专利名称：超高压智能压力变送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量流体介质压力的变送器，特别适用于压力高 达1000MPa的超高压测量和控制设备当中的超高压智能压力变送器。
背景技术：
目前，在超高压测量仪表领域里，对于压力敏感元件，通常是采
用空心圆柱式的压力敏感元件方式(如图2所示)。这种元件是将压 力敏感部位设置在空心圆柱引压孔圆柱外壁上。其工作原理是当被 测介质的压力作用下用于空心圆柱式压力敏感元件内壁时，空心圆柱 因受力而产生径向的膨胀形变。这种状况使贴于外壁的电阻式应变片 的阻值发生改变而产生输出讯号，将这输出讯号加以放大处理，转换 成4 20raA标准信号输出。这种空心圆柱式的压力敏感元件只是以柱 体的形变而取得压力讯号。因此，它存在以下不足，第一，输出信号 低， 一般只有0.5 lmV/V，信噪比也极低；第二，零点不稳定，在超 高压作用下这种元件容易产生弹性疲劳，使零点严重漂移；第三，使 用寿命短，在高压数千次冲击下容易出现断裂现象，导致变送器不能 工作；第四，由于空心圆柱式压力敏感元件结构上的原因，高压下其 测试准确度低于0.2%。 发明内容-
针对上述的问题，本发明的目的是提供了一种新型的超高压智能 压力变送器，对压力敏感元件的结构进行了新的设计，成为平面膜片 式压力敏感元件。本发明的目的是通过以下技术方案解决
一种超高压智能压力变送器，由平面膜片式压力敏感元件、热敏
电阻、桥式电阻应变计、外管、HART协议智能板、密封端子、电缆
组合而成，其特征在于所述的平面膜片式压力敏感元件的压力敏感 部位是设置在空心圆柱形引压孔的底部平面上的弹性平面膜片。
上述的超高压智能压力变送器，所述的弹性平面膜片的厚度为
1.50mm《T《3.00mm,具体由被测压力大小而决定。
上述的超高压智能压力变送器，所述的平面膜片式压力敏感元件 的压力敏感部位与空心圆柱形引压孔的交接处是半径为0.4mm《R《 0. 80ram的过渡圆弧面，圆弧半径的取值由被测压力大小而决定。
上述的超高压智能压力变送器，所述的桥式电阻应变计是根据平 面膜片式敏感元件的弹性平面膜片的拉伸形变区和压縮形变区的对 应位置而专门设计的圆形桥式电阻应变计。
上述的超高压智能压力变送器，所述的热敏电阻置于平面膜片式
压力敏感元件的圆柱形侧外壁上，使之能够快速、准确感应得被测量
介质的温度，从而使智能板能够对温度进行精确、快速、同步的补偿。 上述的超高压智能压力变送器，所述的HART协议智能板能将电
阻应变计和热敏电阻输出的信号进行数字化处理，并转换成4
20mADC叠加HART通信协议信号输出，满足自动控制系统中现场总线
的要求。
本发明有如下特点压力敏感元件采用平面膜片式的结构形式， 以获得更高的、更稳定的、高达2-3mv/v压力应变信号；压力敏感元 件的引压孔与底部的弹性平面膜片交界处不是直角，而是设计成具有半径为R的过渡圆弧面，以提高超高压的情况下防撕裂的能力、耐冲
击能力和耐过压能力；所述桥式电阻应变计是针对弹性平面膜片的拉
伸形变区和压縮形变区的对应位置而专门设计的圆形桥式电阻应变计，以获得最大的信号和信噪比。测量介质温度的热敏电阻置于压力
敏感芯子之上，能够快速、准确感应测量介质的温度。采用HART协议智能板对数据进行数字化处理，提高压力变送器的各种性能。
图1为本发明的总装结构示意图2为现有技术的空心圆柱式压力敏感元件示意图3为本发明的平面膜片式压力敏感元件的示意图。
下面结合附图对本发明的具体实施例作详细说明
如图1所示，本发明由平面膜片式压力敏感元件1、热敏电阻2、
桥式电阻应变计3、外管4、 HART协议智能板5、密封端子6、电缆
7组合构成。
如图2所示，为现有技术结构图空心圆柱式压力敏感元件l、电阻应变计2。
具体实施例方式
如图3所示，在平面膜片式压力敏感元件的设计加工是本发明实施的关键，弹性平面膜片的加工，需要保证引压孔底部弹性平面膜片的平面性；需要控制弹性平面膜片的厚度T， T的取值由被测压力的大小而决定，量程越高，T越大，本发明取值为1.50mm《T《3.00mm，厚度的误差控制在O.Olmm;需要控制平面膜片的平行度，允许误差在0.005mm的范围之内；需要保证引压孔与底部平面的交界处有一 半径为R的过渡圆弧面，此R的大小由被测压力大小而决定，本发 明取值为0.4mm《R《0.80mm的过渡圆弧面。加工成形之后，要经过 热处理，才能成为理想的弹性平面膜片。经过这样处理后，可承受 lOOOMPa压力循环冲击压力次数达IO万次以上。
本发明利用热传导性能高的导热胶将热敏电阻2紧贴在压力敏 感元件1上，这样热敏电阻2可以快速地感测到被测介质的温度。我 们采用PtlOOO的热敏电阻，PtlOOO是一种精确、灵敏、性能稳定的 热敏电阻，在相同的温度下，比PtlOO热敏电阻的信噪比高出一个数 量级，因而其灵敏度更高，保证了超高压智能压力变送器精确采集介 质温度，并进行同步温度补偿。
所述的HART协议智能板5型号为HK-H991M，其核心芯片为 H100A， H100A是现今业界HART最佳解决方案，为超高压智能压 力变送器提供了灵活和强大的信号处理平台，其具有如下几个优点-(l)芯片内带FLASH存储器，使所存储的数据更加安全；(2)核心IC 采用六面金属封装，最大限度的屏蔽干扰信号；(3)强大的数据备份、 恢复功能和现场数据保存功能；(4)具有通信功能，支持主机远距离组 态和调整；(5)准确度高，可实现高可靠、高稳定性。
本发明的接线方法如图1所示，本发明为二线制(4 20mADC) 压力变送器，图1中电缆出线R表示接电源正极，出线B表示压力变 送器信号输出正端。在超高压智能压力变送器的量程范围内，随压力的不同，可对应输出4 20mADC叠加HART通信协议信号，将此信号 输入到计算机、PLC等二次控制仪表，实现信号检测与控制。
本发明的工作原理是当被测介质的压力作用于平面膜片式压力 敏感元件时，弹性平面膜片受力的作用而向外膨胀，膜片的中心鼓起， 形成弹性拉伸形变区，而膜片的根部(即与引压孔径大小相当的部位) 则形成一个弹性压縮形变区，处在弹性拉伸区和弹性压縮区的桥式电 阻应变计，会产生高达2 3mV/V的输出信号。这个信号相当于采用 空心圆柱式压力敏感元件所得的输出讯号2 4倍。从而保持很高的 输出讯号和很高的信噪比。这是空心圆柱式压力敏感元件的那种结构 所不可能达到的。
在设计上，平面膜片与引压孔的交接处，不是直角，而是设计成 一具有半径为R的过渡圆弧面。这样可以大大提高抗撕裂的程度。而
耐1000MPa压力冲击的次数可达80000 100000次，大大延长了使用 寿命，提高了可靠性和准确度。
在设计上，承载平面膜片支承的圆柱的壁厚H可以提得很高，以 降低附加的形变带来的漂移和干扰，以及极大地提高了输出讯号的准 确度；壁厚与膜厚之比H:T》5: 1。 H的值可以取得很大，所以弹性 平面膜片的厚度T可以取得很大的值，以适应更高的测量压力。这也 是空心圆柱式压力敏感元件的那种结构所不可能达到的。本发明所述 的超高压压力变送器的量程可以达到1000MPa，最高可达1400 MPa。 在这个压力下，其输出仍可以有很高的准确度，可达0.05%以上。在设计上，桥式电阻应变计是配合弹性平面膜片的尺寸而专门设计的，使得其桥路电阻分别处于弹性拉伸形变和弹性压縮形变的应力
最高的区域；使其输出信号高达2 3mV/V，从而提高准确度。在压力高达1000MPa时，测量准确度可达到0. 05%。
将热敏电阻置于电阻式应变计附近的金属圆柱面上，使热敏电阻能够快速、准确地感应到测量介质的温度。采用HART协议的智能板将压力敏感元件和热敏电阻的输出信号进行数字化处理，可提供一组4 20mADC叠加HART通信协议信号输出，能够有效地提高压力变送器的准确度和可靠性，并满足自动化控制系统中现场总线的要求。
权利要求
1、一种超高压智能压力变送器，由平面膜片式压力敏感元件(1)、热敏电阻(2)、桥式电阻应变计(3)、外管(4)、HART协议智能板(5)、密封端子(6)、电缆(7)组合而成，其特征在于所述的平面膜片式压力敏感元件(1)的压力敏感部位是设置在空心圆柱形引压孔的底部平面上的弹性平面膜片。
2、 根据权利要求1所述的超高压智能压力变送器，其特征在于: 所述的弹性平面膜片的厚度为1.50mm《T《3.00mm,具体由被测压力 大小而决定。
3、 根据权利要求1所述的超高压智能压力变送器，其特征在于-所述的平面膜片式压力敏感元件(1)的压力敏感部位与空心圆柱形 引压孔的交接处是半径为0.40mm《R《0. 80mm的过渡圆弧面，圆弧 半径的取值由被测压力大小而决定。
4、 根据权利要求1所述的超高压智能压力变送器，其特征在于 所述的桥式电阻应变计(3)是根据平面膜片式敏感元件的弹性平面 膜片的拉伸形变区和压縮形变区的对应位置而专门设计的圆形桥式 电阻应变计。
5、 根据权利要求1所述的超高压智能压力变送器，其特征在于 所述的热敏电阻(2)置于平面膜片式压力敏感元件的圆柱形侧外壁 上。
6、 根据权利要求1所述的超高压智能压力变送器，其特征在于 所述的HART协议智能板(5)能将电阻应变计(3)和热敏电阻(2) 输出的信号进行数字化处理，并转换成4 20mADC叠加HART通信协 议信号输出，满足自动控制系统中现场总线的要求。
全文摘要
本发明公开了一种超高压智能压力变送器，由平面膜片式压力敏感元件、热敏电阻、桥式电阻应变计、外管、HART协议智能板、密封端子、电缆组成，所述的平面膜片式压力敏感元件的压力敏感部位是设置在空心圆柱形引压孔的底部平面上的弹性平面膜片。本发明的超高压压力变送器的量程可以达到1000MPa，最高可达1400MPa。在超高压(1000MPa)的压力下，本发明有很强的耐多次冲击和过压冲击。测量介质温度的热敏电阻置于压力敏感芯子之上，能够快速、准确地感应测量介质的温度。采用HART协议智能板对数据进行数字化处理并输出标准信号，为需要测量超高压力的场合提供了一种高性能、高可靠性的超高压智能变送器。
文档编号G01L9/04GK101476959SQ20091003697
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者谢大刚 申请人:谢大刚