隔膜压力变送器的制作方法

本发明涉及工业自动化仪表技术领域，尤其涉及一种隔膜压力变送器。

背景技术：

工业自动化控制所使用变送器，传送检测液体工作变量，如压力、液位、温度、流量、比重等，用于监测、控制工艺过程的操作。

隔膜压力变送器是一种在工业领域测量流体压力的自动化仪表，它主要由测压探头、毛细管、填充液和压力变送头组成，测压探头的一端设置有弹性金属膜片，弹性金属膜片与测压探头之间形成密闭腔体；测压探头上具有用于向密闭腔体内灌装填充液的灌装口；毛细管的一端与密闭腔体连通，毛细管的另一端连接压力变送头；填充液(如硅油、氟油等)通过灌装口灌入密闭腔体内，当密闭腔体和毛细管被灌满时，将灌装口堵住即可。使用时，使被测介质与弹性金属膜片接触，流体作用于弹性金属膜片，使弹性金属膜片受压发生变形，根据帕斯卡定律，密闭容器内流体的部分压力发生变化，将大小不变地向各个方向传递，而毛细管和测压探头上的密闭腔体相互连通并处于密闭状态，因此当弹性金属膜片发生变形时，作用于弹性金属膜片的流体压力就会通过毛细管内的填充液传递到压力变送头，压力变送头将检测到的压力转换成标准的电信号并对其进行显示，这样就实现了对流体压力的测量。

现有的隔膜压力变送器存在如下不足：当被测介质的温度过高或发生剧烈升降温变化时，填充液由于热胀冷缩的性质会发生体积上的较大变化，而填充液体积变化会导致产生内压力，这个力会作用在压力变送器的感压膜片上，使得压力变送头接收的压力信号发生失真，进而影响测量精度，增大测量误差。

技术实现要素：

针对现有的隔膜压力变送器在被测介质的温度过高或发生剧烈升降温变化时，填充液由于热胀冷缩的性质会发生体积上的较大变化，会使得压力变送头接收的压力信号发生失真，进而影响测量精度，增大测量误差的缺陷，本发明提出一种隔膜压力变送器，包括依次相连的测压单元、压力传导单元以及压力变送单元；

所述测压单元与所述压力传导单元之间构成一密封空腔；

所述密封空腔内设置有用于传导压力的液态金属填充液。

可选地，所述测压单元与所述压力传导单元的外部设置有加热装置；

所述加热装置用于对所述密封空腔中的所述液态金属填充液进行加热。

可选地，所述加热装置的加热功率为1-300w。

可选地，所述密封空腔的侧面设置有液态金属灌注口，用于向所述密封空腔中灌注所述液态金属填充液。

可选地，所述测压单元包括测压探头；

所述压力传导单元包括毛细管；

所述测压探头的一端设置有用于检测被测介质压力的压力感应模块，所述测压探头的另一端通过所述毛细管与所述压力变送单元相连；所述压力感应模块和所述毛细管之间构成所述密封空腔。

可选地，所述毛细管的内径为2-30mm。

可选地，所述压力变送单元包括压力变送头；

所述压力变送器用于将所述压力感应模块通过所述液态金属填充液传递来的压差信号转换为电信号并进行显示。

可选地，所述压力感应模块包括弹性金属膜片。

可选地，所述弹性金属膜片的形状为圆形；所述金属膜片的面积为0.5-100cm²。

可选地，所述液态金属填充液包括但不限于以下任一种及其组合：

熔点低于230℃的铋基、铟基和锡基合金。

本发明的隔膜压力变送器包括测压单元、压力传导单元以及压力变送单元，且测压单元与压力传导单元之间构成一密封空腔，其中设置有用于传导压力的液态金属填充液，由于液态金属的热膨胀系数远小于现有变送器中通常采用的非金属填充液(如硅油、氟油等)，因此在测量高温或温度剧烈变化的流体介质时，可提高测量精度，并且由于液态金属的沸点高，即具有非常宽泛的液态温区，因此可测量温度较高流体的压力；并且大多数低熔点金属(除了汞)的挥发性极低，因此在作为填充液用于高温流体压力测量时，自身损耗很小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的隔膜压力变送器的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例的隔膜压力变送器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一个实施例的隔膜压力变送器的结构示意图；如图1所示，该隔膜压力变送器包括依次相连的测压单元10、压力传导单元20以及压力变送单元30，其中：

测压单元10与压力传导单元20之间构成一密封空腔101；

密封空腔101内设置有用于传导压力的液态金属填充液(图中未示出)。

在实施本发明实施例的过程中发明人发现，液态金属的热膨胀系数远远小于现有变送器所用的填充液(如硅油、氟油等)，例如汞的热膨胀系数为6.04*10^-5，仅是硅油(9.45*10^-4)的1/15，因此在压力变送器中可以采用呈液态的金属作为填充液用来测量高温流体的压力。

进一步地，作为本实施例的优选，上述液态金属填充液可包括但不限于以下任一种及其组合：

熔点低于230℃的铋基、铟基和锡基合金。

需要说明的是，由于在低熔点(即熔点小于230℃)金属中，汞具有较大毒性，而镓基合金在高温时对多数金属(如铜、不锈钢等)有腐蚀性，因此性质较为稳定的铋基、铟基、锡基等低熔点合金成为首选。

本实施例的隔膜压力变送器包括测压单元、压力传导单元以及压力变送单元，且测压单元与压力传导单元之间构成一密封空腔，其中设置有用于传导压力的液态金属填充液，由于液态金属的热膨胀系数远小于现有变送器中通常采用的非金属填充液(如硅油、氟油等)，因此在测量高温或温度剧烈变化的流体介质时，可提高测量精度，并且由于液态金属的沸点高，即具有非常宽泛的液态温区，因此可测量温度较高流体的压力；并且大多数低熔点金属(除了汞)的挥发性极低，因此在作为填充液用于高温流体压力测量时，自身损耗很小。

图2为本发明另一个实施例的隔膜压力变送器的结构示意图。如图2所示，作为上述实施例的优选，测压单元10与压力传导单元20的外部可设置有加热装置102；

所述的加热装置102可以用于对密封空腔101中的液态金属填充液进行加热，以使该液态金属填充液维持在液体状态。

进一步地，作为上述实施例的优选，加热装置102的加热功率为可以1-300w。

可以理解的是，上述加热装置102的加热功率可以根据液态金属填充液的种类等实际因素进行调整，本发明对此不进行限定。

进一步地，作为上述实施例的优选，密封空腔101的侧面可设置有液态金属灌注口103，用于向所述密封空腔中灌注所述液态金属填充液。

具体地，在压力检测的准备阶段，首先需打开加热装置对测压单元10与压力传导单元20进行加热，使其温度达到预设范围(例如80℃左右)，同时将填充液(例如bi32.5in51sn16.5、in52sn48或sn91zn9)合金加热为液体，然后将填充液(液态金属填充液)通过液态金属灌注口103注入到密封空腔101，之后保持测压单元10与压力传导单元20的温度在阈值温度(如80℃、130℃或210℃)以上，即可用于测量高温流体介质的压力。

需要说明的是，上述测压单元10与压力传导单元20的阈值温度根据密封空腔101内的填充液的种类确定，例如：若填充液为bi32.5in51sn16.5，则保持测压单元10与压力传导单元20的温度在80℃以上；若填充液为in52sn48，则保持测压单元10与压力传导单元20的温度在130℃以上；若填充液为sn91zn9，则保持测压单元10与压力传导单元20的温度在210℃以上。

进一步地，作为上述实施例的优选，测压单元10包括测压探头104；

压力传导单元20包括毛细管201；

测压探头104的一端设置有用于检测被测介质压力的压力感应模块105，测压探头的另一端通过毛细管201与压力变送单元30相连；压力感应模块105和毛细管201之间构成密封空腔101。

进一步地，作为上述实施例的优选，所述毛细管201的内径可以为2-30mm。

进一步地，作为上述实施例的优选，所述压力变送单元30包括压力变送头301；

所述压力变送器用于将压力感应模块105通过所述液态金属填充液传递来的压差信号转换为电信号并进行显示。

进一步地，作为上述实施例的优选，所述压力感应模块105包括弹性金属膜片。

作为本实施例的优选，上述弹性金属膜片的形状可以为圆形，且所述金属膜片的面积可以为0.5-100cm²。

下面通过以下具体的实施例来说明本发明的压力变送器的工作原理及使用方法，但不限定本发明的保护范围。

如图2所示，本实施例的压力变送器，包括测压探头104、毛细管20、压力变送头30以及加热装置102；测压探头104的左侧为弹性金属膜片105，右侧与毛细管201相接，毛细管201的另一侧接压力变送头301；弹性金属膜片105和毛细管201之间构成密封空腔101，加热装置102在测压探头104和毛细管201的外部，用于对密封空腔101和毛细管201中的液态金属填充液加热；测压探头104的侧面为液态金属灌注口103，用于向密封空腔101(包括连通的毛细管201内部)中灌注液态金属填充液，压力变送头301将弹性金属膜片105通过液态金属填充液传递来的压差信号转换为电信号并进行显示。

进一步地，作为一种优选地实施方式，上述液态金属填充液可以采用熔点为60℃的bi32.5in51sn16.5合金；相应地，弹性金属膜片105的形状可设置为面积为5cm²的圆形，毛细管201的内径为3mm，加热装置102的加热功率为20w，液态金属灌注口103的内径为3mm。

具体使用方法的步骤包括：

首先打开加热装置102对测压探头104和毛细管201加热，使其温度达到80℃左右，同时将填充液bi32.5in51sn16.5合金加热为液体，然后将填充液通过液态金属灌注口103注入到密封空腔101和毛细管201中，之后保持测压探头104和毛细管201的温度在80℃以上，即可用于测量高温流体介质的压力。

进一步地，作为另一种优选地实施方式，上述液态金属填充液可以采用熔点为118℃的in52sn48合金，弹性金属膜片105可以是面积为10cm²的圆形，毛细管201的内径为5mm，加热装置102的加热功率为50w，液态金属灌注口103的内径为5mm。

具体使用方法的步骤包括：

首先打开加热装置102对测压探头104和毛细管201加热，使其温度达到130℃左右，同时将填充液in52sn48合金加热为液体。然后将填充液通过液态金属灌注口103注入到密封空腔101和毛细管201中，之后保持测压探头104和毛细管201的温度在130℃以上，即可用于测量高温流体介质的压力。

进一步地，作为另一种优选地实施方式，上述液态金属填充液可以采用熔点为199℃的sn91zn9合金，弹性金属膜片4是面积为50cm²的圆形，毛细管201的内径为15mm，加热装置102的加热功率为270w，液态金属灌注口103的内径为5mm。

具体使用方法的步骤包括：

首先打开加热装置102对测压探头104和毛细管201加热，使其温度达到210℃左右，同时将填充液sn91zn9合金加热为液体。然后将填充液通过液态金属灌注口103注入到密封空腔101和毛细管201中，之后保持测压探头104和毛细管201的温度在210℃以上，即可用于测量高温流体介质的压力。

本实施例的压力变送器具有如下的有益效果：

(1)、液态金属的热膨胀系数远小于当前变送器的填充液，因此在测量高温或温度剧烈变化的流体介质时，提高了测量精度；

(2)、液态金属的沸点通常在2000℃以上，具有非常宽泛的液态温区，因此可测量温度较高流体的压力；

(3)、除了汞之外，其它低熔点金属的挥发性极低，因此在作为填充液用于高温流体压力测量时，自身损耗很小。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。