專利名稱：磁性相對(duì)位置傳感器的制作方法
發(fā)明的
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于測量諸如兩個(gè)區(qū)域之間的壓力的差、力的大小、位置、速度、加速度等物理參數(shù)的傳感器。本發(fā)明的一種形式還特別涉及可用于測量直接耦合在導(dǎo)電性和/或腐蝕性流體的檢測輸入口處的傳感器。
本領(lǐng)域目前已知的差壓傳感器可用來測量通過管路流動(dòng)的流體速度?？梢詫?shí)施這一測量的一種方式是在流動(dòng)通路上設(shè)置一個(gè)限流孔板，由管路側(cè)壁上引出的橫剖面相對(duì)較小的管子從該孔板每一側(cè)一直伸延至常規(guī)的差壓傳感器處。這種管子通常沿與流體流動(dòng)方向相垂直的管軸伸延。另一種方式是以類似的方式由管路側(cè)壁上引出第一管，并且由管路側(cè)壁引出諸如皮托管等等的、位于下流側(cè)的第二管，而且第二管具有一個(gè)安裝在管路內(nèi)的、與流體流動(dòng)方向相平行的、面對(duì)著上流側(cè)的端部部分。后一方式可給出管路內(nèi)側(cè)的靜壓力。由于伯努利效應(yīng)，采用兩種方式時(shí)，一個(gè)管子中的壓力將高于另一個(gè)管子中的壓力。故采用差壓傳感器時(shí)，通過測量在兩個(gè)管子之間的壓力差，便可以計(jì)算出流過管路中的流體速度。
實(shí)施這種流動(dòng)速度測量的缺點(diǎn)之一是在許多高靜壓的場合，所要測量的差壓相當(dāng)小，因而必須要使用高靈敏度的差壓傳感器。然而在先技術(shù)中的滿足這一要求的傳感器均相當(dāng)昂貴。
在在先技術(shù)中還有許多類型的電容式壓力傳感器，它們可測量作為在周向支撐著的導(dǎo)電性膜片和位于附近的金屬板之間的電容的函數(shù)的壓力。這種傳感器的典型結(jié)構(gòu)使得在膜片兩側(cè)的壓力下降可以導(dǎo)致膜片的一部分相對(duì)于金屬板移動(dòng)，從而導(dǎo)致在膜片該部分與金屬板之間的距離變化。這種膜片-金屬板結(jié)構(gòu)的電容量隨膜片和金屬板之間的距離反向變化，而且其壓力與電容量直接相關(guān)，并可以由電容量中計(jì)算出來。這種傳感器的一個(gè)實(shí)例已公開在美國專利第5150275中，而且該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
這種結(jié)構(gòu)通常并不適合于作為“濕型(wet to wet)”傳感器使用，特別是當(dāng)被測流體是導(dǎo)電性和/或腐蝕性流體時(shí)，“濕型”是指被測流體與膜片的相對(duì)應(yīng)側(cè)直接接觸。如果是導(dǎo)電性流體，流經(jīng)膜片和金屬板之間的流體將使有效電容器短路，使之不能進(jìn)行測量。如果要檢測的流體是非導(dǎo)電性的，但卻是腐蝕性的，相關(guān)的一條基本的工程技術(shù)規(guī)則就是，用于濕性部分的腐蝕保護(hù)的覆蓋層應(yīng)不會(huì)受到任何處理儀器的影響，因?yàn)槿绻采w層失效，就將產(chǎn)生可能是災(zāi)難性的后果，特別是當(dāng)其暴露在壓力下時(shí)更是如此。關(guān)于這一點(diǎn)可參見Liptak，B.G.和Venczel.K.等人的Instrument engineer’s Handbook，Chilton Book Company，1982，Radnor.Pennsylvania，p.203。
而且即使對(duì)于非導(dǎo)電性和非腐蝕性的流體，由于儀器的標(biāo)準(zhǔn)刻度與傳感器膜片附近的特定流體的介電參數(shù)相關(guān)，所以電容型膜片傳感器在應(yīng)用方面受到著限制。因此，對(duì)于許多被測流體與膜片直接接觸的濕型應(yīng)用場合，大部分類型的電容型膜片傳感器均是不適用的。
在先技術(shù)中的另一種濕型膜片式傳感器是一種使用了三個(gè)膜片的電容型傳感器，其中的兩個(gè)膜片位于外側(cè)，并在其一側(cè)與流體相接觸，而第三個(gè)膜片是一個(gè)內(nèi)側(cè)膜片。該裝置有兩個(gè)輸入端，每個(gè)輸入端與一個(gè)外側(cè)膜片相連中。該內(nèi)側(cè)膜片是導(dǎo)電性的，并配置在兩個(gè)外側(cè)膜片之間。該內(nèi)側(cè)膜片通過位于密封腔室中的非導(dǎo)電性流體(比如說硅油等等)，與每一個(gè)外側(cè)膜片相耦合。作用在外側(cè)膜片上的壓力通過硅油傳遞至內(nèi)側(cè)膜片，通過測量在內(nèi)側(cè)膜片與一個(gè)敏感板之間的電容量，便可以測量出兩個(gè)輸入端之間的壓力差。由于內(nèi)側(cè)膜片不直接與各輸入端相耦合，所以其電容測量不會(huì)受到輸入端處的流體類型的影響。雖然這種裝置可以用作為“濕型”傳感器，但它需要有三個(gè)膜片和兩個(gè)密封的內(nèi)部流體通路，所以它相當(dāng)笨重，而且昂貴。而且由于它失去了流體間的耦合，故這種裝置的測量精度并不能滿足許多應(yīng)用的需要。
使用在先技術(shù)中傳感器在惡劣條件下測量其它的、諸如相對(duì)位置、速度、加速度、力等等的物理參數(shù)時(shí)，也會(huì)遇到類似的問題。而且即使是在良好的環(huán)境中測量這些參數(shù)，所使用的傳感器也是相當(dāng)昂貴的。
目前已知的還有許多種電感式傳感器，它們可測量作為配置在傳感器中的線圈的電感量的函數(shù)的導(dǎo)電性物體的移近量。這種傳感器是建立在電導(dǎo)體的電感量和該電導(dǎo)體向?qū)щ娦晕矬w的移近量之間的公知的關(guān)系上的，有關(guān)這一點(diǎn)可以參見Khazan，A.D.的Transducers and TheirElementsDesign and Application，Prentice Hall，New Jersey(1994)。美國專利第5302894號(hào)中指出，這種傳感器對(duì)于存在于傳感器和導(dǎo)電性物體之間的非導(dǎo)電性材料多少是有些不敏感的?？梢岳靡粋€(gè)配置在線圈和導(dǎo)電性物體之間的薄的、導(dǎo)電性的、接地的屏蔽部件來使用這種傳感器。然而該屏蔽部件必須足夠的厚，以阻斷由線圈產(chǎn)生的電場，并且要足夠的薄，以不能在屏蔽部件中產(chǎn)生足夠大的渦流，以便消除由線圈產(chǎn)生的磁場。由于難以為屏蔽部件選擇適當(dāng)?shù)暮穸龋赃@種傳感器實(shí)際上是難以使用的。如果屏蔽部件有足夠的厚度以阻斷電場，那么它也將足夠的厚以至于會(huì)部分的干擾磁場，進(jìn)而降低傳感器的靈敏度。相反，如果屏蔽部件足夠的薄以避免干擾磁場，那么它就將太薄，以至于不能有效的阻斷電場，而且這種傳感器還將失去對(duì)存在于線圈和導(dǎo)電性物體之間的非導(dǎo)電性材料的不敏感性。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就是要提供一種改進(jìn)了的、適用于惡劣環(huán)境下應(yīng)用的低成本的傳感器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的就是要提供一種用于測量諸如力、位置、速度、加速度等等的物理參數(shù)的磁性傳感器。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過下面參考附圖給出的說明而獲得清楚的理解。
發(fā)明的概述本發(fā)明的一個(gè)方面是提供了一種對(duì)媒質(zhì)不敏感的磁性位置傳感器，它可以用于測量諸如差壓、力、位置、速度、加速度等等，即使位于中等程度的導(dǎo)電性或腐蝕性液體中也是如此。
一個(gè)電感型傳感器通常利用一個(gè)位于一個(gè)電導(dǎo)體層附近的線圈構(gòu)成。在一種適用于在導(dǎo)電性液體中進(jìn)行測量的構(gòu)成形式中，在電感型傳感器和電導(dǎo)體層之間配置著一個(gè)電場屏蔽部件，且該部件保持為參考電位。由于傳感器的電感量是電導(dǎo)體層和電感型傳感器之間距離的一個(gè)函數(shù)，故通過測量傳感器的電感量可以直接確定出在電感型傳感器之間的相對(duì)移動(dòng)。利用這種結(jié)構(gòu)可以測量許多種物理參數(shù)。
在一種構(gòu)成形式中，壓力傳感器包括有一個(gè)圍繞著內(nèi)部區(qū)域的剛性殼體。一個(gè)周向跨接在該區(qū)域處的導(dǎo)電性膜片基本上位于一個(gè)標(biāo)稱平面內(nèi)，并限定出位于膜片一側(cè)的第一腔室和位于膜片另一側(cè)的第二腔室。膜片的中心部分可響應(yīng)施加在膜片上的壓力差，沿垂直于標(biāo)稱平面的軸移動(dòng)。其中的一個(gè)或兩個(gè)腔室可與傳感器外側(cè)部分流體耦合。
一個(gè)磁性組件配置在兩個(gè)腔室的至少一個(gè)的周邊處，并與膜片的中心部分相對(duì)。該磁性組件包括有具有面對(duì)一個(gè)腔室且與膜片相對(duì)的第一側(cè)部的非導(dǎo)電性元件，該元件基本上呈平面狀。第一電導(dǎo)體配置在該非導(dǎo)電性元件的另一側(cè)。該電導(dǎo)體最好呈平面螺旋狀，并基本上與膜片的標(biāo)稱平面平行，以便能形成為一個(gè)有效的電感器。
在本發(fā)明的一種構(gòu)成形式中，一個(gè)電容器跨接在電感器上，以形成一個(gè)振蕩回路。該振蕩回路與輔助的驅(qū)動(dòng)回路一齊構(gòu)成為一個(gè)振蕩器，且該振蕩器的頻率與膜片中心部分的相對(duì)位置相關(guān)。在變形實(shí)施例中，還可以使用電感器橋或其它的電感器敏感回路。
在本發(fā)明的一種構(gòu)成形式中，除了第一電導(dǎo)體和支撐用非導(dǎo)電性元件之外，磁性組件還包括有一個(gè)電場屏蔽部件，該電場屏蔽部件配置在第一電導(dǎo)體(線圈)和電導(dǎo)體層(即膜片)之間。該電場屏蔽部件包括有一個(gè)第二電導(dǎo)體，該第二電導(dǎo)體最好具有圓形的幾何形狀，并基本上與第一電導(dǎo)體相對(duì)準(zhǔn)、配置在基本上與標(biāo)稱平面相平行的平面中。第二電導(dǎo)體最好具有周向伸延的薄層。另外，還可以使用電感率相對(duì)比較低的、諸如鎳等等制造的薄片來屏蔽該第一電導(dǎo)體。
場屏蔽部件與參考電位電耦合。該后一種結(jié)構(gòu)特別適用于在膜片和磁性組件之間的腔室中充填有中性導(dǎo)電性液體的場合，而且場屏蔽組件的電位保持為與相鄰腔室中的液體相同的電位。
該傳感器特別適用于下述場合，即一個(gè)腔室與流體管路中的沿主軸方向伸延的內(nèi)部區(qū)域中的第一點(diǎn)流體耦合，而第二腔室與流體管路中的內(nèi)部區(qū)域中的第二點(diǎn)流體耦合，其中第二點(diǎn)在沿主軸的第一方向位于其第一點(diǎn)的下流側(cè)。在這種結(jié)構(gòu)中，可以用該傳感器測量流經(jīng)管路中的流體的流速。如舉例來說，該流體可以是中性導(dǎo)電性流體，也可以是腐蝕性流體。
在本發(fā)明的另一種構(gòu)成形式中，如上所述的這種類型的磁性組件是與具有電導(dǎo)體層的物體一并使用的，從而可以測量出與物體相對(duì)于磁性組件的相對(duì)位置相關(guān)聯(lián)的各種物理參數(shù)。
如舉例來說就是，可以采用磁性組件檢測一個(gè)物體的相對(duì)移近量、速度和加速度。而且，可以采用美國專利第4448085號(hào)公開的磁性組件，來構(gòu)成力傳感器或荷重檢測元件。
附圖的簡要說明本發(fā)明性質(zhì)和主題可以由下面參考附圖給出的詳細(xì)說明獲得更完整的理解，而且在各附圖中相同的元件已經(jīng)賦予了相同的參考標(biāo)號(hào)。
圖1為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一個(gè)傳感器的透視圖。
圖2為表示如圖1所示的傳感器的局部剖視圖，它在各輸入部分具有相等的壓力。
圖3為表示如圖1所示的傳感器的局部剖視圖，它在各輸入部分具有不同的壓力。
圖4為表示本發(fā)明的一個(gè)流量測量系統(tǒng)的示意圖。
圖5為表示適用于圖1-3所示的實(shí)施例的典型的螺旋式電導(dǎo)體的平面圖。
圖6A-6D為表示適用于圖1-3所示的實(shí)施例的典型的場屏蔽部件的平面圖。
圖7和圖8為表示本發(fā)明的變形實(shí)施例的局部剖視圖。
圖9為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一個(gè)力傳感器的剖面圖。
圖10為表示本發(fā)明的一個(gè)移近量、速度和/或加速度傳感器的示意圖。
對(duì)最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的壓力傳感器10的一個(gè)實(shí)施例。圖2和圖3示出了傳感器10的局部剖視圖，同時(shí)示出了配置在傳感器10上的振蕩器驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)52、變換網(wǎng)絡(luò)58和傳遞函數(shù)整形網(wǎng)絡(luò)59。
由圖2示出的傳感器10包括有一個(gè)剛性的良電導(dǎo)體11，后者具有內(nèi)側(cè)壁11A和11B，它們限定著由圓周支撐著的柔性導(dǎo)電的(比如說由不銹鋼制造的)膜片16分隔開的兩個(gè)內(nèi)側(cè)腔室12和14，11也可以為絕緣體。在該最佳實(shí)施例中，限定腔室12和14的壁11A和壁11B呈拱凸形或凹面形，但也可以采用其它的幾何形狀。
傳感器10具有一個(gè)腔室12用的輸入端18和一個(gè)腔室14用的輸入端20。這兩個(gè)輸入端中的每一個(gè)均可以耦合在一個(gè)測量差壓用的輔助區(qū)域處。
傳感器10還包括一個(gè)具有圓盤形的非導(dǎo)電性的基體元件24的磁性組件22，而基體元件24配置在壁11A上的相應(yīng)的圓形開口處?；w元件24的朝向區(qū)域1 2的表面24a構(gòu)成為限制區(qū)域12用的壁11A的一部分。磁性組件22還包括一個(gè)平面螺旋狀的電導(dǎo)體30，后者配置在電絕緣層32的一側(cè)，而電絕緣層32蓋覆在電場屏蔽部件34上，該屏蔽部件34附裝在電絕緣層32的另一側(cè)或附裝在基體元件24的表面24b處。電導(dǎo)體30的兩個(gè)端部30a和30b分別耦合在端子40和42處。一個(gè)(由例如具有介電常數(shù)約為10的氧化鋁構(gòu)成的)陶瓷材料17將磁性組件支撐在傳感器主體11適當(dāng)位置處。陶瓷材料17還提供著一個(gè)用于支持電流流過電導(dǎo)體30時(shí)所產(chǎn)生的磁場的磁力線的區(qū)域。屏蔽部件34可顯著的減小或基本上消除由螺旋式電導(dǎo)體30產(chǎn)生的穿過區(qū)域12的電場，進(jìn)而可以減小在螺旋式電導(dǎo)體30和膜片16之間的漏電電容，并可以使磁場穿過區(qū)域12。在端子40和42之間還連接有一個(gè)電容器28。
元件16和30形成為一個(gè)具有電感L的電感式傳感器。該電感L與電容器28一并形成為振蕩回路50。該振蕩回路50通過端子40和42耦合至外部的振蕩器驅(qū)動(dòng)回路52，以形成振蕩器56，且該振蕩器最好在15MHz的高頻范圍內(nèi)運(yùn)行。在有關(guān)諧振回路50的一個(gè)實(shí)施例中，電容器40和振蕩器驅(qū)動(dòng)回路52是通過表面安裝元件安裝在電絕緣體層32上的，進(jìn)而安裝在電導(dǎo)體30上。這種設(shè)置方式可以減小在這些部件的導(dǎo)線上產(chǎn)生的寄生電容和電感。
圖2示出了在腔室12中的壓力與在腔室14中的壓力相等時(shí)的狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，膜片16基本上呈平面狀。圖3示出了傳感器10的一個(gè)局部剖視示意圖，其中腔室1 2內(nèi)的壓力(P1)比腔室14內(nèi)的壓力(P2)高，從而使得膜片16向離開磁性組件22的方向彎曲。當(dāng)腔室12內(nèi)的壓力小于腔室14內(nèi)的壓力時(shí)，膜片將向相反的方向彎曲。而且正如該實(shí)施例所示，壁11A和11B呈拱凸形，且這兩個(gè)壁為膜片16的偏移提供著過壓保護(hù)。
在所述的這種結(jié)構(gòu)中，振蕩回路50具有一個(gè)由電感器L和電容器28的值部分地限定著的共振頻率(f)。該共振頻率還部分地取決于膜片16和電導(dǎo)體30之間的互感，而該互感又部分地取決于膜片16與電導(dǎo)體30之間的距離。當(dāng)振蕩回路50的共振頻率足夠的高，比如說為15MHz，而膜片16又足夠的厚，比如說為T＝0.002-0.005英寸時(shí)，由流過螺旋式電導(dǎo)體30中的電流產(chǎn)生的磁場將在膜片16的表面附近產(chǎn)生趨膚渦流電流，從而使該膜片可被用作為一個(gè)磁場屏蔽部件，進(jìn)而形成了對(duì)在諸如電導(dǎo)體30和膜片之間的磁場的容積限制。當(dāng)膜片16相對(duì)于磁性組件22(特別是相對(duì)于螺旋式電導(dǎo)體30)移近或移遠(yuǎn)而彎曲變形時(shí)，磁場所存在的體積將會(huì)隨之發(fā)生變化，從而使磁場能量密度發(fā)生變化。當(dāng)膜片16朝向磁性組件22彎曲變形時(shí)，有效電感量L將減小，而振蕩回路50的共振頻率將增大。當(dāng)膜片16向其背離方向彎曲變形時(shí)，電感器L將增大而振蕩回路50的共振頻率減小。
由于腔室12和14中的壓力差影響著膜片16的位置，而膜片16的位置影響著振蕩回路50的共振頻率，所以可以通過測量由振蕩器驅(qū)動(dòng)回路52和振蕩回路50構(gòu)成的振蕩器56的振蕩頻率，而測定出腔室12和14之間的差壓。
圖2和圖3還示出了變換網(wǎng)絡(luò)58和相應(yīng)的傳遞函數(shù)整形網(wǎng)絡(luò)59。變換網(wǎng)絡(luò)58可將振蕩器56的振蕩頻率變換為另一形式。該變換網(wǎng)絡(luò)58可以是一個(gè)頻率-電壓變換器，也可以是一個(gè)頻率-電流變換器，還可以是一個(gè)頻率-數(shù)字編碼器。網(wǎng)絡(luò)59是一個(gè)用于傳感器10的整形回路。如舉例來說就是，網(wǎng)絡(luò)59可以在其輸出端子59a處形成一個(gè)信號(hào)，并使該信號(hào)與膜片16處的壓力差成線形的正比，或與膜片16處的壓力差的平方根成正比；在其他變形實(shí)施例中，還可以根據(jù)需要形成其它形式的關(guān)系。如舉例來說就是，它可以包括有對(duì)溫度影響或?qū)鞲衅鞯姆蔷€形修正等等進(jìn)行整形用的整形回路。網(wǎng)絡(luò)59可以用具有特征傳遞功能的回路實(shí)施，也可以利用處理器、微處理器或其它形式的數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)施。
圖4示出了配置在用于測量通過導(dǎo)管60流動(dòng)的流體速度的系統(tǒng)中的一個(gè)傳感器10，其中的流體沿箭頭61所示的方向流動(dòng)。輸入端20與皮托管62相連接，而皮托管62用于給出有關(guān)導(dǎo)管60的靜態(tài)流體壓力的指示。輸入端18與具有開口端66的管子64相連接，開口端66配置在導(dǎo)管60的內(nèi)側(cè)，并且與流動(dòng)方向61相垂直。由于伯努利效應(yīng)和滯止壓力，腔室12中的壓力將低于腔室14中的壓力，并且該壓力差還將隨著流體流動(dòng)速度的變化而變化。因此，可以通過測量振蕩器56的共振頻率的方式，測定出流體的流速。
圖5示出了一個(gè)典型的螺旋式電導(dǎo)體30的平面圖，而圖6A-6D示出了四種不同的屏蔽元件34。元件34和30最好配置在電絕緣體層32的相對(duì)兩側(cè)，而且使屏蔽部件34包括有一個(gè)中心部分34a，后者基本上與電導(dǎo)體30相對(duì)準(zhǔn)，從而使中心部分34a能蓋覆著電導(dǎo)體30。屏蔽部件34還包括有一個(gè)通過一根或多根導(dǎo)線34c與中心部分34a電連接的外側(cè)部分34b?？梢酝ㄟ^將外側(cè)部分34b耦合至預(yù)定電位(比如說地電位)的方式，簡單的控制屏蔽部件34的電位。
中心部分34a包括有至少一個(gè)非導(dǎo)電區(qū)域34d，或包括有至少一個(gè)高阻抗區(qū)域，所以屏蔽部件34并未形成如圖6D中的箭頭34e所示的、呈完全圓環(huán)狀伸延的電通路。由于通路將被一個(gè)或多個(gè)非導(dǎo)電區(qū)域34d阻斷，所以如箭頭34e所示的任何電流流動(dòng)通路并不能在屏蔽部件34處形成完全閉合的圓環(huán)。如果屏蔽部件形成有完全閉合的圓環(huán)狀伸延的電流通路，則該屏蔽部件將毀滅性地破壞由電導(dǎo)體30產(chǎn)生的磁場(由于根據(jù)楞次定律，由電導(dǎo)體30產(chǎn)生的磁場將在屏蔽部件34處形成渦流電流，而該渦流又產(chǎn)生的磁場將趨向于與電導(dǎo)體30產(chǎn)生的場相抵消)，從而降低傳感器的靈敏度。該屏蔽部件也可以用諸如鎳鉻合金等等的阻抗材料制作，以減小渦流電流。
正如圖6A-6C所示，中心部分34a還可以包括有若干個(gè)電連接的、徑向伸延的、通常呈餡餅形的部分。每一個(gè)部分均包括一組周向伸延的弧形疊層體，從而形成不會(huì)構(gòu)成完全閉合的圓環(huán)狀伸延的渦流電流的導(dǎo)電形(即電場屏蔽部件)配置。在本發(fā)明的變形實(shí)施例中，還可以采用不同數(shù)量的呈實(shí)心配置或疊層配置的這種部分。對(duì)于導(dǎo)電性液體，屏蔽部件34最好具有與腔室12和14中的液體相同的電位，或是處于地電位。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)四層的磁性組件22是采用直徑為0.8英寸的圓盤形多重印刷電路板構(gòu)成的。在這種結(jié)構(gòu)中，電絕緣體層24和32為0.005英寸厚的玻璃纖維的環(huán)氧材料板，元件30為由諸如厚度為0.0015英寸的銅等等構(gòu)成的導(dǎo)電體。屏蔽部件34也可以是由銅等等構(gòu)成的導(dǎo)電體，其厚度的量級(jí)可與工作頻率下的趨膚效應(yīng)的深度量級(jí)相同，或比后者更大些。當(dāng)為10MHz時(shí)，趨膚深度大體為0.00075英寸，所以對(duì)于這一工作頻率，屏蔽部件34的厚度可大體為0.00075-0.0015英寸；在變形實(shí)施例中，屏蔽部件34的厚度也可以比該趨膚深度更薄。在這種疊層結(jié)構(gòu)中，每一單獨(dú)的層的寬度最好與趨膚深度的量級(jí)相同?？梢杂米鳛殡娊^緣體層的其它材料還包括聚酰亞胺、陶瓷、PTFE或鋁玻璃組合物等等。膜片16為厚度為0.005英寸的不銹鋼薄板，而傳感器主體11亦可由不銹鋼構(gòu)成，在膜片16和電絕緣體層24之間的標(biāo)稱(在壓力相等時(shí)，即在P1＝P2時(shí))距離為0.020英寸左右。可以用來制造膜片的其它導(dǎo)電性材料還包括鋼、鋁、鉑等等。
可以適當(dāng)?shù)倪x擇特定的屏蔽部件34，比如說圖6A和圖6B所示的屏蔽部件對(duì)于如圖5所示的螺旋式電導(dǎo)體就是特別有效的。
傳感器10可以作為一種濕型傳感器，它特別適用于電絕緣型流體或中等程度的導(dǎo)電型流體(比如說象鹽水和某些油類等等)，或是腐蝕型流體(比如說硫酸等等)，或是它們兩者的組合體。
上面結(jié)合螺旋形纏繞的電感器對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以構(gòu)造出可以用類似的方式產(chǎn)生磁場的其它形式的電感器。如舉例來說就是，這種電感器還可以采用環(huán)形的線圈，通常呈“S”形的電導(dǎo)體，通常呈“C”形的電導(dǎo)體，也可以是呈三維螺旋形的電導(dǎo)體。對(duì)于電導(dǎo)體30的任何一種給定的形狀，屏蔽部件34均最好具有一個(gè)與電導(dǎo)體30基本上相準(zhǔn)配的部分。而且，在所說明的各實(shí)施例中，當(dāng)處于等壓狀態(tài)(即P1＝P2)時(shí)，電導(dǎo)體30位于基本上與膜片的平面相平行的平面內(nèi)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難理解，如果使電導(dǎo)體30相對(duì)于膜片成一定的角度，也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
如果要測量的是絕緣性的、穩(wěn)定的非導(dǎo)電性液體的壓力，本發(fā)明也可以在不使用屏蔽部件34(在需要時(shí)，還可以不使用電絕緣層32)的狀態(tài)下應(yīng)用。在那種狀態(tài)下，既使電場穿過區(qū)12也無關(guān)緊要。一種未配置電場屏蔽部件的典型結(jié)構(gòu)已示出在圖7中。
圖8示出了與圖1-3所示相類似的一個(gè)實(shí)施例，只是傳感器10’包括有(除了附裝在腔室12處的磁性組件22之外)一個(gè)附裝在腔室14處的類似的磁性組件22’。這種結(jié)構(gòu)可以在“推挽”模式下運(yùn)行，從而使電感器L(組件22)和電感器L’(組件22’)有效的互補(bǔ)。而且在變形實(shí)施例中，還可以利用感應(yīng)電橋或其它的電路來檢測電感器L和電感器L’之間的電感差。
雖然所說明的實(shí)施例是以具有耦合在位于膜片兩側(cè)的腔室處的輸入部的差壓傳感器為例進(jìn)行說明的，且其中的膜片用于分隔區(qū)域，但本發(fā)明還可以用來測量(相對(duì)于某參考?jí)毫Φ?絕對(duì)壓力，比如說可以通過僅僅使一個(gè)輸入部呈真空狀態(tài)的方式，形成一個(gè)閉合的參考?jí)毫η皇业姆绞綄?shí)施這種測量。
本發(fā)明的傳感器還可以用更一般的方式實(shí)施，比如說還可以用來檢測感應(yīng)傳感器和一厚度為T的導(dǎo)電體層之間的相對(duì)移動(dòng)等等。如舉例來說，圖9就示出了一個(gè)典型的力傳感器80，其構(gòu)成大體如美國專利4448085號(hào)所示，但還包括有本發(fā)明的感應(yīng)式傳感器。更具體的說就是，傳感器80包括有兩個(gè)細(xì)長的剛性臂82和84。臂82包括有一個(gè)自由端82A和一個(gè)約束端82B，而臂84亦包括有一個(gè)自由端84A和一個(gè)約束端84B。兩約束端82B和84B由一個(gè)柔性支撐體86耦合在一起，而柔性支撐體86與自由端82A和84A的相對(duì)表面相對(duì)準(zhǔn)。自由端82A和自由端84A彼此相對(duì)且基本上平行，并且沿檢測軸88分開有間隙g，從而約束著沿軸88的相對(duì)移動(dòng)。作為這兩個(gè)相對(duì)表面中的一個(gè)的表面82A，還包括有一個(gè)線圈30，后者的構(gòu)成如上所述，并且沿垂直于軸88的方式被對(duì)準(zhǔn)。作為另一個(gè)相對(duì)表面的表面84A包括有厚度為T的導(dǎo)電體區(qū)域16，并與軸88相垂直。在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)有力F相對(duì)于臂84施加至臂82時(shí)，間隙g將變窄，從而使電感量發(fā)生變化，進(jìn)而可以采用上述的方式對(duì)其進(jìn)行測定。電感量的變化代表著所施加的力的變化。還可以采用一個(gè)電場屏蔽部件34(未示出)，以使間隙所在的區(qū)域與電場相隔絕，從而使其能夠在導(dǎo)電流體中實(shí)施測量。
圖10示出了本發(fā)明的適用于移近量、速度和/或加速度測量的一個(gè)實(shí)施例90。在這一實(shí)施例中，被測物體92的表面92A是導(dǎo)電性的。傳感器94包括有一個(gè)線圈30。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，可以利用線圈30兩端部處的電感量來檢測沿軸96的距離。而且當(dāng)其用于電絕緣性的非穩(wěn)定流體或?qū)щ娦粤黧w時(shí)，還可以使用場屏蔽部件34(未示出)。
對(duì)于本發(fā)明的各種形式，在處于電絕緣性穩(wěn)定的、非導(dǎo)電性的流體環(huán)境中時(shí)，可以不采用場屏蔽部件而加以實(shí)施。
本發(fā)明是以測量電導(dǎo)體30的電感量L，進(jìn)而測定諸如膜片16等等的電導(dǎo)體層的相對(duì)位置為例進(jìn)行說明的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難理解，阻抗(即電阻、電容、電感或這些特征的組合)也可以用來代表該電導(dǎo)體層的相對(duì)位置，而且根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的傳感器也可以用測量電導(dǎo)體30的阻抗的方式加以使用。
可以在不脫離本發(fā)明的主題和主要特征的前提下，以各種方式實(shí)施本發(fā)明。因此這些實(shí)施例僅僅是用來對(duì)各方面進(jìn)行說明，而不是限定性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由下述的各權(quán)利要求限定的，而不是由前述的描述限定的，所以包含在各權(quán)利要求范圍之內(nèi)的、與其等價(jià)的各種變形均屬于本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于測量沿參考軸方向上在一個(gè)參考點(diǎn)和一個(gè)厚度為T的導(dǎo)電體層之間的距離x的傳感器，所述的層沿基本上垂直穿過所述的參考軸的方向伸延，并與所述的參考點(diǎn)沿所述的軸空間分離，該傳感器包括A.一個(gè)配置在所述的參考點(diǎn)附近的、在所述的電導(dǎo)體的第一端部和所述的電導(dǎo)體的第二端部之間延伸的細(xì)長的電導(dǎo)體，B.一個(gè)配置在位于所述的電導(dǎo)體和所述的電導(dǎo)體層之間的所述的參考軸附近的導(dǎo)電性元件，所述的導(dǎo)電性元件基本上不包括完全閉合的圓環(huán)狀伸延的電流通路，C.將所述的導(dǎo)電性元件保持在一個(gè)預(yù)定的電位處的組件。
2.一種如權(quán)利要求1所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于在所述的細(xì)長電導(dǎo)體中形成頻率為f的交流電流的裝置，從而產(chǎn)生與所述的細(xì)長電導(dǎo)體中的所述的交流電流相對(duì)應(yīng)的磁場，并在所述電導(dǎo)體層中產(chǎn)生響應(yīng)所述磁場的具有趨膚效應(yīng)的渦流電流。
3.一種如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述的細(xì)長電導(dǎo)體包括有一個(gè)線圈。
4.一種如權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于所述的線圈是螺旋形的。
5.一種如權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于所述的線圈是圓環(huán)形的。
6.一種如權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于所述的線圈配置在基本上與所述的參考軸相垂直的平面內(nèi)。
7.一種如權(quán)利要求1所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有i.一個(gè)用于限定配置在所述參考軸附近的內(nèi)部腔室區(qū)域的剛性殼體，ii.配置在所述的參考軸附近的并與其正交的膜片，它周向支撐在所述的內(nèi)部腔室區(qū)域處，以在所述的膜片的一側(cè)限定出一個(gè)第一腔室，在所述的膜片另一側(cè)限定出一個(gè)第二腔室，從而膜片的中心部分可響應(yīng)施加在所述的膜片上的差壓而沿所述的參考軸移動(dòng)，且所述的中心部分為所述的電導(dǎo)體層，iii.一個(gè)第一部分，它包括有用于將所述第一和第二腔室中的一個(gè)流體耦合至所述的傳感器外部的第一區(qū)域的組件，其中所述的導(dǎo)電性元件配置在所述第一腔室中的周邊處，并與所述膜片的所述中心部分相對(duì)。
8.一種如權(quán)利要求7所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)第二部分，后者包括有用于將所述第一和第二腔室中的另一個(gè)流體耦合至所述的傳感器外部的第二區(qū)域的裝置。
9.一種如權(quán)利要求8所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有用于將所述第一部分耦合至沿著主軸伸延的一流體導(dǎo)管內(nèi)部的第一點(diǎn)處的裝置，和用于將所述第二部分耦合至所述流體導(dǎo)管的所述內(nèi)部區(qū)域的第二點(diǎn)處的裝置，而且所述第二點(diǎn)沿所述的主軸位于所述第一點(diǎn)的下流側(cè)。
10.一種如權(quán)利要求7所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于在所述的細(xì)長電導(dǎo)體中形成頻率為f的交流電流的組件，從而產(chǎn)生與所述細(xì)長電導(dǎo)體中的所述交流電流相對(duì)應(yīng)的磁場，并且在所述電導(dǎo)體層中產(chǎn)生響應(yīng)所述磁場的具有趨膚效應(yīng)的渦流電流。
11.一種如權(quán)利要求7所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有A.一個(gè)第二部分，該第二部包括有用于將所述第一和第二腔室中的另一個(gè)流體耦合至所述的傳感器外部的第二區(qū)域的裝置，B.用于將所述第一部分耦合至沿著主軸伸延的一流體導(dǎo)管內(nèi)部的第一點(diǎn)處的裝置，和用于將所述第二部分耦合至所述流體導(dǎo)管的所述內(nèi)部區(qū)域的第二點(diǎn)處的裝置，而且所述第二點(diǎn)沿所述主軸位于所述第一點(diǎn)的下流側(cè)。
12.一種如權(quán)利要求7所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有配置在所述細(xì)長電導(dǎo)體和所述導(dǎo)電性元件之間的第一非導(dǎo)電性元件。
13.一種如權(quán)利要求12所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有配置在所述導(dǎo)電性元件和所述的一個(gè)腔室之間的一個(gè)第二非導(dǎo)電性元件。
14.一種如權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于所述的細(xì)長電導(dǎo)體是一個(gè)螺旋形線圈。
15.一種如權(quán)利要求14所述的傳感器，其特征在于所述的導(dǎo)電性元件的幾何形狀為圓形，且基本上與所述線圈相配準(zhǔn)。
16.一種如權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征在于所述的導(dǎo)電性元件包括有一組圓環(huán)形伸延的薄層。
17.一種如權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征在于所述的導(dǎo)電性元件包括有一組徑向伸延的薄層。
18.一種如權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于所述的相對(duì)于一個(gè)所述腔室的膜片的周邊是內(nèi)凹的。
19.一種如權(quán)利要求18所述的傳感器，其特征在于所述的相對(duì)于兩個(gè)所述腔室的膜片的周邊是內(nèi)凹的。
20.一種如權(quán)利要求7所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于產(chǎn)生響應(yīng)所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的電感量的信號(hào)的裝置，所述的信號(hào)代表著施加在所述膜片處的所述的壓力差。
21.一種如權(quán)利要求7所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于產(chǎn)生響應(yīng)所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的阻抗的信號(hào)的裝置，所述的信號(hào)代表著施加在所述膜片處的所述的壓力差。
22.一種如權(quán)利要求1所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)彈性結(jié)構(gòu)，該彈性結(jié)構(gòu)包括有i.具有一個(gè)自由端和一個(gè)約束端的第一細(xì)長的剛性元件，ii.具有一個(gè)自由端和一個(gè)約束端的第二細(xì)長的剛性元件，iii.耦合所述第一和第二剛性元件的所述兩個(gè)約束端用的柔性元件，而且所述第一和第二剛性元件的每一個(gè)自由端均包括有一個(gè)傳感器支撐表面，所述的傳感器支撐表面彼此相對(duì)且基本上彼此平行，并且彼此具有間隙為g的空間間隔，從而約束著沿共用的測量軸的相對(duì)移動(dòng)，并與所述的測量軸相正交，其中所述的電導(dǎo)體層配置在所述一個(gè)傳感器的支撐表面處，所述的細(xì)長電導(dǎo)體配置在所述另一個(gè)傳感器的支撐表面處，而所述的參考軸和所述的測量軸是基本上平行的。
23.一種如權(quán)利要求21所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于產(chǎn)生代表所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的電感量的信號(hào)的裝置，所述的信號(hào)對(duì)應(yīng)于沿所述測量軸的方向施加在所述第一和第二剛性元件處的所述壓力差。
24.一種如權(quán)利要求21所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于產(chǎn)生代表所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的阻抗的信號(hào)的裝置，所述的信號(hào)響應(yīng)于沿所述測量軸的方向施加在所述第一和第二剛性元件處的所述壓力差。
25.一種如權(quán)利要求21所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于在所述細(xì)長電導(dǎo)體中形成頻率為f的交流電流的裝置，從而產(chǎn)生與所述細(xì)長電導(dǎo)體中的所述交流電流相對(duì)應(yīng)的磁場，并且在所述電導(dǎo)體層中產(chǎn)生響應(yīng)所述磁場的具有趨膚效應(yīng)的渦流電流。
26.一種如權(quán)利要求21所述的傳感器，其特征在于所述的細(xì)長電導(dǎo)體是一個(gè)螺旋形線圈。
27.一種如權(quán)利要求1所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于產(chǎn)生代表所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的電感量的信號(hào)的裝置，所述的信號(hào)對(duì)應(yīng)于下述參數(shù)中的一個(gè)i.在所述的參考點(diǎn)和所述的電導(dǎo)體層之間的距離，ii.在所述的參考點(diǎn)和所述的電導(dǎo)體層之間的速度，iii.在所述的參考點(diǎn)和所述的電導(dǎo)體層之間的加速度。
28.一種如權(quán)利要求1所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于產(chǎn)生代表所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的阻抗的信號(hào)的裝置，所述的信號(hào)對(duì)應(yīng)于下述參數(shù)中的一個(gè)i.在所述的參考點(diǎn)和所述的電導(dǎo)體層之間的距離，ii.在所述的參考點(diǎn)和所述的電導(dǎo)體層之間的速度，iii.在所述的參考點(diǎn)和所述的電導(dǎo)體層之間的加速度。
29.一種如權(quán)利要求1所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有耦合在所述電導(dǎo)體的第一端部和所述電導(dǎo)體的第二端部之間的容性裝置，用于提供一個(gè)在所述第一和第二端部之間的電容。
30.一種如權(quán)利要求29所述的傳感器，其特征在于所述的容性裝置是一個(gè)安裝在鄰近所述電導(dǎo)體附近的表面貼裝電容器。
31.一種如權(quán)利要求29所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有耦合在所述的容性裝置處的處理器裝置，后者用于產(chǎn)生一個(gè)代表著所述電導(dǎo)體的第一端部與所述電導(dǎo)體的第二端部之間的阻抗的信號(hào)。
32.一種如權(quán)利要求31所述的傳感器，其特征在于所述的處理器裝置包括有一個(gè)數(shù)字處理器。
33.一種用于測量沿參考軸方向上的一個(gè)參考點(diǎn)和一個(gè)厚度為T的導(dǎo)電體層之間的距離x的傳感器，所述的層沿基本上垂直穿過所述的參考軸的方向伸延，并與所述的參考點(diǎn)沿所述的軸空間分離，該傳感器包括一個(gè)配置在所述參考點(diǎn)附近的、在所述的電導(dǎo)體的第一端部和所述的電導(dǎo)體的第二端部之間延伸的細(xì)長的電導(dǎo)體，其中在所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的阻抗反映著所述的距離x，而且還進(jìn)一步包括有i.一個(gè)用于限定配置在所述參考軸附近的內(nèi)部腔室區(qū)域的剛性殼體，ii.配置在所述參考軸附近的、并與其正交的膜片，它周向支撐在所述內(nèi)部腔室區(qū)域處，從而在所述膜片的一側(cè)限定出一個(gè)第一腔室，在所述膜片另一側(cè)限定出一個(gè)第二腔室，因此膜片的中心部分可響應(yīng)施加在所述膜片上的差壓而沿所述的參考軸移動(dòng)，且所述中心部分為所述的電導(dǎo)體層，iii.一個(gè)第一部分，它包括有用于將所述第一和第二腔室中的一個(gè)流體耦合至所述的傳感器外部的第一區(qū)域的裝置。
34.一種如權(quán)利要求33所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有用于在所述的細(xì)長電導(dǎo)體中形成頻率為f的交流電流的裝置，從而產(chǎn)生與所述細(xì)長電導(dǎo)體中的所述交流電流相對(duì)應(yīng)的磁場，并在所述電導(dǎo)體層中產(chǎn)生響應(yīng)所述磁場的具有趨膚效應(yīng)的渦流電流。
35.一種如權(quán)利要求33所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)第二部分，該第二部分包括有用于將所述第一和第二腔室中的另一個(gè)流體耦合至所述的傳感器外部的第二區(qū)域的裝置，用于將所述第一部分耦合至沿著主軸伸延的一流體導(dǎo)管內(nèi)部的第一點(diǎn)處的裝置，和用于將所述第二部分耦合至所述的流體導(dǎo)管的所述內(nèi)部區(qū)域的第二點(diǎn)處的裝置，而且所述的第二點(diǎn)沿所述的主軸方向位于所述的第一點(diǎn)的下流側(cè)。
36.一種如權(quán)利要求33所述的傳感器，其特征在于所述的細(xì)長形電導(dǎo)體是一個(gè)螺旋形線圈。
37.一種如權(quán)利要求33所述的傳感器，其特征在于所述的細(xì)長形電導(dǎo)體是一個(gè)圓環(huán)形線圈。
38.一種如權(quán)利要求33所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)第二部分，該第二部分包括有用于將所述第一和第二腔室中的另一個(gè)流體耦合至所述傳感器外部的第二區(qū)域的裝置。
39.一種如權(quán)利要求38所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有用于將所述第一部分耦合至沿著主軸伸延的一流體導(dǎo)管內(nèi)部的第一點(diǎn)處的裝置，和用于將所述第二部分耦合至所述的流體導(dǎo)管的所述內(nèi)部區(qū)域的第二點(diǎn)處的裝置，而且所述第二點(diǎn)沿所述的主軸位于所述第一點(diǎn)的下流側(cè)。
40.一種如權(quán)利要求33所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)配置在位于所述電導(dǎo)體和所述電導(dǎo)層之間的所述參考軸附近的導(dǎo)電性元件，所述的導(dǎo)電性元件基本上不包括有完全閉合的圓環(huán)狀伸延的電流通路，將所述的導(dǎo)電性元件保持在一個(gè)預(yù)定電位處的裝置。
41.一種如權(quán)利要求40所述的傳感器，其特征在于所述的導(dǎo)電性元件的幾何形狀為圓形，且基本上與所述的線圈相配準(zhǔn)。
42.一種如權(quán)利要求41所述的傳感器，其特征在于所述的導(dǎo)電性元件包括有一組環(huán)形伸延的薄層。
43.一種如權(quán)利要求41所述的傳感器，其特征在于所述的導(dǎo)電性元件包括有一組徑向伸延的薄層。
44.一種如權(quán)利要求33所述的傳感器，其特征在于所述的相對(duì)于一個(gè)所述腔室的膜片的周邊是內(nèi)凹的。
45.一種如權(quán)利要求44所述的傳感器，其特征在于所述的相對(duì)于兩個(gè)所述腔室的膜片的周邊是內(nèi)凹的。
46.一種如權(quán)利要求33所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于產(chǎn)生代表所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的電感量L變化的信號(hào)的裝置，所述的信號(hào)對(duì)應(yīng)著施加在所述膜片處的所述的壓力差。
47.一種用于測量沿參考軸方向上的一個(gè)參考點(diǎn)和一個(gè)厚度為T的導(dǎo)電層之間的距離x的傳感器，所述的層沿基本上垂直穿過所述的參考軸的方向伸延，并與所述的參考點(diǎn)沿所述的軸彼此分離，該傳感器包括一個(gè)配置在所述參考點(diǎn)附近的、在所述電導(dǎo)體的第一端部和所述電導(dǎo)體的第二端部之間延伸的細(xì)長的電導(dǎo)體，其中在所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的阻抗反映著所述的距離x，而且還進(jìn)一步包括有一個(gè)彈性結(jié)構(gòu)，該彈性結(jié)構(gòu)包括有i.具有一個(gè)自由端和一個(gè)約束端的第一細(xì)長的剛性元件，ii.具有一個(gè)自由端和一個(gè)約束端的第二細(xì)長的剛性元件，iii.耦合所述第一和第二剛性元件的所述兩個(gè)約束端用的柔性元件，而且所述第一和第二剛性元件的每一個(gè)自由端均包括有一個(gè)傳感器支撐表面，所述的傳感器支撐表面彼此相對(duì)且基本上彼此平行，并且彼此之間具有間隙為g的空間間隔，從而約束著沿共同的測量軸的相對(duì)移動(dòng)，并與所述的測量軸相正交，其中所述的電導(dǎo)層配置在所述一個(gè)傳感器支撐表面處，所述的細(xì)長電導(dǎo)體配置在所述另一個(gè)傳感器支撐表面處，而所述的參考軸和所述的測量軸是基本上平行的。
48.一種如權(quán)利要求47所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于產(chǎn)生代表所述電導(dǎo)體的所述第一端部和所述第二端部之間的電感量L的變化的信號(hào)的裝置，所述的信號(hào)對(duì)應(yīng)著沿所述測量軸方向施加在所述第一和第二剛性元件處的所述的壓力差。
49.一種如權(quán)利要求47所述的傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)用于在所述的細(xì)長電導(dǎo)體中形成頻率為f的交流電流的組件，從而產(chǎn)生與所述的細(xì)長電導(dǎo)體中的所述交流電流相對(duì)應(yīng)且至少穿過所述電導(dǎo) 層的一部分的磁場，并且在所述的電導(dǎo)體層中產(chǎn)生響應(yīng)所述磁場的具有趨膚效應(yīng)的渦流電流。
50.一種如權(quán)利要求47所述的傳感器，其特征在于所述的細(xì)長電導(dǎo)體是一個(gè)螺旋形線圈。
51.一種壓力傳感器，包括有A.一個(gè)用于限定內(nèi)部腔室區(qū)域的剛性殼體，B.一個(gè)導(dǎo)電性膜片，它周向支撐在所述的內(nèi)部腔室區(qū)域處，以在所述膜片的一側(cè)限定出一個(gè)第一腔室，在所述膜片的另一側(cè)限定出一個(gè)第二腔室，而且膜片的中心部分可響應(yīng)施加在所述膜片上的差壓而沿垂直于標(biāo)稱平面的軸移動(dòng)，C.一個(gè)第一磁性組件，它配置在所述第一腔室的周邊處，并與所述膜片的所述中心部分相對(duì)，而且所述的第一磁性組件還包括有i.一個(gè)具有與所述第一腔室相對(duì)的、并且位于所述膜片相對(duì)側(cè)的第一側(cè)和位于所述第一側(cè)相對(duì)側(cè)的第二側(cè)的非導(dǎo)電性元件，ii.一個(gè)具有第一電導(dǎo)體的電感器，它在所述第一電導(dǎo)體的第一端部和所述電導(dǎo)體的第二端部之間伸延，并且與所述的非導(dǎo)電性元件的第二端部相鄰接，D.一個(gè)第一部分，它包括用于將所述第一和第二腔室中的一個(gè)流體耦合至所述的傳感器外部的第一區(qū)域的裝置。
52.一種如權(quán)利要求51所述的壓力傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)第二部分，該第二部分包括有用于將所述第一和第二腔室中的另一個(gè)流體耦合至所述的傳感器外部的第二區(qū)域的裝置。
53.一種如權(quán)利要求52所述的壓力傳感器，它還進(jìn)一步包括用于將所述第一部分耦合至沿著主軸伸延的一流體導(dǎo)管內(nèi)部的第一點(diǎn)處的裝置，和用于將所述第二部分耦合至所述流體導(dǎo)管的所述內(nèi)部區(qū)域的第二點(diǎn)處的裝置，而且所述第二點(diǎn)沿所述主軸方向位于所述第一點(diǎn)的下流側(cè)。
54.一種如權(quán)利要求51所述的壓力傳感器，其特征在于所述的第一電導(dǎo)體呈螺旋形，并配置在所述標(biāo)稱平面的附近。
55.一種如權(quán)利要求51所述的壓力傳感器，它還進(jìn)一步包括有配置在所述電導(dǎo)體和所述非導(dǎo)電性元件之間的一個(gè)電場屏蔽部件，并包括有位于所述電場屏蔽部件和所述第一電導(dǎo)體之間的非導(dǎo)電層，所述的電場屏蔽部件可以有效地阻止電場穿過，并可以允許磁場穿過。
56.一種如權(quán)利要求55所述的壓力傳感器，其特征在于所述的電場屏蔽部件是導(dǎo)電性的，且基本上不包括有完全閉合的環(huán)形伸延的電流通路。
57.一種如權(quán)利要求56所述的壓力傳感器，其特征在于所述的第一電導(dǎo)體呈螺旋形，并配置在所述膜片的附近。
58.一種如權(quán)利要求57所述的壓力傳感器，其特征在于所述的電場屏蔽部件還包括有一個(gè)幾何形狀為圓形的第二電導(dǎo)體，該第二電導(dǎo)體與配置在所述膜片附近的所述第一電導(dǎo)體基本上相對(duì)準(zhǔn)，并與參考電位電耦合。
59.一種如權(quán)利要求58所述的壓力傳感器，其特征在于所述第二電導(dǎo)體包括有一組圓環(huán)形伸延的薄層。
60.一種如權(quán)利要求58所述的壓力傳感器，其特征在于所述第二電導(dǎo)體包括有一組徑向伸延的薄層。
61.一種如權(quán)利要求56所述的壓力傳感器，其特征在于所述的相對(duì)于一個(gè)所述腔室的膜片的周邊是內(nèi)凹的。
62.一種如權(quán)利要求61所述的壓力傳感器，其特征在于所述的相對(duì)于兩個(gè)所述腔室的膜片的周邊是內(nèi)凹的。
63.一種如權(quán)利要求51所述的壓力傳感器，其特征在于所述的相對(duì)于一個(gè)所述腔室的膜片的周邊是內(nèi)凹的。
64.一種如權(quán)利要求63所述的壓力傳感器，其特征在于所述的相對(duì)于兩個(gè)所述腔室的膜片的周邊是內(nèi)凹的。
65.一種如權(quán)利要求51所述的壓力傳感器，它還進(jìn)一步包括有跨接耦合在所述第一和第二端部之間的電容器。
66.一種如權(quán)利要求65所述的壓力傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而所述的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、所述的電容器、所述的螺旋形電導(dǎo)體和所述的膜片形成為一個(gè)振蕩器。
67.一種如權(quán)利要求66所述的壓力傳感器，它還進(jìn)一步包括有一個(gè)耦合在所述振蕩器上的處理器裝置，以產(chǎn)生代表著所述第一電導(dǎo)體的所述第一端部和所述電導(dǎo)體的所述第二端部之間的阻抗的信號(hào)。
68.一種如權(quán)利要求66所述的壓力傳感器，其特征在于所述的處理組件包括有一個(gè)數(shù)字處理器。
69.一種如權(quán)利要求51所述的壓力傳感器，它還進(jìn)一步包括有E.一個(gè)配置在所述第二腔室的周邊處的、與所述膜片的中心部位相對(duì)的第二磁性組件，所述的磁性組件包括有i.一個(gè)基本上呈平面狀的、具有朝向所述第二腔室、并且位于所述膜片相對(duì)側(cè)的第一側(cè)和位于所述第一側(cè)相對(duì)側(cè)的第二側(cè)的非導(dǎo)電性元件，ii.一個(gè)具有一個(gè)第一電導(dǎo)體的電感器，它在所述第一電導(dǎo)體的第一端部和所述第一電導(dǎo)體的第二端部之間伸延，并且與所述的非導(dǎo)電性元件的第二側(cè)相鄰近。
全文摘要
一種包括有一對(duì)被支撐為標(biāo)稱平面狀的導(dǎo)電性膜片(16)分開的內(nèi)部腔室(12,14)的差壓傳感器。一個(gè)磁性組件配置在與電導(dǎo)體相對(duì)的至少一個(gè)腔室的壁處。
文檔編號(hào)G01D5/12GK1192272SQ96195863
公開日1998年9月2日 申請(qǐng)日期1996年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者D·K·布里菲爾, G·A·品托 申請(qǐng)人:塞特拉系統(tǒng)有限公司