专利名称：：测压仪的制作方法
技术领域：
：根据权利要求1的前序部分，本发明涉及包含一种圆筒环，该圆筒环一端由膜片封闭，以便接受待被测量的负载或力，并进一步包含布置在由所述环和膜片形成的腔体中的传感器承载板(sensorcarrierplate)，所述传感器承载板耦接到所述膜片，从而经受在膜片变形(deflection)时的位移，并且所述传感器承载板具有内部部分和外部部分，并且在外部部分承载至少一个传感器，该传感器适于感测由于施加到膜片的负载或力而产生的所述位移并生成信号。
背景技术：
：这样的测压仪可从美国专利US4，089，036得知。如果该已知的测压仪在整个测压仪主体上被快速地或温度梯度地受热或冷却，那么该测压仪的测量特性会呈现临时转变。
发明内容因此，本发明的目的是提供前述精密型测压仪，该测压仪配备自动补偿快速变化的温度和温度梯度的传感器装置。根据本发明，该目的通过在权利要求1中限定的测压仪实现，其中，在上述类型的测压仪中，传感器承载板在内部部分和外部部分之间的位置可移动地耦接到膜片，而且至少一个另外的传感器布置在内部部分中，所述至少一个另外的传感器生成了相对于传感器的信号以相反符号变化的信号。本发明的优选实施例在其余的权利要求中限定。由于至少一个传感器和至少一个另外的传感器的信号的变化是符号相反的，所以传感器构成差动传感器装置，该传感器装置允许高精密度地测量负载或力，即使在温度快速变化的环境下，以及在测压仪经受高温度梯度的环境中。使用多于一个传感器和多于一个另外的传感器给出了均分温度影响的可能性。在根据本发明的测压仪的优选实施例中，在腔体中布置第二膜片，所述第二膜片在其外围耦接到环，或耦接到膜片的外围，并进一步在其中心部分耦接到负载接受膜片的中心部分；传感器承载板布置在负载接受膜片和第二膜片之间，并由第二膜片支撑。该实施例获得的优点是，可以产生相反符号(反相)的信号，由此获得对被测量的负载或力的高灵敏度以及对快速温度变化或高温度梯度的高度的自动补偿。第二膜片可直接悬挂在主膜片中心上。本发明实施例获得的优点是，可以产生相反符号的信号，由此获得对被测量的负载或力的高灵敏度以及对快速温度变化或高温度梯度的高度的自动补偿。进一步的优点是降低对偏心力(offcenterforces)的敏感度。传感器和另外的传感器可适于感测到负载接受膜片的距离。优选地，传感器承载板附加地承载适于感测到第二膜片的距离的至少一个外部第二传感器和内部第二另外的传感器。在根据本发明的测压仪的另一优选实施例中，在腔体中布置第三膜片，所述第三膜片在其外围耦接到环或上述膜片的外围，并进一步地在第三膜片的中央部分耦接到上述膜片的中央部分，而且传感器承载板布置在第三膜片下方并悬挂在第三膜片上。在该实施例中，传感器和另外的传感器适于感测到第三膜片的距离。本发明的该实施例获得的优点是，可以产生相反符号的信号，由此获得对被测量的负载或力的高灵敏度以及对快速温度变化或高温度梯度的高度的自动补偿。本发明的该实施例进一步的优点在于，冲击负载(shockload)在传感器承载板和第二膜片之间的支撑中不引入张力(tensionforce)0优选地，传感器承载板被布置并保持在第二膜片和第三膜片之间。该实施例获得的优点是，可以产生相反符号的信号，由此获得对被测量的负载或力的高灵敏度以及对快速温度变化或高温度梯度的高度的自动补偿。该实施例的进一步的优点在于，偏心负载力(eccentricloadforces)或侧向负载被高度补偿。第二膜片和第三膜片可布置成构成包含传感器承载板的外壳，第二和第三膜片两者以相同方法耦接到主膜片。本发明的该实施例获得的优点是，可以产生相反符号的信号，由此获得对被测量的负载或力的高灵敏度以及对快速温度变化或高温度梯度的高度的自动补偿。根据本发明的该实施例获得的另一优点在于，偏心负载力或侧向负载被高度地补偿。该实施例的进一步的优点是，可以在将传感器单元安装在测压仪主体中之前，预装配并调节由传感器承载板和第二与第三膜片构成的传感器单元。根据本发明的另一实施例，传感器承载板直接悬挂在负载接受膜片上。本发明的该实施例获得的优点是该实施例是简单的设计。在根据本发明的测压仪的优选实施例中，上述传感器是电容型传感器。电容传感器获得的优点在于对施加到测压仪的力和负载的非常高的灵敏度和非接触测量原理，由于仅弹性体超载而非传感器系统，所以对冲击和超载的容忍度高。可替换地，传感器工具可以是电感型传感器。电感传感器获得的优点是，可以在极端环境中运行并且是非接触测量原理，由于仅弹性体超载而非传感器系统，所以对冲击和超载的容忍度高。为进一步描述本发明，参考实例方式的附图，其中图1示出现有技术类型的测压仪；图2示出根据本发明的测压仪的第一实施例，其具有接受待被测量的负载和力的膜片、具有传感器的传感器承载板和支撑传感器承载板的第二膜片。图3示出图1的传感器承载板的例子；图4示出图1的第二膜片的例子；图5示出膜片由于被施加的负载而变形时的图1的测压仪；图6示出根据本发明的测压仪的第二实施例，其具有布置并保持在第二膜片和第三膜片之间的传感器承载板；图7示出在图6中示出的测压仪的变型，其中，第二膜片和第三膜片布置成构成包含传感器承载板的外壳；图8示出根据本发明的测压仪的第三实施例，其具有悬挂在第三膜片上的传感器承载板；4图9示出根据本发明的测压仪的第四实施例，其具有悬挂在负载接受膜片上的第二膜片；图10示出图9的第二膜片的实例；图11示出根据本发明的测压仪的第五实施例，其具有悬挂在负载接受膜片上的传感器承载板；以及图12示出传感器承载板的实例。具体实施例方式图1示出不落入本发明的范围内的现有技术的测压仪或其变型。通常以高强度不锈钢制造的弹性体包括膜片1以及外部圆筒环3，该膜片具有接受被测量的负载或力的负载按钮2。底部膜片5封闭由膜片1和圆筒环3形成的腔体6。膜片1包含突出到腔体6内的圆柱形中央部分4。由支架8固定到圆柱形中央部分4的传感器承载板7布置在腔体6中。在由绝缘材料制成的传感器承载板7的上表面上安装有传感器9和另外的传感器10，传感器9的形式是外部圆形电极(circularelectrode)，另外的传感器10的形式是内部圆形电极。电极9和10与膜片1的下表面构成两个测量电容，在膜片1由于施加到负载按钮2的负载而变形时，该两个测量电容因电极9和膜片1之间的变化距离以及电极10与膜片1之间的变化距离而变化。显而易见，在膜片1变形时，用于外部电极9的距离的变化比用于内部电极10的距离的变化更大。因此，电极9可用作具有高信号的测量电极，内部电极10可用作参考电极，如果从电极9的信号中减去电极10的信号，那么内部电极可补偿传感器承载板7相对于膜片1的位置变换。如果传感器承载板7安装到圆筒环3的内侧，那么电极10会用作测量电极，并且电极9会起参考电极的作用。图1中示出的测压仪的问题是，源自测量电极9的信号变化的符号和源自参考电极10的信号变化的符号是相同的，并且由于从测量信号中减去参考信号，因此可用信号被减少。在被加载待被测量的负载或力时，可用信号的减少可由膜片的较高变形所抵消，但较高的变形导致测压仪弹性材料中的较高的应变(Strain)和较高的非线性。电极9和10的相同符号的信号的问题是参考电极不在从美国专利US4，089，036中得知的测压仪中使用的原因。图2示出根据本发明的测压仪的第一实施例，其中，通常以高强度不锈钢制造的弹性体包括具有接受待被测量的负载或力的负载按钮2的膜片1、圆筒环3和圆柱形中央部分4。底部膜片5封闭由膜片1和部分3与4形成的腔体6。在外部电极9和内部电极10之间的区域中的传感器承载板7布置在腔体6中，该传感器承载板7由许多支架12可移动地耦接到第二膜片11。第二膜片11固定到环3的内表面，并固定到中央圆柱形部分4的表面。外部圆形电极9和内部圆形电极10安装在传感器承载板7的上表面上。第二传感器13和第二另外的传感器14安装在传感器承载板7的下表面上，第二传感器13的形式是第二外部圆形电极13，第二另外的传感器14的形式是第二内部圆形电极14。电极9和10与膜片1的下表面构成两个测量电容，当膜片1由于施加到负载按钮2的负载而变形时，该两个测量电容因电极9、10与膜片1之间的变化距离而变化。同样，电极13和14与第二膜片11的上表面构成两个测量电容，当第二膜片11由于施加到负载按钮2的负载而变形时，该两个测量电容因电极13、14与膜片11之间的变化距离而变化。图3示出承载圆形电容电极9和10的传感器承载板7的俯视图。电极9和10可以是通过丝网印刷施加于陶瓷传感器承载板7的厚膜电极。另外的电极13、14的对应组应用于传感器承载板7的另一侧。外部电极9、13和内部电极10、14的面积以及电极9、10、13、14的部位被选择成，为根据本发明的测压仪提供线性度和温度的补偿的最佳可能组合。支架12也被定位成，提供线性度和温度的补偿的最佳可能组合。传感器承载板7不必需由绝缘材料生产，而是可由与绝缘层或绝缘部件一起应用的任意适合的尺寸稳定(dimensionallystable)的材料生产，从而支撑电容电极。电极9和10也可以是粘合至绝缘传感器承载板7的导体环。可替换地，电极9和10可由用于低成本产品的印刷电路技术生产。图4示出具有支架12、外部安装吊耳(mountinglugs)15和内部安装吊耳16的第二膜片11的俯视图。第二膜片11可通过激光焊或点焊安装到环3和中央圆柱形部分4。图5示出图2的测压仪，其中，膜片1和第二膜片11由于施加到负载按钮2的负载而变形。由于第二膜片11通过外部安装吊耳15耦接到膜片1或环3，并且第二膜片11通过内部安装吊耳16耦接到膜片1的中央部分4，显而易见，两个膜片1和11的变形基本相同。通过设计膜片11的平坦部分相对于安装吊耳15和16的硬度(stiffness)的硬度，可获得线性和滞后的补偿。通过引入切口(cutout)和通过在不同位置切割表面，可以调节第二膜片11的硬度，其中某些切缝有利地延伸到平坦表面的边缘。支架12被设计成允许在第二膜片11的表面和传感器承载板7的表面之间具有角移(angularshift)，同时，在支架12的位置处，保持这两个部件之间的距离恒定。显而易见，传感器承载板7不经受形变，而是以与第二膜片11的变形成比例的量移动，其中，传感器承载板7的移动和第二膜片11的变形之间的因数几何地取决于在第二膜片11上的支架12相对于到安装吊耳15和16的距离的位置。显而易见，通过膜片1的变形，膜片1和外部电极9之间的距离增加，而膜片1和内部电极10之间的距离减小。同样，通过第二膜片11的变形，膜片11和外部电极13之间的距离减小，而第二膜片11和内部电极14之间的距离增加。图2到5中示出的测压仪具有的非常重要的优点是，获得了真实的差分(或者说差动)测量。真实的差分测量具有的优点是，其线性和零点稳定性好于通过现有技术获得的线性和零点稳定性。支架12的垂直于传感器承载板7的表面的尺寸可保持非常小，该尺寸是支配第二膜片11和电极13与14之间的平均距离的唯一参数，因此，温度变化在距离上仅具有微小的影响，从而，由电极13、14和第二膜片11构成的差动传感器工具所执行的测量会非常稳定。由电极9、10和膜片1构成的其它的差动传感器工具不表现出相同的稳定性，因为，距离由传感器承载板7高度的热膨胀、安装吊耳15和16的热膨胀，以及外部圆筒形部分和中央圆柱形部分的热膨胀支配。在图6中示出的测压仪不将膜片1用作测量膜片，而是仅用作适应测压仪的负载6能力的负载承载膜片。测量由两个差动传感器工具执行，一个由电极9、10和第三膜片17构成，另一个由电极13、14和第二膜片11构成。在该实施例中，两个差动传感器工具共享相同的传感器承载板7，并由于结合稳定支架12的差动测量，两个差动传感器工具表现出非常高的稳定性。图6中示出的测压仪获得的进一步的优点事实上在于，由通过负载按钮2施加到测压仪的偏心力或侧向力所导致的负载接受膜片1的倾斜仅部分被转移到第二和第三膜片11、17，而且转移到第二和第三膜片11、17的小量倾斜被不同动作的所述膜片11、17所补偿。在图7中示出的测压仪中，传感器承载板7由支架12安装在第二膜片11和第三膜片17之间。该实施例表现出与根据图6的测压仪相同的稳定性，但具该实施例具有的附加优点是，膜片11和17构成包含传感器承载板7的外壳。如此获得的单元可在被安装在测压仪腔体6中之前被预装配和测试。根据图7的测压仪的进一步的优点事实上在于，由通过负载按钮2施加到测压仪的偏心力或侧向力导致的主膜片1的倾斜仅部分转移到第二和第三膜片11、17，而且转移到第二和第三膜片11、17的小量的倾斜被不同动作的所述膜片11、17所补偿。在图8中，示出根据本发明的测压仪的实施例，其具有安装或悬挂在耦接到主膜片1的第三膜片17的下侧上的传感器承载板7。第二膜片被省略。该实施例的优点是低成本和承受非常高的冲击负载的能力，其原因在于，支架12在超载期间仅经受压缩力。负载按钮2在这里被示出为可移除部件，其被安装在膜片1的中央圆形部分4的凹部中。优点在于可以使负载按钮2适于实际应用，并且，可以使负载按钮2可被设计成将被测量的负载转移到凹部的底部，并从那里转移到主膜片1，并且不直接转移到主膜片1的表面。因此，应力不被引入主膜片1的表面。图9中示出的测压仪具有与根据图2的测压仪基本相同的特征，但具有的附加优点是，当偏心负载和侧向负载施加到负载按钮2时，负载接受膜片1的倾斜不会转移到第二膜片18，原因在于，膜片1和18之间的耦接由部件19实现，部件19纵向坚硬但在两端允许角度运动。然而，膜片1的倾斜由电极9和10测量，并给出错误。如果第三膜片被引入到传感器承载板7上方，基本上如图6或7中所示，那么该错误可以避免。图10示出第二膜片18的俯视图，与环形盘11和17不同，第二膜片18是实心(solid)盘。图11示出具有通过支架12直接悬挂在负载接受膜片1上的传感器承载板7的测压仪。其优点在于构造非常简单。然而，由偏心力或侧向负载引起的主膜片1的倾斜不被补偿，并且冲击负载直接转输到传感器承载板7，并且在通过第二膜片被转移的过程中不被缓冲。在所有实施例中的电容电极9、10、13、14可连接到安装在腔体6中的电容测量电路，并且，线缆可穿过外部圆筒形部分的墙壁而引出至仪器。例如，该电路可参考美国US4,737，706。代替电容电极，小型线圈形式的电感电极可优选放置在传感器承载板7上的与电容电极相同的部位，如为电容电极9、10、13、14示出的部位。由于本发明优选实施例已经在此被图解和描述的这个事实，对于本领域技术人员来说，显然可以对在此特定公开的形式进行更改和改进。例如，在负载接受膜片1的外围附着到环4或与环4融合的区域中，可提供在外部环4中的弱化凹槽，该凹槽可具有任意深度，或可设置在任意高度，以便使得膜片1的变形适应于测压仪测量能力。图12示出传感器承载板7的实例，其中，外部电极环和内部电极环分为两个或更多的部分，这里分为三段(单独电极的段9’、9”、9”’和10，、10”、10”，)。每段都可通过测量电子设备(electronics)单独地被测量。该实施例中的优点在于，可以单独地调整电极区域的特征。权利要求一种测压仪，包括圆筒环(3)，其一端由膜片(1)封闭以便接受待被测量的负载或力，并进一步包括布置在由所述环(3)和所述膜片(1)形成的腔体(6)中的传感器承载板(7)，所述传感器承载板(7)耦接至所述膜片(1)以经受在所述膜片(1)变形时的位移，并且所述传感器承载板(7)具有内部部分和外部部分，并且所述外部部分承载至少一个传感器(9)，所述至少一个传感器(9)适合感测由于施加到所述膜片(1)的负载或力而引起的所述位移并生成信号，其特征在于，所述传感器承载板(7)在所述内部部分和所述外部部分之间的位置处可移动地耦接到所述膜片(1)，而且至少一个另外的传感器(10)设置在所述内部部分中并且所述至少一个另外的传感器生成了相对于所述传感器(9)的信号以相反符号变化的信号。2.根据权利要求1所述的测压仪，其特征在于，在所述腔体(6)中布置第二膜片(11、18)，所述第二膜片(11、18)在其外围耦接到所述环(3)或所述膜片(1)的外围，并进一步在第二膜片中央部分处耦接到所述膜片(1)的中央部分，而且所述传感器承载板(7)布置在所述膜片⑴和所述第二膜片(11、18)之间并由所述第二膜片(11、18)支撑。3.根据权利要求1或2所述的测压仪，其特征在于，在所述腔体(6)中布置第三膜片(17)，所述第三膜片(17)在其外围耦接到所述环(3)或所述膜片(1)的外围，并进一步在所述第三膜片的中央部分耦合到所述膜片(1)的中央部分，而且所述传感器承载板(7)布置在所述第三膜片(17)下方并悬挂在所述第三膜片(17)上。4.根据权利要求2和3所述的测压仪，其特征在于，所述传感器承载板(7)布置并保持在所述第二膜片(11)和所述第三膜片(17)之间。5.根据权利要求4所述的测压仪，其特征在于，所述第二膜片(11)和所述第三膜片(17)被布置成构成包含所述传感器承载板(7)的外壳。6.根据权利要求1所述的测压仪，其特征在于，所述传感器承载板(7)悬挂在所述负载接受膜片⑴上。7.根据前述权利要求中任一项所述的测压仪，其特征在于，所述传感器(9)和所述另外的传感器(10)适于感测到所述膜片(1)的距离或到所述第三膜片(17)的距离。8.根据权利要求2至5中任一项所述的测压仪，其特征在于，所述传感器承载板(7)承载适于感测到所述第二膜片(11、18)的距离的至少一个外部第二传感器(13)和内部第二另外的传感器(14)。9.根据前述权利要求中任一项所述的测压仪，其特征在于，所述膜片(1)包括突出到所述腔体(6)内的圆柱形中央部分(4)，并且，所述传感器承载板(7)配置为环形盘，且所述第二膜片与第三膜片(11、17)如存在，也配置为环形盘。10.根据前述权利要求中任一项所述的测压仪，其特征在于，所述传感器(9、10、13、14)是电容传感器。11.根据权利要求1至9中任一项所述的测压仪，其特征在于，所述传感器(9、10、13、14)是电感传感器。全文摘要本发明涉及一种测压仪，该测压仪包括圆筒环(3)，其一端由膜片(1)封闭以便接受被测量的负载或力，并进一步包括布置在由所述环(3)和膜片(1)形成的腔体(6)中的传感器承载板(7)。传感器承载板(7)耦接至所述膜片(1)以经受由所述膜片(1)的变形引起的位移。传感器承载板(7)具有内部和外部部分并在外部部分承载至少一个传感器(9)，该传感器(9)适合感测由于施加到膜片(1)的负载或力引起的位移并生成信号。为了提供能够自动补偿快速变化的温度和温度梯度的测压仪，传感器承载板(7)在内部部分和外部部分之间的位置处可移动地耦接到膜片(1)，并且至少一个另外的传感器(10)布置在内部部分，所述传感器(10)生成了相对于所述传感器(9)的信号以相反符号变化的信号。文档编号G01L9/00GK101939627SQ200880126385公开日2011年1月5日申请日期2008年12月12日优先权日2007年12月14日发明者尼尔斯·奥格·尤尔·艾勒森申请人:西门子公司