包括干燥室的相对压力传感器的制作方法

1.本发明涉及一种相对压力传感器，该相对压力传感器用于确定介质相对于大气压力的压力，该传感器包括：壳体；设置在该壳体中的测量元件，其中待测量的压力作用在该测量元件的外表面上，所述表面与介质接触；参考压力供应部，该参考压力供应部为测量元件的内表面供应呈环境空气形式的大气压力；评估单元，该评估单元根据使用测量元件确定的变量来确定介质的压力；以及至少一个干燥室，该至少一个干燥室布置在所述壳体中，用于从通过参考压力供应部供应的环境空气中吸收大气湿气。在这种情况下，要确定压力的介质是液态的或气态的。


背景技术：

2.在压力测量技术中，绝对压力传感器、差压传感器和相对压力传感器是已知的。绝对压力传感器绝对确定主要压力，即相对于真空的压力，而差压传感器确定两个不同压力之差。在相对压力传感器的情况下，待测量的压力是相对于参考压力确定的，其中在相对压力传感器的环境中占优势的大气压力用作参考压力。相对压力传感器具有压力敏感的测量元件，通常是膜，该测量元件布置在相对压力传感器内部的过程侧上，以使得介质的待测量压力作用在测量元件的外表面上。借助于参考压力供应部，从环境被供应到测量元件的大气压力作用在测量元件的内表面上。测量元件根据存在的相对压力弯曲，该相对压力由待测量的压力和大气压力之差形成。该弯曲借助于评估单元转换为电信号，该电信号取决于相对压力并且因此可用于进一步处理或评估。endress hauser集团的公司制造和销售各种此类相对压力传感器。
3.相对压力传感器可以根据各种方法确定待测量的压力，例如电容式或压阻式。
4.在电容性相对压力传感器中，膜设置有第一电极，并且测量室的与膜相对的那一侧设置有第二电极，并且在一些情况下，设置有第三电极。第二电极与第一电极一起形成测量电容器，该测量电容器对膜的弯曲特别敏感，因此可以根据电容值确定相对压力。第三电极用作参考电极并且与第一电极一起形成参考电容器，该参考电容器基本上与压力无关并且受温度、大气湿气和其它环境参数的影响。借助于参考电容器的电容，因此可以补偿干扰信号，诸如与温度相关的电容变化。
5.另一组已知的相对传感器具有膜，在该膜上布置有应变敏感元件，诸如应变片。该应变片通常以惠斯通测量电桥的形式布置。应变片的电阻取决于膜的弯曲度，并且通过评估来确定所施加的压力。
6.压阻式相对传感器具有敏感层，该敏感层的电气特性取决于所施加的压力。该层不直接受到待测量的压力的作用，而是经由隔膜密封件而与介质接触。该隔膜密封件可以是实心体或是填充有不可压缩液体(诸如油)的管道，并且通过压敏膜对过程进行密封。
7.相对压力传感器经常用于工业过程中，在这些过程中，它们暴露在过程和环境之间的巨大温度波动和温差中。在突然冷却的情况下，可能会超过相对压力传感器内部中的空气的露点，这导致大气湿气凝结在相对压力传感器内部的较冷部件上。大气湿气尤其可
以通过相对压力传感器中的开口进入环境，这对于为测量元件提供参考压力是必要的，并且通过参考压力供应部进入到相对压力传感器中。
8.评估单元通常对湿气非常敏感。因此，为了可靠地确定压力，必须确保没有湿气或仅有少量湿气进入或冷凝在相对压力传感器内。理想情况下，相对压力传感器被构造成使得只有干燥空气到达测量元件和评估单元。通常，参考压力供应部将环境压力从相对压力传感器中的开口引导至测量元件的内表面或膜的内表面，所述开口通常布置在相对压力传感器的壳体中。相对压力传感器的开口和相对压力传感器内部之间的参考压力供应部通常设计为长的，在一些情况下是蜿蜒的路径，以便减少湿气扩散到相对压力传感器的内部。此外，在一些情况下，干燥室布置在相对压力传感器的开口和测量元件之间，该干燥室从参考压力供应部供应的环境空气中去除湿气，从而使环境空气干燥。
9.从现有技术已知各种干燥室。
10.de10 2014 108 780a1描述了一种用于相对压力传感器的干燥模块。该干燥模块包括模块壳体，该模块壳体具有带有干燥剂的内部和参考压力供应部，该参考压力供应部从模块壳体中的面向环境的开口延伸并且穿过模块壳体延伸至相对压力传感器中的开口。在该模块壳体内，该参考压力供应部采用毛细管的形式，该毛细管要么部分可渗透湿气，要么沿毛细管具有开口，以便与干燥剂交换空气或湿气。该干燥模块借助于连接元件紧固到相对压力传感器的开口上。此处，关键是将连接元件紧固到相对压力传感器的开口上，使得环境空气仅通过参考压力供应部被引导到相对压力传感器中，并且只有干燥的环境空气才能进入相对压力传感器。目的是防止潮湿的环境空气直接进入相对压力传感器，而不绕过干燥模块。由于干燥模块被设计为能够更换的并且与相对压力传感器的连接因此必须是能够释放的，因此不容易确保只有在干燥模块中干燥的环境空气被引导到相对压力传感器中。同时，该干燥模块的使用寿命有限，因为干燥剂经由较短的参考压力供应部连接到环境空气，并且因此可以快速吸收湿气。
11.de 10 2010 003 709a1描述了一种相对压力传感器，该相对压力传感器包括壳体、测量元件、评估单元、参考压力供应部和干燥室，该干燥室布置在所述壳体中并且包含吸湿材料或基本上由吸湿材料组成。该吸湿材料可以采用模制、烧结或复合形体的形式。参考压力供应部采用相对压力传感器壳体中的开口和干燥室之间的长毛细管的形式，以便减少湿气扩散到相对压力传感器的内部。参考压力供应部的一部分也位于干燥室内，并且该部分由透湿材料组成，以使干燥室能够从参考压力供应部内的环境空气中吸收湿气。参考压力供应部(通常是管子)的这一透湿部分必须固定在测量元件。由于管子理想地具有非常小的内径以便允许尽可能少的湿气通过管子扩散，因此将管子紧固到测量元件上有时非常复杂。此外，在干燥室的背对测量元件的那一侧上需要封闭表面。管子以这样的方式被引入到封闭表面，即：使得进入干燥室的参考压力供应部仅延伸通过管子。封闭表面可以是玻璃馈通部，其在附加工艺步骤中附接到相对压力传感器。


技术实现要素：

12.从所引用的现有技术出发，本发明的目的是提供一种干燥模块，其可以以简单的方式将该干燥模块引入到相对压力传感器中，以使得只有干燥的空气到达测量元件和评估单元。
13.根据本发明，该目的通过一种用于确定介质相对于大气压力p2的压力p1的相对压力传感器来实现，该传感器包括：壳体；测量元件，该测量元件布置在该壳体中，其中待测量的压力p1作用在该测量元件的外表面上，所述表面与介质接触；参考压力供应部，该参考压力供应部向测量元件的内表面供应呈环境空气的形式的大气压力p2；评估单元，该评估单元根据使用测量元件确定的变量确定介质的压力p1；以及至少一个干燥室，该至少一个干燥室布置在所述壳体中，用于从通过参考压力供应部供应的环境空气中吸收大气湿气。
14.在这种情况下，干燥室具有干燥模块，该干燥模块包括容器和完全被容器包围的吸湿材料，其中容器的面向测量元件的底表面被设计成是至少部分可透湿的，其中容器被设计成除了底表面之外是不可透湿的。
15.用于容纳吸湿材料的容器的使用确保了吸湿材料的额外稳定性。例如，吸湿材料可以以粉末形式填充到容器中。如果将模制成型体用作吸湿材料并且在达到湿气饱和时失去其形状，即，例如，它产生裂缝或分解成若干碎片，则容器确保吸湿材料不能分散在相对压力传感器的内部。
16.至少部分可透湿的底表面的实施例对于这样的相对压力传感器特别有利，该相对压力传感器的评估单元布置在测量元件附近或至少布置在底表面和测量元件之间。因此，干燥模块确保对评估单元附近空气的有效干燥。
17.由于只有底表面被设计成可部分渗透湿气，因此来自参考压力供应部的湿气只能缓慢地扩散到容器中并且扩散到吸湿材料中。因此，在容器中容纳吸湿材料显著降低了吸湿材料的吸取湿气的速率。这也意味着吸湿材料变得不那么迅速地湿气饱和。
18.吸湿材料的较慢饱和不仅有利于干燥模块的储存，而且有利于干燥模块在相对压力传感器中的安装。未被容器包围的吸湿材料一旦暴露在环境空气中就会非常迅速地吸收湿气。这在安装吸湿材料时是一个很大的缺点，因为安装是在环境条件下进行的，并且吸湿材料在安装过程中已经吸收了大量的湿气。然而，在根据本发明的解决方案中，该问题通过使用其中容纳有吸湿材料的仅可部分透湿的容器而显著减轻，这是因为干燥模块能够慢得多地从环境中吸收湿气。同时，这导致干燥模块的储存更容易，这是因为由于干燥模块的较慢饱和，它可以储存更长时间。
19.通过限制进入干燥模块的湿气，吸湿材料从环境中吸取更少的湿气。通常，在相对压力传感器中，管子被引导穿过干燥室，并且该干燥室在其背对测量元件的那一侧上被玻璃馈通部封闭，该管子被引导穿过该玻璃馈通部。通常需要将内径尽可能小的管子和玻璃馈通部结合起来，使得环境空气和湿度才能缓慢地扩散到干燥室中。在不使用管子和玻璃馈通部的情况下，根据先前公布的干燥室将永久地从相对压力传感器内的环境空气中提取湿气，这将加速湿气从相对压力传感器的环境中扩散到相对压力传感器的内部。这将导致干燥室中的吸湿材料的快速饱和。另一方面，在根据本发明的解决方案中，通过将吸湿材料容纳在仅可部分透湿的容器中，显著减少了从相对压力传感器的内部吸取湿气。因此，不需要用于限制湿气进入干燥模块的附加元件，诸如管子和玻璃馈通部。此外，与先前的解决方案相比，通过干燥室显著减少的湿气吸收使得可以减小干燥室的容积并且可以减小容纳在干燥室中的吸湿材料的体积。本发明通过减小干燥模块的尺寸并且消除诸如管子和玻璃馈通部等元件，节省了空间、材料和成本。
20.在这一点上，应该指出的是，从相对压力传感器壳体周围的开口到干燥室的参考
压力供应部应设计成使得湿气扩散到相对压力传感器内部慢下来。这例如可以通过如从de 10 2010 003 709a1中已知的长的毛细管形管子来实现。然而，参考压力供应部的其它实施例也是可能的。因此，参考压力供应部也可以采用在相对压力传感器的部件的壁中的凹槽的形式。使用根据本发明的干燥模块而没有长的、缠绕的参考压力供应部导致干燥模块更快地湿气饱和。
21.在一个实施例中，干燥模块的基体是环形室，该环形室具有沿着基体的纵向轴线的馈通部，所述馈通部将电子元件的连接线和参考压力供应部引导至测量元件。
22.在优选实施例中，该容器的面向测量元件的底表面设计为单独的底部单元，其中该底部单元和该容器之间的连接设计成形状配合并且/ 或者是不可透湿的。将该底部单元从该容器上拆下并且将其连接到该容器上的可能性使得用吸湿材料填充容器变得容易。同时，由于该容器和该底部单元应该由不同的材料组成，因此可以简单地生产干燥模块。例如，容器和底部单元可以通过增材制造来生产。
23.有利地是，该底部单元可以被插入容器中。这使得干燥模块的密封变得容易。在更换该干燥模块时，在吸湿材料湿气饱和的情况下，可以重新使用同一个容器，而只更换吸湿材料。
24.在另一实施例中，该干燥模块被设计成多个部分，使得环形室关于纵向截面被划分成至少两个单独的室。在该干燥模块作为单个环形室的实施例中，电子元件的连接线必须以复杂的方式被引导通过干燥模块的馈通部。当干燥模块被划分成两个室时，连接线可以以简单的方式穿过所述两个室之间，然后可以将两个室组合在一起。
25.在两部分式干燥模块的情况下，两个室优选对称地设计，使得环形室的总容积均匀地分布在两个室上。
26.在一个可能的实施例中，该容器在面向测量元件的端部区域具有外径扩大部，其中壳体的具有内径扩大部的部段对应于容器的具有外径扩大部的部段，其中在将干燥模块引入到壳体中之后，相应的容器的外径扩大部的部段和壳体的内径扩大部的部段以形状配合的方式相互接合。这确保了环境空气仅仅通过干燥模块中的馈通部沿着参考压力供应部被引导至测量元件。
27.在另一个实施例中，该容器的不可透湿材料是聚合物或金属涂覆的聚合物。
28.在另一实施例中，该底部单元的可透湿区域由pa或gore制成。
29.如果提供包含聚合物基质和沸石的模制体作为吸湿材料，则在此是有利的。例如从de 10 2010 062 295a1或de 10 2011 080 142a1中已知这种模制体。
30.干燥模块的面向壳体的外壁的横截面有利地是具有叠加在圆形基本轮廓上的波形。该叠加在基本轮廓上的波形在安装干燥模块期间对干燥模块的直径和壳体的直径的公差进行补偿。在壳体中安装干燥模块之后，该波形确保壳体中的干燥模块处于无振动状态。
附图说明
31.参考以下图1至图2b更详细地解释本发明。示出如下：
32.图1是根据本发明的相对压力传感器的示意图，
33.图2a是一件式干燥模块的可能实施例，以及
34.图2b是两部分干燥模块的可能实施例。
具体实施方式
35.本发明适用于基于不同测量原理的各种相对压力传感器。相对压力传感器用于确定介质相对于大气压力p2的压力p1，传感器包括：壳体；测量元件，该测量元件设置在该壳体中，其中待测量的压力p1作用在测量元件的外表面上，所述表面与介质接触；参考压力供应部，该参考压力供应部为测量元件的内表面提供呈环境空气形式的大气压力p2；评估单元，该评估单元根据使用测量元件确定的变量来确定介质的压力p1；以及至少一个干燥室，所述至少一个干燥室布置在所述壳体中，用于从通过参考压力供应部供应的环境空气中吸收大气湿气。相应的相对压力传感器由申请人例如以名称“cerabar”和“ceraphant”制造和销售。
36.图1示出了相对压力传感器1，该相对压力传感器包括壳体3、面向介质2的测量元件4、参考压力供应部5和评估单元6。参考压力供应部5将环境空气从相对压力传感器1的环境引导通过相对压力传感器1中的开口16并且沿着套管17中的凹槽18进入到相对压力传感器 1的内部。凹槽18用于限制湿气扩散到相对压力传感器1内部的速度，并且该凹槽18被设计成使得参考压力供应部5仅仅沿着凹槽18从开口16延伸进入到套管17的内部。然而，限制湿气扩散也可以通过其它实施例来实现，诸如长毛细管，其将开口16连接到相对压力传感器 1的内部。
37.该相对压力传感器还具有其中安装有干燥模块8的干燥室7。在图1中，干燥模块8被设计为两部分式的环形室，其中电子元件的连接线12和参考压力供应部5延伸穿过环形室。因此，不排除干燥模块 8的其它实施例；图2a示出了另一个可能的实施例。在干燥模块8面向介质2的那一侧上，干燥模块8具有容器13的外径扩大部，该外径扩大部与壳体14的内径扩大部以形状配合的方式接合。
38.图2a、b示出了根据本发明的干燥模块8，该干燥模块8由容器9、至少可部分透湿的底部单元11和吸湿材料10组成，在不限制一般性的情况下，该吸湿材料10被提供为包含聚合物基质和沸石的模制体。容器9完全包围吸湿材料10，并且除了底部单元11以外，容器9被设计成不可透湿的。底部单元11可以设计为该容器的一部分，或者也可以设计为单独的可拆卸的底部单元，其中底部单元11和容器9之间的连接被设计为不可透湿和/或形状配合。
39.在图2a中，干燥模块8设计为一件式环形室，底部单元11插入到容器9中。这不排除将底部单元11连接到容器9的其它可能性。该容器的不可透湿材料例如是聚合物或金属涂覆的聚合物，而该底部单元的可透湿区域由pa或gore制成。因此，不排除其它透湿或不可透湿材料。在测量元件4的方向上，干燥模块8具有容器13的外径扩大部，该外径扩大部也存在于底部单元中。
40.在图2b中，干燥模块8被设计为两部分式的干燥模块，由两个体积对称的室组成。当然，干燥模块也可以通过其它方式被划分为两个部分。干燥模块8的外壁15具有波浪形横截面。
41.附图标记列表
42.1 相对压力传感器
43.2 介质
44.3 壳体
45.4 测量元件
46.5 参考压力供应部
47.6 评估单元
48.7 干燥室
49.8 干燥模块
50.9 容器
51.10 吸湿材料
52.11 底表面
53.12 电子元件的连接线
54.13 容器的外径扩大部
55.14 壳体的内径扩大部
56.15 干燥模块的外壁
57.16 壳体中的开口
58.17 套管
59.18 凹槽。