專利名稱：壓力差測量變換單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在高的靜壓負荷下測量液體和氣體中的小壓力差的壓力差測量變換單元，其具有一個過載保護系統(tǒng)，并且可與工作壓力導管上的法蘭相連接。
這種設備已通過在先使用并由有關公開發(fā)表的文獻而公開。在GB2065893和EP 0143702中詳細說明了其基本機械結構。按照這兩個文獻，與從機械壓力信號/壓力差信號至等效電參量的轉換方式無關，具有一個基本上為圓筒形的中心體，它通過應用相應的密封材料被封閉在兩個相同的碗形帽之間。這些帽與多個徑向排列且機械上夾緊的螺栓相互旋緊，并且螺栓的機械張力如此選擇，使得在最大允許靜壓負荷時避免中心體上的壓力損傷。
由于這個原理上而受限的、隨設備個體而變化的機械張力產生中心體的一個機械過張，它導致在中心體的中間平面上延伸的測量隔膜或過載隔膜的一個與張力有關的偏移或一個與張力有關的特征曲線畸變。此外所需的密封材料依賴于處理介質在其材料成分方面適應于設備個體，并且是有磨損的。
每個帽在中心體側具有一個容納空間，它們通過通常被設計成孔的通道與法蘭連接端相連接。這些通道的中間距離通過標準化被預定在法蘭連接端上。
中心體非對稱地具有一個管頸，在其上固定一個頭部，在其中如GB 2065893所述具有用于測量值變換、處理和顯示的裝置。
已知壓力測量設備的多處要求壓力密封的接合位置需要在多個單件上進行要求更高的精密切削加工。
此外WO 88/02107公開了一種壓力測量設備，它由一個圓筒形基體構成，在其一側具有正切的法蘭連接端，在這些法蘭連接端之間放置壓力傳感器。此設備具有較少數(shù)量的壓力密封接合位置，但是在牢固的機械顯示件配置中以其安裝方式被連接到設備位置上。
在這種具有過載保護系統(tǒng)(此系統(tǒng)應在單側壓力情況下，即靜壓力作為壓差的情況下保護靈敏的壓力差傳感器)的測量設備的主要問題是，傳感件與后接測量值處理裝置具有電氣連接。為此1992年10月Hartmann & Braum-Listenblatt 10/15-6.21公開了一種測量變換器，其中放置測量裝置的測量盒被軸向可運動地懸掛在旋轉對稱的過載薄膜中央。在過載薄膜上相對于外殼可運動地安裝的測量裝置需要柔韌的連接導線，它們實際上對應其柔韌性，并且對于每個連接導線具有至少兩根壓力密封的電引線，其中一根從測量裝置引出，而另一根從包圍壓力室的外殼引出。
尤其是在自行校正的壓力差測量變換單元的情況下，它除了具有壓力差傳感器外還具有絕對壓力傳感器和一個溫度傳感器，用于補償與壓力和溫度相關的測量誤差，其中電氣連接工藝需要較高的費用，這還降低了持續(xù)運行可靠性。
此外，已知的壓力差變換單元的特征是具有復雜的多部件結構，此結構通過多種多樣的接合工藝形成。
因此本發(fā)明的目的在于，在開始處所述類型的過載保護壓力差測量變換單元中減少壓力密封的電引線數(shù)量，并且不再使用持續(xù)受力的柔韌連接導線。
按照本發(fā)明，上述任務由權利要求1所述裝置完成，權利要求2至15描述了本發(fā)明具有優(yōu)點的實施方式。
本發(fā)明所基于的壓力差測量變換單元具有一個過載保護系統(tǒng)，用于對其具有至少一個傳感器的測量裝置進行保護，其中測量裝置通過壓力密封電引線與測量值處理裝置相連接，并且測量裝置受到一個由處理介質在空間上隔開的施壓件的作用。
本發(fā)明的核心在于一個平坦的多層結構，它由絕緣的層和相互絕緣的導電層組成，這些層具有部分相互重疊的容納空間，在這些容納空間中放置測量裝置和測量值處理裝置。此外，這些層中至少一個層是過載保護系統(tǒng)的一個功能組件。
盡管已知由絕緣層和相互絕緣的導電層構成的多層結構在原理上是以多層印刷電路板的形式作為印刷電路中電子元件的承載件而構成的，然而，意想不到的是它適合作為壓力差測量變換單元的過載保護系統(tǒng)中功能件的承載材料。
多層結構的出發(fā)點是已知的印刷電路板，它由承載的絕緣層和至少一個以印刷線路形式構造的導電層構成。在這個印刷電路板上安裝測量裝置和測量值處理裝置。在這個印刷電路板兩側再堆疊同樣的絕緣層和相互絕緣的導電層。
測量裝置和測量值處理裝置之間的電連接被構造成印刷電路板的導電層中的圖樣。這里完全不再使用持續(xù)受力的柔韌連接導線。
由于機械構造的橫向結構，在沒有層間滲透的情況下，壓力密封的電引線沿著層前進。這里完全放棄了用于從承載壓力的空間引出電導線到無壓力空間的附加技術措施。從而使壓力密封的電引線數(shù)量變得很少了。
按照本發(fā)明的特征，一個內部的絕緣層被構造成壓力差測量變換單元的過載保護系統(tǒng)的薄膜。
按照本發(fā)明另一特征，一個內部的導電層被構造成壓力差測量變換單元的過載保護系統(tǒng)的薄膜。通過這種措施，薄膜在靜壓力過載之下不可逆畸變的危險降至最小。具有優(yōu)點的是，測量裝置和測量值處理裝置的外殼的組成部件，包括電連接件在內的測量值處理裝置的承載件以及過載保護系統(tǒng)的組成部件由相同的材料組合形成，并且按照統(tǒng)一的方法被接合。
特別具有優(yōu)點的是，承載并起功能作用的元件被結合成同一組成部件。該組成部件通過已知的、節(jié)省技術開銷的工藝形成。
下面借助附圖所示實施例詳細說明本發(fā)明的特點和優(yōu)點。附圖中

圖1是壓力差測量變換單元的第一實施方式的剖面圖，圖2是壓力差測量變換單元的第二實施方式的剖面圖，
圖3是壓力差測量變換單元的第三實施方式的剖面圖，圖4是一個壓力差測量變換器的剖面圖。
圖1示出第一實施方式中壓力差測量變換單元的主要組成部件的剖面圖。壓力差測量變換單元主要由堆疊起來的絕緣層21至25和相互絕緣的導電層11至15構成，這些層部分地具有相互重疊的容納空間31至37，在這些容納空間中放置測量裝置60和測量值處理裝置80。
在第一實施方式中，絕緣層21具有兩個同樣的漏斗狀容納空間31和32。絕緣層21的外側被導電層11覆蓋，導電層11在容納空間31和32的區(qū)域內被構造成隔膜51和52。隔膜51和52最好被印制成已知的同心波圖樣。處理壓力作用在隔膜51和52背對絕緣層21的側面上。
由絕緣層23相互間隔開的絕緣層22和24具有覆蓋范圍相同的容納空間33和34。在容納空間33和34的覆蓋范圍內絕緣層23被構造成薄膜50。容納空間33通過通道42與漏斗狀容納空間32相連接。容納空間34通過通道41與漏斗狀容納空間31相連接。
此外絕緣層23和24以及導電層14部分地具有重疊的容納空間35和36，在其中放置測量裝置60。測量裝置60壓力密封地與絕緣層24相連接。導電層14被做成斷裂的圖樣。測量裝置60具有電連接端子，這些端子通過焊接連接線70與導電層14的不同圖樣相連接。容納空間35通過已提到的通道41與漏斗狀容納空間31和容納空間34相連接。容納空間36通過通道43與容納空間33相連接，并繼續(xù)通過通道42與漏斗狀容納空間32相連接。
通道41至43被構造成位于絕緣層22、23和24之間的導電層13和14的容納空間。
隔膜50和容納空間33和34作為壓力差測量變換單元的過載保護系統(tǒng)。作用在隔膜51和52上的處理壓力之差使隔膜51和52偏移，從而增大或縮小容納空間33和34的自由容量。此容量差通過通道41至43均衡到傳感器小室35和36以及容納空間33和34中。在過載時薄膜50與壓力有關地被偏移。
此外絕緣層22和23以及導電層13具有重疊的容納空間37，在其中放置測量值處理裝置80。在這個實施例中容納空間37所有側面都被封閉，從而使測量值處理裝置80在其中受到保護，不會產生機械損傷。測量值處理裝置80在電氣上和機械上與導電層14的帶狀圖樣相連接。
位于絕緣層21與22以及24與25之間的導電層12和15被構造成屏蔽面，用于保護測量裝置60和測量值處理裝置80不受電磁輻射損害。
特別是導電層12至15由銅構成，絕緣層21至25由纖維加強的合成樹脂構成。導電層11由特種鋼構成。
從一個由絕緣層24和導電層14構成的基礎導體板出發(fā)，在制造壓力差測量變換單元時其它的絕緣層和導電層在層間施加粘合材料的條件下按照上述構造堆積，并且所有各層在加熱條件下相互壓合。
在具有優(yōu)點的實施方式中，已知的、由合成樹脂構成的粘合薄膜被用作粘合材料。作為替代，壓力差測量變換單元也可以由堆疊而成的兩側敷銅的合成樹脂板構成，并且用焊料作為粘合材料。
容納空間31至36以及通道41至43用不可壓縮的流體，尤其是硅油填充。此流體通過圖3中所示的毛細管53和54進入這些空腔。在充滿后毛細管53和54被壓力密封地封閉。
圖2所示本發(fā)明壓力差測量變換單元的第二實施方式中對于相同的組件采用與圖1相同的附圖標記。此壓力差測量變換單元主要由堆疊而成的絕緣層21至25和相互絕緣的導電層11至16構成，這些層部分地具有重疊的容納空間31至37，在其中放置測量裝置60和測量值處理裝置80。
在此第二實施方式中絕緣層21和25分別具有一個相互對稱、彼此相對的漏斗狀容納空間31和32。絕緣層21的外側面被導電層11覆蓋，絕緣層25的外側面用導電層16覆蓋。導電層11和16在容納空間31和32的區(qū)域內被構造成隔膜51和52。隔膜51和52最好被壓印成已知的同心圓波狀圖樣。處理壓力作用在隔膜51背對著絕緣層21的側面上，以及作用在隔膜52背對著絕緣層25的側面上。
被絕緣層23相互隔開的絕緣層22和24具有覆蓋范圍相同的容納空間33和34。在容納空間33與34的覆蓋范圍內的絕緣層23被構造成薄膜50。容納空間33與漏斗狀容納空間32相連接。容納空間34與漏斗狀容納空間31相連接。
此外絕緣層23和24以及導電層14部分地具有重疊的容納空間35和36，在其中放置測量裝置60。測量裝置60壓力密封地與絕緣層24相連接。導電層14被做成斷裂的圖樣。測量裝置60具有電連接端子，這些端子通過焊接連線70與導電層14的不同圖樣相連接。容納空間35通過通道41與容納空間34相連接，并進一步連接于漏斗狀容納空間31。容納空間36通過通道43連接到容納空間33，并進一步與漏斗狀容納空間32相連接。
通道41和43被構造成位于絕緣層22與23之間及24與25之間的導電層13及15的容納空間。
薄膜50和容納空間33和34作為壓力差測量變換單元的過載保護系統(tǒng)。作用在隔膜51和52上的處理壓力之差使隔膜51和52偏移，從而增大或縮小容納空間33和34的自由容量。此容量差被均衡到容納空間33和34并通過通道41和43均衡到傳感器小室35和36中。在過載時薄膜50與壓力相關地被偏移。
此外，絕緣層21、22和23以及導電層11、12和13具有重疊的容納空間37，在其中放置測量值處理裝置80。在此實施例中容納空間37在一側是開放的，使得測量值處理裝置80是可接近的，然而由于它被埋在里面，仍然能被保護不受機械損傷。測量值處理裝置80在電氣上和機械上與導電層14的導線圖樣相連接。
位于絕緣層21與22之間以及24與25之間的導電層12和15被構造成屏蔽面，用于保護測量裝置60和測量值處理裝置80不受電磁輻射損害。
特別是導電層12至15由銅構成，并且絕緣層21至25由纖維加強的合成樹脂構成。導電層11和16由特種鋼構成。
從一個由絕緣層24和導電層14構成的基礎導體板出發(fā)，在制造壓力差測量變換單元時其它的絕緣層和導電層在層間施加粘合材料的條件下按照上述構造堆積，并且所有各層在加熱條件下相互壓合。
在具有優(yōu)點的實施方式中已知的、由合成樹脂構成的粘合薄膜被用作粘合材料。作為替代，壓力差測量變換單元也可以由一疊兩側敷銅的合成樹脂板構成，并且用焊料作為粘合材料。
容納空間31至36以及通道41和43用不可壓縮的流體、尤其是硅油填充。此流體通過圖3中所示的毛細吸管53和54進入這些空腔。在充滿后毛細吸管53和54被壓力密封地封閉。
圖3所示本發(fā)明壓力差測量變換單元的第三實施方式中對于相同的組件采用與圖1和2相同的附圖標記。此壓力差測量變換單元同樣主要由堆疊而成的絕緣層21至26和相互絕緣的導電層11至16構成，這些層部分地具有重疊的容納空間31至37，在其中放置測量裝置60和測量值處理裝置80。
在這種第三實施方式中，絕緣層21和25分別具有一個相互對稱、彼此相對的漏斗狀容納空間31和32。絕緣層21的外側面被導電層11覆蓋，絕緣層25的外側面用導電層16覆蓋。導電層11和16在容納空間31和32的區(qū)域內被構造成隔膜51和52。隔膜51和52最好被壓印成已知的同心圓波狀圖樣。處理壓力作用在隔膜51背對著絕緣層21的側面上，以及作用在隔膜52背對著絕緣層25的側面上。
被導電層17相互隔開的絕緣層22和24以及絕緣層26和導電層14具有覆蓋范圍內相同的容納空間33和34。在容納空間33和34的覆蓋范圍內的導電層17被構造成薄膜50。容納空間33與漏斗狀容納空間32相連接。容納空間34與漏斗狀容納空間31相連接。
此外絕緣層24和26以及導電層14部分地具有重疊的容納空間35和36，在其中放置測量裝置60。測量裝置60壓力密封地與絕緣層24相連接。導電層14被做成斷裂的圖樣。測量裝置60具有電連接端子，這些端子通過焊接連線70與導電層14的不同圖樣相連接。容納空間35通過通道41與容納空間34相連接，并進一步連接于漏斗狀容納空間31。容納空間36通過通道43連接到容納空間33，并進一步與漏斗狀容納空間32相連接。
通道41和43被構造成絕緣層22和26中的容納空間33和34。構成通道的容納空間最好被壓制在絕緣層22和26中。
薄膜50和容納空間33和34作為壓力差測量變換單元的過載保護系統(tǒng)。作用在隔膜51和52上的處理壓力之差使隔膜51和52偏移，從而增大或縮小容納空間33和34的自由容量。此容量差被均衡到容納空間33和34中，并通過通道41和43均衡至傳感器小室35和36中。在過載時薄膜50與壓力相關地被偏移。
此外絕緣層25和26以及導電層16具有重疊的容納空間37，在其中放置測量值處理裝置80。在此實施例中容納空間37的一側是開放的，使得測量值處理裝置80是可接近的，然而仍然能被保護不受機械損傷。測量值處理裝置80在電氣上和機械上與導電層14的導線圖樣相連接。
位于絕緣層22與24之間的導電層17被構造成屏蔽面，用于保護測量裝置60和測量值處理裝置80不受電磁輻射損害。
此外還存在容納空間38，在第三實施方式中它以相同的覆蓋范圍被放置到絕緣層22和24至26以及導電層14，16和17中。在此容納空間38中放置兩個毛細吸管53和54的終端，這兩個毛細吸管相對的另一終端分別伸到容納空間33和34中。
特別是導電層14和17由銅構成，并且絕緣層21至26由纖維加強的合成樹脂構成。導電層11和16由特種鋼構成。
從一個由絕緣層24和導電層14構成的基礎導電板出發(fā)，在制造壓力差測量變換單元時其它的絕緣層和導電層在層間施加粘合材料的條件下按照上述構造堆積，并且各層在加熱條件下相互壓合。
與實施方式無關，在敷設絕緣層21之前如此放入毛細吸管53，使得一個管終端伸到容納空間34中，且另一管終端伸到容納空間38中。在敷設絕緣層25之前如此放入毛細吸管54，使得一個管終端伸到容納空間33中，且另一管終端伸到容納空間38中。
在具有優(yōu)點的實施方式中已知的、由合成樹脂構成的粘合薄膜被用作粘合材料。
容納空間31至36以及通道41和43用不可壓縮的流體，特別是硅油填充。此流體通過毛細吸管53和54進入這些空腔。在充滿后毛細吸管53和54被壓力密封地封閉。
最后，圖4是采用圖2所示壓力差測量變換單元的壓力差測量變換器的剖面圖。其中壓力差測量變換單元被夾在兩個法蘭帽90之間，它們覆蓋在最外面的導電層11和16上。
每個法蘭帽90具有一個孔91，其背對著壓力差測量變換單元的孔口配置有一個法蘭肩92。法蘭帽90中的孔91位于壓力差測量變換單元的隔膜51和52的區(qū)域中。法蘭帽90中的每個孔91被配置有兩個螺紋孔93，它們被構造成盲孔。
法蘭帽90用多個螺栓95相互擰緊，它們均勻地分布在壓力差測量變換單元的四周。為此一個法蘭帽90具有多個孔，而對面的法蘭帽90具有對應的螺紋孔。
在壓力差測量變換器的某些應用中，在每個法蘭帽90上連接一個沖擊導管。這些沖擊導管分別具有一個法蘭形式的凸緣，它借助于一個外套被置于法蘭肩92中。所述外套用螺釘固定在法蘭帽90上，螺釘擰入螺紋孔93中。
附圖標記列表11至17導電層21至26絕緣層31至38容納空間41至43通道50薄膜51，52隔膜53，54毛細吸管
60測量裝置70焊接連線80測量值處理裝置90法蘭帽91孔92法蘭肩93螺紋孔95螺栓
權利要求
1.具有過載保護系統(tǒng)的壓力差測量變換單元，所述過載保護系統(tǒng)用于其具有至少一個傳感器的測量裝置，其中測量裝置通過壓力密封的電引線與測量值處理裝置相連接，并且測量裝置受到一個被處理介質在空間上分開的壓力件的作用，其特征在于，設置有由絕緣層和相互絕緣的導電層(21至26和11至17)構成的平坦多層結構，其絕緣層和導電層(21至26和11至17)部分地具有相互重疊的容納空間(31至38)，在其中放置測量裝置(60)和測量值處理裝置(80)，并且至少一層(21至26和11至17)是過載保護系統(tǒng)的一個功能組件。
2.如權利要求1所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，多層結構的絕緣層和導電層(21至26和11至17)在中間施加粘合材料的條件下通過加壓相互接合。
3.如權利要求2所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，所述粘合材料是焊料。
4.如權利要求1至3中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，一個絕緣層(23)被構造成過載保護系統(tǒng)的薄膜(50)。
5.如權利要求1至3中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，一個導電層(17)被構造成過載保護系統(tǒng)的薄膜(50)。
6.如權利要求1至5中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，至少一個導電層(11，16)被構造成過載保護系統(tǒng)的隔膜(51，52)。
7.如權利要求1至6中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，至少一個絕緣層(21，25)具有至少一個基本上為圓椎形的容納空間(31，32)，該容納空間被過載保護系統(tǒng)的隔膜(51，52)覆蓋，以構成一個小室。
8.如權利要求1至7中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，絕緣層(21至26)由纖維加強的合成樹脂構成。
9.如權利要求1至8中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，位于絕緣層(21至26)之間的內部導電層(12至15)由銅構成。
10.如權利要求1至9中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，位于絕緣層(21，25)上的外部導電層(11，16)由特種鋼構成。
11.如權利要求1至10中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，至少兩個內部的相互隔開的絕緣層(22，24)具有覆蓋范圍相同的容納空間(33，34)，這些容納空間由相鄰的層(21/23和23/25)封閉而分別形成小室。
12.如權利要求1至10中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，至少兩個內部的層(23，24，26)分別具有一個至少部分覆蓋范圍相同的容納空間(35，36)，以構成一個傳感器小室，在其中放置壓力傳感器(60)。
13.如權利要求1至10中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，至少兩個內部的導電層(13，14，15)具有橫向容納空間，它們分別構成一個通道(41，42，43)。
14.如權利要求1至10中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，至少兩個內部的絕緣層(22，26)具有橫向容納空間，它們分別構成一個通道(41，43)。
15.如權利要求12至14中任一項所述的壓力差測量變換單元，其特征在于，傳感器小室(35，36)和小室(33，34)通過一個通道(41，43)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有過載保護系統(tǒng)的壓力差測量變換單元，它用于在高的靜態(tài)壓力負載條件下測量液體和氣體中小的壓力差，此單元可用法蘭連接到施壓導管上。此壓力差測量變換單元由一平坦多層結構構成，這種多層結構由絕緣層和相互絕緣的導電層(21至26和11至17)組成，絕緣層和導電層(21至26和11至17)部分地具有相互重疊的容納空間(31至38)，在其中放置測量裝置(60)和測量值處理裝置(80)，其中至少一個層(21至26和11至17)是過載保護系統(tǒng)的一個功能組件。
文檔編號G01L9/00GK101069078SQ200480044502
公開日2007年11月7日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權日2004年12月8日
發(fā)明者彼德·克里普納, 姜尚均, 泰博·法比恩, 弗里茨·B·普林茨, 沃爾夫岡·舒爾茨, 迪特爾·賓茨 申請人:Abb專利有限公司