[發明專利]壓力測量單元

有效

• 申請號: 201380062118.0
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN104823032B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 武爾費特·德魯斯;尼爾斯·波納特;安德烈亞斯·羅斯貝格;埃爾克·施密特
• 申請（專利權）人: 恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;G01L19/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 戚傳江,金潔

技術領域

本發明涉及一種壓力測量單元，其具有彈性測量膜，其中測量膜可以第一壓力在第一側上接觸，并且可以第二壓力在背向第一側的第二側上接觸，其中測量膜可根據第一壓力和第二壓力之間的差偏移，其中測量膜壓密地將面向測量膜第一側的第一體積與面向測量膜第二側的第二體積隔離，其中該壓力測量單元還包括換能器，用于將測量膜的壓力相關偏移轉換為電或光學信號。

背景技術

例如，在WO?2011/006741?A1、EP?0?373?536?A2和WO?2011/003730?A1中以及在本文中提及的文獻中公開了本發明領域的壓力測量單元。Pfeifer和Werthschützky在Drucksensoren(Pressure?Sensors),Berlin,1989中解釋了電換能器原理的總覽和測量膜變形和導致機械應力的說明。應明白，所述公開中的命名不統一。根據WO?2011/006741?A1、WO?2011/003730?A1或本發明的測量膜為板，特別是在Pfeifer和Werthschützky或EP?0?373?536?A2的意義上是圓形板。

測量膜的問題在于它們的有限過載抵抗力。另一方面，測量膜應足夠地薄，以便在期望測量范圍內以可用振幅偏移，并且另一方面，它們應經受過載壓力，過載壓力可能為測量范圍的幾倍。

然而，為了能夠充分地應用敏感測量膜，已知對測量膜過載保護的方法，其包括在過載的情況下支撐，例如由膜床支撐。在該情況下，應在超過正壓力的限制值的情況下，至少充分地將測量膜支撐在膜床上，以便即使在另外的壓力升高的情況下，也不達到測量膜的破裂應力。為此，特別適合的是非球面膜床，其接近于正壓力限制值時的測量膜彎曲線。在US?4,458,537、DE?10?2009?046?229?A1、US?7,360,431?B2、DE?10?2010?028?773?A1、JP10078366A和US?5,381,299中公開了相應的膜床。EP?0?373?536?A2公開了一種壓力傳感器，其在過載的情況下向測量膜的環狀支撐提供支撐環。

DE?10?2010?028?504?A1公開了一種壓力傳感器，其采用具有平表面的平臺，以及在靜止位置時具有面向平臺的凹表面的測量膜。當測量膜被來自背向平臺一側的壓力加載朝著平臺偏移時，靜止位置的凹表面就精確地采取平面形狀的偏移度，在該情況下，測量膜接觸平臺。通過這種方式，實現了對測量膜的全表面支撐，并且可靠地防止了測量膜中的機械應力的進一步升高。在EP?0439?494?B1中描述了一種類似的方法。與凹區域相比，測量膜另外包括更薄的環狀邊緣區域，其圍繞該凹區域。所以，膜更易于偏移，并且測量膜給定偏移情況下的邊緣區域中的最大應力小于凹輪廓不間斷地連續至測量膜的外邊緣情況下將產生最大應力。

雖然所有上述方法都在特定程度上滿足它們的目的，但是結構更復雜，并且因此伴隨著制造成本升高。因此，本發明的目標在于提供一種簡單、有過載抵抗力的壓力測量單元。

發明內容

根據本發明，由獨立權利要求1中限定的壓力測量單元實現該目標。

本發明的壓力測量單元的特征在于下列特征，包括在測量膜的平衡狀態下，測量膜在至少處于徑向邊緣區域的至少測量膜的表面處具有壓應力，在所述邊緣區域中，在壓力加載下在測量膜的偏移狀態下，發生最大張應力。

術語“平衡狀態”描述了測量膜的一種狀態，其中在測量膜的兩側上存在相同壓力。

在本發明的進一步發展中，其中測量膜具有壓應力的徑向區域從最小半徑r_min至少向外延伸至可偏移區域的外半徑a。

在本發明的進一步發展中，最小半徑和可偏移區域的外半徑之間的比r_min/r_a不小于0.6，特別是不小于0.7。

在本發明的進一步發展中，最小半徑和可偏移區域的外半徑之間的比r_min/r_a不大于0.9，特別是不大于0.85。

在本發明的進一步發展中，其中測量膜具有壓應力的徑向區域向外延伸超過可偏移區域的外半徑r至最大半徑r_max，在該情況下r_max/r_a≥1.05，特別是≥1.1。

在本發明的進一步發展中，壓應力具有不小于50Mpa，特別是不小于80Mpa，并且優選不小于100MPa的最大值。