[發明專利]基于諧振頻率的壓力傳感器

有效

• 申請號: 201110083271.4
• 申請日: 2011-03-30
• 公開（公告）號: CN102243124A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 安德魯·J·克洛辛斯基;查爾斯·R·威勒克斯
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙德公司
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;G01L13/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉曉峰

技術領域

本發明涉及在工業過程控制系統中使用類型的壓力變送器。更具體地，本發明涉及一種在壓力變送器中使用的壓力傳感器。

背景技術

壓力變送器在工業過程控制系統中用于監測過程流體的壓力。壓力變送器包括連接到過程流體并提供響應過程流體施加的壓力的輸出的壓力傳感器。一種眾所周知類型的壓力變送器為可從Chanhassen，Minnesota的Rosemount股份有限公司獲得的Model?3051變送器。例如，在美國專利第5,094,109號中也顯示了壓力變送器。

在測量壓差的許多設備中，還常常需要獲得管路壓力測量值(即，管或管道中的過程流體的壓力)。例如，管路壓力可以用于確定過程流體的質量流或者用于其它控制應用。然而，當除了壓差測量之外還需要管路壓力測量時，典型地需要另外的壓力傳感器。該另外的壓力傳感器需要額外的部件并連接到過程流體。這些額外部件導致增加了復雜性和費用，并且增加出現故障的可能性。

進一步地，許多壓力感測技術通過隔離結構連接到過程流體，所述隔離結構使用暴露于過程流體的隔離膜片和將壓力傳感器連接到隔離膜片的隔離填充流體。該隔離結構可能潛在性地成為過程裝置中的誤差、復雜性和潛在故障的來源。

發明內容

一種用于感測過程流體的壓力的壓力傳感器，所述壓力傳感器包括暴露于過程流體的壓力的傳感器主體。傳感器主體響應于所述壓力變形。由傳感器主體懸掛的膜片具有響應于傳感器主體的變形而改變的張力。膜片的諧振頻率被測量。測量的諧振頻率指示管路過程流體的壓力和隔離填充流體系統的完整性。除測量諧振頻率之外，振動模式本身可以用作用于評定傳感器健康狀態(health)的診斷工具。

附圖說明

圖1是根據本發明的壓力傳感器的橫截面立體圖；

圖2是從施加到圖1的傳感器的壓力口的壓力的結果顯示圖1的壓力傳感器的橫截面圖；

圖3是包括聲源的壓力傳感器的橫截面圖；

圖4是包括根據本發明的壓力傳感器的過程變量變送器的橫截面圖；以及

圖5A-5F顯示根據本發明的中心膜片的示例性諧振模式。

具體實施方式

本發明涉及在工業過程控制系統的壓力變送器中使用類型的壓力傳感器。對于本發明，壓力傳感器被設置成包括可變形傳感器主體。膜片安裝到傳感器主體。當主體變形時，膜片的諧振頻率改變。諧振頻率可以被測量，并且可以確定所施加的壓力。

圖1為根據本發明的一個實施例的壓差傳感器10的立體橫截面圖。壓力傳感器10為壓差傳感器結構的一個實例，并且包括延伸通過傳感器主體23的壓力連接器26。傳感器主體由半單元46和48形成，并且包括金屬和玻璃合成物。傳感器10內的空腔25承載填充流體。可移動膜片16橫過空腔25延伸并被構造成響應施加的壓差而移動。電極(電容器極板)20A和20B被布置在傳感器10的空腔25中。連接到電極20和膜片16的電連接裝置40用于測量電極20與膜片16之間的電容。該電容隨著膜片響應施加的壓力移動而變化，并且可用于確定施加的壓差。該壓差測量值可以用于確定管或管道中的流量。

根據本發明，諧振聲換能器96(圖3中所示)連接到壓力傳感器10的可變形壓力傳感器主體23，并且被構造成使膜片16諧振，所述膜片的頻率響應于過程流體的管路壓力變化。電極20A和20B可以用作諧振拾取器并在下面更詳細地說明。

當壓差通過壓力連接器26施加到傳感器主體23時，除膜片16的運動之外，傳感器主體23的整體形狀還響應于管路壓力變化。傳感器主體的這種形狀變形將改變膜片16的諧振頻率。膜片的諧振頻率可以根據任何適當的技術來測量。例如，聲換能器(源)可以用于使膜片16諧振。接著可以通過測量電極20A和20B與膜片16之間的電容的變化來發送膜片的諧振頻率。

以下方程式用于推算預加應力膜的諧振頻率：

fn=λij2σρA]]>(方程式1)

其中：

f_n＝膜的固有頻率(Hz)