[发明专利]具有用于接收膜应力的槽的电容式压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电容传感器，以及更具体地涉及一种包括膜片的低压电容式压力计，其构造成将膜片固定于压力表壳体内，以便消除在焊接过程中的挠曲，以及以便间隔膜片使其不受到焊接所导致应力的影响。

背景技术

电容传感器通常包括一个壳体，所述壳体包括两个腔室，即第一腔室和第二腔室，第一腔室用于容纳其压力有待测量的气体或蒸汽，而第二腔室用于容纳处于参考压力下的气体。参考压力通常由参考源或反映环境条件的环境气体来确定。两个腔室由定位于其间的挠性膜片所分离。膜片围绕其周缘固定，这样膜片将一个腔室和另一腔室通过密封隔离开来，且膜片具有一活动部分，其随着参考压力和所测得压力之间的压差而挠曲。在电容式压力计中，膜片与两个电极间隔开，一个电极通常为环形电极以及另一电极为中心电极，两个电极均与膜片活动部分的中心轴线轴向对准。电极定位于其中一个腔室内，通常是定位于含有参考气体的腔室内。当将压差施加到膜片上时，膜片相对于两个电极挠曲。通过将膜片电连接以便使其也起到电极的作用，可作为膜片和中心电极之间的电容与膜片和环形电极之间的电容之间电容差的函数来测量压差。由于参考压力已知，可以很容易地由电容测量来确定所测量的压力。

电容式压力计的压力测量范围部分地由膜片与环形电极和中心电极之间的间距来确定。在零位置，膜片的表面必须是平坦的且尽可能地平行于环形电极和中心电极。因此，有待测量的压差越低，那么需要将膜片相对于环形电极和中心电极更紧密地固定于传感器壳体内，以便给所考虑的压力范围提供最大的信号动态范围。这导致需要甚至更大的平行度。因此在将膜片固定于壳体内之前必须更加小心地搭接膜片表面，以便使其尽可能地平坦。另外，必须小心地将膜片固定于壳体内，从而确保膜片相对于环形电极和中心电极的合适位置和平行。膜片通常形成为传感器压力测量子组件的一部分，并随后焊接到包含环形电极和中心电极的参考子组件上。然而将膜片焊接到位会由于焊接中产生的应力而导致膜片挠曲，从而导致间隙变化。由于膜片将不会再是完全平坦的，因而挠曲引入一些不平行度。这对于用于测量相对低压差的传感器而言是特别关键的，其原因在于在膜片和环形电极与中心电极之间需要非常窄的间隙。

已知使用诸如电子束焊接和激光焊接的各种技术来提供具有降低的应力的焊接，但实施这种技术是相对昂贵的。使用诸如钨极气体保护电弧焊（GTAW）或等离子焊接的相对不太昂贵的技术会导致将更大的应力施加到膜片上。类似地，由于将膜片相对于壳体固定而使得膜片不经受挠曲是困难的，因此降低膜片厚度以适应较低压力是困难的。因此，理想的是如此构造传感器以至于膜片可固定于传感器壳体内，其中在传感器被组装好之后令人满意地保持膜片的平坦度以及膜片与环形电极和中心电极每一个之间的间隙间距。

发明内容

根据一方面，传感器组件包括壳体组件；电极装置；以及膜片，所述膜片具有固定到壳体组件的固定部分和响应于施加到膜片相对两侧上的压差可相对于电极装置移动的活动部分。所述膜片的固定部分相对于所述壳体组件的至少一部分固定于一个或多个位置处；以及至少一个槽在所述膜片相对于所述壳体组件固定的多个位置和活动部分之间形成于所述膜片的固定部分内，以便减小所述膜片活动部分上的任何应力。

根据另一方面，电容传感器组件布置成相对于参考压力来测量压力。所述电容传感器组件包括：壳体组件；相对于所述壳体组件牢固地固定的电极装置；以及挠性膜片，其具有（a）活动部分和（b）相对于所述壳体组件固定在一个或多个位置处的固定部分。所述壳体组件以彼此间隔开的关系支撑着所述膜片和电极装置，使得所述膜片的活动部分响应于施加到所述膜片活动部分相对两侧上的压差来相对于电极装置挠曲。所述膜片包括在所述膜片相对于所述壳体组件固定的多个位置和活动部分之间的至少一个槽，以便减小所述膜片活动部分上的任何应力。

根据另一方面，提供构建下述类型传感器组件的方法，所述传感器组件包括壳体组件；电极装置；以及膜片，所述膜片具有固定到所述壳体组件的固定部分和响应于施加到所述膜片相对两侧上的压差可相对于电极装置移动的活动部分。所述方法包括将所述膜片的固定部分相对于所述壳体组件的至少一部分固定于一个或多个位置处；以及在所述膜片相对于所述壳体组件固定的多个位置和活动部分之间在所述膜片的固定部分内形成至少一个槽，以便减小所述膜片活动部分上的任何应力。

附图说明

参照附图来进行下述说明，其中在全文中，具有相同参考字符标记的元件表示相同的元件，在附图中：

图1是结合改进结构的电容传感器组件的一个实施例的横截面视图；以及