專利名稱：用于介質(zhì)隔離壓力變換器的金屬/熱塑性塑料端口設(shè)計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實施例中通常涉及感測裝置及其方法。實施例還涉及壓力變換器。實
施例還涉及用于壓力感測裝置的端口部件。
背景技術(shù)：
許多方法和裝置已經(jīng)用于壓力感測。壓力傳感器和壓力變換器得到 廣泛的應(yīng)用。許多情況中，需要測量對變換器材料有害的或者有腐蝕性的流體 介質(zhì)的壓力，例如水、燃料、油、酸、基料、溶劑、其他化學(xué)藥品、和腐蝕性 氣體。大量的應(yīng)用中十分需要介質(zhì)兼容壓力傳感器，但是其在任何目前現(xiàn)有技 術(shù)中在滿意的耐用性、性能、或者價格特性方面是不存在的。這就需要一種具 有多種性能并且成本優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)還能夠提供目前不能實現(xiàn)的新能力的介質(zhì)兼 容壓力傳繊且件。壓力是最常見的被測的物理變量之一。雖然壓力測量器具已經(jīng)應(yīng)用 了幾十年，廉價的固態(tài)硅壓力變換器的激增導(dǎo)致壓力變換器在數(shù)量方面和應(yīng)用 類型方面得到巨大增長。多數(shù)通用的壓力變換器是使用薄的硅膜片的固態(tài)硅壓 力變換器，該薄硅片響應(yīng)于被施加的壓力而被加壓。該應(yīng)力通過形成在該膜片 上的壓電陶瓷元件來測量。壓力變換器還能由類似的使用金屬箔隔膜或薄膜壓力感測元件來形 成。在某些例子里， 一個或者兩個壓力感測隔膜是平行金屬板電容器的一部分， 其通過探測與一個承重金屬板或者多個金屬板的偏轉(zhuǎn)相關(guān)的電容變化來測量被 施加的壓力。其他的壓力測量技術(shù)包括彈簧承重構(gòu)件，其運動響應(yīng)于被施加的 壓力。還有多種其他的壓力測量技術(shù)應(yīng)用于真空壓力測量。許多不同鄉(xiāng)的壓力傳感器已經(jīng)發(fā)明出來。絕大部分的壓力變換器
通過不銹鋼室來保護介質(zhì)兼容性，使用單獨的不辦邴高膜在介質(zhì)和壓力感測元 件之間提供一個擋板。該鋼隔膜和壓力感領(lǐng)阮件之間的空體積由液體充滿，例 如硅樹脂油。當(dāng)該鋼隔膜由于外部施加的力而偏轉(zhuǎn)時，實質(zhì)上不可壓縮的流體 將該壓力傳遞到內(nèi)部壓力感測元件上，其生成一個正比于該壓力的電壓或者電 流信號。雖然這些不銹鋼組件壓力變換器被廣泛應(yīng)用，但是他們有包括相對比 較復(fù)雜和成本高的幾，點。在一些工業(yè)應(yīng)用中，可能優(yōu)選堅固的鋼室而忽略j介格，對于介質(zhì)兼 容壓力傳感器的大量應(yīng)用中鋼組件的成本高的驚人。還有，雖然很薄，但由于 鋼的高模數(shù)，鋼隔膜還是與生俱來的剛強。這就導(dǎo)致施加壓力靈敏度的丟失， 艦于變換器性能是不希望的，特別是在施加較低壓力的時候。這些類型的傳感器對于溫度也與生俱來的敏感。溫度升高引起內(nèi)部 流體膨脹。由于鋼隔膜柳蹄U，流體的壓力上升，產(chǎn)生一W昔誤的壓力讀數(shù)。 該溫度靈敏度通常由外部被動的或者主動的電子元件 行修正，這就增加了 變換器的成本。第四，不銹鋼材料在許多介質(zhì)應(yīng)用中不能滿足要求。不銹鋼材 料最終將在特定的具有惡劣的酸或者基料存在的環(huán)境中受到腐蝕。在某些應(yīng)用 中，例如在半導(dǎo)體工藝或者生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用中，即使鋼對于考慮中的化學(xué)物質(zhì) 影響是具有抵抗力，微小的痕量鋼或者可腐蝕性產(chǎn)品釋放到介質(zhì)中也是不能允 許的。還有，鋼室實質(zhì)上增加了變換器的尺寸和重量。介質(zhì)隔離于壓力變換器的例子是公知的。 一個用于壓力感測的包括 介質(zhì)兼容裝置的例子，其中介質(zhì)兼容壓力傳感器利用了不需要所述附件即可組 裝的自校準元件。另一個例子包括相對小比例的壓力感測裝置，其被設(shè)計設(shè)置 在離各種介質(zhì)最近的位置，由此來測量壓力。在這種裝置中，用于壓力感測裝 置的介質(zhì)兼容組件包括模制的聚合體室和隔膜，其裝配并且隔離壓力感測體， 在操作中接觸任何類型的腐蝕性或者非腐蝕性介質(zhì)來觀懂壓力。這種體中的 各種壓力傳感器組件室主要包括主腔，壓力傳感器安裝在其中，聚合體隔膜粘 接在主腔中的室上， 一個或者更多介質(zhì)端口在隔膜的頂靦通向壓力端口，并且 壓力傳送腔在該隔膜另一側(cè)面，壓力傳^[立于該側(cè)面上。
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另一個例子包括用于壓力感測裝置的介質(zhì)兼容組件，該組件由非腐 蝕性的、高化學(xué)阻抗材料制成。這種組件包括一個安裝有壓力傳感器的印刷電 路板的基座。密封件圍繞壓力傳自設(shè)置在電路板上并且隔膜布置在密封件上。 在這個例子中，流體端口能夠設(shè)置在基座上，結(jié)合隔膜在壓力傳 周圍形成 一個密封件。該密封件能夠通過印刷電路扳上提供的密封孔用壓力傳送液體例 如油充滿。該結(jié)構(gòu)允許壓力傳感器組件容易的用常規(guī)零件組裝并且提供一種由 高抗腐蝕性材料制成所有暴露在組件表面部分的設(shè)計。另一個介質(zhì)隔離壓力變換器包括形跡同的壓力傳感器的偏轉(zhuǎn)隔膜，
因此所有的來自傳感默卜部電路的電子元件和連銜牛與壓力介質(zhì)隔離。該偏轉(zhuǎn) 的壓力感測隔膜由半導(dǎo)體材料制成，具有布置在其上的壓電晶體管形成應(yīng)變片 來感測該隔膜的偏轉(zhuǎn)。該應(yīng)變片電阻器通過覆蓋在應(yīng)變片電阻器上的層來實現(xiàn) 介質(zhì)隔離基于上面的描述，肖g夠意識到這些現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器和變換器 裝置被大量的局限性給煩擾著。相信存在一種低成本、高精確度、旨巨夠在高溫 應(yīng)用中使用的介質(zhì)隔離壓力變換器的需要。

發(fā)明內(nèi)容
以下內(nèi)容便于理解實施例公開的獨一無二的某些創(chuàng)新的特征，而不 是用于全面描述。育g夠通過說明書、權(quán)利要求、附圖和摘要作為一個整體來得 到對實施例的各方面的全面理解。因此，本發(fā)明的一個方面是提供一個體及方法，克服上面描述的 現(xiàn)有技術(shù)的局限性。本發(fā)明的另一個方面是提供一種改善壓力傳感器裝置和方法?，F(xiàn)在fflilS里的描述來得到上面駄的方面、其他目的及優(yōu)點。公 開了一種壓力傳感器端口裝置和方法。形成了包括六邊形區(qū)域的壓力傳感器端 口。大部分糊形的區(qū)域iM包括塑料材料(例如熱塑性塑料)。此外， 一個或 者多個電子連接件和壓力傳感器端口連接，使電子連接件與被感測介質(zhì)隔離， 基于節(jié)約成本的注入模制工藝而不是用于金屬的機械加工工藝來提供壓力傳感 器端口體。壓力感測隔膜通過焊接固定在壓力傳感器端口。通常，至少50% 體積的壓力傳感器端口裝置包括塑料。這里描述的實施例可用于提供一種改進的技術(shù)，用于圍繞具有設(shè)計特征的金屬芯來模制合適的熱塑性塑料，以及提供一種用于焊接的改進技 口 使用不同的金屬線來將介質(zhì)隔離壓力變換器鎖定至所需設(shè)備。通過使用少量的 金屬料來機械加工壓力變換器的必要特征可以節(jié)約相當(dāng)大的成本。六邊形區(qū)域 的大部分端口 使用熱塑性塑料材料進行模制。對于介質(zhì)隔離壓力傳感器來說，介質(zhì)(例如氣體或者液體)不能夠
與電，電子連銜牛進行接觸。壓力感觀賑膜被焊接至膽力傳 端口以實現(xiàn)高 壓應(yīng)用。該實施例育的多被設(shè)置成保持固定隔膜的壓力傳感器端口的焊接特性。
大約50%體積的部件是塑料的，這使注射模制工藝較之用于金屬的機械加工工 藝更節(jié)約成本。壓力傳 端口育,通過^ffi金屬/塑料端口來設(shè)計介質(zhì)隔離壓 力變換器進行實施。


附圖中，相同的附圖標記代表各圖中相同元件或者功育巨相似的元件， 并且附圖被包含以形成說明書的一部分，以進一步闡述本實施例，并且與發(fā)明 詳述結(jié)合，來解釋公開的實施例。附圖1示出了壓力傳感器端口的底部視圖，其能夠依照優(yōu)選的實施 例實施；依照一個可供選擇的實施例，ffi31截面A-A附圖2示出了附圖1中 描述的壓力傳感器端口的頂部視圖；禾口依照優(yōu)選實施例，附圖3示出了如附圖1-2中描述的壓力傳 端口 的側(cè)面視圖。
具體實施例在這些非限制性的例子中論述的那些特定值和特定結(jié)構(gòu)可以被改變 并且可以僅僅是被弓l用來說明至少一個實施例，而不是來限定其范圍的目的。附圖1示出了壓力傳自端口 100的底部視圖，其能夠依照優(yōu)選實 施例來實施。壓力傳 端口 100可以配置成與壓力傳 /變換器(沒有示出) 一起i頓。依照一個可供選擇的實施例，通過截面A-A附圖2示出了附圖1中 描述的壓力傳感器端口 100的頂部視圖。依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，附圖3示 出了如附圖1-2中描述的壓力傳 端口 100的側(cè)面視圖。需要注明的是，附圖 1-3中相同的或者相似的部分或元件大體上ffiil相同的附圖標記來指明。壓力傳 端口 IOO通常包括用作基座的注射模制塑料部分IOI，通過伸出部分104與腔103組合，如附圖3中更加詳細地描述的那樣。腔103能 夠在端口 100內(nèi)部形成并且被壓力端口 100的內(nèi)部金屬件105包圍。腔103在 一些實施例中用作流體腔并且形成通過壓力端口 100的金屬件105的通路。腔 103被金屬件105包圍并且由金屬件105形成。伸出部分104育的多由金屬構(gòu)造以 在注射模制過程中允許塑料(例如熱塑性塑料)吸附。伸出部分104可以形成一個或者多個匝圈形狀。這方便了壓力傳感 器端口 100的模制。匝圈或者伸出部分104 4爐相對于六邊形基座101同心設(shè) 置。零件105通常由金屬構(gòu)成，并且被設(shè)置來圍繞通常也由金屬物形成的內(nèi)部 圓環(huán)，其通常限定在金屬部分105的內(nèi)部形成縫隙或者腔103的金屬壁。附圖3中描述的壓力傳皿端口 100引入了附圖1-2中描述的注射模 制部分或者基座101 ?；?01和壓力端口 IOO優(yōu)選由金屬或者熱塑性塑料材料 形成。通常，基座101作為六角形部分被提供給壓力傳^端口 100，并且注射 模制在金屬部分105周圍。壓力端口 100用于壓力感測應(yīng)用，當(dāng)壓力端口 100被焊接到金屬隔 膜(沒有示出)上時，肖^多形成了包括金屬隔膜和壓力端口 100的壓力感測裝 置或者壓力變換器。通過將壓力端口 100的外部金屬線焊接至一個設(shè)備，壓力 端口 100會^I多被焊接至任何這樣的設(shè)備。通過焊接壓力端口 100的外部穿線到 應(yīng)用上來實現(xiàn)焊接到任何應(yīng)用上，這里的穿線由金屬制成。因而，肯g夠通過使 用金屬/塑料端口形成介質(zhì)隔離壓力變換器來實現(xiàn)各個實施例。我們應(yīng)該理解，，公開內(nèi)容的 ，其他特征及功能、或者其替換 可能組合為許多其他不同的系統(tǒng)或者應(yīng)用中。而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員以后會 作出的目前未預(yù)見或不曾預(yù)料的替換，修改，變形或改進也應(yīng)該包含于所附權(quán) 利要求中。
權(quán)利要求
1、一種用于壓力傳感器的壓力端口裝置，包括壓力傳感器端口，包括六邊形區(qū)域，其中大部分所述的六邊形區(qū)域包括塑料材料；和提供給所述壓力傳感器端口的至少一個電子連接件，其中所述的至少一個電子連接件隔離于被感測介質(zhì)，基于節(jié)約成本的注射模制工藝而不是用于金屬的機械加工工藝來提供壓力傳感器端口裝置。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的塑料材料包括熱塑性塑料。
3、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中壓力感測隔膜艦焊接可以固定在所述 壓力傳感器端口上。
4、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中大約至少50%體積的所述的壓力傳感 器端口包括所述塑料材料。
5、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的六邊形區(qū)域包括連接所述壓力傳 鵷端口的基座。
6、 一種用于壓力傳感器的壓力端口裝置，包括壓力傳感器端口，包括六邊形區(qū)域，其中大部分所述的六邊形區(qū)域包括 熱塑性塑料；和提供給所述壓力傳麟端口的至少一個電子連接件，其中所述至少一個 電子連接件隔離于被感測介質(zhì)，基于節(jié)約成本的注射模制工藝而不是用于金屬 的機械加工工藝來提供壓力傳li^l端口裝置，使至少50%體積的所述壓力傳感 器端口包括所述的熱塑性塑料。
7、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述的六邊形區(qū)域包括連接所述壓力傳 麟端口的基座。
8、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述的壓力傳自端口包括由所述壓力 傳 端口形成的腔。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述腔包括流體可以流過的流體腔。
10、 一種形卿于壓力傳麟的壓力端口裝置的方法，包括 設(shè)置包括六邊形區(qū)域的壓力傳 端口 ； 由塑料材料形成大部分所述7^i形區(qū)域；禾口提供至少一個電子連接件給所述壓力傳感器端口，其中所,少一個電 子連接件隔離于被感測介質(zhì)，基于節(jié)約成本的注射模制工藝而不是用于金屬的 機械加工工藝來提供壓力傳感器端口裝置。
全文摘要
一種壓力傳感器端口裝置和方法，包括壓力端口，壓力端口包含六邊形區(qū)域，六邊形區(qū)域優(yōu)選包括塑料材料(例如熱塑性塑料)。另外，一個或者多個電子連接件與壓力傳感器端口相連接，因此電子連接件與被感測介質(zhì)隔離，基于節(jié)約成本的注射模制工藝而不是用于金屬的機械加工工藝來提供壓力傳感器端口裝置。
文檔編號G01L9/00GK101427118SQ200780014707
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月25日
發(fā)明者L·F·里克斯, T·T·瑟拉瑟馬利, W·S·霍弗 申請人:霍尼韋爾國際公司