专利名称：具有改进的过程适配器的压力变送器的制作方法
技术领域：
压力/真空变送器是已知的。这种装置典型地连接到压力或真空源；产生根据压力或真空变化的电特征；并提供变化的电特征的电表现，以便操作者或者过程的其它部分了解该压力或真空。
背景技术：
高纯度压力或真空变送器是普通真空或压力传感器的相对小的子集。这些装置尤其适于暴露于极度精密和/或非常洁净的过程。这些过程的类型是，从压力传感器脱落的颗粒或者甚至是来自压力传感器的脱气会对整个生产过程线产生有害的影响。这种应用的一个实例是半导体的加工。
真空变送器用于高纯度应用，所述应用涉及例如材料的沉积或移除(蚀刻)，诸如在半导体工业中。当在半导体沉积室中操作真空传感器时，一个顾虑是沉积材料在压力传感器自身上的积聚。在这种应用中，一般认为采用“等离子罩(plasma shield)”以限制到传感器上的沉积。这典型地通过使用金属片的穿孔片而实现，其中所述穿孔片然后被点焊到传感器前方的外壳上。此类型的罩有几个不利的副作用。首先，由于材料的横截面，罩的热传导性是不良的。该不良的热传导性会损害加热系统的效率，其中所述加热系统试图将传感器和罩维持在升高的温度，从而减少沉积材料的积聚。因此，罩的不良热传导性会导致在罩上的过早的沉积过程材料。另一不利副作用是，罩典型地将在它与侧壁的连接点处具有许多窄而深的裂缝。这些下陷的体积延长了“泵下降(pump-down)”时间并产生洁净问题。再一种不利副作用是典型的金属片罩经常非常薄从而导致对于传感器的有限的物理保护。由于其相对差的物理坚固性，罩有时会破裂或产生颗粒，这在使用传感器的极度洁净环境中是不利的。
发明内容
披露了一种用于洁净环境的压力传感器。压力传感器包括过程联结器、传感器组件、罩和电子元件。过程联结器被配置为在过程入口处联结到过程介质的源。传感器组件联结到过程联结器上并且所述传感器组件中具有压力传感器。压力传感器具有电特征，所述电特征根据传感器组件中的压力而变化。罩邻近过程联结器进行布置，并且所述罩被布置为遮断过程入口和压力传感器之间的大致所有的瞄准线。传感器内的电子元件联结到压力传感器以测量电特征并提供所述电特征的指示。被提供一种感应洁净环境中的压力的方法。
图1是高纯度真空变送器的概图，本发明的实施例对于所述尤其有用；图2是变送器电子外壳内的电子元件的概图；图3图示说明了根据本发明的实施例的传感器组件(sensor module)和过程联结(process coupling)；图4是根据本发明的实施例的组件14的更大的透视图。
具体实施例方式
以下将说明本发明的各种实施例。在一些实施例中，过程入口和压力传感器之间的大致所有瞄准线都被罩阻挡。在其它实施例中，罩通过以下方式被连接到过程连接器，所述方式为提供罩和过程连接器之间的高热传导性。罩可以与过程连接器整体地形成以使罩和过程连接器之间的体积最小化，由此减少泵下降(pump-down)时间。
图1是高纯度真空变送器的概图，本发明的实施例对于所述变送器尤其有用。变送器10一般包括传感器电子外壳12，传感器部分14、过程联结器16和电连接器18。过程联结器16通常联结到高纯度环境中的真空源或者压力源，并且将源联结到传感器部分14。传感器部分14内的压力传感器具有随压力变化的电特征。这种压力传感器的实例包括但不限于，可偏转隔膜的基于电容的传感器和可偏转隔膜的基于应变的变送器。
图2是电联结到传感器部分部分14内的传感器15上的变送器电子外壳12内的电子元件。如图2中所示，变送器10优选地包括电源组(powermodule)100，所述电源组100联结到连接器18并被配置为，从通过连接器18接收的电，提供用于变送器的其它部件的电功率或者其它条件。同样地，变送器10可依靠通过连接器18提供的电而被完全地供能。变送器10还优选地包括通信组件102。通信组件102被配置为，允许变送器10通过符合合适的过程工业标准协议的信号传输通信。这种协议的实例包括但不限于，总线可寻址远程变送器(HART)协议；和FOUNDATIONTM场总线(Fieldbus)协议。外壳12内的附加电子元件可以执行附加功能，诸如将电信号转换为数字表示，以及使数字输出线性化和/或特征化。控制器104联结到电源组100并从所述电源组100获得能量。控制器104还联结到通信组件102，以便由控制器104提供的信息可通过组件102通信。进一步，组件102可以将由过程回路(process loop)接收的信息提供到控制器104。控制器104可包括合适的数字处理电路，但优选是微处理器。控制器104通过测量电路106联结到传感器15。电路106可包括诸如Sigma-Delta转换器的模数转换器。电路106还可按照需要包括合适的线性化电路、校准电路，和/或特征化电路。
传感器15可以对应于所施加的压力或真空而偏置或者变形。传感器15具有诸如电阻、电压或者电容之类的电特征，所述电特征对应所施加的压力或真空而变化。优选地，传感器15由基于半导体的材料而构成。转让给本发明的受让人的美国专利5,637,802中讲述了这些类型的传感器。这种基于半导体的传感器一般提供随半导体传感器的一部分的偏转而变化的电容。偏置(deflection)对应于所施加的压力。半导体的使用、尤其是诸如蓝宝石的单晶半导体的使用提供了许多优点。蓝宝石是单晶材料的一个实例，所述单晶材料在合适地熔化粘结时在两个粘结部分之间没有材料界面。因此，产生的结构格外地坚固。另外，基于半导体的传感器具有非常良好的磁滞现象并具有极高的频率响应性。与基于半导体的压力传感器有关的附加信息可以在美国专利6,079,276；6,082,199；6,089,907；6,484,585；和6,520,020中找到，所有这些专利都被让予本发明的受让人。
使用基于蓝宝石传感器尤其有利于本发明的一些实施例。蓝宝石非常抗腐蚀，并且适合于直接暴露于过程介质。另外，蓝宝石压力传感器具有迅速的响应时间，典型地在100kHz以上。通过使传感器15直接地与过程介质接触，不存在延迟传感器响应和/或抑制系统有效性的诸如硅油的绝缘流体。此外，由于不被使用绝缘流体，密封不会失效并且不会有绝缘流体流入洁净环境中。
图3图示说明了根据本发明的实施例的传感器组件和过程联结器。传感器组件14在接口19处联结到过程联结器16。各种其它形式的过程联结器可以根据本发明的方面而使用。例如，可使用VCR配合。如图3中所示，压力传感器15可通过支架装置22安装到传感器部分14上。传感器15的压力感应部分24布置在组件14内。压力传感器15优选地根据半导体加工技术使用如上所述的半导体材料构造。传感器组件14内压力的变化产生部分24上的偏置，所述偏置改变压力传感器15的诸如电容的电特征。联结到传感器15上的电导体(未显示)传送电信号到测量电路106，允许外壳12内的电路106测量电特征并因而测量压力。传感器组件14优选地包括邻近处理联结器16布置的罩30。罩30用于遮断诸如入口32的处理入口和压力传感器部分24之间的所述瞄准线。正如在此处所使用的，瞄准线是两物体之间的任意直线，诸如过程入口和压力传感器部分24之间。罩30可以由任何合适的材料构成。合适构造的一个实例是1/8英寸厚不锈钢的罩30。瞄准线的遮断是重要的，以确保过程材料不会不理想地沉积在传感器部分24上。虽然罩30遮断了入口32和传感器部分24之间的瞄准线，但同样重要的是罩30允许入口32和传感器部分24之间的流体通信。因此，罩30包括多个孔34，所述孔34允许在入口32处接收的过程介质进入传感器部分24。
罩30优选地构造为传感器组件14的整体部分。罩30可独立于组件14的其它部分而制造，然后完全焊接到组件14上。通过使用包围罩30的整个外周的单一连续焊接，可以完全地焊接单面罩30。然而优选地，罩30可以与组件14整体地形成。组件14内的罩30的整体特性确保罩30和组件14之间的连接极度坚固，同时由于在罩30和组件14之间没有界面，也使内部体积最小化。
图4是根据本发明的实施例的组件14的更大的透视图。组件14在图4中被显示为横截面。在图4所示的实施例中，罩30包括总共六个孔34。如通过观察图3和图4而明显的，罩30中孔34的位置和尺寸优选地选择为，所有来自入口32的瞄准线被遮断。因此，每一切线(tangent)36和孔34都被布置在入口32的半径之外。定位孔34和确定孔34尺寸的其它方法可根据本发明的方面而使用。例如，孔34的孔尺寸的比例和位置可用于抑制过程流体是气流的紊流。另外，孔34的尺寸和定位可变化以选择性地过滤不同颗粒尺寸。
罩30和组件14的支架之间的相对大热传导路径确保罩30被来自组件14的侧壁的热量更有效地加热。这将有助于确保罩30不积聚过程材料。
虽然已参照优选实施例说明了本发明，但本领域普通技术人员将认识到，在不背景本发明的精神和范围的情况下，可做出形式和细节上的改变。
权利要求
1.一种用于洁净环境的压力变送器，所述变送器包括过程联结器，所述过程联结器被配置成在过程入口处联结到过程介质的源上；传感器组件，所述变送器组件联结到过程联结器上，所述传感器组件中具有压力传感器，其中所述压力传感器具有对应于传感器组件内的压力而变化的电特征；罩，所述罩邻近过程联结器而布置，并且所述罩被配置成遮断过程入口和压力传感器之间的大致所述瞄准线；和电子元件，所述电子元件联结到压力传感器上以测量电特征并提供所述电特征的指示。
2.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述罩与传感器组件整体地形成。
3.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述罩通过单一地连续焊接被焊接到传感器组件上。
4.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述罩由金属形成。
5.根据权利要求4所述的压力变送器，其中所述金属是不锈钢。
6.根据权利要求4所述的压力变送器，其中所述罩的厚度是大约0.125英寸。
7.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述压力传感器由基于半导体的材料形成。
8.根据权利要求7所述的压力变送器，其中所述压力传感器由单晶材料形成。
9.根据权利要求8所述的压力变送器，其中所述压力传感器由蓝宝石形成。
10.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述电子元件进一步包括联结到电源组上的连接器，其中所述电源组被配置成利用通过连接器接收的电对变送器进行供能。
11.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述电子元件进一步包括通信组件，所述通信组件被配置为提供符合过程工业标准通信协议的压力的指示。
12.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述电子元件进一步包括模数转换器，所述模数转换器可操作地联结到压力传感器上以提供电特征的数字指示。
13.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述罩围绕罩的整个外周通过热的方式联结到传感器组件上。
14.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述过程联结器是VCR配合。
15.根据权利要求1所述的压力变送器，其中所述罩包括多个孔，每一个孔都具有内切线。
16.根据权利要求15所述的压力变送器，其中所述孔被确定尺寸并被定位，以便每一内切线都被布置在过程入口的半径之外。
17.一种感应洁净环境中的压力的方法，所述方法包括使洁净环境的过程压力直接地以流体方式联结到压力传感器；遮断到压力传感器的大致所有的瞄准线；测量压力传感器的电特征；和根据所测量特征提供输出。
18.根据权利要求17所述的方法，其中遮断到压力传感器的大致所有瞄准线由罩完成。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括以下步骤从围绕罩的外周的所有点提供热传导路径。
20.根据权利要求19所述的方法，其中通过使用单一连续焊接以将罩的外周焊接到传感器组件从而完成热传导路径。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述罩与包括压力传感器的变送器组件整体地形成。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述压力传感器由基于半导体的材料形成。
全文摘要
本发明披露了一种用于洁净环境的压力变送器(10)。压力变送器(10)包括过程联结器(16)，传感器组件(14)，罩(30)和电子元件。过程联结器(16)被配置为在过程入口(32)处联结到过程介质的源。变送器组件(14)联结到过程联结器(16)上并且所述变送器组件(14)中具有压力传感器(15)。压力传感器(15)具有电特征，所述电特征根据传感器组件(14)中的压力而变化。罩(30)邻近过程联结器(16)进行布置，并且所述罩被布置为遮断过程入口(32)和压力传感器(15)之间的大致所有的瞄准线。变送器(10)内的电子元件联结到压力传感器(15)以测量电特征并提供所述电特征的指示。本发明还提供了一种感应洁净环境中的压力的方法。
文档编号G01L21/00GK101014844SQ200580030225
公开日2007年8月8日 申请日期2005年9月29日 优先权日2004年9月29日
发明者克里斯托夫·L·埃里克森, 弗雷德·C·西特勒 申请人:罗斯蒙德公司