专利名称：压力传递装置以及具有该压力传递装置的压力测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于压力传递装置的分离膜以及具有这种分离膜的压力传递装 置，此外还涉及一种具有这种压力传递装置的压力测量设备。
背景技术：
压力传递装置用于将测量介质的压力通过液压路径传导到压力传感器。为此压力 传递装置通常具有一个压力传递装置主体，分离膜通过环形的焊接点压密地固定在该压力 传递装置主体上，在密封膜与压力传递装置主体之间形成一个压力传递装置室。液压路径 从压力传递装置室延伸穿过压力传递装置主体到达压力传感器，以向该压力传感器施加介 质压力，这个介质压力作用在分离膜的背离压力传递装置的外侧面上。封闭在液压路径和压力传递装置室内的传导液体(通常包含油)由于依赖于温度 的体积膨胀而引起分离膜位置的改变。这里需要注意的是，常见的压力传感器(比如半导 体传感器或者电容传感器)的测量部件依赖于压力的偏转极其小，以至于大多数情况下在 压力测量设备的测量范围内传导液体的依赖于压力的体积变化可以忽略，并且分离膜的由 温度决定的位置能很好地近似描述其用于测量操作的真实位置。由于分离膜是弹性构件，当分离膜的位置移动时，其偏转会在处于分离膜外侧面 上的测量压力PX和压力传递装置室内的室压Pk间引起一个附加的压力dp。特别是在测量 范围很小的时候，这个压力dp = px-pk远远超过实际压力传感器的测量误差。dp = px-pk的绝对值实际上并不重要。因为如果这个值是恒定的，那么可以在测 量时对其进行很好的补偿。问题在于，dp随着分离膜的偏转而改变，并且改变的量随着dp 的绝对值而增加。因此存在许多方法减小压力dp。工业过程测量技术已经使用了冲压成波浪形状的特殊分离膜。这种膜虽然在小偏 转时可能比平的膜要硬，但是总的来说具有更大的偏转。德国专利DE19946234C1公开了一种用于压力传递装置的膜，这种膜具有一个圆 形的中央面以及边缘上的一个用于夹紧的边缘面，二者通过彼此同心布置且在轴向上彼此 偏移的阶梯状的环面连接在一起，其中各个环面相对于一个与膜平面平行的平面交替地径 向向里或径向向外倾斜，其中每个环面以倒圆半径通过阶梯过渡到下一个环面。分离膜的这种构造会导致分离膜的由热膨胀引起的运动(也就是其平衡位置的 改变)对应于由传导液体的体积膨胀引起的分离膜的工作点的移动。根据在专利申请文献DE10031120A1中公开的一种相似的方法，基体和固定在其 上的分离膜的热膨胀系数，以及压力传导介质的热膨胀系数彼此匹配，从而使得传导液体 的由热引起的体积变化可以通过将分离膜的静止位置移动到分离膜和压力体之间的压力 传递装置室中而得到吸收。以上所描述的两种方法理论上都很吸引人，但是在实践中的应用非常有限，因为 它们都是以传导液体、分离膜以及压力传递装置主体之间的热平衡为前提的。过程测量技术中的大多数应用都不能满足这种假设，以至于上述结构在温度突变时引起的测量误差甚 至比不具有依赖于温度的调节功能的传统分离膜的压力测量结构更大。在欧洲专利文献EP1114987B1中考虑了有关由分离膜偏转引起的压力的另一种 观点。这个文献的目的不是使分离膜对压力的影响消失，而是使这种影响线性化。为此提 供了 一种具有环形梯形面的膜，其梯形面各自通过45 °的斜面互相连接。对压力p(T)的线性化基于以下想法，即，此后基于对温度的了解应该可以对压力 P(T)进行简单的补偿。然而在大多数不存在热平衡的情况下，测定决定传导液体实际体积 的有效温度花费很大。根据在专利申请文献DE102005023021A1中公开的另一种完全不同的方法，压力 传递装置上的分离膜应该具有至少两个平衡位置，并且压力传递装置的工作点在合适的温 度区间内一直位于这两个平衡位置之间。但是这意味着，分离膜是双稳定的，并可能出现推 夹现象，正如在DE1015^81A1中讨论过的那样。按照DE102005023021A1的描述，首先利用波浪模板对膜进行冲压，其中环形的波 浪交替呈现Hl和H2的高度；然后利用冲具在轴向对膜进行顶锻，通过顶锻使材料从具有较 大高度Hl的波形线径向挤压到具有较小高度H2的波形线处。这会导致分离膜的内部区域 能够得到至少两个不同的静止位置。之后在理想情况下将通过液体利用恰好一定量的压力 使得在两个静止位置之一的方向上基本没有回复力产生作用，因为膜在这个工作点上表现 得如同无回复力的膜。这种想法初看很吸引人，但是它没有考虑到无回复力的条件只在平衡位置得到满 足，并且处于平衡位置之间的膜总是力求达到能量最有利的最近的平衡位置，这可能导致 压力P出现滞后或推夹现象。在对具有不同尺寸和冲压模板的分离膜进行直径和材料厚度的选择时，为了性能 比较常常使用一个如下定义的无量纲的压力P
权利要求
1.压力传递装置，包括具有上表面的压力传递装置主体(20)，和分离膜(10)，其沿着环形的密封面与压力传递装置主体00)压密地连接， 其中，在压力传递装置主体00)的上表面和分离膜(10)之间形成压力室，该压力室的 体积V由分离膜的位置决定，其中，分离膜(10)具有材料厚度h且具有由密封面限定的面积为A的可偏转的工作区域，其中，分离膜(10)具有冲压而成的轮廓(13)，其中，分离膜(10)具有参考位置，在此参考位置上压力室包含参考体积V&， 其中，分离膜能够从参考位置开始在两个方向上至少偏转一定程度，使得压力室的体 积能够在直至Δ Vsoll的值之间变动，其中，体积变化△ V与一个无量纲的偏转量w相关联，w定义为w ( Δ V) = (3 · Δ V) / (Α · h)，其中，测定 AVsoll 以得到 Iw(AVsoll) ^ 2. 5 ；其特征在于对于所有满足 | (Δν)| 彡 ι W，(Δν) I 且其中 I W，(AV)彡 0.5* I W(AVsq11) I 的 w(AV),分离膜都具有附加的非轴对称偏转模式，该偏转模式叠加在w ( △ V)的轴对称偏转 上，其中，特别地，非轴对称偏转模式的偏转在Iw(AV) I =0. 4* I W(AVsoll) I时至少是非轴 对称偏转模式的最大偏转的0. 3倍，优选至少0. 4倍，进一步优选至少0. 5倍。
2.根据权利要求1所述的压力传递装置，其中，非轴对称偏转模式包括一个近似反对 称偏转模式，通过函数zaS(r，(p，Δ V)对所述反对称偏转模式进行定义zas(r, φ，AV) = -zas(r, φ+180。，AV)其中，ZaS(r，(p, Δ V)的值由分离膜的上表面的一点的实际ζ坐标和该点在分离膜的对 称偏转时的ζ坐标的差得到zas(r, φ, AV) := z(r, φ, AV) - zs(r, φ, AV),其中，选择函数zs(r，Cp，Δ V)使得zas(r，(p，AV)的平方在工作区域的平面上的积分 为最小值。
3.根据权利要求2所述的压力传递装置，其中，如果在用于|zas(r， φ, Δν) I最大值的给定的Δν的情况下，能够满足以下对于与严格反对称 的偏差的标准，那么这个偏转模式仍然被看做是反对称的，这个标准是: [|zas(r, φ，AV)+ zas(r, φ+180。，AV)|] / [|zas(r, φ, AV)- zas(r, φ+180°, AV)|] < 0.2， 特别地< 0. 1，优选< 0. 05。
4.根据权利要求2或3所述的压力传递装置，其中，反对称偏转模式具有无量纲的最大 偏转k，k被定义为k = maximum(|zas(r，φ, AV)- zas(r, φ+180ο，Δν)|) |/h)， 这里有|k|彡2，最好|k|彡3。
5.根据权利要求4所述的压力传递装置，其中，当分离膜的偏转w小于+/-0.2ws。n，特别是小于0. lws。n，优选小于0. 05wsoll时，反对称偏转模式的最大偏转出现在分离膜的参考 位置附近。
6.根据权利要求4或5所述的压力传递装置，其中，对于反对称偏转模式的最大偏转k 还满足Ikl彡6，最好是|k|彡5，进一步优选|k|彡4。
7.根据前述任一权利要求所述的压力传递装置，其中，对于无量纲压力ρ'满足IP (W (Vsoll)) -P (w (- Δ Vsoll)) ι / ι w ( Δ Vsoll) -W (- Δ Vsoll)彡(| w ( Δ Vsoll) +2)*2,最好彡(Iw(AVsoll) |+2)，特别优选彡(Iw(AVsoll) I+2)/2。
8.根据前述任一权利要求所述的压力传递装置，其中，对于所有满足 Iw 彡(|w(AVsoll)-0. 2 的 w，无量纲压力 ρ 都满足 p(w+0. 2)-ρ (w-0. 2)) /0.4^ (|w|+2) *2，最好彡(|w|+2),特别优选彡(+2)/2。
9.根据前述任一权利要求所述的压力传递装置，其中，分离膜的轮廓具有平的中央区 域，这个区域被一个具有优选同心的波浪线的波浪状区域围绕。
10.根据前述任一权利要求所述的压力传递装置，其中，波浪线的幅度从里向外先减 小，直至最外面的波浪线幅度又变大。
11.根据权利要求10所述的压力传递装置，其中，与最外面的波浪线相接的波浪线的 幅度大约是与中央区域相接的波浪线的幅度的1/3至2/3。
12.根据权利要求11所述的压力传递装置，其中，除最外面的波浪线之外，波浪线的最 大幅度不超过4h，最好是不超过池，进一步优选不超过池。
13.根据权利要求9至12之一所述的压力传递装置，其中，除最外面的波浪线之外，波 浪线的波长从一条波浪线到下条波浪线的变化不超过20%，最好不超过10%。
14.压力传感器，包括液压的测量装置，这个测量装置包括具有压力转换器的压力测量单元以提供依赖于压 力的电信号或光信号；其中测量装置具有至少一条液压路径和至少一个根据前述任一权利 要求所述的压力传递装置；并且其中通过至少一条从压力传递装置的压力室延伸到压力测 量单元的液压路径能够对压力测量单元施加至少一个压力。
全文摘要
压力传递装置包括压力传递装置主体(20)和分离膜(10)；在压力传递装置主体(20)和分离膜(10)之间形成压力室，压力室的体积V由分离膜的位置决定；分离膜(10)具有材料厚度h且具有面积为A的工作区域；分离膜(10)具有一个参考位置，在此位置上压力室包含参考体积Vref，并且分离膜是可偏转的，从而可以使压力室的体积在Vref±ΔVSoll的范围内变动；无量纲的偏移量w(ΔV)与体积变化ΔV相关联，w(ΔV):＝(3·ΔV)/(A·h)；测定ΔVSoll以得到|w(ΔVSoll)|≥2.5；对于所有满足|w(ΔV)|≤|w′(ΔV)|且其中|w′(ΔV)|≥0.5*|w(ΔVSoll)|的w(ΔV)，分离膜都具有附加的非轴对称的偏转模式，它叠加在w(ΔV)的轴对称偏转上；非轴对称的偏转模式在|w(ΔV)|＝0.4*|w(ΔVSoll)|时至少是非轴对称的偏转模式的最大偏转的0.3倍。
文档编号F16J3/02GK102099604SQ200980127740
公开日2011年6月15日 申请日期2009年6月23日 优先权日2008年7月16日
发明者伊戈尔·格特曼, 迪特尔·丰肯 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司