專利名稱：用于潔凈環(huán)境的壓力傳送器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及壓力傳送器，更具體地說，本發(fā)明涉及在潔凈環(huán)境中使用的壓力傳送器。
在工業(yè)加工環(huán)境中已變得很有用的一種裝置是壓力傳送器，壓力傳送器是檢測過程內部的流體壓力，并向控制系統(tǒng)提供指示壓力的電信號的裝置。通常，壓力傳送器有一個壓力傳感器，傳感器包括可撓曲的膜片，其直接響應施加于其上的壓力而發(fā)生撓曲，膜片上有電結構，其電特性隨膜片的撓曲即隨壓力而變化。使用容性壓力傳感器的壓力傳送器，通常被填充以介電流體，使壓力傳感器的電容量增加，以提高傳感器分辨力，但是，萬一這種傳感器發(fā)生泄漏，介電充填流體(有時候是硅油)就會溢漫到系統(tǒng)中，因而污染產(chǎn)品。所以，那些要求環(huán)境十分潔凈的工業(yè)生產(chǎn)過程，不允許壓力傳感器使用填充流體。因此，為這類潔凈環(huán)境設計的壓力傳送器，一般要求檢測過程流體壓力而不利用填充流體。
壓力傳感器模塊包括隔離膜片，其在操作時與壓力傳感器耦連。壓力傳感器包括可撓曲的硅膜片，其上設有元件，提供隨膜片撓曲而變化的電特性。隔離膜片和可撓曲的膜片被填充材料互相隔開。填充材料可以是聚氨酯。
圖2是本發(fā)明實施例的HPT 14的透視立體圖，所示的HPT 14的緊固件20已拆開，以使外殼22能提升而暴露HPT 14的內部。連接器24與框架26連接，在外殼22上提時，剩余的元件留在它的裝配孔28的下面。連接器24最好是BendixTM連接器?？蚣?6包括端部32和34之間延伸的一對臂30。拔線釘36支撐多個印刷電路板38，40，同時支撐與HPT 14有關聯(lián)的各個電路。框架26置于焊接套環(huán)42上，套環(huán)42最好用316L型鐵素體#3-10不銹鋼構成。焊接套環(huán)42包括環(huán)形唇44，當外殼22向下完全封接時，環(huán)形唇44與外殼42的底面45接觸。焊接套環(huán)42圍繞并安裝傳感器模塊46，使其處于過程連接器48的頂部。
比較好的是，HPT 14的所有零部件，按照半導體設備與材料國際標準(SEMI)的要求來選擇。因此，過程連接器48最好是316L型不銹鋼真空電弧再熔(VAR)形成的。同樣，傳感器模塊46中的膜片(未示)最好由同樣的材料構成。外殼22由304型不銹鋼制成，框架26最好由鋁或塑料構成。熟悉技術的人員會明白，根據(jù)SEMI，有許多材料可供選擇，上述材料只是其中的一種特定組合。
過程連接器48被機械加工并研磨光滑，以獲10Ra(洛氏硬度A—譯注)的最小表面粗糙度值。傳感器模塊46和焊接套環(huán)42焊接在一起，形成傳感器/焊接套環(huán)組件，它在焊接處理之前和之后被電拋光，以保證獲得小于7Ra的表面光潔度，并保證表面符合冶金技術要求。然后，框架26固定于焊接套環(huán)42，再后電路板38，40安裝在框架26上。一旦電路板38，40這樣安裝之后，傳感器模塊46和電路板38、40之間的電連接便可實現(xiàn)。比較好的是，這種電連接通過柔性電纜。然后，連接器24定位在框架26的頂部，并通過多線電纜與電路板38，40電連接。連接器24這樣連接之后，組裝外殼22，并用螺釘20將外殼22和連接器24固定于框架26。
圖3是本發(fā)明HPT 14的系統(tǒng)方塊圖。HPT 14包括電源模塊50和回路通信裝置52，它們都與過程通信回路16相連。電源模塊50從回路16接收能量，并向HPT 14的所有部件提供電源，如標號為54的箭頭所示。回路通信裝置52也能與過程通信回路16相連，用來與回路16進行雙向通信?；芈吠ㄐ叛b置52與控制器56相連，從而使回路通信裝置52能向控制器56提供從回路16接收到的指示過程通信信號的數(shù)據(jù)。相反，回路通信裝置52能從控制器56接收數(shù)據(jù)，并在回路16產(chǎn)生適當?shù)倪^程通信信號。控制器56與測量電路系統(tǒng)58相連，測量電路系統(tǒng)58再與傳感器60相連。在優(yōu)選實施例中，傳感器60是壓阻元件，其電特性隨膜片的撓曲而變化。以后將參考圖4對傳感器60進行更詳細的描述。測量電路系統(tǒng)58包括對傳感器60的電特性變化進行測量的適當電路系統(tǒng)，并向控制器56提供指示過程流體壓力變化的數(shù)據(jù)。比較好的是，測量電路系統(tǒng)58包括模-數(shù)轉換器，其用來將指示作用于傳感器60上的壓力的電壓，轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器56。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的傳感器模塊46的側剖面圖。傳感器模塊46包括集總組件70，它有多個貫穿孔72，以使接線柱74能從中通過。傳感器模塊46隔離膜片76，它被焊接到與集總線組件70相連的環(huán)形元件78上。隔離膜片76最好用316L型VAR不銹鋼制成。隔離膜片76通過填充材料82與傳感器80耦聯(lián)。過程流體在箭頭84所示方向上作用于隔離膜片76。這個壓力經(jīng)過填充材料82發(fā)送，引起傳感器80偏轉。傳感器80最好包括可偏轉的硅膜，至少在其一個表面上安排有一個或多個壓敏電阻器，它的電特性隨傳感器的撓曲而變化。貫穿的接線柱74與焊接線86相連，使貫穿的接線柱74允許在電氣上進入安排在傳感器80的壓敏電阻器。傳感器模塊46也包括管子88，它開初就與傳感器80的相對側流體相連。通過使管子88與大氣壓力相通，傳感器模塊46就能檢測傳遞量器的壓力。此外，在一些實施例中，管子88與真空相連然后密封，這樣，在傳感器模塊46內存在永久性的真空，傳感器模塊46就變換為絕對壓力傳感器。
傳感器80設置的最接近支座90。支座90的頂側最好通過粘合劑92與集總組件70粘合。襯墊94也安置在傳感器模塊46內。
填充材料82的選擇對傳感器模塊46的長期耐用性來說是比較重要的，例如，如果材料82過于堅硬，會在某種程度上阻礙過程流體的壓力，降低傳感器模塊46的靈敏度。此外，如果填充材料82與傳感器80之間或填充材料82與隔離膜片76之間的粘合劑發(fā)生分離，或者說裂為薄層，這就會引起不希望有的誤差，因為隔離膜片76的偏轉不必要地引起傳感器80的明顯偏轉。還有一個重要之點是，填充材料82的機械特性在HPT14的熱操作范圍內應相對穩(wěn)定，使溫度不致引起壓力測量中不希望有的差異。最后，填充材料82的選擇應有利于傳感器模塊的快速而健全的制造，從而能獲得高產(chǎn)量，又使制造成本最低。
許多不同的彈性材料被試驗用作填充材料82。這類材料包括Conathane DPEN-15631 Blue(可從Conap，Ins ofOlean，New York買到)；RTVS27；GE 630(可從GE Silicones of Waterford，New York買到)；OXY-Bond 1214(Resin Technology Group，LLC.of South Easten，Massachusetts)；Master Bond EP 30-FL(可以Master Bond Inc.ofHackensack，New Jersey買到)；Insulcast 781(可以Permagile Industries Inc.of Plainview，New York買到)；Insulgel 50(可從Permagile Industries Inc.買到)；Conathane EN-11(Conap Inc.)；Conathane EN-1(可以Conap Inc.買到)；Biwax 821051(可從Lotite Corporation，of Comme3rce City，Colorado)；和Conathane EN-2523(可從Conap Inc.買到)。但是，兩種特殊材料被證明有優(yōu)越的填料82的功能。具體地說，具有硬度測定為接近91肖氏硬度A的聚醚芳香族聚氨酯是優(yōu)越的，這種聚氨酯的例子包括ST-1890-91和ST-1880-87(兩者都可從Stevrn’s Urthane of Holyoke，Massachusetts買到)。使用這種優(yōu)選的聚氨酯(裝運時通常是薄板形狀)作為填料82在隔離膜片組件安裝至模塊46之前，可以切割成能精確配入模塊46的許多部分。然后，壓力加至隔離膜片76，傳感器模塊46加熱至200℃左右，使聚氨酯流動。隨著填充材料82的冷卻，它便粘附到傳感器80和隔離膜片76上。在加熱過程中，最好以每平方英寸20磅的壓力加至隔離膜片76。最終的填料82在較寬的溫度范圍內穩(wěn)定，并能提高傳感器的壽命。
圖5是末端過程連接器96的透視圖。對于不要求流經(jīng)壓力測量部分的實施例，末端過程連接器96用來代替有流體經(jīng)過的過程連接器48，使組件如圖6A和6B所示。除了過程連接器不同以外，圖6A和6B中所示的傳感器與
圖1中所示的相同。
圖6A和6B表示并入圖5所示末端過程流體連接器96的發(fā)送器。應當注意，其它過程流體連接器，例如標準組件連接器也能用于本發(fā)明的實施例。如圖6A和6B中所示，發(fā)送器可包括VCR配件(圖6A中為外螺紋的，圖6B中為內螺紋的)。但各種其他適當?shù)倪^程配件也能使用。
圖7是焊接套環(huán)42的透視圖。在圖7中能看出，焊接套環(huán)包括環(huán)形唇部44，其上安置著外殼42的表面46。此外，圖7示出多個安裝孔98，便于在其上安裝框架26。如圖所示，焊接套環(huán)42包括內孔100，其尺寸適于套配在傳感器模塊46上。此外，焊接套環(huán)42也包括從焊接套環(huán)的外徑104向環(huán)形唇部44擴張的擴張部102。通過提供擴張部102，焊接套環(huán)42能提供第二次過程流體密封的功能，并同時提供外殼22能安裝于其上的表面。
雖然己參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，熟練的技術人員將會知道，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在形式和細節(jié)上可以做些變化。
權利要求書(按照條約第19條的修改)由彈性材料構成。
5、根據(jù)權利要求4所述的傳送器，其特征在于彈性材料是聚氨酯。
6、根據(jù)權利要求5所述的傳送器，其特征在于聚氨酯填充材料是聚醚芳香族聚氨酯。
7、根據(jù)權利要求5所述的傳送器，其特征在于填充材料是ST-1890-91聚氨酯。
8、根據(jù)權利要求5所述的傳送器，其特征在于填充材料是ST-1880-87聚氨酯。
9、根據(jù)權利要求4所述的傳送器，其特征在于填充物與隔離膜片和傳感器膜片兩者粘接。
10、一種壓力傳送器用的壓力傳感器模塊，壓力傳感器模塊包括集總組件；以集總組件為基準安裝的可撓曲傳感器膜片，可撓曲傳感器膜片至少有一個元件安置在膜片上，其具有隨膜片撓曲而變化的電特性；隔離膜片，其與集總組件耦連，用來與過程流體接觸，隔離膜片可操作而與可撓曲傳感器膜片耦連；彈性填充材料，其放置于隔離膜片和可撓曲傳感器膜片之間。
11、根據(jù)權利要求10的傳送器，其特征在于彈性材料是聚氨酯。
12、根據(jù)權利要求10的傳送器，其特征在于聚氨酯填充材料是聚醚芳香族聚氨酯。
13、根據(jù)權利要求12的傳送器，其特征在于填充材料是ST-1890-91聚氨酯。
14、根據(jù)權利要求12的傳送器，其特征在于填充材料是ST-1880-87聚氨酯。
15、根據(jù)權利要求10的傳送器，其特征在于填充物與隔離膜片和傳感器膜片兩者粘接。
權利要求
1.一種用于潔凈環(huán)凈的壓力傳送器，壓力傳送器包括可與過程流體源耦連的過程連接器；壓力傳感器模塊，其與過程連接器連接，與過程流體實現(xiàn)流體連通，壓力傳感器模塊具有隨過程流體壓力而變化的電特性；測量電路系統(tǒng)，其操作時與壓力傳感器模塊耦連，測量電路系統(tǒng)用于提供基于電特性的至少一種量測的信號；通信電路系統(tǒng)，其與測量電路系統(tǒng)耦連，用于向過程控制回路提供壓力相關信息；其中，壓力傳送器進一步包括焊接至過程連接器并安置在壓力傳感器模塊周圍的焊接套環(huán)，以提供對過程流體的第二次密封，焊接套環(huán)從焊接套環(huán)的外徑向外延伸。
2.根據(jù)權利要求1所述的傳送器，其特征在于焊接套環(huán)連接至外殼。
3.根據(jù)權利要求1所述的傳送器，其特征在于焊接套環(huán)由316L型鐵素體#3-10不銹鋼構成。
4.一種用于潔凈環(huán)凈的壓力傳送器，壓力傳送器包括可與過程流體源耦連的過程連接器；壓力傳感器模塊，其與過程連接器連接，以過程流體實現(xiàn)流體連通，壓力傳感器模塊具有隨過程流體壓力而變化的電特性；測量電路系統(tǒng)，其操作時與壓力傳感器模塊耦連，測量電路系統(tǒng)用于提供基于電特性的至少一種量測的信號；通信電路系統(tǒng)，其與測量電路系統(tǒng)耦連，用于向過程控制回路提供壓力相關信息；其中，壓力傳感器模塊進一步包括隔離膜片，其定位于接觸過程流體；可撓曲傳感器膜片壓力傳感器，其安置在壓力傳感器模塊內部；填充材料，其放置于隔離膜片與傳感器膜片之間，其中，填充材料由彈性材料構成。
5.根據(jù)權利要求4所述的傳送器，其特征在于彈性材料是聚氨酯。
6.根據(jù)權利要求5所述的傳送器，其特征在于聚氨酯填充材料是聚醚芳香族聚氨酯。
7.根據(jù)權利要求5所述的傳送器，其特征在于填充材料是ST-1890-91聚氨酯。
8.根據(jù)權利要求5所述的傳送器，其特征在于填充材料是ST-1880-87聚氨酯。
9.根據(jù)權利要求4所述的傳送器，其特征在于填充物與隔離膜片和傳感器膜片兩者粘接。
10.一種壓力傳送器用的壓力傳感器模塊，壓力傳感器模塊包括集總組件；以集總組件為基準安裝的可撓曲傳感器膜片，可撓曲傳感器膜片至少有一個元件安置在膜片上，其具有隨膜片撓曲而變化的電特性；隔離膜片，其與集總組件耦連，用來與過程流體接觸，隔離膜片可操作而與可撓曲傳感器膜片耦連；彈性填充材料，其放置于隔離膜片和可撓曲傳感器膜片之間。
11.根據(jù)權利要求10的傳送器，其特征在于彈性材料是聚氨酯。
12.根據(jù)權利要求10的傳送器，其特征在于聚氨酯填充材料是聚醚芳香族聚氨酯。
13.根據(jù)權利要求12的傳送器，其特征在于填充材料是ST-1890-91聚氨酯。
14.根據(jù)權利要求12的傳送器，其特征在于填充材料是ST-1880-87聚氨酯。
15.根據(jù)權利要求10的傳送器，其特征在于填充物與隔離膜片和傳感器膜片兩者粘接。
16.一種用于潔凈環(huán)境的壓力傳送器，壓力傳送器包括可與過程流體源耦連的過程連接器；用于檢測過程流體壓力的裝置，檢測裝置耦連至過程連接器；測量電路系統(tǒng)，其耦連至壓力檢測裝置，測量電路系統(tǒng)用于提供基于壓力檢測裝置的電特性的至少一種量測信號；通信電路系統(tǒng)，其耦連測量電路系統(tǒng)，用于在過程控制回路上提供壓力相關信息。
全文摘要
提供一種用于潔凈加工環(huán)境的壓力傳送器(14)。壓力傳送器(14)包括過程連接器(48)，焊接套環(huán)(42)，壓力傳感器模塊(46)，框架(26)，和外殼(22)。過程連接器(48)可與過程流體(18)的源連通，并使過程流體流向壓力傳感器模塊(46)。過程連接器(48)封接至壓力傳感器模塊(46)，將過程流體耦連至壓力傳感器(60、80)。焊接套環(huán)(42)圍繞壓力傳感器模塊(46)安置，提供第二次過程流體密封。壓力傳感器模塊電連接至測量電路系統(tǒng)(58)，以提供指示過程流體壓力的數(shù)字數(shù)據(jù)?？蚣?26)耦連至焊接套環(huán)(42)，外殼(22)可耦連接至框架(26)和焊接套環(huán)(42)，當固定就位時，外殼(26)安置在焊接套環(huán)(42)上。壓力傳感器模塊(46)包括隔離膜片(76)，其在操作時與壓力傳感器(60、80)耦連。壓力傳感器(60、80)包括可撓曲的傳感器膜片，其上設有元件提供隨膜片撓曲(60、80)而變化的電特性。隔離膜片和可撓曲的膜片被填充材料(82)互相隔開。填充材料(82)可以是聚氨酯。
文檔編號G01L19/00GK1439094SQ01811730
公開日2003年8月27日 申請日期2001年7月3日 優(yōu)先權日2000年7月7日
發(fā)明者戴維·A·布羅登, 斯坦利·A·約瑟夫 申請人:羅斯蒙德公司