專利名稱：壓力傳送器的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有權利要求1前序部分所述特征的壓力傳送器。
背景技術：
典型的壓力測量裝置都包含壓力傳送器和與壓力傳送器相連結的真正的壓力傳感器。通過壓力傳送器，一個存在的介質從外面對壓力測量裝置施加待測量的壓力。壓力傳送器是液壓系統，它通過彈性隔膜把待測壓力傳給傳壓液上，再通過傳壓液傳給相連的傳感元件上。隔膜被固定在基體的朝向介質的固定區里，其中在基體壁部和隔膜之間形成裝有傳壓液的腔室。
在所謂的凸緣壓力傳送器中，隔膜直接固定(通常是焊接)在朝向工作點即朝向待測介質的那側。在其圓周區里，基體在側向上與隔膜有一定距離地具有一凸緣，凸緣有多個孔并因而能通過這些孔被螺紋連接件固定在相應的配合件上。在裝配到一個作為一個連結配合部件的配合件上時，必須在凸緣或基體和配合件之間設置密封如扁平密封或○形密封圈，其中，該密封包圍著隔膜固定區。在擰緊從隔膜看處于密封對面的螺紋連接件時，與所加力矩和所用螺紋連接件相關地，有時相當大的力施加在凸緣上，該力會使凸緣和整個基體變形且尤其會彎曲。使基體彎曲的力也會在隔膜固定區中產生作用并從而被傳給隔膜，由此使后者偏移。隔膜偏移在傳壓介質中產生相應的壓力變化。這樣的在傳壓介質中的由安裝條件決定的壓力變化當然是不希望有的測量誤差，它一般能達到20mbar(毫巴)以上。由于夾緊力會隨溫度變化而變，所以會產生額外溫度誤差，這是不能補償的。此外，這種安裝作用對壓力測量裝置的長期穩定性也產生負面影響，因為夾緊力因在凸緣和配合件之間的密封安置狀態是不恒定的。
發明內容
本發明的任務是提供這樣一種壓力傳送器，其中，由裝配條件決定的安裝誤差可通過控制應力被減小。
該任務通過具有權利要求1所述特征的壓力傳送器或者通過具有權利要求9所述特征的壓力傳送器或通過具有權利要求16所述特征的壓力傳送器來完成。
一些有利的改進方案是各從屬權利要求的主題。
壓力傳送器且特別是凸緣壓力傳送器具有一基體和一隔膜，該隔膜在基體一側被固定在隔膜固定區中，該隔膜能外面承載待測壓力；該壓力傳送器最好這樣構成，即在基體上有至少一個凹穴，該凹穴在隔膜固定區的至少一部分的側旁，該基體上的至少一個凹穴最好有這樣的尺寸，即促使基體變形的力不會或者減小地被傳給隔膜。
通過該凹穴，隔膜固定區和一個用于把壓力傳送器安裝在配合件上的夾緊區至少在基體表面區就安裝時作用于基體的應力而言是相互無關聯的。因此，該凹穴最好形成在隔膜固定區的至少局部和用于將壓力傳送器夾緊在配合件上的夾緊區之間。
該凹穴最好包圍整個固定區，尤其是環繞該固定區，其中，在常見的圓形隔膜中，凹穴成環槽狀從基體表面深入到基體中。
凹穴的底面形成得越深，則對因有該凹穴而相互無關聯的隔膜固定區來說，在凹穴側旁作用于基體并使其彎曲的應力影響就越小。因此，凹穴最好與一個腔室的室底一樣深，或者比室底更深一些，該腔室在隔膜下方盛有傳壓液。根據一個特別優選的實施形式，凹穴的底面的深度是同隔膜的朝向基體或該腔室的側一樣深，或者較之更深一些。尤其是，凹穴設計成形得比室底更深，這也能減小室壁和室底的彎曲，最終它還能促成傳壓液里的壓力變化。
根據特別優選的實施形式，固定區成特別窄的橋接區形式。最初的實驗證明凹穴深度最好大于橋接區寬度，其中，深度對寬度的可取系數為大于或等于2。橋接區用彈性材料做成也是有利的，這可以導致作用于基體的應力的影響進一步減小。
因此，在根據該設想的實施形式里，在隔膜固定區內的應力剖面被凹穴且特別是環槽中斷。這樣，在隔膜固定區內產生的力可減小。如果凹穴被布置成很靠近隔膜夾緊區，則這是特別有利的，從而在缽形隔膜輪廓的條件下便產生彈性橋接區，借此能繼續減小力的傳入。
根據具有獨立發明內容的第二設想，但最好也可與前一設想相結合，仍然以這樣的壓力傳送器且特別是凸緣壓力傳送器為出發點的，這種壓力傳送器具有基體和隔膜，該隔膜在基體側被固定在一個固定區內且可以從外面承受壓力，其中基體又直接或間接具有裝配機構，該裝配機構在將壓力傳送器固定在另一部件即配合件上時能導致產生使基體彎曲的應力。這樣，有利地獲得與隔膜或其固定區相關的應力減小或中和，即隔膜固定區和隔膜都布置在基體的應力平面區內，其中在應力平面區內和在隔膜上，在彎曲力下產生一個對峙于基體的至少一個相鄰裝配面至少明顯減小的應力，這是與這樣一個應力相比較而言，這個應力可能在下述條件下產生，即隔膜如果安置在基體的表面上。因此，須將壓力傳送器隔膜或者它的固定區撤回到一個所謂的中性的線或者平面的范圍內，該平面描繪出處于被彎曲了的基體內應力曲線。在此，可充分利用的是在夾緊基體或者凸緣時，在隔膜一側產生壓應力，在基體相對側產生拉應力，因此，在兩個對置的承受相反應力的基體側之間就有應力中性區即所謂的中性線。該中性區是沒有應力的或者至少是應力減小了，它一般近似地處在基體的中央，或者說在一個有相對于基體厚度而減小的凸緣厚度的基體情況下，處在相應錯開的區域中。如果隔膜固定處在中性線的范圍內，則沒有應力被引入隔膜，因而隔膜變形也不會在傳壓介質中產生壓力變化。
相應地最好如此選擇布置結構，即在彎曲基體上已減小的應力是一個最小應力。隔膜固定區和隔膜相應地被布置在基體的凹穴中，該凹穴具有一個適于所承受應力的深度以便將固定區轉移到一個足夠的深度中。凹穴相應地形成一個接觸區用于待加壓的介質。在將隔膜或隔膜固定區撤回到一個應力中性的范圍中時，也可以實現轉移到一個深度范圍，這種轉移當然對隔膜來說不是那種最佳的，但同時考慮到與隔膜相鄰的室壁的可能發生的變形，這種變形也會導致在腔室底部和隔膜之間的壓力傳遞液體的壓力變化。
最好根據隔膜尺寸與基體彎曲程度之比來選擇凹穴深度，借以實現針對彎曲程度而降低應力的且特別是無應力的隔膜動作。
開頭所述任務的第三解決方案規定，該基體具有兩個彼此平行布置的表面，隔膜及其在基體上的固定區至少近似地以基體厚度的1/10從兩個表面之一回移到基體措開加以布置。
這種回移動最好至少近似地達到基體的厚度的1/5。
下述設定是特別重要的隔膜及其固定區至少近似地布置在基體中央。總體說，在這里的基體連同隔膜成缽形。
為獲得最佳結果，也可以聯合這三種解決方案。首批試驗指出裝配效應減小到一個由此引起的壓力差小于0.1mbar，所以在常規使用條件下剩余誤差可以被視作為可忽略不計。
通過一種最小的裝配效應而獲得許多優點，因為精確度與凸緣-螺栓的起動力矩無關。考慮到例如因時間而變化的材料性質，由于與溫度有關的預應力及改善的長時間穩定性之故，也不會產生附加的溫度誤差。
下面將參照附圖對一些實施例做詳細說明。附圖表示圖1根據第一實施例的壓力傳送器的局剖正視圖；圖2根據一個變型實施形式的局部放大；圖3根據第二實施例的壓力傳送器的局剖正視圖；圖4是第三實施形式的局剖正視圖，它表示兩個實施例的結合。
具體實施例方式
圖1示出一個壓力測量裝置的壓力傳送器1，它與作為另一結構部件的配合件2在應力下通過作為固定機構或裝配機構3的螺紋連接件彼此連接。壓力傳送器1具有基體10，一條連接管11從該基體通向壓力傳感器。基體10的側向圓周邊緣成凸緣12狀，在這里，也可通過另一與基體10的圓周邊緣搭接的獨立凸緣或其它可選的固定裝配件以實現連接。在凸緣12上穿過一個或多個凸緣孔13，由螺栓30和螺母31組成的螺紋連接件被穿過凸緣孔。螺栓30桿進一步穿過一個形成在配合件2的相對凸緣22上的凸緣孔23。通過螺栓30的螺栓頭和螺栓桿與螺母31，壓力傳送器1的凸緣12和配合件凸緣22被彼此夾緊。配合件2有一個中央通孔24用于介質，介質壓力或壓差利用壓力測量裝置在中間接有壓力傳送器1的情況下進行測量。配合件2上的通孔24通往基體10那側14的即朝向配合件2的那側的中央區。
一方面，在基體10的那側14的中央區及配合件2的通孔24之間在相對側面上，另一方面在基體10的圓周區域內的固定機構3和配合件2之間，設置至少一個密封4如密封環或○形密封圈。這樣，基體10和配合件2在其圓周區內被夾緊，在密封4的那側建立起一個通過基體10的應力，該應力使基體10相對配合件2凹彎，如附圖所示。基體10的朝向配合件2的那側14此時被壓癟，而基體10的對置側15受到拉應力或張力。
與配合件2通孔24相對地，在基體10那側14的中央區內設有一個隔膜5作為傳壓膜，在此，隔膜5圓周區被固定在固定區6內，該固定區是用于把隔膜固定在基體10上。隔膜5與配合件2通孔24中的介質處于直接的有效連通。在隔膜5下方，即在基體10的相鄰壁部的方向上設有一個腔腔室7，該腔室經過一個孔和一導管8與壓力測量裝置的壓力傳感器相連。腔室7和導管8都充滿傳壓介質或傳壓液。通孔24中的介質的壓力或壓差因此經過隔膜5而作用于腔室7中的傳壓介質，于是，傳壓介質將上述壓力或壓差繼續傳給壓力傳感器。
因此，在這里對已知的壓力傳送器的變型方式加以說明，其隔膜5作為傳壓膜位于一腔室的上面，該腔室有一個室底作為超載床，在此，隔膜在其圓周區中通過已知的膜片接合法例如通過粘接、釬焊或焊接別固定在基體10的固定區6上。
原則上，使基體10彎曲的應力也會有力地作用于基體10那側14的中央區，從而通過隔膜固定區6作用于隔膜5。為避免應力傳遞，隔膜5固定區6通過一個凹穴9被斷開，該凹穴從基體10那側14的表面通入基體10中。
在例如只用兩個彼此相對的固定機構3將壓力傳送器1和配合件2夾緊的情況下，原則上設置兩個分開的凹穴9就足夠了，這兩個凹穴在包含隔膜5固定區6的中央區和每個相鄰的固定機構3之間橫向延伸。在壓力傳送器1、配合件2和隔膜5同心布置的情況下，當然最好選擇具有環槽形式的同心凹穴9。
在圖1所示的實施例里，所選凹穴9相對基體10表面的深度明顯深于隔膜5或腔室7底部相對基體10表面的深度t。此外，隔膜5固定區6有這樣的寬度，即它等于或大于凹穴9寬度b。至于環形槽針對寬度b和深度t來確定尺寸，以及用于隔膜5的固定區6針對其寬度bs和離凹穴9的距離來確定尺寸，這最好分別根據壓力傳送器1的實施形式及壓力傳送器1、配合件2和密封4所用材料和它們的實施形式來適當選擇。
圖2表示圖1所示第一實施例的實施形式的另一優選實施形式。對相同或相似部件來說，各自使用相關的附圖標記。此外，為簡明起見，只重點描述在本實施例中尚未加以說明的部件和功能。
該圖也示出了隔膜5，它被布置在基體10的那側14上，在其表面區14’中。隔膜固定區6成基體10組件的形式，其中還有一個橋接區作為獨立部件地被固定在基體10表面上。在所示的實施形式里，凹穴9具有一個深度t，該深度相對于基體10的表面14’而言，相當于腔室7的室底7’的深度t。隔膜固定區6具有一個在凹穴9的底的上方的高度h，該高度低于凹穴9的深度t。按所示的實施形式，隔膜固定區6是通過一個窄的橋接區6’設計的，于此，橋接區6’的寬度最好窄于凹穴9的寬度b。根據這個優選實施例，橋接區6’的寬度bs至少是凹穴9的寬度b的一半大。橋接區6’最好用彈性材料做成，這導致有可能產生影響的應力進一步減小。
圖3表示第二實施例，在此，關于各部件的標記，在與前述部件相同或相似的情況下，也請參照前面的實施形式。
在所示的壓力傳送器里，在基體10上，從其朝向配合件2的那側14設有一個凹穴9’。凹穴9’在其底部有一個用于隔膜5的固定區6。借助上述布置，隔膜固定區6同隔膜5一起被移置到基體10中。于此，凹穴9’具有一個深度t，該深度是如此加以選擇的，使得用于隔膜5的固定區6和隔膜5被移置到基體10的一個應力區中，在此應力區中在基體的朝向配合件2的那側14區域內的壓應力和在基體10的對峙側15區域內的拉應力，相互盡可能大地或完全地抵消。通過一條虛線，示意地繪出一個針對在基體10上發生作用的應力的所謂的中性線n或者說中性應力平面。凹穴9’的深度t最好在考慮到還有許多其它參數的條件下加以確定，這些參數涉及到基體10上的應力曲線，但也還涉及到基體10的因凹穴9’而減小的強度等。
圖4表示一個實施例，根據該實施例，前述壓力傳送器的實施例或實施形式被結合了進來，借此獲得更好的應力消除手段。再者，就部件和功能的說明來說，關于標記則使用了與前面的實施形式相同的標記。
在圖中繪出一個凹穴9’，該凹穴從基體10的朝向配合件2的那側14的表面14’伸入基體10中。該隔膜5固定區6’也相對基體10表面14’沿著針對發生影響的固定應力的中性線或中性平面n錯移。此外，從凹穴9’的底部起，在隔膜5固定區6側旁有一個槽形凹穴9更深入地延伸到基體10中。在所示實施例里，環形槽作為另一凹穴9一直達到中性平面n的區域。為了完整起見，還應提及一點基體10的下表面用標記15’表示。
有利的做法是，可將所述的各部件按不同方式方法加以組合，在此，特別是橋接區的寬度bs和高度h及凹穴9的深度t都是可以能調整改變的。此外，可加以考慮的還有，因作用于基體10的應力而殘存的腔室7室底的變形或室的側壁的變形，這些應力最終還對腔室7中的傳壓介質有影響。還須考慮的是密封4的材料、形狀和尺寸，例如它的厚度m，密封被嵌置在壓力傳送器1或其基體10和配合件2之間，在組裝壓力傳送器1和配合件2時還可能導致基體10的夾緊。隔膜直徑d也最好在凹穴尺寸方面加以考慮。
附圖標記一覽表1 壓力傳送器2 配合件3 固定機構/螺紋連接件4 密封5 隔膜6 隔膜固定區6’橋接區7 充有傳壓介質的腔室8 從腔室通到壓力傳感器的導管9、9’ 凹穴101的基體111的管道/排出管道121上的凸緣1312上的凸緣孔1410的依2的方向的那側14’ 基體10的第一表面15與14相對的那側15’ 基體10的第二表面222上的凸緣2322上的凸緣孔24用于有關待測介質壓力的2上的通孔t 9的深度b 9的寬度bs6、6’的寬度n 中性線/中性平面m 4的厚度d 5的直徑
權利要求
1.壓力傳送器(1)，特別是凸緣-壓力傳送器，它有-一個基體(10)和-一個隔膜(5)，該隔膜在基體(10)一側(14)被固定在隔膜(5)固定區(6)上，該隔膜能從外面承載壓力，其特征在于在該基體(10)上，在該隔膜(5)固定區(6)的至少局部的側旁有至少一個凹穴(9)，其中該基體(10)上的至少一個凹穴(9)是如此確定尺寸(t，b)，即，使該基體(10)變形的應力不會被傳給或僅減小地被傳給該固定區(6)或者說該隔膜(5)。
2.按權利要求1所述的壓力傳送器，其特征在于該凹穴(9)包圍著該隔膜(5)固定區(6)。
3.按權利要求1或2所述的壓力傳送器，其特征在于該凹穴(9)的底部與該隔膜(5)的朝向該基體(10)的那側一樣深或更深。
4.按以上權利要求之一所述的壓力傳送器，其特征在于該凹穴(9)的底部與在該隔膜(5)下方的腔室(7)的室底(7’)一樣深或更深。
5.按權利要求1-4之一所述的壓力傳送器，其特征在于該隔膜(5)固定區(6)通過一個橋接區且特別是窄的橋接區(6’)形成。
6.按權利要求5所述的壓力傳送器，其特征在于該凹穴(9)的深度(t)大于該橋接區(6’)的寬度(bs)。
7.按權利要求6所述的壓力傳送器，其特征在于該凹穴(9)深度(t)的或者從凹穴(9)底部起的該橋接區(6’)高度(h)的、相對該橋接區(6’)寬度(bs)的系數大于或等于2。
8.按權利要求5至7中任一項所述的壓力傳送器，其特征在于該橋接區(6’)用彈性材料做成。
9.壓力傳送器(1)，特別是凸緣-壓力傳送器，它尤其是如以上權利要求之一所述的壓力傳送器，它具有-一個基體(10)，-一個隔膜(5)，它在基體(10)一側(14)被固定在隔膜(5)固定區(6)上，該隔膜能從外面承受壓力，-在將該壓力傳送器(1)固定在配合件(2)上時在應力下使該基體(10)彎曲的裝配機構(3)，其特征在于該隔膜(5)固定區(6)和/或該隔膜(5)被布置在該基體(1 0)的一個應力平面(n)區中，其中在應力平面(n)和該隔膜(5)的區域中，在彎曲力下出現一個比這樣的應力大大減小的應力，即該應力出現在該隔膜(5)布置在該基體(10)表面(14’)上時。
10.按權利要求9所述的壓力傳送器，其特征在于在彎曲基體(10)中減小應力區是一個最小應力的區。
11.按權利要求9或10所述的壓力傳送器，其特征在于該隔膜(5)固定區(6)和該隔膜(5)按照深度(t)被布置在該基體(10)的一個凹穴(9’)中。
12.按權利要求11所述的壓力傳送器，其特征在于該凹穴(9’)形成一個與從配合件(2)出來的加壓介質接觸的接觸區。
13.按以上權利要求之一所述的壓力傳送器，它有一個裝配機構(3)且特別是一個凸緣(12)以便將壓力傳送器(1)如此固定在配合件(2)上，即基體(10)的帶有隔膜(5)的那側(14)朝向配合件(2)，其中該基體在利用裝配機構(3)進行裝配時相對配合件(2)凹彎地被夾緊。
14.按權利要求13所述的壓力傳送器，其特征在于該凹穴(9，9’)的深度(t)是根據該隔膜(5)的尺寸(d)與該基體(10)的彎曲量之比來選擇的，以便能實現該隔膜(5)的針對彎曲而減小應力的且特別是無應力的動作。
15.按權利要求13或14所述的壓力傳送器，其特征在于該基體(10)在朝向配合件(2)的那側(14)具有隔膜(5)，在相對該隔膜(5)的至少兩側的旁邊，在該基體(10)和配合件(2)之間嵌有一個密封(4)；裝配機構(3)從隔膜(5)觀察在密封(4)的那側將基體(10)和配合件(2)彼此夾緊。
16.按以上權利要求之一所述的壓力傳送器或者按權利要求1的前序部分所述的壓力傳送器，其特征在于該基體(10)具有兩個彼此平行地布置的表面(14’，15’)；該隔膜(5)及其在基體(10)上的固定區(6)至少近似地按基體(10)的厚度的1/10從兩個表面(14’，15’)之一移回到基體(10)中地布置。
17.按權利要求16所述的壓力傳送器，其特征在于這種移回至少近似達到基體(10)厚度的1/5。
18.按權利要求16或17所述的壓力傳送器，其特征在于該隔膜(5)及其固定區(6)至少近似布置在該基體(10)的中央。
19.按權利要求16-18之一所述的壓力傳送器，其特征在于該基體(10)連同隔膜(5)成缽形。
全文摘要
本發明涉及壓力傳送器(1)且特別是凸緣－壓力傳送器，它有基體(10)和隔膜(5)，該隔膜在基體(10)一側(14)被固定在隔膜(5)固定區(6)上，該隔膜能從外面承載壓力。最好在基體(10)上并在隔膜(5)固定區(6)側旁形成至少一個凹穴(9)，在該基體(10)上的至少一個凹穴(9)的尺寸(t，b)如此確定，即致使基體(10)變形的應力不會被傳給或僅是減小地被傳給固定區(6)。此外，可選擇地如此設定隔膜(5)固定區(6)和隔膜(5)都布置在基體(10)的一個應力平面(n)區內，其中，在應力平面(n)區內，在彎曲應力下出現一個至少減小的應力。
文檔編號G01L7/08GK1580724SQ20041005608
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月9日 優先權日2003年8月7日
發明者T·科普, J·約恩 申請人:維加·格里沙伯股份公司