1050条件并在70。一200。F下的Tc大约为 5.6xlO-6英寸/英寸/。F, gpi0.1xl(T6m/m/°C,在RH 950条件并在70。一200°F 下的Tc大约为5.7xlO-6英寸/英寸/。F,即10.3xlO'6m/mTC。 17 — 7 PHSS材 料是铁磁性材料。以重量百分比计,哈斯特洛伊碳(Hastdloy C)材料包括钼(Mo), 16%;铬(Cr) , 16%;铁(Fe) , 5%;钩(W) , 4%;以及余量的镍 (Ni)。哈斯特洛伊碳材料在32。一212。F下的Tc大约为6.3xl0's英寸/英寸 /。F,即11.3xl(^m/mTC。哈斯特洛伊碳材料不是铁磁性材料,但是它提 供了非常良好的热膨胀匹配系数。图3和4示出了本发明以附图标记120表示的本发明的压力传感器的 另一实施例。该压力传感器120包括中心轴121和外壳122。外壳122包括 第一主体部件124和第二主体部件126。第一主体部件124按照与压力传感 器20的第一主体部件24同样的方式构成。第一主体部件124包括大体为环 形的凸缘128,它包括大体为圆形的周边130。第一主体部件124还包括中 央孔132和延伸穿过第一主体部件124的端口134。第二主体部件126包括大体为环形的凸缘148,该凸缘148具有大致圆 形的周边142。第二主体部件126还包括平面状的大体为圆形的壁144,该 壁部144大体与凸缘140同心。壁部144通常是平的,与包括凸缘140的平 面分开并与其平行。第一和第二主体部件124和126都由同样类型的金属 材料形成,均由金属板冲压形成最终的形状。压力传感器120包括柔韧的并且大体平面状的薄金属隔膜150,该隔 膜150包括大体圆形的周边152。隔膜150设置在第一主体部件124的凸缘128和第二主体部件126的凸缘140之间。通过焊接等方法将隔膜150以不 透液体的密封方式连接至凸缘128和148。压力传感器120包括位于第一主 体部件124和隔膜150之间的第一腔室156,第一腔室156与端口134流体相 通;以及位于第二主体部件126和隔膜150之间的第二腔室158,该第二腔 室158与端口146流体相通。压力传感器120包括位于第一腔室156内的电极162,电极162通过安 装装置164连接在第一主体部件124上。安装装置164按照与安装装置80相 同的方式构成,并按照类似的方式将电极162连接在第一主体部件124上。 电极162包括大体平面状的表面,它与隔膜150相隔一段短距离,并大致 与其平行。电极162通过现有技术已知的电容测量方法检测隔膜150因响 应腔室156和158之间的流体压力差而沿着大致与轴121平行的方向产生 的移动。对传感器120的主体部件124和126以及隔膜150进行热处理并装 配,它们由与传感器20同样的材料制成。图5和6示出了以附图标记170表示的本发明的传感器的再一实施例。 该压力传感器170包括中心轴171和外壳172。外壳172包括第一主体部件 174和第二主体部件176。第一主体部件174包括大体为环形的凸缘178, 它包括大体为圆形的周边180。第一主体部件174还包括具有中央孔184的 中央圆盘182。该中央圆盘182和中央孔184与轴171同心。第一主体部件 174还包括大体平面状的壁部186,该壁部186与中央孔184同心延伸,并 从中央孔184延伸至凸缘178。第一主体部件174包括端口188。外壳172还 包括大体管状的喷嘴190,该喷嘴具有与端口188流体相通的第一端以及 用于和流体(例如气体)供应装置流体相通地连接的第二端。第二主体部件176包括环形的凸缘198,该凸缘198具有大致圆形的周 边200。第二主体部件176按照与第一主体部件174同样的方式构成。第二 主体部件176还包括具有中央孔204的中央圆盘202。第二主体部件176还包括大体为平面状的壁部206,该壁部206与中央孔204同心延伸,并从中 央孔204延伸至凸缘198。第二主体部件176包括端口208以及大体管状的 喷嘴210,该喷嘴具有与端口208流体相通的第一端以及用于和第二流体(例如气体)供应装置流体相通的第二端。压力传感器170包括大体平面状并且柔韧的薄金属隔膜214,该隔膜 214包括大体圆形的周边216。隔膜214由17—4PHSS金属材料制成。隔膜 214设置在第一主体部件174和第二主体部件176的凸缘178与198之间,沿 着周边216连接至凸缘178与198,以通过焊接等方法在它们中间形成不透 流体的密封。压力传感器170包括位于第一主体部件174和隔膜214之间的 第一腔室220,以及包括位于第二主体部件176和隔膜214之间的第二腔室 222。第一和第二主体部件174和176优选由不易冲压或成型的17-4沉淀硬 化不锈钢(PHSS)制成。因此,由17—4PHSS金属材料盘或棒加工制造 出主体部件174和176。压力传感器170包括位于第一腔室室220内的第一电极228。第一电极 228通过安装装置230连接至第一主体部件174。该安装装置230与安装装 置80的构成和操作方式相同。具有弹力的弹性垫圈232例如0形环围绕着 安装装置230的安装螺柱延伸,并位于第一主体部件174的孔184内,在安 装螺柱和第一主体部件174之间形成不透流体的密封。安装装置230将电 极228连接至第一主体部件174的中央圆盘182,从而电极的大致平面状的 表面与隔膜214相隔一段短距离,并大致与其平行。压力传感器170包括位于第二腔室222内的第二电极238。第二电极 238通过安装装置240与第二主体部件176连接,该安装装置240的构成和 操作方式与安装装置230相同。例如O圈的有弹力的弹性垫圈242围绕着安 装装置240的安装螺柱延伸,并位于第一主体部件176的孔204内,在它们 之间形成不透流体的密封。第二电极238安装在第二主体部件176的中央圆盘202上,从而电极238的大致平面状的表面与隔膜214相隔一段短距 离,并大致与其平行。由此隔膜214位于第一和第二电极228和238之间。 电极228和238感测隔膜214在大致与轴171平行的方向上的移动,这种移 动指示了在第一腔室220内的流体压力和第二腔室222内的流体压力之间 的压力差。17-7 PHSS材料是可冲压的,因此可以用于冲压如图1 一4所示实施例 的主体部件。但是,17—4 PHSS材料通常不是可冲压的,必须进行机加 工。另外,由17-4PHSS材料制成的传感器主体部件在加工之前必须经过 预热处理或者预縮处理至H1150条件或1150。F,优选是至H1000条件或 1000。F,从而当传感器170被热处理至隔膜热处理温度900。F时,主体部 件174和176不会收縮。如果主体部件174和176以及隔膜214都是在退火条 件下由17-4PHSS材料制成的,那么在热处理过程中就会收縮同样的量, 不会导致隔膜的径向张力。因此,传感器主体174和176预热处理至高达 大约1150。F至H1150条件,优选是在大致1000。F的温度下处理约4个小时 至H1000条件。经过预热处理或预时效处理之后,将主体部件连接至由退 火17—4 PHSS材料制成的隔膜214。然后将组装好的传感器170加热至大 约900。并保持约1个小时,以相对于主体部件174和176收縮隔膜214,从而径向张紧隔膜。当主体部件174和186以及隔膜214由17-4 PHSS材料制成时,可以通 过将主体部件174和176在略高于隔膜热处理收縮温度的温度下热处理, 来实现量程热误差的补偿或调零,因此17—4 PHSS材料的Tc随着时效或 热处理温度而升高。在70。一200。F时,在H900条件下,17—4 PHSS的Tc 大致是6.0xlO—6英寸/英寸/。F,即10.8xlO'6m/mTC;在H1000条件下,Tc大 致是6.2xl(y6英寸/英寸/。F,即11.2xlO'6m/mTC;在H1050条件下,Tc大致 是6.3xlO-6英寸/英寸/。F,即11.3xlO-Wm厂C;在H1150条件下,Tc大致是6.6xlO"英寸/英寸/。F,即11.9xlO-Sm/m/。C。如果传感器主体部件在热环境 下的延伸比隔膜约大2% / 100°F,那么隔膜的径向张力提高的量就会与 弹性模量变化导致的径向刚度的降低量相同,从而量程热误差为O。因此, 通过可变地调整热处理过程,可以校正张紧隔膜传感器的量程温度性能。 图7和8显示了以附图标记250表示的压力传感器的另一实施例。该压 力传感器250包括中心轴251和外壳252。外壳252包括第一主体部件254和 第二主体部件256。第一主体部件254按照与图5的第一主体部件174同样 的方式构成。第一主体部件254包括大体为环形的凸缘258,它包括大体 为圆形的周边260。第一主体部件254还包括具有中央孔264和延伸穿过第 一主体部件254的端口264。第一主体部件254包括管状喷嘴266,该喷嘴 具有与端口264流体相通的第一端以及用于和第一流体(例如气体)供应装置流体相通的第二端。第二主体部件256包括大致环形的凸缘270,该凸缘270具有大致圆形 的周边272。第二主体部件256还包括大体为平面状的壁部274,该壁部274 与轴251大致同心。壁部274包括位于轴251上的端口276。第一主体部件 254和第二主体部件256优选由17—4PHSS金属制成。压力传感器250包括柔韧的并且大体平面状的薄金属隔膜280,该隔 膜280包括大体圆形的周边282。隔膜280由17—4PHSS金属材料制成。隔 膜280设置在第一主体部件254的凸缘258和第二主体部件256的凸缘270 之间,并沿着周边282连接至凸缘258与270,以通过焊接等方法形成不透 流体的密封。压力传感器250包括位于第一主体部件254和隔膜280之间的 第一腔室286,以及包括位于第二主体部件256和隔膜280之间的第二腔室 288。压力传感器250包括位于第一腔室286内的第一电极292。第一电极 292通过安装装置294连接至第一主体部件254的中央圆盘。该安装装置294与图5的安装装置230的构成和操作方式相同。电极292包括大致平面 状的表面,该表面与隔膜280相隔一段短距离,并大致与其平行。电极292 用于检测隔膜280在大致与压力传感器250的轴251平行的方向上的移动。 对传感器250的主体部件254和256以及隔膜280进行热处理并装配,它们 由与传感器170同样的材料制成。以上已经参考附图具体显示和描述了本发明的各种特征,但是可以 理解,这些具体的实施方案仅作示意之用,本发明应当根据所附权利要 求作最宽泛的解释。
权利要求
1.一种测量流体压力的压力传感器,该压力传感器包括第一主体部件;第二主体部件;以及径向张紧的柔性隔膜,该隔膜设置在所述第一主体部件和所述第二主体部件之间,所述第一主体部件和所述隔膜形成第一流体腔室,所述第二主体部件和所述隔膜形成第二流体腔室;所述第一主体部件和所述第二主体部件由具有第一热膨胀系数的第一材料形成,所述隔膜由具有第二热膨胀系数的第二材料形成,其中所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数的差不超过2.7×10-6m/m/℃。
2. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述隔膜的 所述第二材料的第二热膨胀系数为10.8xlO"m/mTC。
3. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述隔膜的 所述第二材料包括沉淀硬化材料。
4. 如权利要求3所述的压力传感器,其特征在于,所述沉淀硬化材料包括碳,至多为0.07wt。/。;锰,至多为1.00wt。/。;磷,至多为 0.040wt%;硫,至多为0.030wt。/。;硅,至多为1.00wt。/o;铬,15.00-17.50wt%;镍,3.00-5.00wt%;铜,3.00-5.00wt%;铌加钽, 0.15-0.45wt%;以及余量的铁。
5. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述第一主 体部件的所述第一材料的第一热膨胀系数10.1 xl(^m/mTC至11.5 x 10-6m/m厂C。
6. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述第一 主体部件的所述第一材料为沉淀硬化材料。
7. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述第一主 体部件的第一材料包括碳,至多为0.08wt。/。;锰,至多为1.00wto/。; 磷,至多为0.04wt。/。;硫,至多为0.03wt。/。;硅,至多为1.00wt。/。;铬,11.50-14.50wt%;铝,0.10-0.30wt%;以及余量的铁。
8. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述第一主体部件的第一材料包括碳,至多为0.12wt。/。;锰,至多为1.00wt。/。; 磷,至多为0.040wt。/o;硫,至多为0.030wt。/o;硅,至多为1.00wto/o; 铬,16.0-18.0wt%;镍,至多为0.50%;以及余量的铁。
9. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述第一主体部件的第一材料包括碳,至多为0.09wt。/。;锰,至多为1.00wt。/。; 磷,至多为0.040wto/o;硫,至多为0.030wtO/o;硅,至多为1.00wtO/o;铬,16.00-18.00wt%;镍,6.50-7.75wt%;铝,0.75-1.50wt%;以及余量的铁。
10. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述第一主体部件的第一材料包括碳,至多为0.07wt。/。;锰,至多为1.00wt。/。; 磷,至多为0.040wt。/o;硫,至多为0.030wt。/o;硅,至多为1.00wto/o;铬,15.00-17.50wt%;镍,3,00-5.00wt%;铜,3.00-5.00wt%;铌加钽, 0.15-0.45wt%;以及余量的铁。
11. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,形成所述第一主体部件的第一材料包括钼,16wt%;铬,16wt%;铁,5wt。^;钨, 4wt。%;以及余量的镍。
12. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,所述第一热膨 胀系数与所述第二热膨胀系数的差不超过0.72xlO"m/m厂C。
13. 如权利要求l所述的压力传感器,其特征在于,所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数的差不超过0.36xl0"m/m厂C。
14. 一种测量流体压力的压力传感器,该压力传感器包括 第一主体部件;第二主体部件;以及径向张紧的柔性隔膜,该隔膜设置在所述第一主体部件和所述第 二主体部件之间,所述第一主体部件和所述隔膜形成第一流体腔室, 所述第二主体部件和所述隔膜形成第二流体腔室;所述第一主体部件和所述第二主体部件由铁磁性材料形成,从而 所述第一和第二主体部件使所述隔膜与磁场屏蔽,否则该磁场会导致 所述隔膜移动,从而造成对施加在所述隔膜上的流体压力的不准确测
15. 如权利要求14所述的压力传感器,其特征在于,所述铁磁性材料包括碳,至多为0.08wt。/。;锰,至多为1.00wt。/。;磷,至多为0.04wt。/o;硫,至多为0.03wt。/。;硅,至多为1.00wt。/o;铬,11.50-14.50wt%;铝, 0.10-0.30wt%;以及余量的铁。
16. 如权利要求14所述的压力传感器,其特征在于,所述铁磁性材料包括碳,至多为0.12wt。/。;锰,至多为1.00wt。/。;磷,至多为0.040wt。/o;硫,至多为0.030wt。/o;硅,至多为1.00wt。/。;铬,16.0-18,0wt%;镍,至多为0.50%;以及余量的铁。
17. 如权利要求14所述的压力传感器,其特征在于,所述铁磁性材料包括碳,至多为0.09wt。/o;锰,至多为1.00wt。/。;磷,至多为0.040wt。/o;硫,至多为0.030wt。/。;硅,至多为1.00wt。/。;铬,16,00-18.00wt%;镍, 6.50-7.75wt%;铝,0.75-1.50wt%;以及余量的铁。
18. 如权利要求14所述的压力传感器,其特征在于,所述铁磁性材料包括碳,至多为0.07wt。/。;锰,至多为1.00wto/。;磷,至多为0.040wt。/o;硫,至多为0.030wt。/。;硅,至多为1.00wt。/。;铬,15.00-17.50wt%;镍, 3.00-5.00wt%;铜,3.00-5.00wt%;铌加钽,0.15-0.45wt%;以及余量的铁。
19. 一种测量流体压力的压力传感器,该压力传感器包括第一金属主体部件和第二金属主体部件,所述第一和第二主体部件被加热至900。F以上;柔性金属隔膜,该隔膜设置在所述第一和第二主体部件之间,所 述隔膜由沉淀硬化材料形成,所述第一主体部件和所述隔膜形成第一 流体腔室,所述第二主体部件和所述隔膜形成第二流体腔室。
20. 如权利要求19所述的压力传感器,其特征在于,所述隔膜处于退火状态。
21. 如权利要求19的压力传感器,其特征在于,所述隔膜被加热 处理至卯0。F或更高。
全文摘要
一种测量流体压力的压力传感器,该压力传感器包括第一主体部件;第二主体部件;以及径向张紧的柔性隔膜,该隔膜设置在所述第一主体部件和所述第二主体部件之间,所述第一主体部件和所述隔膜形成第一流体腔室,所述第二主体部件和所述隔膜形成第二流体腔室;所述第一主体部件和所述第二主体部件由具有第一热膨胀系数的第一材料形成,所述隔膜由具有第二热膨胀系数的第二材料形成,其中所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数的差不超过2.7×10<sup>-6</sup>m/m/℃。
文档编号G01L9/04GK101241031SQ200810083218
公开日2008年8月13日 申请日期2002年12月24日 优先权日2002年2月4日
发明者特雷斯·J·特罗耶 申请人:德怀尔仪器公司
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