[发明专利]基于谐振频率的压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及在工业过程控制系统中使用类型的压力变送器。更具体地，本发明涉及一种在压力变送器中使用的压力传感器。

背景技术

压力变送器在工业过程控制系统中用于监测过程流体的压力。压力变送器包括连接到过程流体并提供响应过程流体施加的压力的输出的压力传感器。一种众所周知类型的压力变送器为可从Chanhassen，Minnesota的Rosemount股份有限公司获得的Model 3051变送器。例如，在美国专利第5,094,109号中也显示了压力变送器。

在测量压差的许多设备中，还常常需要获得管路压力测量值(即，管或管道中的过程流体的压力)。例如，管路压力可以用于确定过程流体的质量流或者用于其它控制应用。然而，当除了压差测量之外还需要管路压力测量时，典型地需要另外的压力传感器。该另外的压力传感器需要额外的部件并连接到过程流体。这些额外部件导致增加了复杂性和费用，并且增加出现故障的可能性。

进一步地，许多压力感测技术通过隔离结构连接到过程流体，所述隔离结构使用暴露于过程流体的隔离膜片和将压力传感器连接到隔离膜片的隔离填充流体。该隔离结构可能潜在性地成为过程装置中的误差、复杂性和潜在故障的来源。

发明内容

一种用于感测过程流体的压力的压力传感器，所述压力传感器包括暴露于过程流体的压力的传感器主体。传感器主体响应于所述压力变形。由传感器主体悬挂的膜片具有响应于传感器主体的变形而改变的张力。膜片的谐振频率被测量。测量的谐振频率指示管路过程流体的压力和隔离填充流体系统的完整性。除测量谐振频率之外，振动模式本身可以用作用于评定传感器健康状态(health)的诊断工具。

附图说明

图1是根据本发明的压力传感器的横截面立体图；

图2是从施加到图1的传感器的压力口的压力的结果显示图1的压力传感器的横截面图；

图3是包括声源的压力传感器的横截面图；

图4是包括根据本发明的压力传感器的过程变量变送器的横截面图；以及

图5A-5F显示根据本发明的中心膜片的示例性谐振模式。

具体实施方式

本发明涉及在工业过程控制系统的压力变送器中使用类型的压力传感器。对于本发明，压力传感器被设置成包括可变形传感器主体。膜片安装到传感器主体。当主体变形时，膜片的谐振频率改变。谐振频率可以被测量，并且可以确定所施加的压力。

图1为根据本发明的一个实施例的压差传感器10的立体横截面图。压力传感器10为压差传感器结构的一个实例，并且包括延伸通过传感器主体23的压力连接器26。传感器主体由半单元46和48形成，并且包括金属和玻璃合成物。传感器10内的空腔25承载填充流体。可移动膜片16横过空腔25延伸并被构造成响应施加的压差而移动。电极(电容器极板)20A和20B被布置在传感器10的空腔25中。连接到电极20和膜片16的电连接装置40用于测量电极20与膜片16之间的电容。该电容随着膜片响应施加的压力移动而变化，并且可用于确定施加的压差。该压差测量值可以用于确定管或管道中的流量。

根据本发明，谐振声换能器96(图3中所示)连接到压力传感器10的可变形压力传感器主体23，并且被构造成使膜片16谐振，所述膜片的频率响应于过程流体的管路压力变化。电极20A和20B可以用作谐振拾取器并在下面更详细地说明。

当压差通过压力连接器26施加到传感器主体23时，除膜片16的运动之外，传感器主体23的整体形状还响应于管路压力变化。传感器主体的这种形状变形将改变膜片16的谐振频率。膜片的谐振频率可以根据任何适当的技术来测量。例如，声换能器(源)可以用于使膜片16谐振。接着可以通过测量电极20A和20B与膜片16之间的电容的变化来发送膜片的谐振频率。

以下方程式用于推算预加应力膜的谐振频率：

fn=λij2σρA]]>(方程式1)

其中：

f_n＝膜的固有频率(Hz)