[發明專利]電容式壓力傳感器

有效

• 申請號: 201310406920.9
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103674402B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 萊奧·E·巴龍;約翰·A·曹扎斯蒂
• 申請（專利權）人: 丹尼斯科工具有限公司
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12;G01L19/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 董敏,田軍鋒

技術領域

公開的實施方式大體上針對基于電容的壓力傳感器。

背景技術

塑料的擠壓成型和注射成型廣泛地用于生產用于眾多產業和應用的部件。在制造這些不同的部件期間，重要的是，對系統內的熔化物的壓力和溫度進行測量以確保準確且可再生產的部件生產。如果熔化物壓力太低，那么不足的成型填裝、填充不足和其他的不期望的制造缺陷會出現。另外，如果成型壓力過高，那么其會導致過多的溢料、材料脫模和可能的設備失靈。因而，通常將壓力傳感器并入到擠壓機或注射成型系統內的一個或更多個位置中以監控擠壓過程或注射過程。然而，聚合物熔化物溫度范圍取決于具體的聚合物而高達400℃或更高。因此，通常將適于用在高溫環境下的壓力傳感器用于監控這些系統。此外，高溫壓力傳感器也用在各種其他應用中，包括但不限于對渦輪發動機、石油鉆井、食品加工工作以及其他合適的應用進行壓力監控。

發明內容

在一個實施方式中，壓力傳感器包括探測器本體，該探測器本體包括由具有第一熱膨脹系數的第一材料所形成的壓力可彎曲隔板端。隔板端包括至少部分地限定了電容器的第一部分的第一表面。壓力傳感器也包括由具有第二熱膨脹系數的第二材料所形成的相對不可變形的部件。相對不可變形的部件包括與第一表面間隔開的第二表面。第二表面也至少部分地限定了電容器的第二部分。中間部件布置在使壓力可彎曲隔板端與相對不可變形的部件彼此隔離的周圍區域處。中間部件由具有第三熱膨脹系數的第三材料形成。第三熱膨脹系數小于第一熱膨脹系數。

在另一個實施方式中，壓力傳感器包括探測器本體和壓力可彎曲隔板端，該壓力可彎曲隔板端由導電材料形成并且耦聯至探測器本體。導電材料具有第一熱膨脹系數。另外，壓力可彎曲隔板端具有至少限定了電容器的第一部分的第一表面。壓力傳感器也包括具有第二熱膨脹系數的氧化鋁盤，該第二熱膨脹系數小于第一熱膨脹系數。盤包括金屬化層。金屬化層與第一表面間隔開，使得金屬化層至少部分地限定了電容器的第二部分。在探測器本體與氧化鋁盤之間布置有彈簧。彈簧使氧化鋁盤朝向壓力可彎曲隔板端偏置。在氧化鋁盤的周圍區域處布置有環形墊片部件以將氧化鋁盤與壓力可彎曲隔板端隔離。環形墊片由具有第三熱膨脹系數的第三材料形成。第三熱膨脹系數小于第一熱膨脹系數。

在又一個實施方式中，壓力傳感器包括中間電路，該中間電路產生與參考電容和感測電容之間的差值成比例的電壓信號。

在另一個實施方式中，壓力傳感器包括探測器組件，該探測器組件包括：相對剛性的本體；遠端部，該遠端部具有電容式壓力傳感器，電容式壓力傳感器由于作用在電容式壓力傳感器上的壓力能夠產生感測電容；以及近端部，該近端部與遠端部對置。在遠端部處布置有中間電路外殼。在中間電路外殼內封裝有電容性檢測橋接電路。電容性檢測橋接電路產生與參考電容和感測電容信號之間的差值成比例的電壓信號。壓力傳感器也包括遠程電路外殼。相對柔性的互連裝置將遠程電路外殼耦聯至中間電路外殼。在遠程電路外殼中布置有主電路。遠程電路外殼通過相對柔性的互連裝置連接至中間電路外殼。電容性檢測橋接電路通過互連裝置將電壓信號傳遞至主電路。

在一個實施方式中，壓力傳感器包括探測器本體和布置在探測器本體的遠端部處的電容式傳感器。電容式傳感器產生感測電容。壓力傳感器還包括關聯電容，其中，由溫度的變化所引起的感測電容的變化通過關聯電容的相應變化來抵消。

在另一個實施方式中，制造壓力傳感器的方法包括：將具有第一電容性表面的壓力可彎曲隔板罩設置在探測器本體上；將第一電容性表面電耦聯至探測器本體；選擇具有期望的介電常數的材料以及由該材料形成不可變形的部件；在不可變形的部件的一部分上形成第二電容性表面；將引線連接至第二電容性表面并且將不可變形的部件定位在探測器本體之內，其中，并聯電容（shunt?capacitance）限定在引線與探測器本體之間；以及通過將第二電容性表面與第一電容性表面間隔開而相對于壓力可彎曲隔板罩設置不可變形的部件，使得第一表面和第二表面限定了具有感測電容的電容式傳感器，其中，由溫度的變化所引起的感測電容的變化通過并聯電容的相應變化來抵消。

在一個實施方式中，壓力傳感器包括具有近端部和遠端部的管狀探測器本體。壓力傳感器也包括布置在探測器本體的遠端部處的電容式傳感器。引線電耦聯至電容式傳感器并且沿管狀探測器本體的內部空間朝向近端部延伸。至少一個支承件由具有相對低的介電常數的材料形成并且布置在管狀探測器本體內。至少一個支承件構造和設置成將引線支承在管狀探測器本體內并且將引線與管狀探測器本體的內壁間隔開。