一种同轴取压压力传感器的制作方法

1.本发明涉及一种压力测量装置，具体涉及一种同轴取压压力传感器。


背景技术：

2.压力传感器广泛用于流体压力测量，其依靠压力敏感元件感应外部压力，压力敏感元件再将压力信号转化为电信号，电信号传给信号处理单元以得到压力值。现有的压力传感器根据压力敏感元件的不同可划分为多种类型，常见地有电阻式压力传感器、压电石英晶体型压力传感器、电容式压力传感器等。其中，电容式压力传感器的核心检测元件是膜片式差压传感器。膜片式差压传感器包括两个圆盘状的膜座，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硅油的感应腔，两个感应腔分别连接有引压管，引压管将外部待测压力引入测量膜片两侧。由于两侧压强不同，测量膜片向压强较小侧变形，变形量的大小反映为电容信号的变化。由于涉及与外部压力源的连接以及静压传导，现有的电容式压力传感器结构相对复杂。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种同轴取压压力传感器。
4.其技术方案如下：
5.一种同轴取压压力传感器，包括引压模块，其关键在于，该引压模块的下方设有用于与外部压力源连接的安装部，该引压模块的上方用于安装信号处理模块；
6.所述引压模块内开设有两个引压通道和两个取压腔，所述取压腔为水平薄层空腔，两个所述薄层空腔上下分布并相互平行；
7.所述引压通道的两端分别为引压入口和引压出口，其中两个所述引压入口与两个所述取压腔一一对应，所述引压入口朝向相应的所述取压腔；
8.两个所述引压入口分别密封覆盖有隔离膜片，以将所述取压腔与所述引压入口分隔；
9.所述引压模块上开设有两个用于将外部压力源引入的外压通道，两个所述外压通道的内端分别与两个所述取压腔连通。
10.作为优选技术方案，两个所述取压腔分别为第一薄层空腔和第二薄层空腔；
11.所述引压模块包括圆柱状的引压座，该引压座底面上开设有安装盲孔，所述安装盲孔内固定设置有测量引压块，该测量引压块与所述安装盲孔孔底之间密封围成所述第一薄层空腔；
12.所述引压座的底面上扣盖有下端盖，该下端盖与所述测量引压块下表面之间密封围成所述第二薄层空腔。
13.作为优选技术方案，上述安装盲孔为多级台阶孔，所述测量引压块呈圆柱状，所述测量引压块的侧壁与所述安装盲孔台阶配合，所述测量引压块的外壁圆周面与所述安装盲孔的内壁圆周面密封焊接。
14.作为优选技术方案，两个所述引压通道分别为大气引压通道和测量引压通道，其中所述大气引压通道对应的取压腔为大气取压腔，所述测量引压通道对应的取压腔为测量取压腔；
15.两个所述引压通道的引压入口分别连接有喇叭口，两个所述喇叭口的开口朝向相应的所述取压腔，两个所述喇叭口上分别密封覆盖有所述隔离膜片；
16.其中，所述安装盲孔的孔底上开设有一个所述喇叭口，该喇叭口与所述大气引压通道的引压入口连通；
17.所述测量引压块下表面上开设有另一个所述喇叭口，该喇叭口与所述测量引压通道的引压入口连通。
18.作为优选技术方案，上述测量引压块上端面开设有第一扩容槽，该第一扩容槽正对所述大气引压通道引压入口处的所述隔离膜片，该第一扩容槽与所述大气取压腔连通；
19.所述下端盖内壁开设有第二扩容槽，该第二扩容槽正对所述测量引压通道引压入口处的所述隔离膜片，该第二扩容槽与所述测量取压腔连通。
20.作为优选技术方案，两个所述外压通道分别为取压通道和大气通道；
21.所述大气取压腔侧壁对应的所述引压座上径向开设有所述大气通道；
22.所述下端盖下表面中心一体成型有柱状的取压接头，所述取压接头与所述下端盖中心贯穿有所述取压通道。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果：与现有常规的左右引压结构相比，本发明的引压模块结构紧凑，有利于缩小整个传感器的尺寸。
附图说明
24.图1为本发明的第一个视角的结构示意图；
25.图2为本发明的第二个视角的结构示意图；
26.图3为图2中a-a剖视图；
27.图4为差压传感器模块的结构示意图。
具体实施方式
28.以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
29.如图1～3所示，一种同轴取压压力传感器，包括引压模块，引压模块的下方设有用于与外部压力源连接的安装部，该引压模块的上方用于安装信号处理模块。引压模块的上方设置有差压传感器模块100，所述差压传感器模块100设置有两个引压管160，两个所述引压管160分别与开设在所述引压模块上的两个引压通道连通，所述引压通道的两端分别为引压入口和引压出口，其中两个所述引压出口分别开设于所述引压模块表面，且与两个所述引压管160一一对应并连通，两个所述引压入口均开口于所述引压模块内，所述引压模块内对应两个所述引压入口分别开设有取压腔，两个所述引压入口分别密封覆盖有隔离膜片230，以将所述取压腔与所述引压入口分隔。引压通道内填充液体传压介质如硅油，用于将外部压力传导至差压传感器模块100。
30.所述取压腔为水平薄层空腔，两个所述薄层空腔上下分布并相互平行。薄层空腔是指其厚度不超过宽度方向尺寸1/3的腔体。所述引压模块上开设有两个用于将外部压力
源引入的外压通道，两个所述外压通道的内端分别与两个所述取压腔连通。
31.本实施例的压力检测传感器用于测量表压，因此两个外压通道分别为取压通道310和大气通道250。所述大气通道250的内端与其中一个所述取压腔连通，外端开口于所述引压模块表面。所述取压通道310的内端与另一所述取压腔连通，所述引压模块上设有取压接头300，所述取压通道310的外端穿出该取压接头300，取压通道310用于将外部流体引入相应的取压腔。
32.具体地，如图3所示，所述引压模块包括圆柱状的引压座200，该引压座200上方设置有所述差压传感器模块100，两个所述引压出口分别开设于所述引压座200上表面，引压出口处分别设置引压管插座。引压座200上表面开设安装凹槽，安装凹槽内设置差压传感器模块100，差压传感器模块100的两个引压管160分别密封插设在相应的引压管160插座内。差压传感器模块100与安装凹槽的内壁不接触，仅靠两根引压管160支撑而悬空设置。这样设计的目的在于，差压传感器模块100与引压座200之间无紧固装配关系，可以防止装配应力导致差压传感器模块100变形，从而避免因为装配导致差压传感器模块100内的敏感元件即膜片120变形。引压座200上方还用于安装信号处理模块和表头。
33.所述引压座200下端设置有所述取压接头300，所述取压接头300的连接端朝下，沿着所述取压接头300的轴向开设有所述取压通道310，所述取压通道310的上端正对与其连通的所述取压腔。
34.在使用时，取压接头300直接与待测压力源连接，方便直接观察表头示数。
35.如图3所示，两个所述引压通道分别为大气引压通道220和测量引压通道210，其中所述大气引压通道220对应的取压腔为大气取压腔240，所述测量引压通道210对应的取压腔为测量取压腔260。两个所述引压通道的引压入口分别连接有喇叭口，两个所述喇叭口的开口朝向相应的所述取压腔，两个所述喇叭口上分别密封覆盖有所述隔离膜片230。大气引压通道220用于将环境气压引入大气取压腔240，测量引压通道210将待测流体引入测量取压腔260。这样，差压传感器模块100测得的为表压。
36.引压座200具体结构为：引压座200底面上开设有安装盲孔，该安装盲孔的孔底上开设有一个所述喇叭口，该喇叭口与所述大气引压通道220的引压入口连通。所述安装盲孔内固定设置有测量引压块，该测量引压块与所述安装盲孔孔底之间密封围成第一薄层空腔，该第一薄层空腔形成所述大气取压腔240。
37.所述大气引压通道220包括开设于所述引压座200上的两个第一竖向段，两个第一竖向段上下隔开，位于上方的第一竖向段上端形成所述大气引压通道220的引压出口，位于上方的第一竖向段下端与位于下方的第一竖向段上端之间连接有第一横向段，位于下方的第一竖向段下端形成所述大气引压通道220的引压入口。
38.所述测量引压块上端面开设有第一扩容槽，该第一扩容槽正对所述大气引压通道220引压入口处的所述隔离膜片230，该第一扩容槽与所述大气取压腔240连通，以增大大气取压腔240的容积，使得大气压力更灵敏地作用于相应的隔离膜片230。
39.所述大气取压腔240侧壁对应的所述引压座200上径向开设有所述大气通道250。
40.所述测量引压块下表面上开设有一个所述喇叭口，该喇叭口与所述测量引压通道210的引压入口连通，所述测量引压通道210开设在所述测量引压块和所述引压座200上。所述引压座200的下端面上扣盖有下端盖301，该下端盖301与所述测量引压块下表面之间围
成密封的第二薄层空腔，该第二薄层空腔形成所述测量取压腔260。
41.所述测量引压通道210包括开设于所述引压座200上的位于上方的第二竖向段，以及开设于所述测量引压块上的位于下方的第二竖向段。位于上方的所述第二竖向段上端形成所述测量引压通道210的引压出口，位于下方的所述第二竖向段下端形成所述测量引压通道210的引压入口。所述测量引压块具有连通腔270，该连通腔270将位于上方的所述第二竖向段下端和位于下方的所述第二竖向段连通。
42.为方便在引压座200内形成引压通道以及取压腔：所述安装盲孔为多级台阶孔，所述测量引压块包括圆柱状的上块体201和下块体202，所述下块体202的直径大于所述上块体201直径。所述上块体201与所述安装盲孔上段通过台阶定位并且圆周面之间焊接密封，所述下块体202与所述安装盲孔下段也通过台阶定位并且圆周面之间焊接密封。所述上块体201下表面和所述下块体202上表面之间分隔开，从而与所述安装盲孔内壁之间围成所述连通腔270，位于下方的所述第二竖向段开设在所述下块体202中心，位于下方的所述第二竖向段上端与连通腔270连接，下端连接相应的喇叭口。
43.所述下端盖301内壁开设有第二扩容槽，该第二扩容槽正对所述测量引压通道210引压入口处的所述隔离膜片230，该第二扩容槽与所述测量取压腔260连通，以扩大测量取压腔260的容积，便于外部待测流体压力更灵敏地作用于相应的隔离膜片230。
44.所述下端盖301与所述引压座200下端侧壁螺纹密封连接。所述下端盖301下表面中心一体成型有柱状的取压接头300，所述取压接头300与所述下端盖301中心贯穿有取压通道310。所述取压接头300下端部外壁加工有连接螺纹320，以便于与外部压力源通过螺纹直接连接。取压接头300上端外壁为外六角形330，便于拧转操作。
45.上述压力检测传感器的引压结构简洁紧凑，且使用时与外部压力源连接非常方便，易于使用。
46.为提高电容式差压传感器的测量精度从而提高压力检测传感器的检测精度，差压传感器模块100相对于传统电容式差压传感器进行了结构改进。
47.如图4，所述差压传感器模块100内设有由膜片120分隔形成的两个密封的感应腔130，每个所述感应腔130分别连接有引压管160。所述差压传感器模块100分别对应其感应腔130设置有静压补偿结构。
48.差压传感器模块100包括两个圆盘状的第一膜座110，两个所述第一膜座110之间夹设有金属材质的膜片120，两个所述第一膜座110边缘对焊连接以将所述膜片120固定，每个所述第一膜座110与所述膜片120之间形成密封的感应腔130，每个所述感应腔130分别连接有所述引压管160。
49.静压补偿结构用于抑制第一膜座110在感应腔130内液体高压作用下向外变形。静压补偿结构包括设置在每个所述第一膜座110外的第二膜座140，所述第二膜座140与相应的所述第一膜座110外侧边缘密封固定连接，所述第二膜座140与相应的所述第一膜座110之间围成稳压腔150，所述稳压腔150与位于所述膜片120同侧的所述感应腔130连通。
50.所述第二膜座140与所述第一膜座110结构相同。所述第一膜座110朝向所述膜片120一侧开有凹槽，所述第二膜座140上的凹槽朝向相应的所述第一膜座110外侧面。每个所述感应腔130连接的所述引压管160向外先后密封穿过所述第一膜座110和第二膜座140，并在相应的稳压腔150内开口。
51.每个所述第一膜座110的内侧面上分别设有镀膜电极。每个第一膜座110内侧面的镀膜电极以及与其正对的膜片120相应侧面组成一个第一电容，即测量电容。每个所述第一膜座110的镀膜电极分别连接有第一信号引线170，所述第一信号引线170分别密封穿出所述第一膜座110。
52.所述第二膜座140的内侧面上也设有镀膜电极，每个所述第一膜座110的外侧面为金属面，第二膜座140的镀膜电极与第一膜座110的外侧面形成第二电容，即补偿电容。每个所述第二膜座140的镀膜电极连接有第二信号引线180，所述第二信号引线180分别密封穿出所述第二膜座140。
53.本实施例中，所述第二膜座140的结构与所述第一膜座110相同。所述第一膜座110包括玻璃材质的内圆盘111和金属材质的外圆盘112，所述内圆盘111的内侧面上开设有凹槽，所述内圆盘111与所述外圆盘112熔结，所述内圆盘111的外侧面和边缘被所述外圆盘112覆盖。两个所述第一膜座110的外圆盘112的边缘夹持所述膜片120并焊接连接。所述第二膜座140上的凹槽朝向相应的所述第一膜座110外侧面。
54.内圆盘111内侧凹槽的槽底面上加工有镀膜电极。
55.所述内圆盘111局部向外延伸出所述外圆盘112的外壁圆周面，从而形成延伸块113，所述第一信号引线170从所述内圆盘111内向外经所述延伸块113引出，从而使第一信号引线170以及镀膜电极均与外圆盘112绝缘。这样的结构主要从工艺角度考虑，制造第一膜座110时，第一信号引线170被包埋在内圆盘111内一体成型。第二信号引线180在第二膜座140上的安装结构与第一信号引线170相同。
56.所述第一信号引线170或第二信号引线180与相应镀膜电极的连接点靠近对应凹槽的边缘，以便于加工。
57.传感器组装完成后，金属材质的所有外圆盘112与膜片120焊接，形成一个导体，所有外圆盘112与膜片120连接同一电容引线，该电容引线与第一信号引线170形成测量电容的两个引线，该电容引线与第二信号引线180形成补偿电容的两个引线。所有第一信号引线170、第二信号引线180以及电容引线均连接至外部信号处理电路。
58.在压力差存在的条件下，膜片120向压力较小侧变形，从而引起两个第一电容的电容大小改变，形成的电容变化信号分别从第一信号引线170传导至外部信号处理电路，从而用于计算压力。对于每个第一膜座110，由于其两侧的稳压腔150与感应腔130内液压始终一致，因此可以抑制高压状态下第一膜座110向外变形，从而提高测量精度。这是从机械角度提高测量精度。
59.由于硅油是第二电容两极板之间的介质，当其温度发生变化时介电常数将发生变化，从而使第二电容的电容大小改变。同时，虽然第一膜座110的向外变形被抑制，但第一膜座110受到的液体压力被传递至膜片120同侧的第二膜座140，于是第二膜座140发生微弱的向外变形，这样也使得第二电容的电容大小改变。形成的电容变化信号分别从第二信号引线180传导至外部信号处理电路。这一信号可以用于检测硅油温度、静压等参数，也可以代入压力值的计算，用于修正基于第一电容测得的差压值，进一步从电学角度提高传感器的测量精度。
60.引压管160的一种具体的结构为：引压管160包括直管161和弯管162。其中直管161穿设在所述第一膜座110中心，该直管161的两端分别开口于所述内圆盘111的凹槽槽底面
和外圆盘112外侧面，该直管161管壁与所述内圆盘111和外圆盘112密封。
61.所述第二膜座140中心穿设有所述弯管162，该弯管162的内端开口于所述第二膜座140的凹槽槽底面，该弯管162的内端与所述直管161的外端正对，该弯管162的外端向外穿出所述第二膜座140，该弯管162的外壁与所述第二膜座140密封。
62.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。