一种压力变送器的制作方法
本实用新型涉及压力变送器技术领域，尤其涉及一种压力变送器。
背景技术：
压力变送器是一种将压力转换成电动信号进行控制和远传的设备，它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如4～20madc等)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节，压力变送器的测量精度直接影响到控制系统的稳定性和安全性。现有技术中的各类压力变送器存在以下常见问题：1、耐压能力较低，无法稳定测量300mpa以上的超高压力，过载能力低，在受到压力过载影响后，会出现压力元件损坏，输出信号异常；2、测量机构如膜片等元件的运动幅度过大，容易疲劳变形，工作寿命短，长期稳定性差；3、温漂系数高，受温度变化影响，会产生较大温度漂移，测量精度下降。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术中存在的问题，提供了一种压力变送器，用于解决现有技术中压力变送器存在的耐压能力较低、膜片容易疲劳变形、以及温漂系数高的技术问题。
本实用新型就上述技术问题而提出的技术方案如下：
一种压力变送器，包括：
由弹性材料制成且具有微应变的压力膜片，所述压力膜片内设有膜片引压孔，所述膜片引压孔的延伸端设有平面圆膜片；
应变计，固化于所述平面圆膜片的表面，所述平面圆膜片的形变引起所述应变计的电阻变化；
放大电路板，与所述应变计电连接，所述放大电路板用于对电阻信号进行采集、对所述应变计进行温度补偿运算、输出放大电压信号；
信号转换电路板，与所述放大电路板电连接，所述信号转换电路板用于将输入的放大电压信号转换成压力变送器的标准信号，并输出至与所述信号转换电路板电连接的外部设备。
根据上述所述的压力变送器，所述膜片引压孔的开口处设有缓冲塞，所述缓冲塞设于所述膜片引压孔的开口处并通过所述膜片引压孔与所述压力膜片可拆卸连接；所述缓冲塞上设有贯通整个所述缓冲塞的缓冲塞引压孔，所述缓冲塞引压孔与所述膜片引压孔连通。
根据上述所述的压力变送器，所述压力膜片的外侧壁设有应力阻断槽，所述应力阻断槽用于阻断安装应力向平面圆膜片传递。
根据上述所述的压力变送器，所述压力膜片的外侧壁设有过程接口，所述过程接口与所述压力膜片为一体式结构。
根据上述所述的压力变送器，所述应变计通过连接层烧结固化于所述平面圆膜片的表面，所述连接层由硅酸盐材料制成。
根据上述所述的压力变送器，所述连接层采用钢网丝印涂覆于所述压力膜片上，以提高连接层涂覆位置的准确性和控制连接层涂覆的厚度。
根据上述所述的压力变送器，完成丝印的所述压力膜片通过多温区真空隧道炉进行烧结连接层，将所述应变计固化于所述压力膜片的表面。
根据上述所述的压力变送器，所述压力变送器还包括壳体，所述压力膜片与所述壳体固定连接，所述壳体的内部设有电路板支架，所述压力膜片与所述电路板支架固定连接；
所述电路板支架上设有邦定电路板，所述邦定电路板固定连接于所述电路板支架上，且所述邦定电路板与所述电路板支架之间设有绝缘垫片，所述绝缘垫片用于保护邦定电路板，防止所述邦定电路板与所述电路板支架产生短路。
根据上述所述的压力变送器，所述应变计通过导线与所述邦定电路板连接，所述导线用于在应变计和所述邦定电路板之间传递信号，所述邦定电路板与所述放大电路板通过第一插针连接，所述放大电路板与所述信号转换电路板通过第二插针连接，所述信号转换电路板通过电气接插件与外部设备连接；
所述电气接插件的外部固定连接有电气接头，所述电气接头与所述壳体连接。
根据上述所述的压力变送器，所述邦定电路板上设有将所述应变计和所述导线罩起来的保护罩，所述保护罩与所述邦定电路板固定连接。
根据上述方案的本实用新型，其有益效果至少在于：
(1)本实用新型提供的压力变送器，最高测量压力高达1000mpa，标准产品的过载能力达到3倍满量程压力，爆破压力最大可达20倍。
(2)本实用新型提供的压力变送器，采用压力膜片微应变的压力传感模式，避免材料疲劳变形的风险，延长了压力膜片的工作寿命，可以承受1000万次1.5倍满量程压力循环加载。
(3)本实用新型提供的压力变送器，用压力传感全桥等效电阻充当测温元件，测量出更为准确的介质温度，进行多阶温度补偿，大幅降低变送器温漂系数，提高测量精度。
(4)本实用新型提供的压力变送器，应变计可以采集压力信号和温度信号，降低了温度采集数据误差，温度补偿效果更好。
(5)本实用新型提供的压力变送器，结构简单，生产过程自动化程度高，生产效率高，实现了批量化生产，单套生产设备日产量可达3000台。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的压力变送器的剖面结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的压力变送器中的压力膜片与应变计连接处的放大结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的压力变送器中的压力膜片结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的压力变送器中辅助硅酸盐涂敷于压力膜片上的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的压力变送器中辅助硅酸盐涂敷于压力膜片上的另一视角结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的压力变送器的制造方法流程图一；
图7为本实用新型实施例提供的压力变送器中的应变计定位结构示意图；
图8为本实用新型实施例提供压力变送器的制造方法流程图二。
其中，图中各附图标记：
具体实施方式
需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了解决现有技术中所存在的压力变送器存在的耐压能力较低、膜片容易疲劳变形、以及温漂系数高的技术问题。本实用新型旨在提供一种压力变送器，其核心思想是：采用了由弹性材料制成且具有微应变的压力膜片11，压力膜片11的形变引起固化于其上面的应变计的电阻变化，放大电路板13用于对电阻信号进行采集、对应变计12进行温度补偿运算、输出放大电压信号，信号转换电路板14用于将输入的放大电压信号转换成压力变送器的标准信号，并输出至外部设备。以实现最高测量压力高达1000mpa，承受1000万次1.5倍满量程压力循环加载，大幅降低温漂系数。
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1，本实施例提供一种压力变送器10，包括：
由高强度弹性材料制成且具有微应变的压力膜片11，压力膜片11内设有膜片引压孔111，膜片引压孔111的延伸端设有平面圆膜片112，平面圆膜片112与膜片引压孔111相交处呈圆弧面，增加压力膜片11的耐压能力，避免测量过程中发生过载破裂或永久性形变。
应变计12，固化于平面圆膜片112的表面，平面圆膜片112的形变引起应变计12的电阻变化(请结合参阅图2)。
放大电路板13，与应变计12电连接，放大电路板13用于对电阻信号进行采集、对应变计12进行温度补偿运算、输出放大电压信号。
信号转换电路板14，与放大电路板13电连接，信号转换电路板14用于将输入的放大电压信号转换成压力变送器的标准信号，并输出至与信号转换电路板14电连接的外部设备。
本实施例提供的压力变送器10的工作原理可以为：
应变计12可以采集压力信号和温度信号，应变计12受压力作用时，会产生差分电压信号变动，全桥等效电阻不变；应变计12受温度作用时，差分电压信号基本不变，全桥等效电阻变动；放大电路板13采集应变计12的差分电压信号可以获得压力值，放大电路板13采集应变计12的全桥等效电阻可以获取温度值。
放大电路板13内置数据存储器和补偿程序，利用软件算法对数据正确性补偿和纠正，生产过程中应变计12进行多温度点、多压力点采集，采集数据存储在数据存储器中，补偿程序调用数据存储器中的特征数据对压力变送器10进行补偿运算，降低温漂系数，优化非线性度。具体的实现过程可以是：在生产过程中，给压力变送器10施加-20℃、25℃、70℃的环境温度，在不同环境温度下，给压力变送器10施加零压、半压、满压，并分别记录放大电路板13所测得的温度数值和压力数值等特征数据，最后将记录特征数据下载到放大电路板13的数据存储器中。压力变送器10工作时，先读取存储在数据存储器中的温度、压力特征数据，再将转换出的当前压力和温度值进行补偿和纠正，补偿和纠正的依据是生产压力变送器10时下载存储在数据存储器中的压力和温度特征数据，先对压力变送器10的温漂误差通过温漂系数插值算法进行补偿，降低压力变送器10的温度误差，再对压力变送器10的非线性度通过非线性度插值算法进行纠正，提高传感器的线性度。
外部介质将压力作用于压力膜片11上，使得压力膜片11的应变区域产生微应变，即平面圆膜片112产生微应变，应变区域中心产生拉伸形变，应变区域边沿产生压缩，微应变传递给应变计12，放大电路板13向应变计12提供激励电源，应变计12向放大电路板13输入差分电压信号，放大电路板13对输入的差分电压信号进行放大，放大电路板13输出的信号经信号转换电路板14转换成压力变送器的标准信号，并输出至外部设备。
本实施例提供的压力变送器10的有益效果至少在于：
(1)本实施例提供的压力变送器10，采用高强度弹性材料和抗过载结构，最高测量压力高达1000mpa，标准产品的过载能力达到3倍满量程压力，爆破压力最大可达20倍。
(2)本实施例提供的压力变送器10，采用压力膜片11微应变的压力传感模式，避免材料疲劳变形的风险，延长了压力膜片11的工作寿命，可以承受1000万次1.5倍满量程压力循环加载。
(3)本实施例提供的压力变送器10，用压力传感全桥等效电阻充当测温元件，测量出更为准确的介质温度，进行多阶温度补偿，大幅降低变送器温漂系数，提高测量精度。
(4)本实施例提供的压力变送器，应变计12可以采集压力信号和温度信号，降低了温度采集数据误差，温度补偿效果更好。
(5)本实施例提供的压力变送器，结构简单，生产过程自动化程度高，生产效率高，实现了批量化生产，单套生产设备日产量可达3000台。
请继续参阅图1，具体地，膜片引压孔111的开口处设有缓冲塞16，缓冲塞16设于膜片引压孔111的开口处并通过膜片引压孔111与压力膜片11可拆卸连接。缓冲塞16的作用是保护压力膜片11，在测量压力出现水锤效应等脉冲压力时，缓冲塞16起缓冲作用，防止瞬间的高压损坏压力膜片11。可选地，缓冲塞16与膜片引压孔111的内侧壁111螺纹连接，从而使得缓冲塞16可以与压力膜片11连接牢固，同时拆卸也方便。缓冲塞16上设有贯通整个缓冲塞16的缓冲塞引压孔161，缓冲塞引压孔161与膜片引压孔111连通。由此，外部的介质(液体或气体)通过缓冲塞16上设置的缓冲塞引压孔161流通至膜片引压孔111，从而实现外部介质进入膜片引压孔111。
请参阅图3，平面圆膜片112的中心厚度
膜片引压孔111的直径d为3mm～5mm。可选地，膜片引压孔111的直径d为3.3mm。受压力作用后，平面圆膜片112的产生微应变，中心处产生拉伸变形，在距离中心d/2(膜片引压孔111直径一半)的区域发生压缩变形。
平面圆膜片112的侧壁厚度l为3mm～8mm。可选地，平面圆膜片112的侧壁厚度l为3.35mm。平面圆膜片112的侧壁厚度l对中心区域起支撑作用，侧壁厚度l的取值越大，对中心的支撑越稳定，压力膜片11稳定性越高。
压力膜片11的外侧壁设有应力阻断槽113，应力阻断槽113用于阻断安装应力向平面圆膜片112传递，以消除安装应力对测量精度的影响。应力阻断槽113的槽底内径d为5mm～15.2mm。可选地，应力阻断槽113的槽底内径d为7.6mm。槽底内径d越小，安装应力引起的测量误差就越小。
可选地，用于测量较低压力时，平面圆膜片112靠膜片引压孔111一侧的中心处设有突出平台(图中未示出)，以有效提高低压测量是的线性度。
具体地，压力膜片11的外侧壁设有过程接口17，过程接口17与压力膜片11为一体式结构，实现了无焊缝、无需密封件，避免了泄露风险。可选地，压力膜片11和过程接口17均由不锈钢棒料一体式加工而成。
可选地，应变计12通过连接层15烧结固化于平面圆膜片112的表面，连接层15由硅酸盐材料制成。压力膜片11产生的微应变通过由硅酸盐材料制成的连接层传递给应变计12。
可选地，所述连接层15采用钢网18丝印涂覆于所述压力膜片11上，以提高连接层15涂覆位置的准确性和控制连接层15涂覆的厚度。请参阅图4和图5，压力膜片11固定放置于基座27上，并将制备好的钢网18覆于压力膜片11上，然后将硅酸盐涂覆于压力膜片11上，硅酸盐采用钢网18丝印涂覆于压力膜片11上，以提高硅酸盐涂覆位置的准确性和控制硅酸盐涂覆的厚度。采用钢网18丝印方式进行涂敷操作，可以提高作业的一致性，避免手工涂敷位置不准确和涂敷厚度不合格的问题，且采用钢网18丝印方式进行涂敷操作比人工涂敷具有更高的效率优势。完成丝印的压力膜片11通过多温区真空隧道炉进行烧结硅酸盐，将应变计12固化于压力膜片11的表面。硅酸盐的作用是应变计12固化于压力膜片11上，并在压力膜片11和应变计12之间传递应变，当压力膜片11受压力作用发生形变时，通过硅酸盐传递，应变计12产生相应得应变，从而应变计12的电阻值产生变化。
可选地，完成丝印的所述压力膜片11通过多温区真空隧道炉进行烧结连接层15，将所述应变计12固化于所述压力膜片11的表面。硅酸盐烧结固化过程中的温度控制和时间控制十分必要，采用多温区真空隧道炉可以使得硅酸盐烧结固化过程的温度变化更加平缓，可以有效避免骤冷骤热导致的烧结不良问题，同时多温区真空隧道炉也避免了工件氧化，提高良品率。
请继续参阅图1，具体地，压力变送器10还包括壳体19，压力膜片11与壳体19固定连接。可选地，压力膜片11与壳体19焊接。壳体19的内部设有电路板支架20，压力膜片11与电路板支架20固定连接。可选地，压力膜片11与电路板支架20之间焊接连接。电路板支架20上设有邦定电路板21，邦定电路板21固定连接于电路板支架20上，电路板支架20的作用是固定安装邦定电路板21，避免邦定电路板21对压力膜片11产生应力影响，可选地，邦定电路板21通过高温粘胶28粘贴在电路板支架20上。邦定电路板21与电路板支架20之间设有绝缘垫片22，绝缘垫片22用于保护邦定电路板21，防止邦定电路板21与电路板支架20产生短路。
具体地，应变计12通过导线23与邦定电路板21连接，导线23用于在应变计12和邦定电路板21之间传递信号。可选地，导线23为铝线，应当理解的是，导线23还可以为其他，并不仅限于上述情形，此处不做限制。邦定电路板21与放大电路板13通过第一插针连接，放大电路板13与信号转换电路板14通过第二插针连接，信号转换电路板14通过电气接插件24与外部设备连接，电气接插件24起到将压力变送器输出信号与外部设备的信号连接作用。可选地，信号转换电路板14的输出端与电气接插件24用电缆锡焊连接。电气接插件24的外部固定连接有电气接头25，电气接头25与壳体19连接。可选地，电气接插件24与电气接头25粘胶连接，电气接头25与壳体19焊接。
具体地，邦定电路板21上设有将应变计12和导线23罩起来的保护罩26，保护罩26与邦定电路板21固定连接。保护罩26的设置用于保护导线23和应变计12不受触碰，降低了生产周转中的损坏率。可选地，保护罩26用胶水粘接在邦定电路板21的中心处。可选地，保护罩26与邦定电路板21采用胶水粘接。
请参阅图6，本实施例还提供一种压力变送器的制造方法，包括：
步骤s100：加工压力膜片11，具体为：按照设计图纸加工压力膜片11，并将加工完成的压力膜片11放入真空炉中进行热处理，真空热处理避免工件氧化，热处理后的压力膜片可承受1000万次压力循环冲击，最大可测量1000mpa压力。对热处理后的压力膜片11进行研磨，确保压力膜片11的平行度满足预设要求。可选地，研磨后的压力膜片的平行度不大于0.005mm。
步骤s200：硅酸盐丝印，具体为：将加工合格的压力膜片11固定于基座27上，将制备好的钢网18覆于压力膜片11上，并将呈乳状的硅酸盐放置于钢网18上，用刮刀沿钢网18表面将硅酸盐刮刷均匀，然后取出钢网18，并从基座27上取下压力膜片11，即完成丝印。钢网18需要按照应变计12和压力膜片11尺寸设计，钢网18的厚度决定丝印后硅酸盐的厚度，影响压力传感的稳定性和绝缘性能，钢网18的开口位置决定应变计12的装配位置(请结合参阅图4和图5)。
步骤s300：应变计12定位，具体为：在压力膜片11表面的硅酸盐覆盖区域内放置应变计12(结合请参阅图7)。
步骤s400：硅酸盐烧结固化，具体为：将完成丝印的压力膜片12分批装入固定夹具，将固定夹具依次放入多温区真空隧道炉进行硅酸盐烧结，完成硅酸盐烧结后，硅酸盐将应变计12固化在压力膜片11表面。硅酸盐烧结固化过程中的温度控制和时间控制十分必要，采用多温区真空隧道炉可以使得硅酸盐烧结固化过程的温度变化更加平缓，可以有效避免骤冷骤热导致的烧结不良问题，同时多温区真空隧道炉也避免了工件氧化，提高良品率。多温区真空烧结炉采用链式传送机构，工件在入口放入，在出口取出，各温区的炉温无需来回调节，提高了烧结效率。
步骤s500，安装邦定电路板21，具体为：将电路板支架20与压力膜片11焊接，然后将邦定电路板21通过高温粘胶28固定于电路板支架20上，并进行烘烤固化。邦定电路板21通过高温粘胶28与电路板支架20固定，消除了邦定电路板21对压力膜片11的影响(结合请参阅图1)。
步骤s600，电路装配，具体为：采用超声波邦线机将导线23的两端分别与应变计12和邦定电路板21焊接，并采用保护罩26将导线23和应变计12罩起来。保护罩26的设置防止触碰损坏，降低了生产周转中的损坏率。采用第一插针将邦定电路板21和放大电路板13连接，采用第二插件将放大电路板13和信号转换电路板14连接，采用电气接插件24将信号转换电路板14和外部设备连接；
步骤s700，壳体19与电气接头25装配，具体为：在电气接插件24的外部置入电气接头25，并加胶固定，然后将电气接头25与壳体19焊接。
请参阅图8，在步骤s700之后，还包括步骤s800，压力循环冲击，具体为：对装配完成的压力变送器10进行压力加载卸载循环冲击。压力循环冲击可以消除机械加工和工件装配过程中产生的残余应力，加载压力为2倍满量程的压力。
本实施例提供的压力变送器的制造方法有益效果至少在于：
本实施例提供的压力变送器的制造方法，制造出的压力变送器10结构简单，生产过程自动化程度高，生产效率高，实现了批量化生产，单套生产设备日产量可达3000台；通过该方法制造出的压力变送器10耐压能力高，热处理后的压力膜片11可承受1000万次压力循环冲击，可测量1000mpa压力；温漂系数低，提高测量精度；压力膜片11采用微应变的压力传感模式，避免材料疲劳变形的风险，延长了压力膜片11的工作寿命，可以承受1000万次1.5倍满量程压力循环加载。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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