專(zhuān)利名稱(chēng)：壓力傳遞裝置以及具有該壓力傳遞裝置的壓力測(cè)量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于壓力傳遞裝置的分離膜以及具有這種分離膜的壓力傳遞裝 置，此外還涉及一種具有這種壓力傳遞裝置的壓力測(cè)量設(shè)備。
背景技術(shù)：
壓力傳遞裝置用于將測(cè)量介質(zhì)的壓力通過(guò)液壓路徑傳導(dǎo)到壓力傳感器。為此壓力 傳遞裝置通常具有一個(gè)壓力傳遞裝置主體，分離膜通過(guò)環(huán)形的焊接點(diǎn)壓密地固定在該壓力 傳遞裝置主體上，在密封膜與壓力傳遞裝置主體之間形成一個(gè)壓力傳遞裝置室。液壓路徑 從壓力傳遞裝置室延伸穿過(guò)壓力傳遞裝置主體到達(dá)壓力傳感器，以向該壓力傳感器施加介 質(zhì)壓力，這個(gè)介質(zhì)壓力作用在分離膜的背離壓力傳遞裝置的外側(cè)面上。封閉在液壓路徑和壓力傳遞裝置室內(nèi)的傳導(dǎo)液體(通常包含油)由于依賴(lài)于溫度 的體積膨脹而引起分離膜位置的改變。這里需要注意的是，常見(jiàn)的壓力傳感器(比如半導(dǎo) 體傳感器或者電容傳感器)的測(cè)量部件依賴(lài)于壓力的偏轉(zhuǎn)極其小，以至于大多數(shù)情況下在 壓力測(cè)量設(shè)備的測(cè)量范圍內(nèi)傳導(dǎo)液體的依賴(lài)于壓力的體積變化可以忽略，并且分離膜的由 溫度決定的位置能很好地近似描述其用于測(cè)量操作的真實(shí)位置。由于分離膜是彈性構(gòu)件，當(dāng)分離膜的位置移動(dòng)時(shí)，其偏轉(zhuǎn)會(huì)在處于分離膜外側(cè)面 上的測(cè)量壓力PX和壓力傳遞裝置室內(nèi)的室壓Pk間引起一個(gè)附加的壓力dp。特別是在測(cè)量 范圍很小的時(shí)候，這個(gè)壓力dp = px-pk遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際壓力傳感器的測(cè)量誤差。dp = px-pk的絕對(duì)值實(shí)際上并不重要。因?yàn)槿绻@個(gè)值是恒定的，那么可以在測(cè) 量時(shí)對(duì)其進(jìn)行很好的補(bǔ)償。問(wèn)題在于，dp隨著分離膜的偏轉(zhuǎn)而改變，并且改變的量隨著dp 的絕對(duì)值而增加。因此存在許多方法減小壓力dp。工業(yè)過(guò)程測(cè)量技術(shù)已經(jīng)使用了沖壓成波浪形狀的特殊分離膜。這種膜雖然在小偏 轉(zhuǎn)時(shí)可能比平的膜要硬，但是總的來(lái)說(shuō)具有更大的偏轉(zhuǎn)。德國(guó)專(zhuān)利DE19946234C1公開(kāi)了一種用于壓力傳遞裝置的膜，這種膜具有一個(gè)圓 形的中央面以及邊緣上的一個(gè)用于夾緊的邊緣面，二者通過(guò)彼此同心布置且在軸向上彼此 偏移的階梯狀的環(huán)面連接在一起，其中各個(gè)環(huán)面相對(duì)于一個(gè)與膜平面平行的平面交替地徑 向向里或徑向向外傾斜，其中每個(gè)環(huán)面以倒圓半徑通過(guò)階梯過(guò)渡到下一個(gè)環(huán)面。分離膜的這種構(gòu)造會(huì)導(dǎo)致分離膜的由熱膨脹引起的運(yùn)動(dòng)(也就是其平衡位置的 改變)對(duì)應(yīng)于由傳導(dǎo)液體的體積膨脹引起的分離膜的工作點(diǎn)的移動(dòng)。根據(jù)在專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)DE10031120A1中公開(kāi)的一種相似的方法，基體和固定在其 上的分離膜的熱膨脹系數(shù)，以及壓力傳導(dǎo)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)彼此匹配，從而使得傳導(dǎo)液體 的由熱引起的體積變化可以通過(guò)將分離膜的靜止位置移動(dòng)到分離膜和壓力體之間的壓力 傳遞裝置室中而得到吸收。以上所描述的兩種方法理論上都很吸引人，但是在實(shí)踐中的應(yīng)用非常有限，因?yàn)?它們都是以傳導(dǎo)液體、分離膜以及壓力傳遞裝置主體之間的熱平衡為前提的。過(guò)程測(cè)量技術(shù)中的大多數(shù)應(yīng)用都不能滿(mǎn)足這種假設(shè)，以至于上述結(jié)構(gòu)在溫度突變時(shí)引起的測(cè)量誤差甚 至比不具有依賴(lài)于溫度的調(diào)節(jié)功能的傳統(tǒng)分離膜的壓力測(cè)量結(jié)構(gòu)更大。在歐洲專(zhuān)利文獻(xiàn)EP1114987B1中考慮了有關(guān)由分離膜偏轉(zhuǎn)引起的壓力的另一種 觀點(diǎn)。這個(gè)文獻(xiàn)的目的不是使分離膜對(duì)壓力的影響消失，而是使這種影響線(xiàn)性化。為此提 供了 一種具有環(huán)形梯形面的膜，其梯形面各自通過(guò)45 °的斜面互相連接。對(duì)壓力p(T)的線(xiàn)性化基于以下想法，即，此后基于對(duì)溫度的了解應(yīng)該可以對(duì)壓力 P(T)進(jìn)行簡(jiǎn)單的補(bǔ)償。然而在大多數(shù)不存在熱平衡的情況下，測(cè)定決定傳導(dǎo)液體實(shí)際體積 的有效溫度花費(fèi)很大。根據(jù)在專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)DE102005023021A1中公開(kāi)的另一種完全不同的方法，壓力 傳遞裝置上的分離膜應(yīng)該具有至少兩個(gè)平衡位置，并且壓力傳遞裝置的工作點(diǎn)在合適的溫 度區(qū)間內(nèi)一直位于這兩個(gè)平衡位置之間。但是這意味著，分離膜是雙穩(wěn)定的，并可能出現(xiàn)推 夾現(xiàn)象，正如在DE1015^81A1中討論過(guò)的那樣。按照DE102005023021A1的描述，首先利用波浪模板對(duì)膜進(jìn)行沖壓，其中環(huán)形的波 浪交替呈現(xiàn)Hl和H2的高度；然后利用沖具在軸向?qū)δみM(jìn)行頂鍛，通過(guò)頂鍛使材料從具有較 大高度Hl的波形線(xiàn)徑向擠壓到具有較小高度H2的波形線(xiàn)處。這會(huì)導(dǎo)致分離膜的內(nèi)部區(qū)域 能夠得到至少兩個(gè)不同的靜止位置。之后在理想情況下將通過(guò)液體利用恰好一定量的壓力 使得在兩個(gè)靜止位置之一的方向上基本沒(méi)有回復(fù)力產(chǎn)生作用，因?yàn)槟ぴ谶@個(gè)工作點(diǎn)上表現(xiàn) 得如同無(wú)回復(fù)力的膜。這種想法初看很吸引人，但是它沒(méi)有考慮到無(wú)回復(fù)力的條件只在平衡位置得到滿(mǎn) 足，并且處于平衡位置之間的膜總是力求達(dá)到能量最有利的最近的平衡位置，這可能導(dǎo)致 壓力P出現(xiàn)滯后或推夾現(xiàn)象。在對(duì)具有不同尺寸和沖壓模板的分離膜進(jìn)行直徑和材料厚度的選擇時(shí)，為了性能 比較常常使用一個(gè)如下定義的無(wú)量綱的壓力P
權(quán)利要求
1.壓力傳遞裝置，包括具有上表面的壓力傳遞裝置主體(20)，和分離膜(10)，其沿著環(huán)形的密封面與壓力傳遞裝置主體00)壓密地連接， 其中，在壓力傳遞裝置主體00)的上表面和分離膜(10)之間形成壓力室，該壓力室的 體積V由分離膜的位置決定，其中，分離膜(10)具有材料厚度h且具有由密封面限定的面積為A的可偏轉(zhuǎn)的工作區(qū)域，其中，分離膜(10)具有沖壓而成的輪廓(13)，其中，分離膜(10)具有參考位置，在此參考位置上壓力室包含參考體積V&， 其中，分離膜能夠從參考位置開(kāi)始在兩個(gè)方向上至少偏轉(zhuǎn)一定程度，使得壓力室的體 積能夠在直至Δ Vsoll的值之間變動(dòng)，其中，體積變化△ V與一個(gè)無(wú)量綱的偏轉(zhuǎn)量w相關(guān)聯(lián)，w定義為w ( Δ V) = (3 · Δ V) / (Α · h)，其中，測(cè)定 AVsoll 以得到 Iw(AVsoll) ^ 2. 5 ；其特征在于對(duì)于所有滿(mǎn)足 | (Δν)| 彡 ι W，(Δν) I 且其中 I W，(AV)彡 0.5* I W(AVsq11) I 的 w(AV),分離膜都具有附加的非軸對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式，該偏轉(zhuǎn)模式疊加在w ( △ V)的軸對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn) 上，其中，特別地，非軸對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式的偏轉(zhuǎn)在Iw(AV) I =0. 4* I W(AVsoll) I時(shí)至少是非軸 對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式的最大偏轉(zhuǎn)的0. 3倍，優(yōu)選至少0. 4倍，進(jìn)一步優(yōu)選至少0. 5倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳遞裝置，其中，非軸對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式包括一個(gè)近似反對(duì) 稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式，通過(guò)函數(shù)zaS(r，(p，Δ V)對(duì)所述反對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式進(jìn)行定義zas(r, φ，AV) = -zas(r, φ+180。，AV)其中，ZaS(r，(p, Δ V)的值由分離膜的上表面的一點(diǎn)的實(shí)際ζ坐標(biāo)和該點(diǎn)在分離膜的對(duì) 稱(chēng)偏轉(zhuǎn)時(shí)的ζ坐標(biāo)的差得到zas(r, φ, AV) := z(r, φ, AV) - zs(r, φ, AV),其中，選擇函數(shù)zs(r，Cp，Δ V)使得zas(r，(p，AV)的平方在工作區(qū)域的平面上的積分 為最小值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳遞裝置，其中，如果在用于|zas(r， φ, Δν) I最大值的給定的Δν的情況下，能夠滿(mǎn)足以下對(duì)于與嚴(yán)格反對(duì)稱(chēng) 的偏差的標(biāo)準(zhǔn)，那么這個(gè)偏轉(zhuǎn)模式仍然被看做是反對(duì)稱(chēng)的，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是: [|zas(r, φ，AV)+ zas(r, φ+180。，AV)|] / [|zas(r, φ, AV)- zas(r, φ+180°, AV)|] < 0.2， 特別地< 0. 1，優(yōu)選< 0. 05。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的壓力傳遞裝置，其中，反對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式具有無(wú)量綱的最大 偏轉(zhuǎn)k，k被定義為k = maximum(|zas(r，φ, AV)- zas(r, φ+180ο，Δν)|) |/h)， 這里有|k|彡2，最好|k|彡3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力傳遞裝置，其中，當(dāng)分離膜的偏轉(zhuǎn)w小于+/-0.2ws。n，特別是小于0. lws。n，優(yōu)選小于0. 05wsoll時(shí)，反對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式的最大偏轉(zhuǎn)出現(xiàn)在分離膜的參考 位置附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的壓力傳遞裝置，其中，對(duì)于反對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)模式的最大偏轉(zhuǎn)k 還滿(mǎn)足Ikl彡6，最好是|k|彡5，進(jìn)一步優(yōu)選|k|彡4。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的壓力傳遞裝置，其中，對(duì)于無(wú)量綱壓力ρ'滿(mǎn)足IP (W (Vsoll)) -P (w (- Δ Vsoll)) ι / ι w ( Δ Vsoll) -W (- Δ Vsoll)彡(| w ( Δ Vsoll) +2)*2,最好彡(Iw(AVsoll) |+2)，特別優(yōu)選彡(Iw(AVsoll) I+2)/2。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的壓力傳遞裝置，其中，對(duì)于所有滿(mǎn)足 Iw 彡(|w(AVsoll)-0. 2 的 w，無(wú)量綱壓力 ρ 都滿(mǎn)足 p(w+0. 2)-ρ (w-0. 2)) /0.4^ (|w|+2) *2，最好彡(|w|+2),特別優(yōu)選彡(+2)/2。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的壓力傳遞裝置，其中，分離膜的輪廓具有平的中央?yún)^(qū) 域，這個(gè)區(qū)域被一個(gè)具有優(yōu)選同心的波浪線(xiàn)的波浪狀區(qū)域圍繞。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的壓力傳遞裝置，其中，波浪線(xiàn)的幅度從里向外先減 小，直至最外面的波浪線(xiàn)幅度又變大。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力傳遞裝置，其中，與最外面的波浪線(xiàn)相接的波浪線(xiàn)的 幅度大約是與中央?yún)^(qū)域相接的波浪線(xiàn)的幅度的1/3至2/3。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓力傳遞裝置，其中，除最外面的波浪線(xiàn)之外，波浪線(xiàn)的最 大幅度不超過(guò)4h，最好是不超過(guò)池，進(jìn)一步優(yōu)選不超過(guò)池。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12之一所述的壓力傳遞裝置，其中，除最外面的波浪線(xiàn)之外，波 浪線(xiàn)的波長(zhǎng)從一條波浪線(xiàn)到下條波浪線(xiàn)的變化不超過(guò)20%，最好不超過(guò)10%。
14.壓力傳感器，包括液壓的測(cè)量裝置，這個(gè)測(cè)量裝置包括具有壓力轉(zhuǎn)換器的壓力測(cè)量單元以提供依賴(lài)于壓 力的電信號(hào)或光信號(hào)；其中測(cè)量裝置具有至少一條液壓路徑和至少一個(gè)根據(jù)前述任一權(quán)利 要求所述的壓力傳遞裝置；并且其中通過(guò)至少一條從壓力傳遞裝置的壓力室延伸到壓力測(cè) 量單元的液壓路徑能夠?qū)毫y(cè)量單元施加至少一個(gè)壓力。
全文摘要
壓力傳遞裝置包括壓力傳遞裝置主體(20)和分離膜(10)；在壓力傳遞裝置主體(20)和分離膜(10)之間形成壓力室，壓力室的體積V由分離膜的位置決定；分離膜(10)具有材料厚度h且具有面積為A的工作區(qū)域；分離膜(10)具有一個(gè)參考位置，在此位置上壓力室包含參考體積Vref，并且分離膜是可偏轉(zhuǎn)的，從而可以使壓力室的體積在Vref±ΔVSoll的范圍內(nèi)變動(dòng)；無(wú)量綱的偏移量w(ΔV)與體積變化ΔV相關(guān)聯(lián)，w(ΔV):＝(3·ΔV)/(A·h)；測(cè)定ΔVSoll以得到|w(ΔVSoll)|≥2.5；對(duì)于所有滿(mǎn)足|w(ΔV)|≤|w′(ΔV)|且其中|w′(ΔV)|≥0.5*|w(ΔVSoll)|的w(ΔV)，分離膜都具有附加的非軸對(duì)稱(chēng)的偏轉(zhuǎn)模式，它疊加在w(ΔV)的軸對(duì)稱(chēng)偏轉(zhuǎn)上；非軸對(duì)稱(chēng)的偏轉(zhuǎn)模式在|w(ΔV)|＝0.4*|w(ΔVSoll)|時(shí)至少是非軸對(duì)稱(chēng)的偏轉(zhuǎn)模式的最大偏轉(zhuǎn)的0.3倍。
文檔編號(hào)F16J3/02GK102099604SQ200980127740
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者伊戈?duì)枴じ裉芈? 迪特爾·豐肯 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司