专利名称：位移式测量压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种位移式差压测量压力传感装置，包括传压管道及装在传压管道内的膜片、位移传感器。它可用来测量不同物质的压力。
在现有技术中，有若干种以不同原理的传感器测量物质压力的方案，其中一种是利用膜片、膜盒、波纹片一类弹性物质，根据胡克定律(X＝KP)制成感压体，将压力量转变成位移量，再以一个位移传感器将该位移量转换成电信号传输给二次仪表进行处理，便可得到准确的被测压力值。但实际应用中，尤其对高压密封罐中液位或液体压力的测量时，已往的传感器都面临着精度与测量范围的矛盾，至今尚无良好的解决方案。此外，现有技术中，按胡克定律进行压力测量的技术方案和许多非胡克原理测压技术方案还存在着严重的、实质性的缺欠压力测量的精确度，分辩率受到测量环境温度的严重影响；由于加工工艺的原因，亦受到压力与位移量之间的非线性关系的严重影响。
本实用新型目的在于克服现有技术之不足，提出“先差后测”新思想，克服了测量范围与精度的矛盾；提供了一种可在原理上下消除温度对测量精度的影响，并且最大限度地克服位移量与压力量非线性对测量精度的影响；并且间接地实现温度测量。本实用新型实现方案如下与现有技术相同，它也包括传压管道及装在其内的膜片、位移传感器；所不同的是所述传压管道的两端分别接入不同载压物质，膜片两侧对称处的传压管道中分别各装一个位移传感器，传压管道外部的套桶。
本实用新型亦可这样实现的在传压管道中，在周边固定的膜片两侧对称处，各装一个位移传感器，在传感管道中，在两位移传感器外侧的对称处，以膜片封装，内充硅油。
在上述各方案基础上，本实用新型还可以在传压管道外套装一个内表面与传压管道外表面之间具有间距的园套桶，该套桶跨越传压管道中最外部封装膜片的两侧，其两端是封闭的，两封装膜片的任一外侧的传压管道壁上开有可使管内传输的载压物质进入圆套桶与传压管道之间空间的交流孔。
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型差压工作补偿非线性影响原理示意图。
图3为本实用新型差压工作消除温度影响原理示意图。
图4为本实用新型安装、调整时不会因操作误差而影响基本工作性能的原理示意图。
以下结合附图，对本实用新型结构及设计原理做一详述。
如图1所示，本实用新型从传压管道7的两端分别引入不同载压物质B、C；管道7内安装一个膜片3，在膜3两侧管道7内的对称处分别固定安装电磁或光纤位移传感器2、5；波纹片6、8用以分别将载压物质B、C与传感器件相隔离，并且将B、C的压力传递给膜片3，为保证这一目的，在波纹片6与膜片3和波纹片8与膜片3之间分别充填等压硅油；在传压管道7的外表套装着一个园桶套4；该桶套4沿轴向横跨管道7内波纹片6、8外两侧；载压物质B一侧的传压管道7壁上开有交流孔1，这样就可使物质B充填满整个套桶4内，使B、C两物质温差，在套桶4中得到平衡，达到温度的一致，使传感器件2、3、5处于同一温度，起到温度的粗补偿作用，当然要想获得更好的温度补偿，就必须让园桶套4在传输物质C一侧的空间更大，具体尺寸结构可视需要而定。
本实用新型最基本工作原理是取自不同载压物质B、C的各自压力，分别同时作用于模片3两侧，使膜片3在方向相反的两个压力合力作用下产生位移，然后在膜片3两侧分别以传感器测量该位移信号。我们称为差压传感原理。
如图2所示，设O为膜片3在差压为零时或初始所处位置，△X为差压P＝Pb－Po作用膜片3时，膜片3所产生的位移量，－d2、d5分别为传感器2、5各自所固定的位置。膜片3在其量程范围内，满足胡克定律△X＝KP，K为常数。
由上述条件可分别得出两个传感器所感应的位移量为L5＝d5－△X (1)L2＝△X＋d2(2)将式(2)－(1)得L2－L5＝2△X＋(d2－d5) (3)如果d2＝d5有L2－L5＝2△X＝2KP (4)只要2、5对称地处于3的两侧，位移量相差与差压P完全正比，即测得差压P值。
当环境温度发生变化时，传感器件2、3、5都必然产生相应的膨胀或收缩，造成膜片3相对于传感器2、5产生相位移量变化，这种位移量变化并非是被测压力引起的，会造成测量误差，我们可称这种误差为温度误差。有图1中的园桶套4作为一种温度粗补偿结构发挥作用，我们在此可认为传感器2、3、5周围环境温度一致，因此我们只考虑胀、缩的温度细补偿问题，在此设为膨胀状态。
如图3所示，O点为膜片3受差压P＝0时位置；△X为膜片3受差压P≠0时位移量；△X3T为膜片3在T温度下膨胀的新位移量；－d2、d5分别为位移传感器2、5的固定位置；△X2T、△X5T分别为传感器2、5在T温度下膨胀的新位移量。
膨胀后位移传感器2、5分别检测到膜片3相对位移量为L2＝△X－△X3T－△X2T＋d2(5)L5＝d5－△X－△X3T－△X5T(6)将式(4)－(5)可得L2－L5＝2△X＋(d2－d5)＋(△X5T－△X2T) (7)同样假设d2＝d5，有L2－L5＝2△X＋(△X5T－△X2T) (8)从式(8)可见温度影响已经补偿很多了，如果在选材质中下功夫，选位移传感器2、5物质一样，则式(8)变为L2－L5＝2△X (9)从式(8)，或(9)可以说，本实用新型从原理上将温度影响基本上完全消除。
膜片3是根据胡克定律制做的，因此作用于它的压力值与使它产生的位移量基本成正比，但由于加工工艺等诸多原因，不可能是纯线性的。不仿设△X＝f(p) (10)
其中P＝Pb－Pc，即差压值；△X是膜片3的位移量；f(P)是非线性数函数，将式(10)按泰勤级数展开△X＝a0＋a1p＋a2p2＋…… (11)其中a0，a1，a2…an…为常数。
p的方向，视考虑角度定正、负将式(11)代入式(1)、(2)L2＝d2＋f(p)＝d2＋a0＋a1p＋a2p2(12)L5＝d5＋f(－p)＝d5＋a0＋a1(－p)＋a2(－p)2＋… (13)将式(12)－(13)得L2－L5＝(d2－d5)＋2a1p＋2a3p3＋… (14)同样，假设d2＝d5有L2－L5＝2a1p＋2a3p3＋… (15)从式(4)可知L2－L5∝△X，从式(12)、(13)可知△X与P的高阶奇次幂、高阶偶次幂有关，而式(15)仅与高阶奇次幂有关，与高阶偶次幂无关。对位移量与差压P之间的非线性关系得到极大改善，实际中，a2的＞＞a3，将a2项补偿掉，基本可认为非线补偿完全成功。
在上述理论推导中，同时假设了位移传感器2、5固定的位置与膜片3的初始位置的距离绝对相等。但实际组装调整时，很难做到使它们绝对对称，尤其要考虑到本实用新型中选用的位移传感器2、5分辩率高达nm级的事实。
实际上，即使两个传感器明显不对称于膜片3。本实用新型亦可精确地测量差压，并且毫不影响温度、非线性补偿的卓越特点，只是差一个固定偏置常数，而在二次仪表中可人为地去偏。
由式(3)可知，当－d2，d5固定d2－d5即为一固定常数L2－L5仅增添一常数项，当温度变化时，由式(7)可见，其与式(3)一样，完全实现了温度的补偿特征。针对非线性补偿，如果d2≠d5，本实用新型仍能与d2＝d5时一样完成非线性补偿，见式(14)，仅是增加一固定不变的常数项。
通过上述分析可知，本实用新型具有如下优点1.由于采用两个位移传感器测量膜片的压力感应信号，从原理上实现了对温度及非线性的补偿功能，从本质上提高了压力测量的精确度。
2.由于实行以膜片位移量反映膜片两侧差压，实现了直接测量差压的原理，该方法有效地解决了测量范围与精确度的矛盾。通常测差压是分别测得Pb＋Pc；Pc，然后在二次仪表中完成差压运算(Pb＋Pc)－Pc，这种“先测后差”的工作原理，必然使测量范围大大增加，使绝对误差增大；而本实用新型是直接提取差压信号，即“先差后测”工作原理，实现了测量范围相对以往方法测量范围大大减少，使绝对误差下降。
3.本实用新型可用于高压密封罐内液体压力及液位的精确测量。只要将传压管道一端接于高压罐的底部，另一端接高压罐的顶部，即可测量高压密封罐的差压即液压，经换算可知液位。
权利要求1.位移式测量压力传感装置，包括传压管道及装在其内的膜片、位移传感器，其特征是所述传压管道(7)的B、C两端分别接入不同载压物质，在传压管道(7)中，周边固定的膜片(3)的两侧对称处分别各固定一个位置传感器(2)、(5)。
2.位移式测量压力传感装置，包括传压管道及装在其内的膜片、位移传感器，其特征是在传压管道(7)中，在膜片(3)的两侧对称处分别各装一个隔离、传压膜片(6)、(8)，在每块隔离、传压膜片与膜片(3)之间的传压管道(7)内各装一个位移传感器(2)、(5)，在膜片(6)与(3)，(8)与(3)之间的传压管道(7)内充填等压硅油。
3.根据权利要求2所述的传感装置，其特征是在传压管道(7)外套装一个内表面与传压管外表面之间具有间距的园桶套(4)，该桶套(4)跨越传压管道(7)内的模片(6)、(8)所在位置的外两侧，其两端头是封密闭的，模片(6)、(8)之间的任一外侧的传压管道(7)壁上开有可使管内传输的载压物质进入园桶套(4)与传压管道(7)之间空间的交流孔(1)。
专利摘要本实用新型系一种位移式测量压力传感器，由传压管道及装在其内的膜片。膜片两侧各一个位移传感器组成，传压管道的两端分别接入不同载压物质。本实用新型优点是通过对称采集信号，彻底根除了温度变化引起的测量误差，补偿了大部分压力与位移的非线性因素，而且由于采用“先差后测”的原理，这就缩小了实际测量范围，可保证绝对误差的减少，由于膜片两侧充硅油，以膜片封密，可以防爆、防污染。
文档编号G01L13/00GK2164036SQ93209960
公开日1994年5月4日 申请日期1993年4月13日 优先权日1993年4月13日
发明者任顺平 申请人:任顺平