CN1401073A - 无油压差传感器 - Google Patents

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迈克·A·鲁特斯
迈克·G·罗蒙
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Abstract

提供了一种用于测量两种流体(不要求隔离流体)之间的一个压差的压力传感器(10)。这种压力传感器包括一个拥有一个外边界的隔膜支撑部件(12)以及耦合于那里的隔膜。隔膜(16A，16B)的移动为一个可移动部件(20)的移动。可以感应到这一移动，以确定所施加的压差。使用一个壁板把耦合部件结合于外边界。壁板从外边界的相反的朝外的表面凹进。把第一和第二隔膜放置在隔膜支撑部件的相反的侧上，把每一隔膜结合于外边界和耦合部件。

Description

无油压差传感器
技术领域
本发明涉及压差传感器。更具体地说，本发明涉及根据隔膜偏转测量压力的压差传感器。
背景技术
压力传感器用于测量压力。压差传感器的配置旨在响应一个压差，即两个压力之间的差。
一种用于测量压差的技术是通过一个可偏转的隔膜测量压差。把一个第一压力施加于隔膜的一侧，把一个第二压力施加于隔膜的另一侧。隔膜的偏转正比于所施加的两个压力之间的差。可以通过配置隔膜使其可作为一块电容器板测量隔膜的偏转。隔膜组件的电容值随隔膜的位置而改变。因此，可以把电容值与隔膜的位置关联起来，反过来，隔膜的位置代表了施加于隔膜的压差。
压力传感器常操作于严酷的环境。这样的环境可能导致通常十分精密的高精度压力传感器中的故障。一种已用于隔离压力传感器的技术是把压力传感器与其压力将被测量的流体(也叫做“过程流体”)隔离开来。这样的一种技术使用了一个隔离隔膜，其中过程流体位于隔离隔膜的一侧，隔离流体位于另一侧。隔离流体接触压力传感器隔膜。当过程流体的压力变化时，作为响应，隔离隔膜偏转，这一偏转可使压力方面的变化通过隔离流体传递到传感器隔膜。然而，隔膜中的隔离流体可能引入压力测量方面的误差，并可能随时间而变化，或由于加热或其它外部影响而变化。另外，流体还可能随时间而渗漏，这可能导致流体量的减少或填充受到过程流体的污染的流体。
发明内容
提供了一种用于测量不要求隔离流体的两种流体之间的压差的压力传感器，这种压力传感器包括一个拥有一个外边界的隔膜支撑部件和耦合于那里的隔膜。隔膜的移动为一个可移动部件的移动。可以感应到这一移动，以确定所施加的压差。使用一个壁板把耦合部件结合于外边界。壁板从外边界的相反的朝外的表面凹进，第一和第二隔膜放置在隔膜支撑部件的相反的侧上。把每一隔膜结合于外边界和耦合部件。
附图说明
图1是根据一个实施例的一个压力传感器的侧断面图。
图1A是描述根据另一个实施例的一个压力传感器的部分放大了的侧断面图。
图2和图3是图1的压力传感器的部分顶视图。
图4是另一个压力传感器的侧断面图。
图5和6是图4的压力传感器的诸部分的顶视图。
图7是根据另一个实施例的压力传感器的断面图。
图8是根据另一个实施例的压力传感器的断面图。
图9和10是图8的压力传感器的诸部分的顶视图。
图11是一个压力传感器的透视图。
图12是图11的压力传感器沿标记为12～12的线的断面图。
图12A、12B以及12D是图11的压力传感器的诸部分的顶视图。
图12C是图11的压力传感器的一个示意图。
图13是根据另一个实施例的压力传感器的顶视图。
图14是图13的压力传感器的沿标记为13～13的线的侧断面图。
图15是图13的压力传感器的部分放大了的顶视图。
图16是形成于图13的压力传感器的部件之间的距离的一个图示说明。
图17是根据另一个实施例的一个压力传感器的侧断面图。
图18是一个压力变送器的简化了的示意图。
图19是一个压力变送器的侧断面图。
具体实施方式
10处指示了无油压力传感器的一个第一实施例。总体上，压力传感器10包括两个拥有腔14的隔膜支撑结构12。把隔离器隔膜16A和16B安装在隔膜支撑结构12相反的侧上，而在所说明的实施例中，把部分18A和18B固定在一起，以形成一个在腔14中延伸的刚性耦合可移动部件20。另外，把隔离器隔膜16A和16B加以固定，并把隔膜支撑结构12固定于外边界或外边界或边框22A和22B上，以形成朝腔14中的一个轴15开放并围绕该轴的环形空腔24A和24B。环形空腔24A和24B在每一隔离器隔膜16A和16B的相反的表面以及隔膜支撑结构12之间提供了空间。反过来，这将允许隔离器隔膜16A和16B响应压力P1和P2中的差相对隔膜支撑结构12偏转，同时提供固有的超程保护。通过部分18A和18B形成的刚性耦合可移动部件20把隔离器隔膜16A和16B耦合在一起形成，并替代了一个通常在压差传感器中使用的一种不可压缩的流体。
隔膜支撑结构12和隔离器隔膜16A和16B定义了一个空腔26，空腔26包括腔14以及环形空腔24A和24B，可完全使其与外部环境相隔离并加以封闭。可以把空腔26的内部排空，或用一种惰性气体加以填充。然而，不必排空空腔26，可以把其保留在计示压力上。由于空腔26基本上被隔离，所以环境条件中的变化将对安装在空腔26中以测量隔离器隔膜16A和16B相对隔膜支撑结构12的位移的感应元件有较少的影响。另外，灰尘颗粒也不容易进入空腔26。
在所说明的实施例中，一个电容感应设备28提供了一个指示信号，指示每一隔离器隔膜16A和16B相对于隔膜支撑结构12的位移。电容感应设备28包括形成电容器31和33的金属化环电极30A、30B、32A以及32B。由于通过耦合部件20把隔离器隔膜16A和16B刚性地耦合在一起，所以金属化环电极30A和30B所形成的电容器31的电容值以与金属化环电极32A和32B形成的电容器33的电容值相反的方向变化。
应该加以理解的是，电容感应设备28只不过是一个用于测量隔离器隔膜16A和16B相对于隔膜支撑结构12的位移的合适的传感器。也可以使用其它的电容感应设备。可以使用的其它合适的感应设备包括可操作地耦合于隔离器隔膜16A和16B与/或隔膜支撑结构12的压阻或压电应变计、光或声感应设备，如所理解的那样。
图1A描述了金属化环电极30A和30B的一个配置的另一个例子。如图1A中所说明的，一个槽口区23形成于边框22A中以及一个补偿的横档形成在可移动部件20中，分别各带有电极30B和30A。这一配置是一种典型的配置，因为对于可能引入隔膜中的局部化偏转的误差这一配置是不敏感的。这样的局部化偏转可响应一个大的绝对压力而出现，并且与压差无关。这些局部化偏转可导致图1中所示的配置中的误差。然而，在图1中所示的实施例中，电极30A，30B是这样定位的：电容值仅对可移动部件20的移动是敏感的。
较佳的做法是至少令隔离器隔膜16A和16B由不磨损的抗化学的材料制造，以使隔离器隔膜16A和16B能够直接接收将被测量的过程流体，例如，隔离器隔膜16A和16B可由一种单晶金刚砂制造，例如由含有铬的“蓝宝石”或“红宝石”制造。隔膜支撑结构12也可由与隔离器隔膜16A和16B一样的材料加以制造，并能够以与用于形成这些部件的材料的熔点更低的温度直接熔接黏结于边框22A和22B上的隔离器隔膜16A和16B。当使用单晶材料(例如蓝宝石)时，压力传感器10的最终结构呈弹性而且不具有磁滞。此外，由于隔膜支撑结构12和隔离器隔膜16A和16B是由相同的材料形成的，所以因不同热膨胀率所引发的应力得以最小化。其它合适的材料包括尖晶石、锆氧砂以及硅。如果材料是导电的，那么可以使用一种电绝缘材料，例如一种氧化物。
把边框22A和22B直接黏结于相应的隔离器隔膜16A和16B通常要求每一个黏结表面呈原子级光滑状态。附接的一种可选的方法包括在边框22A和22B与/或在隔离器隔膜16A和16B的相反的表面上沉淀一种玻璃或合适的金属焊料(较佳的做法是令这种玻璃或合适的金属焊料拥有一个类似于隔膜支撑结构12和隔离器隔膜16A和16B的热膨胀系数)。通过施加热量和压力，例如在一个排空的压力下，在边框22A和22B与相应的隔离器隔膜16A和16B之间形成一个密封。由于密封在边框22A和22B与隔离器隔膜16A和16B之间形成一个界面层，所以不要求原子级光滑的表面。
在所说明的实施例中，隔膜支撑结构12包括一起分别固定在平表面42A和42B上的基本上同样的基部件40A和40B。每一个基部件40A和40B分别包括一个光圈44A和44B，把它们互相对齐，以形成腔14。通过在外边界22A和22B之下以及在光圈44A和44B周围的基部件40A和40B上提供凹进的表面46A和46B，形成环形空腔24A和24B。分别把金属化环电极30B和32B提供在凹进的表面46A和46B上。参照图2，把一个合适的通道或凹槽48提供在每一基部件40A和40B中，以允许把一个导电的引线50从金属化环电极30B和32B延伸到压力传感器10的一个外边缘。
图1和3说明了隔离器隔膜16A。金属化环电极30A包括一个贯穿提供在基部件40A(图2)中的一个凹槽55延伸的导电的引线54。与基部件40A和40B一样，较佳的做法是令隔离器隔膜16A与隔离器隔膜16B基本上一样。在这一方式中，仅两种专门的部件(即隔离器隔膜16A和16B与基部件40A和40B)需要制造和装配，以形成压力传感器10。如这一领域中的熟练技术人员所领悟到的，如果希望的话，基部件40A和40B可以为简单的材料块，而隔离器隔膜16A和16B拥有相应的边框，以形成环形空腔24A和24B。
如果压力传感器10由蓝宝石或其它类似的晶体材料形成，那么一种适合的制造方法将包括首先微加工隔离器隔膜16A和16B与基部件40A和40B(或隔膜支撑结构12，如果把基部件40A和40B整体地结合在一起)。合适的微加工技术包括湿或干的化学刻蚀、以及离子或超声波研磨技术。然后，可以通过一系列手段，例如，无电镀、蒸发或喷涂，把金属化环电极30A、30B、32A以及32B沉淀在隔离器隔膜16A和16B以及基部件40A和40B上。另外，任何或所有金属化环电极30A、30B、32A、32B、以及以下所描述的电极，可以包括注入离子的导电层或部分。
然后，可以通过首先把隔离器隔膜16A固定在基部件40A上，接着把隔离器隔膜16B固定于基部件40B上，安装压力传感器10。然后，可以把基部件40A和基部件40B沿表面42A和42B加以固定，也将通过把部分18A固定于部分18B形成耦合部件20。使用独立的基部件40A和40B(以后把它们黏结在一起)具有特别的优点，因为仅需在每一个部件(隔离器隔膜16A和16B、以及基部件40A和40B)的一侧上进行加工。
应该认识到：出于以上所讨论的原因，尽管较佳的做法是令隔离器隔膜16A和16B基本上为同样的，但如果希望的话，可以对隔离器隔膜16A和16B进行不同的加工。例如，部分18A和18B可具有不同的长度，以致于部分18A和18B之一可在腔14之中或腔14之外进一步延伸。
图4～6说明了根据本发明的一个第二实施例的一个压力传感器70。相应于图1～3中的部件的那些部件，以相同的参照数字加以指示。简而言之，第二实施例不同于第一实施例的地方在于，前者具有一个感应设备72，以提供一个指示输送管压力P1和P2的输出信号。
在所说明的实施例中，感应设备72包括两个由金属化环电极80A和80B以及82A和82B形成的电容器。金属化环电极80B和82B分别为基部件40A和40B的凹进的表面，而金属化环电极80A和82A分别提供在隔离器隔膜16A和16B的平表面上，以面对金属化环电极80B和82B。金属化环电极80A和80B所形成的电容器感应或测量相对于隔膜支撑结构12的隔离器隔膜16A的部分73A的位移。相类似，金属化环电极82A和82B所形成的电容器感应或测量相对于隔膜支撑结构12的隔离器隔膜16B的部分73B。由于固定或加固了隔膜支撑结构12，所以相对于隔膜支撑结构12的部分73A或73B的偏转提供了对输送管压力P1和P2的一个指示。如果希望的话，可以把金属化环电极80A和82A提供在隔离器隔膜16A和16B的合适的凹槽中。
图5是一个设计图，说明了根据相应于金属化环电极30B的基部件40A的金属化环电极80B的位置。金属化环电极80B包括间隔开的导电的引线88A和88B，以允许金属化环电极30B的导电的引线50在其间延伸。相类似，按图6中所说明的定位金属化环电极80A，而且还包括在导电的引线54的各侧上的间隔开的导电的引线90A和90B。如果希望的话，可以把合适的电路连接于金属化环电极80A的间隔开的导电的引线90A和90B，以测量其电阻，并提供一个关于隔离器隔膜16A的温度的指示，因而提供了一个对施加压力P1的过程流体的温度的指示。在所说明的实施例中，隔离器隔膜16B和基部件40B分别与隔离器隔膜16A和基部件40A基本上一样，因而，可以把金属化环电极82A用于提供对施加压力P2的过程流体的温度的一个指示。
图7在94处说明了根据本发明的一个第三实施例的一个压力传感器。相应于图4中的部件的那些部件以相同的参照数字加以指示。简而言之，第三实施例不同于第二实施例的地方在于，前者具有加强的隔离器隔膜16A和16B。具体地说，每一个隔离器隔膜16A和16B分别包括一个增加了厚度的中心区域96A和96B，以最小化高输送管压力的影响。部分18A和18B分别从中心区域96A和96B延伸，较佳的做法是令它们整体地形成在那里。
图8～10中，在100处指示了一个无油压力传感器的一个第四实施例。总体上，这一无油压力传感器100包括一个拥有一个刚性耦合部件104的隔膜支撑结构102。  把隔离器隔膜106A和106B安装在隔膜支撑结构102和刚性耦合部件104的相反的侧上。每一隔离器隔膜106A和106B包括增加了厚度的中心区域103A和103B，以减少高输送管压影响。隔膜支撑结构102包括一个外边界或边框108。把隔离器隔膜106A固定于外边界108的一个表面108A以及刚性耦合部件104的一个表面104A。相类似，把隔离器隔膜106B固定于外边界108的一个表面108B以及刚性耦合部件104的一个表面104B。
在这一实施例中，无油压力传感器100包括3个主要部件，隔膜支撑结构102以及隔离器隔膜106A和106B。因此，仅有两组熔接黏结需要加以制造，以便装配无油压力传感器100。具体地说，在104A和108A处形成的一个第一组熔接黏结把隔离器隔膜106A分别固定于刚性耦合部件104和外边界108。在104B和108B处形成的一个第二组熔接黏结把隔离器隔膜106B分别固定于刚性耦合部件104和外边界108
基本上如在先前的实施例中所看到的那样，定位金属化环电极30A、30B、32A、32B、80A、82A、以及82B。图9以举例的方式说明了金属化环电极30B和80B的位置，其中为导电的引线50、88A以及88B提供了一个凹槽或通道105。当然，类似地构造拥有金属化环电极32A和82B的隔膜支撑结构102的一侧。图10说明了隔离器隔膜106A上的金属化环电极30A和80A的位置。为导电的引线54、90A和90B提供一个凹槽或通道109(图9)。以与隔离器隔膜106A基本上一样的方式构造隔离器隔膜106B。
图8和9中还说明了本发明的另一个方面，其中，隔膜支撑组件102包括至少一个薄壁板112，薄壁板112从外边界108延伸，以整体地把刚性耦合部件104结合于外边界108。在把隔离器隔膜106A和106B黏结于刚性耦合部件104期间，壁板112使刚性耦合部件104就位。如果希望的话，如这一实施例中所说明的，使一系列壁板112从外边界108的不同的位置延伸。在一个可选的实施例中，一个整体的薄壁板或盘(未在图中加以显示)可完整地围绕刚性耦合部件104加以延伸，并可用于取代各壁板112。
在所说明的实施例中，壁板112从与外边界108整体地形成在一起的一个凹进的支撑120延伸。凹进的支撑120还支持金属化环电极30B和32B。
如果希望的话，可在把隔离器隔膜106A和106B固定于刚性耦合部件104之后，打碎任何或所有壁板112，以便减少抗偏转度。可以使用超声搅动或激光去除壁板112。
图11和12中说明了本发明的一个无油压差124的一个第五实施例。压差传感器124包括一个拥有一个腔127的隔膜支撑结构126。把隔离器隔膜128A和128B安装在隔膜支撑结构126的相反的侧上，并拥有部分129A和129B，部分129A和129B被固定在一起，以形成一个在腔127中延伸的刚性耦合部件130。仍参照图12A，使用至少一个(较佳的做法是使用一系列)薄壁板132把部分129A整体地结合于隔离器隔膜128A的一个外边界部分131A。壁板132减少了隔离器隔膜128A的抗偏转度，允许其更容易地偏转。另外，当把隔离器隔膜128A和128B固定在一起并固定于隔膜支撑结构126时，壁板132把部分129A与部分129B对齐。类似地构造隔离器隔膜128B。在把隔离器隔膜128A和128B固定于隔膜支撑结构126之后，把压力接收帽134A和134B(将在以下加以描述)分别固定于隔离器隔膜128A和128B。然后可以把壁板132打碎，以便把刚性耦合部件130与隔离器隔膜128A和128B分隔开来。
一个电容感应设备136测量刚性耦合部件130的位移。电容感应设备136形成两个等价的电容器135A和135B，它们拥有作为P1和P2之间的压力差的一个函数的相反变化的电容值。
参照图12、12A、12B、以及12C，电容器135A包括一个形成在隔膜支撑结构126上的第一电极137A、一个形成在隔膜支撑结构126上的第二电极137B、以及一个形成在隔离器隔膜128A的部分129A上的第三电极137C。如图12C中所说明的，电极137A～137C形成了两个电容器139A和139B。电容器139A和139B一起等价于一个单电容器，这一单电容器拥有一个响应相对于隔膜支撑结构126的刚性耦合部件130的位移而变化的电容值。
在所说明的实施例中，电极137A包括一个形成在部分129A周围的金属化环。电极137C面对电极137A和137B，图12B中对它们进行了说明。电极137A和137B的导电的引线141A和141B分别贯穿隔膜支撑结构126中的凹槽143A和143B加以延伸。通过按以上所描述的方式形成系列连接的电容器139A和139B，电容器135B拥有形成在同一表面上的输出端(导电的引线141A和141B)。
类似于电容感应设备136A形成电容感应设备136B。把一个第一电极145A提供在隔膜支撑结构126上，把一个第二电极145B提供在隔膜支撑结构126上，以及把一个第三电极145C提供在部分129B上。
在一个可选的实施例中，隔膜支撑结构126包括基本上同样的基部件148A和148B，把它们一起固定在由虚线149所表示的平表面上。
压力接收端帽134A和134B形成了本发明的另一个方面。参照压力接收端帽134A，一个应力释放环形槽或凹槽150A把压力接收端帽134A分隔成一个弯曲的组件151A和一个外边界或边框153A。弯曲的组件151A包括一个板部分154A、一个把板部分154A结合于外边框153A的圆锥形管155A、以及一个把板部分154A结合于隔离器隔膜128A的部分129A的中心耦合部件156A。如所说明的，较佳的做法是通过使用一个第二环形凹槽159A把平板部分154A、圆锥形管155A、以及中心耦合部件156A与外边框153A整体地形成在一起。图12是一个设计图，说明了压力接收端帽134A。以与压力接收端帽134A基本同样的方式形成压力接收端帽134B，其中，一个环形槽150B提供了一个弯曲的组件151B和一个外边框153B。相类似，一个第二环形凹槽159A形成了一个板部分154B、一个圆锥形管155B、以及一个中心耦合部件156B。
压力接收端帽134A和134B提供了应力隔离和偏转放大。0-环162A和162B、或其它合适的连接手段，例如一个钎接，分别啮合外边框153A和153B，并提供了密封，以包含分别施加压力P1和P2的过程流体。提供应力隔离，是因为弯曲的组件151A和151B可以相对于外边框153A和外边框153B移动。由于伴随圆锥形管155A和155B的相应偏转的中心耦合部件156A和156B的压缩，会出现偏转放大。
隔膜支撑结构126、隔离器隔膜128A和128B、以及压力接收端帽134A和134B均可以使用以上就先前的实施例所讨论的任何材料形成。在一个优选实施例中，压力接收端帽134A和134B由Lucalox形成，Lucalox是一种多晶铝陶瓷材料，可得于康涅狄格Fairfield的GE公司。与其它材料相比，例如与蓝宝石相比，Lucalox比较便宜。另外，这种材料可以铸造或加工。
图13、14、15、以及16说明了本发明的一个无油压力传感器的第六实施例，总体上在180处加以表示。总的来说，无油压力传感器180包括一个隔膜支撑结构182与隔离器隔膜186A和186B，隔离器隔膜186A和186B分别接压力P1和P2。隔膜支撑结构182包括一系列光圈188，刚性耦合部件190通过它们延伸，并固定于隔离器隔膜186A和186B。图15是一个单光圈188和一个单耦合部件190的放大了的设计图。回过头来参照图14，隔离器隔膜186A和186B还分别固定于表面192A和192B上的一个外边界192上。
一个超停部件194形成在隔离器隔膜186A和186B的可移动的部分下的隔膜支撑组件192中。超停部件194包括一系列光圈188，刚性耦合部件190通过它们延伸。提供了一个合适的感应设备196，以测量隔离器隔膜186A和186B相对于超停部件194的位移。在所说明的实施例中，感应设备196包括两个电容器197A和197B。电容器197A包括一个电极198A，电极198A形成在超停部件194的至少一部分上，面向隔离器隔膜186A。较佳的做法是令电极198A包围超停部件194上的一系列光圈188中的多个光圈。一个可移动电极198B形成在隔离器隔膜186A的一个表面200上，较佳的做法是采用相应于超停部件194上的电极198A的模式的关于光圈188的一个模式。在一个外边界或边框203中的表面192A之下凹进合适的通道，以允许电极198A和198B的导电的引线延伸到隔膜支撑结构192的一个外边缘。
以类似于电容器197A的方式形成电容器197B，以测量隔离器隔膜186B相对于超停部件194的位移。类似于电极198A，把一个电极202A提供于超停部件194的一个表面上，以面向隔离器隔膜186B的一个内表面204。一个电极202B形成在隔离器隔膜186B的内表面204上，并面向电极202A。合适的通道提供在外边界203中，允许导电的引线从电极202A和202B延伸到隔膜支撑结构192的外边缘。
与图8和9中的实施例一样，总体上在206处加以指示的薄外壁，在把隔离器隔膜186A和186B紧固于刚性耦合部件190期间，使刚性耦合部件190就位。为了便于解释，一系列壁板206的壁板206A的一个子集从外边界203延伸，并与一系列刚性耦合部件190的刚性耦合部件190A一个子集整体地形成在一起。在所说明的实施例中，通过从超停部件194的其它位置延伸的壁板206，使其余的刚性耦合部件190就位。沿刚性耦合部件190的长度，壁板206的位置可按所希望的加以变化，然而，较佳的做法可能是把壁板206定位在每一耦合部件190的中心，以当使用一种晶体材料(例如蓝宝石)形成隔膜支撑结构192时在加工和刻蚀期间保持刚性耦合部件190的对称性。但是，如果把壁板206较近地定位在耦合部件190的每个端点上，可减小抗偏转度。为了进一步减小无油压力传感器180的抗偏转度，在把隔离器隔膜186A和186B黏结于每一刚性耦合部件190之后，去除或打碎壁板206。可以使用超声搅动或激光去除壁板206。如果把壁板206定位在每一耦合部件190的一或两个端点处，能够更容易地去除壁板206。
如以上所陈述的，可以使用一种晶体材料(例如蓝宝石)制造隔膜支撑结构192，其它合适的材料包括红宝石、锆氧砂、硅、碳化硅陶瓷、锆、氧化陶瓷、金属陶瓷，尖晶石以及金属(例如不锈钢)。在一个优选实施例中，隔离器隔膜186A和186B的形成使用了与隔膜支撑结构192所使用的同样的材料，尽管这样做是不必要的。然而，如果隔膜支撑结构192和隔离器隔膜186A和186B由不同的材料加以制造，那么较佳的做法是令这些材料具有类似的热膨胀系数，以最小化所引入的应力影响。
由于与超停部件194的接触，隔离器隔膜186A或186B的位移受到限制。尽管内表面200和204与超停部件194的相应的表面之间的距离可始终为常数，但在一个优选实施例中，这一距离的变化近似于隔离器隔膜186A和186B的球面偏转。图16A以图形的形式说明了形成在超停部件194和每一隔离器隔膜186A和186B之间距离。在图16中，在部分211处可看到最大距离，而在部分212处可看到最小距离。相继增加的距离提供在超停部件194与每一隔离器隔膜186A和186B之间，其中，具体地说，部分213拥有一个大于部分212的距离；部分214拥有一个大于部分213的距离；部分215拥有一个大于部分214的距离；以及部分216拥有一个大于部分215，但小于部分211的距离。应该加以注意的是，耦合部件190拥有与表面192A和192B处于同一平面的端点，这简化了制造过程。
图17说明了无油压力传感器218的一个可选的实施例，其中在隔离器隔膜224A和224B中提供了深度不断变化的凹进的表面220A和220B。在这一实施例中，隔膜支撑结构226的表面和刚性耦合部件228的端点也基本上处于一个平面上。
可以使用任何合适的技术制造这些结构。在这一领域，各种加工、刻蚀和沉淀技术是人们所熟悉的，并可用于制造这种压力传感器。
以上所描述的本发明的无油压差传感器的每一实施例都包括形成至少两个等价的电容器上的电极，以形成P1和P2之间的压力差。图18是一个压力变送器的简化的示意图。这一压力变送器拥有一个用于感应施加于以上所描述的任何一个压力传感器的压差的电路400。电路400包括第一电容器C1，例如电容器31，以及一个第二电容器C2，例如电容器33。电容器C1由一个方波生成器402加以驱动，而第二电容器C2由一个方波生成器404加以驱动。把一个低噪音差分放大器406的一个反向输入连接于电容器C1和C2的非驱动板，把低噪音差分放大器406的一个非反向输入连接于电接地装置。低噪音差分放大器406拥有通过一个电容器408的负反馈，并拥有来自电容器C1和C2的流入和流出反向输入的电荷ΔQ。差分放大器406的输出是一个代表微分电容值的方波，通过A/D转换器410把其转换成一个数字格式。在电路400中，ΔQ给定如下：
ΔQ＝VPPIN(C1-C2)                      方程1
     以及放大器输出为：
VPPOUT＝ΔQ/C2＝VPPIN(C1-C2/Cr)        方程2
电路400只不过是一个用于测量电容器C1和C2的电容值的合适的电路。也可以使用其它熟悉的电路。
把来自转换器410的输出提供于接口电路412。接口电路412连接于一个4～20mA的电流回路414，并以一种数字或模拟格式把数字信号A/D转换器410提供给电流回路414。接口电路412还把能量提供给来自电流回路414的电路400。接口电路412还能够接收命令，例如那些遵照HART通信标准的命令。
也可把电路400用于测量输送管压力电容器的电容值。在图18中，电容器CLP1代表用于测量压力P1的电容，而电容器CLP2用于测量压力P2。为了测量输送管压力，操作模拟交换器416A、416B和416C，以把输送管压力电容器CLP1和CLP2以及一个已知的参照电容器CR连接于方波生成器402和404以及差分放大器406。操作模拟交换器418，以启动对电容器CLP1或CLP2的测量。当然，施用先前所提到的方程，其中C1由CLP1或CLP2所取代，C2由CR所取代。
图19说明了一个适合于支持任何先前所描述的本发明的无油压差传感器的压力变送器450。在这一图中，在452处指示了本发明的无油压差传感器的一个实施例。分别通过合适的管路454A和454B把压力P1和P2流体地直接耦合于压力传感器452。与它们的直径相比，管路454A和454B相对长一些，以在压力传感器452和支架部件456之间提供应力隔离。较佳的做法是令管路454A和454B由一种合适的防腐蚀材料制造，这种材料拥有类似于压力传感器452的热膨胀系数。例如，如果压力传感器452由蓝宝石制造，那么管路454A和454B可由蓝宝石、氧化铝、或合适的金属或合金制造。
通过合适的抗腐蚀钎接(在458A和458B处指示的)把管路454A和454B固定于支架部件456。较佳的做法是令由双箭头460所指示的一个路径长度足够长，以提供抗腐蚀能力。通过一种高抗腐蚀金属(例如铂、铱)电镀涂层可进一步保护钎接458A和458B。使用在464处指示的合适的加固装置把一个过程连接器或凸缘462固定在支架部件456上。凸缘462包括可连接于输送准备被测量的过程流体的过程输送管的装配部件466A和466B。
使用在470处所指示的一个抗腐蚀连接把管路454A和454B附接于压力传感器452。抗腐蚀连接470可以为一个钎接，其中一个脱离这一钎接、暴露于过程流体的内表面由电镀的铂、铱或其它合适的金属加以保护。抗腐蚀连接470也可以为传感器452与管路454A和454B之间的一个熔接黏结。另外，抗腐蚀连接470还可以为一种基于一个陶瓷材料涂层的喷射的溶胶-凝胶，例如基于用于在由蓝宝石制造的压力传感器452与由蓝宝石或氧化铝制造的管路454和454B之间进行一个结合的氧化铝溶胶-凝胶。
本发明的无油压差传感器和相应的压力变送器的一个特别的优点是，不要求中间隔离器隔膜测量压力P1和P2。这大大简化了设计，并降低了制造成本。
把一个过程挡板472安装在支架部件456中，以形成一个空腔474。如果任何流体连接失败，空腔474可防止过程流体逃离支架部件456。空腔474可以为真空的、用惰性气体填充的、或用其它合适的材料填充的。馈通476A、476B、476C以及476D提供了跨越过程挡板472的电气通路，把压力传感器452连接于电路板478。如果希望的话，来自压力传感器452的两条引线可制造成公共的，于是这将仅要求3个馈通。如果压力传感器452包括输送管压力传感器，那么附加的馈通可能是必需的。
电路板478接收来自与压力P1和P2相关的压力传感器452的电信号。电路板458包括差分放大器406、A/D转换器410、以及其它合适的设备，以数字化和处理这些信号。电路板478使用数据总线480把压力信息传送给接口电路412。把电路板478支撑在支架部件456的一个上部分482中。一个第二支架部件484与支架部件456相匹配，以形成一个包封。当希望的时侯，可去除的盖子486A和486B提供了对接口电路412存取权。
尽管已参照优选实施例对本发明进行了描述，但这一领域中的熟练技术人员将会领悟到：在不背离本发明的构思与范围的情况下，可对本发明进行形式与细节上的修改。

Claims (22)

1.一种用于测量两种流体之间的一个压差的压力传感器，这种压力传感器包括：
一个隔膜支撑部件，拥有一个外边界和一个贯穿地形成于那里的开口；
一个第一隔膜，通过支撑部件覆盖开口的一侧；
一个第二隔膜，通过支撑部件覆盖开口的其它一些部分；以及
一个可移动部件，贯穿开口延伸，并耦合在第一和第二隔膜之间，其中，可移动部件响应施加于第一和第二隔膜之间的压力的一个差而移动。
2.权利要求1的压力传感器，其特征在于，把第一和第二隔膜结合于隔膜支撑部件的外边界。
3.权利要求1的压力传感器，包括在第一隔膜上的一个电极和在隔膜支撑部件上的一个电极，其中，第一隔膜的偏转导致第一和第二电极之间的电容值方面的一个变化。
4.权利要求1的压力传感器，包括装载在可移动部件上的一个第一电极和装载在隔膜支撑部件上的一个第二电极，其中，第一和第二电极之间的一个电容值与隔膜支撑部件中的可移动部件的移动相关。
5.权利要求2的压力传感器，包括至少一个其配置旨在拥有一个响应第一隔膜中的一个局部化偏转而变化的电容值的附加电极。
6.权利要求1的压力传感器，其特征在于，通过一个壁板把耦合部件结合于隔膜支撑结构的外边界，壁板从外边界的相反的朝外的表面凹进。
7.权利要求1的压力传感器，其特征在于，隔膜支撑部件包括一个把耦合部件结合于外边界的一个不同部分的第二壁板。
8.权利要求7的压力传感器，其特征在于，隔膜支撑部件包括一个结合于壁板和外边界之间的支撑，这一支撑从朝外的表面凹进。
9.权利要求8的压力传感器，还包括一对儿电容位移传感器，以测量隔膜相对于隔膜支撑部件的位移，每一个电容位移传感器包括一个放置在支撑上的第一电容器板和一个放置在面向第一电容器板的相应隔模的一个表面上的第二电容器板。
10.权利要求1的压力传感器，其特征在于，隔膜支撑部件包括在相反的端点处结合于第一和第二隔膜的一系列耦合部件，每一个耦合部件具有一个把耦合部件结合于外边界的壁板。
11.权利要求1的压力传感器，其特征在于，隔膜支撑部件包括一个结合于外边界并向内延伸的过停部件，其配置旨在限制第一隔膜的移动。
12.权利要求11的压力传感器，其特征在于，过停部件拥有与每一隔膜相间隔的相反的表面。
13.权利要求1的压力传感器，其中，隔膜支撑部件包括一个凹槽，第一隔膜的一部分紧靠凹槽偏转。
14.权利要求12的压力传感器和一个用于测量第一隔离器隔膜的一部分的偏转的感应设备。
15.权利要求14的压力传感器，其中，感应设法包括一个放置在凹槽中的隔膜支撑结构上的电容电极，以及一个放置在第一隔离器隔膜的一部分上的第二电容电极。
16.权利要求1的压力传感器，其特征在于，隔膜支撑结构包括蓝宝石。
17.权利要求1的压力传感器，其特征在于，第一和第二隔膜通过熔接黏结耦合于隔膜支撑部件。
18.一个过程变送器包括一个根据权利要求1的压力传感器。
19.权利要求1的压力传感器，其特征在于，第一隔膜和可移动部件为一个整体。
20.权利要求1的压力传感器，其特征在于，第一和第二隔膜直接接触一种过程流体。
21.一个用于测量和感应两种流体之间的一个压差的过程控制系统中的压力变送器，该变送器包括：
一个压力传感器，包括，
一个隔膜支撑部件，拥有一个外边界和一个耦合部件，耦合部件放置在外边界的内侧，并通过一个壁板结合于外边界，壁板从外边界的相反的朝外的表面凹进；以及
放置在隔膜支撑部件的相反的侧上的第一和第二隔膜，每一隔膜结合于外边界和耦合部件，其中第一隔膜接收第一压力，第二隔膜接收第二压力；
一个感应设备，可操作地耦合于压力传感器，以提供一个指示第一压力和第二压力之间的一个压力差的输出信号；以及
接收回路上的输出信号和变送信息的电路。
22.权利要求21的压力变送器，其中，感应设备包括一个电容感应设备。
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