一种压差传感器压力平衡体系的制作方法

1.本发明涉及一种压力测量装置，具体涉及一种压差传感器压力平衡体系。


背景技术：

2.一类用于检测流体流量的流量计，其检测原理是通过检测流体流动路径上两个不同位点的压力值，由于这两处压力值不同，可以计算得到流体流量。这类流量计的主体为流体压力检测装置，而流体压力检测装置的核心检测元件是膜片式压力传感器。膜片式压力传感器将流体不同位置的两个压力信号转换为电容信号的变化，接着后端的检测电路对电容信号的变化进行处理，得到外加压力的差压值。
3.膜片式压力传感器包括两个圆饼状的膜座，两个膜座之间设有测量膜片，两个膜座对焊连接，将测量膜片夹紧。测量膜片与两个膜座之间分别设有用于容纳液体传压介质的传压腔体，两个传压腔体分别连接有压力传输通道，其将外部待测压力引入测量膜片两侧，测量膜片变形量的大小反映为电容信号的变化。
4.将膜片式压力传感器与取压模块连接，流体压力通过取压模块传递给测量膜片。由于液体受压时体积变化极其微小的特点，在测量高压流体时，传压腔体内压显著增大，两个膜座具有向外膨胀变形和相互分离的趋势，高压状态下长时间工作可能使焊缝开裂，导致膜片式压力传感器加速失效。为此，专利文献cn112595450a公开了一种压力传感器密封稳压结构，将膜片式传感器安装在引压座上后，使用罩体扣罩膜片式传感器，罩体与引压座密封连接，形成密封的稳压腔，稳压腔内同样填充硅油，并且稳压腔与其中一个传压腔体连接同一个外部压力源，从而形成压力平衡体系。这样，外加压力同时作用于膜片式压力传感器的内部和外部，从而使传感器工作时内外部压力得到平衡，对传感器起到保护作用。然而，这种结构还存在一些问题。首先，稳压腔体积较大，消耗硅油较多，增加成本，同时给罩体与引压座之间的装配、密封带来挑战。更重要的是，为简化结构，实际设计时直接将稳压腔与其中一个传压腔体连通，以确保传感器内外压力同步变化，但由于硅油较多，受热膨胀时体积变化不可忽视，会导致连接稳压腔的一侧传压腔体内硅油对测量膜片的压力变化显著，也影响传感器精度。为此，必须进一步改进传感器内外的压力平衡体系及相应的结构。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种压差传感器压力平衡体系。
6.其技术方案如下：
7.一种压差传感器压力平衡体系，包括膜片式压力传感器，该膜片式压力传感器设有两个传压腔体，两个传压腔体分别连接有引压管，所述引压管与所述膜片式压力传感器的外壁密封，其关键在于，所述膜片式压力传感器外罩设有封闭的稳压盒，所述稳压盒与所述膜片式压力传感器之间的空间形成稳压腔；
8.两个所述引压管分别向外穿出所述稳压盒，并与所述稳压盒的壁密封；
9.其中任意一个所述引压管的管壁上对应所述稳压腔开设有流体连通口，该流体连
通口将所述引压管与所述稳压腔连通。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果：为膜片式压力传感器提供结构紧凑的稳压盒，并且巧妙地通过流体连通口将其中一个传压腔体与稳压腔连通，在实现膜片式压力传感器内外压力平衡的同时，保持整个平衡体系结构简单。
附图说明
11.图1为膜片式压力传感器与稳压盒的安装结构示意图；
12.图2为膜片式压力传感器与引压座和取压座组成的测量模块的结构示意图；
13.图3为膜片式压力传感器端面定位凸台的示意图，图中隐藏了稳压盒的部分结构；
14.图4为测量模块的整体结构示意图；
15.图5为图4中a
‑
a剖视图；
16.图6为图4中b
‑
b剖视图；
17.图7为图4的左视图；
18.图8为图7中c
‑
c剖视图。
具体实施方式
19.以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
20.如图1和2所示，一种压差传感器压力平衡体系，包括膜片式压力传感器100，该膜片式压力传感器100设有两个传压腔体，两个传压腔体分别连接有引压管130，所述引压管130与所述膜片式压力传感器100的外壁密封，所述膜片式压力传感器100外罩设有封闭的稳压盒200，所述稳压盒200与所述膜片式压力传感器100之间的空间形成稳压腔230。两个所述引压管130分别向外穿出所述稳压盒200，并与所述稳压盒200的壁密封。其中任意一个引压管130的管壁上对应所述稳压腔230开设有流体连通口140，该流体连通口140将引压管130与稳压腔230连通。由于膜片式压力传感器100安装在流量计上后，两个传压腔体、引压管130和稳压腔230内都填充液体传压介质，如硅油。测量时，两个引压管130分别连接外部压力源，传压腔体内的压力增大，同时稳压腔230内的压力也与其中一个传压腔体同步增大，这样，平衡膜片式压力传感器100内外压力，对膜片式压力传感器100起到保护作用。
21.在另一种实施方式中，任意一个所述引压管130位于所述稳压腔230内的节段断开，以形成所述流体连通口140。这样，能够扩大引压管130与稳压腔230之间的液体流通通道。
22.由于两个所述引压管130分别用于连接外部的高压压力源和低压压力源，其中用于连接高压压力源的所述引压管130的管壁上开设有流体连通口140，使得膜片式压力传感器100外的压力始终不小于其内部的压力。
23.为了使膜片式压力传感器100和稳压盒200结构紧凑，所述稳压盒200的内壁形状与所述膜片式压力传感器100外壁的形状相匹配，所述稳压盒200的内壁处处靠近与其正对的所述膜片式压力传感器100外壁局部，从而形成包绕所述膜片式压力传感器100的所述稳压腔230，稳压腔230为薄层空腔。
24.如图1所示，所述稳压盒200上对应每个所述引压管130分别开设有引压管过孔，所述引压管过孔内固定穿设有引压管套管240，所述引压管套管240内穿设有所述引压管130，
所述引压管套管240与所述引压管130和所述稳压盒200均密封。
25.所述引压管套管240的长度大于所述稳压盒200壁厚，所述引压管套管240的外端伸出所述稳压盒200。长度较长的引压管套管240对引压管130起到更好的支撑和定位作用，防止引压管130晃动、移位，避免外力作用时引压管130与膜片式压力传感器100连接处发生拉扯损坏，有助于悬浮设置的膜片式压力传感器100保持稳定。
26.所述引压管过孔为内端孔径较大的台阶孔，所述引压管套管240的内端管壁径向增厚以形成管壁台阶241，该管壁台阶241与所述台阶孔配合。这样，提高了引压管套管240与稳压盒200之间的配合稳定性，防止引压管套管240在稳压盒200内的液体传压介质的压力作用下被压出，也提高了密封性。
27.本实施例中，所述膜片式压力传感器100包括两个膜座110和一个测量膜片120，其中两个所述膜座110左右对焊连接，并将所述测量膜片120固定夹持，以形成外壁呈圆盘状的所述膜片式压力传感器100，所述测量膜片120分别与两个所述膜座110之间围成传压腔体。所述稳压盒200为空心圆柱形，所述稳压盒200包括圆筒210，所述圆筒210套设在所述膜片式压力传感器100外，所述圆筒210的两端分别扣盖有一个圆形端板220，所述圆筒210与两个所述圆形端板220分别焊接连接，两个所述圆形端板220分别正对所述膜片式压力传感器100的两端。
28.两个所述引压管130分别从两个所述膜座110的中心轴向伸出，两个所述引压管130分别与两个所述膜座110密封，两个所述引压管130分别穿过对应的所述圆形端板220。
29.为使膜片式压力传感器100更稳定地定位在稳压盒200内，所述稳压盒200的两端内壁与所述膜片式压力传感器100的相应端面外壁之间分别设有抵靠限位结构。为使膜片式压力传感器100两端面上受到的液体压力相同，所述抵靠限位结构占位之外的所述膜片式压力传感器100的两端面的面积相等。进一步地，位于所述膜片式压力传感器100两端的所述抵靠限位结构左右正对，并关于测量膜片120对称。这样，膜片式压力传感器100两端面受到的液体压力以及来自稳压盒200的抵靠力均一致且对称。
30.如图1和3所示，所述抵靠限位结构包括相互配合的定位凸台111和定位凹陷221，二者其中一个位于所述膜片式压力传感器100的端面上，另一个位于所述稳压盒200的端部内壁。
31.本实施例中，所述定位凸台111位于所述膜片式压力传感器100的端面上，所述膜片式压力传感器100的每个端面上设有至少两个所述定位凸台111，位于所述膜片式压力传感器100同一端面上的所有所述定位凸台111绕该端面中心环向均匀分布，所述稳压盒200的端部内壁上对应每个所述定位凸台111分别设有定位凹陷221。
32.为使膜片式压力传感器100的端面上受到的稳压盒200的抵靠力尽可能分布均匀。所述膜片式压力传感器100的每个端面上设有至少两个弧形的所述定位凸台111，同一端面上的所述定位凸台111位于同一个圆环上，同一端面上的所述定位凸台111绕相应的引压管130环向均匀分布。本实施例中膜片式压力传感器100的每个端面上设有两个弧形的定位凸台111。如图3所示，同一端面上的所述定位凸台111之间的缺口将所有所述定位凸台111围成的圆环内部区域和外部区域连通，形成供液体传压介质流动的通道。
33.如图2和3所示，所述稳压盒200下方设置有引压座300，所述引压座300上表面开设有定位槽310，所述定位槽310的槽底为凹面向上的圆弧面，所述定位槽310内设置有所述稳
压盒200，所述稳压盒200的下部位于所述定位槽310内，其中所述圆筒210靠近所述定位槽310的槽底，两个所述圆形端板220分别靠近所述定位槽310的两侧槽壁。由于膜片式压力传感器100并不与引压座300直接接触，且被稳压腔230内的液体传压介质包围，因而相对于引压座300悬浮。
34.所述引压座300上开设有两个引压通道320，两个所述引压通道320分别位于所述定位槽310两侧，两个所述引压通道320与两个所述引压管130一一对应并连接。
35.如图1～3所示，所述引压通道320靠近稳压盒200一端设置有引压管插座321，该引压管插座321位于相应的所述引压管套管240下方。所述引压管130包括水平段131、竖向段133和弯曲段132。所述水平段131的内端与所述膜片式压力传感器100的相应腔室连通，所述水平段131的外端向外穿出所述膜片式压力传感器100的壳体，而后从所述引压管套管240内穿出。所述引压管套管240正下方设置有所述竖向段133，所述竖向段133的上端与所述水平段131的外端之间连接有所述弯曲段132，所述竖向段133的下端插设在相应的所述引压管插座321内，并且竖向段133的下端与相应的引压管插座321密封。所述弯曲段132先向远离所述水平段131的方向延伸的同时向下偏移，再逐渐向靠近所述水平段131的方向内收并与所述竖向段133连接。引压管130的这种结构设计有如下原因：由于稳压盒200的壁厚较薄，设置长度相对较大的引压管套管240保证水平段131通过引压管套管240稳定安装在稳压盒200上；同时，由于竖向段133的位置被引压管插座321所限定，因此设置长度相对较大的引压管套管240后，水平段131与竖向段133不能直接通过直角弯曲的管体进行连接，必须使用本实施例中的弯曲段132将水平段131与竖向段133连接。
36.结合图4和5可以看到，引压通道320包括水平引压段和竖向引压段，其中竖向引压段的上端设置引压管插座321，引压管插座321与竖向引压段内壁密封，竖向引压段的下端与水平引压段的一端连接，水平引压段的另一端开口于引压座300外侧壁。引压座300外壁上对应两个水平引压段分别开设有引压口330，引压口330为变径孔，其孔径由外到内逐渐缩小，引压口330内端与水平引压段外端连通。引压口330外端覆盖有隔离膜片340，该隔离膜片340将引压口330外端封闭，从而使得其中一个传压腔体、以及与其连接的引压管130、引压通道320、引压口330形成一个封闭的盛液腔体，另一个传压腔体、以及与其连接的引压管130、引压通道320、引压口330和稳压腔230形成另一个封闭的盛液腔体。每个引压通道320连接有注液孔，注液孔的一端与相应的引压通道320连通，另一端开口于引压座300表面，注液孔的外端设有可拆卸堵头。注液孔用于分别向相应的盛液腔体内注满液体传压介质。
37.由于其中一个盛液腔体多出了一个稳压腔230，两个盛液腔体内盛装的液体传压介质体积不同。当环境温度发生变化时，两个盛液腔体内的液体传压介质体积变化不一致，可能引起两侧传压腔体内的压力变化幅度不同，导致测量膜片120电容变化不同。这种情况下，环境温度变化引发传感器两侧压力不平衡，影响测量精度。为此，对于不包含稳压腔230的盛液腔体进行了改进，在引压座300底面上开设储液室350，储液室350的开口上设有密封塞。储液室350与盛液腔体连通，储液室350的容积大致与稳压腔230的容积相同，这样使得两个盛液腔体内盛装的液体传压介质体积接近，从而使得测量膜片120两侧的液体传压介质在温度变化时压力变化幅度一致，平衡环境温度变化引起的测量偏差。本实施例中，储液室350与相应的引压口330之间开通有储液流道360，并且储液室350、储液流道360、以及与
其相连的引压通道320、引压管130和传压腔体形成的盛液腔体的容积与另一个盛液腔体容积一致。
38.结合图4～8可以看到，两个引压口330的开口相对开设在引压座300的一对相对平行的侧壁上，在引压口330所在的引压座300侧壁上分别设置有一个取压座400，两个取压座400与引压座300通过螺栓连接，从而与传感器模块组成流量计的测量模块。每个取压座400上还开设有取压通道410和取压孔420，其中取压通道410与取压孔420连通，取压孔420开设在取压座400朝向引压座300的侧壁上，取压孔420与相应的引压口330正对，取压孔420与相应的隔离膜片340之间的区域形成取压区。
39.如图1和2所示，所述测量膜片120的两侧分别引出有信号引线150，两根所述信号引线150也分别从两个所述膜座110密封引出，两根所述信号引线150沿着平行于所述膜座110轴线的方向设置。每个所述圆形端板220外壁一体成型有接线器管250，所述接线器管250垂直于所述圆形端板220设置，所述接线器管250的内端与所述圆形端板220连接，所述圆形端板220上贯穿有引线过孔，所述引线过孔与相应的所述接线器管250共孔心线，所述引线过孔的孔径小于所述接线器管250的内径。所述接线器管250内嵌设有引线接线器260，所述引线接线器260与所述引线过孔内穿设有所述信号引线150，所述引线接线器260将所述引线过孔密封。
40.所述稳压盒200的装配结构，与膜片式压力传感器100相适应。组装时，将圆筒210套设在膜片式压力传感器100外，然后将两个圆形端板220分别套在相应的所述信号引线150和水平段131上，并逐渐向圆筒210的相应端部移动并与其贴靠焊接。将信号引线150设计为与膜座110轴线的方向平行，就是为了方便将稳压盒200装配在膜片式压力传感器100外。
41.测量时，两个取压通道410分别连接流体流动路径上的两个位点，两个不同位点的流体进入相应的取压区，流体压力作用于相应的隔离膜片340，并经液体传压介质传导至测量膜片120，从而测量两处的流体压力，来计算流体流量。
42.最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。