隔膜式高溫高壓流動介質壓力傳感器的制作方法

專利名稱:隔膜式高溫高壓流動介質壓力傳感器的制作方法
本發明創造涉及壓力傳感器，尤其涉及隔膜式高溫高壓流動介質壓力傳感器。
由于隔膜式介質壓力傳感器的壓力信號轉換裝置遠離壓力檢測部件，因而儀器的溫飄系數小，故這種壓力傳感器在合成纖維、塑料、橡膠、石油等化工工藝制造設備上得到廣泛應用。但傳統的隔膜式介質壓力傳感器還存在如下問題，即其使用壽命不長，甚至有不到一年，或在使用期間，其測量精度下降。產生這些問題的原因，主要在壓力檢測部件的結構和其制造方法上，現有的壓力檢測部件，具有一檢測座體，其一端具有一圓柱碟狀凹腔，而所述隔膜，即彈性金屬膜片通過焊接密封蓋住此凹腔，金屬毛細管穿過檢測座體和凹腔連通，并通過焊接固定，內充滿測量液體，所述壓力檢測部件通過毛細管和壓力信號轉換裝置相連系。所述膜片通常大體制成平板狀。由于檢測座體的形成凹腔一端的外圍尺寸有一定限制，所述的膜片和檢測座體之間的焊接一般要在檢測座體的周邊上進行，且檢測座體和膜片相接觸的環形端面通常較狹窄，因此不可能在此環形端面上形成較大的圓角，這樣當傳感器工作時，膜片容易在與環形端面接觸邊緣處產生疲勞應力集中，進而產生塑性變形或裂痕，此外由于所述的焊接，包括毛細管和檢測座體之間的焊接通常采用纖焊焊接，其焊接強度不高，使傳感器不能利于在高溫高壓條件下工作，均容易在焊縫處出現裂紋而引起測量液體漏泄，從而造成儀器的測量精度下降或使用壽命降低。
因此本發明創造就是針對上述問題而提出一種壓力檢測部件結構改進的隔膜式壓力傳感器，以及還同時提出一種金屬毛細管和金屬構件的焊接方法，用來進行所述傳感器的壓力檢測部件的制造，可達到減輕或緩和膜片的疲勞應力集中和提高所述的焊接強度，從而提高壓力傳感器工作壽命的目的。
本發明創造隔膜式壓力傳感器包括壓力檢測部件和壓力信號轉換裝置，壓力檢測部件包含隔膜式壓力檢測組件，該組件包含金屬的檢測座體，彈性金屬膜片和金屬毛細管，通過此金屬毛細管和壓力檢測部件相連接的壓力信號轉換裝置。
在所述的檢測座體的上端面上形成一碟形凹腔，該凹腔具有圓柱形周緣，所述的金屬膜片具有與此凹腔形狀類似的碟形狀，但其碟形狀的深度明顯小于相應凹腔的深度，此外，膜片還具有與凹腔相同的圓柱形周緣，且要使膜片和凹腔分別在其周緣及其附近處相互嵌合，并在此檢測座體的端面上進行膜片和檢測座體間的焊接，在檢測座體端面上形成密閉的容納液體介質的腔室。
此外，金屬毛細管從檢測座體底端穿過檢測座體和所述腔室連通，并在檢測座體的上端面上進行毛細管和檢測座體的焊接。
利用本發明創造提出的焊接方法，進行所述的金屬毛細管的焊接和金屬膜片的焊接。
所述的焊接方法主要特點在于利用受到一定程度冷凍的氬氣使從需進行焊接的毛細管的一端通過，并從其另一端向外排出，以達到在焊接時冷卻毛細管，不使其迅速熔化而造成工藝麻煩，用不熔化極旋轉氬弧焊機，用電弧使金屬構件母體熔化達到熔融狀態的同時，使毛細管的相應部分逐步熔化而和金屬構件母體熔成一體，從而將毛細管牢固焊接在金屬檢測體上，此外，在焊接過程中，需進行對各焊接零件的焊接部位的清洗。
由此看出，采用本發明創造的壓力檢測組件的結構和焊接方法的隔膜式壓力傳感器，由于壓力檢測組件的檢測座體上的凹腔和金屬膜片能分別在其周邊部分及其附近相吻合，能夠在所述凹腔的底部邊緣形成較大的圓角，可減少或緩和膜片在此處的疲勞應力集中，此外還由于膜片的焊接可以在檢測座體的端面上進行，由于膜片和檢測座體分別在所述部位相吻合的結構形式，可減輕焊縫的受力，此外還由于采取母體自熔接的氫弧焊接方法，使焊接強度相對纖焊焊接強度有明顯提高，因此經實地考察表明本發明創造的壓力傳感器的工作壽命有明顯的提高。
以下結合實施例和參照附圖對本發明創造壓力傳感器結構及其制造方法作進一步闡述。
圖1為示意表示本發明創造介質壓力傳感器一實施例的總體結構配置圖。
圖2為示意表示圖1所示傳感器的壓力信號轉換裝置中的電信號發訊裝置的概略線路圖。
圖3示意表示本實施例的壓力信號轉換裝置的多層積木式外殼的結構圖。
圖4為示意表示傳統的介質壓力傳感器的壓力檢測組件的結構簡圖。
圖5示意表示本發明創造實施例壓力檢測組件的結構圖。
圖6示意表示圖5所示壓力檢測組件結構的又一實施例的結構圖圖7示意表示圖5和圖6所示結構的毛細管和檢測座體間的焊接方法的圖。
現參看圖1和圖3，由檢測座體1，膜片3和毛細管4構成的隔膜式壓力檢測組件，通過一端具有連接螺紋的連接件2可將檢測座體1密封安裝固定在被測裝備上，并通過軟管和連接件5將壓力檢測組件連接到積木式殼體18，19上(圖3)，并通過毛細管4使壓力檢測組件和壓力信號轉換裝置發生信號連系。圖1中左面的圓圈內的部分表示壓力信號轉換裝置的機械指針式顯示部分和電信號發訊裝置的信號輸入部件，9為壓力信號連接件，其一端和毛細管4形成焊接連接，其另一端和彈性元件10的一端形成固定連接，彈性敏感元件10為在一端10-1封住的異型銅管，轉換元件11和彈性敏感元件10的一端10-1固定連接，其一端和指針顯示裝置14的信號輸入端14-1固定連接，其另一端和電信號發訊裝置的信號輸入部件鐵氧體磁芯和耦合線圈12，13的信號輸入端固定連接，在所述的凹腔、毛細管4及彈性敏感元件10內充滿水銀或儀表油，這樣，當被測壓力信號通過上述密閉系統內的液體介質傳至彈性元件10，并通過轉換元件11的機械作用，使指針顯示裝置和電信號轉換裝置同時獲得反映相同被測壓力值的輸入信號。
參看圖2，本壓力信號轉換裝置的電信號發訊裝置包含一轉換電路，主要具備穩壓電源電路，高頻振蕩電路和運算放大電路，穩壓電源電路向所述振蕩電路和運算放大電路提供恒流源，被測壓力信號通過轉換元件11轉換成位移輸入量，經振蕩轉換電路和運算放大電路，和通過在所述轉換電路的輸出部分串接一負載電阻，在轉換電路輸出端可得到與被測壓力值相對應的直流電信號輸出，如在所述的轉換電路中稍經適當的元件調整可分別獲得0-5伏，1-5伏，4-20毫安，0-10毫安的直流電信號輸出，用來與當前各類二次儀表配接使用，這部分內容為該行業技術人員熟知。
參看圖3，本發明創造的壓力信號轉換裝置的殼體為多層積木式構造，本實施例由兩層圓柱形殼體構成，上層殼體18用來安裝機械指針式顯示裝置，即通常壓力表機芯，以及彈性敏感元件10，轉換元件11，鐵氧體磁芯及耦合線圈12，13，和連接件9，底層19用來安裝電信號發訊裝置的轉換電路裝置，上、下層通過相嵌，并用機械連接件組合成一體，是為了便于用戶根據需要靈活選擇使用，用戶可以選用同時帶機械指針顯示裝置和電信號發訊裝置的傳感器，或選用不帶信號發訊裝置的傳感器。
參看圖4，傳統的壓力傳感器的壓力檢測組件的檢測座和膜片3′的組合結構如該圖所示，由于通常在檢測座上端面上形成容納測量液體的腔室，因此在其端面上留下的環形平面較窄，因此在此環形平面的邊緣上不可能形成較大的圓角，且膜片3′和檢測座體間的焊接在此情況下通常要在檢測座體的周緣上進行，因此不僅存在膜片3′在靠近凹腔邊緣處容易產生疲勞應力集中的問題，而且使所述的焊縫的受力條件變得比較惡劣，給壓力傳感器的工作壽命帶來不利影響。
參看圖5，膜片3具有和檢測座1上端面上的碟形凹腔形狀類似的碟形構造，且具有圓柱形的周緣部分3-1及其延伸的部分3-2分別與所述凹腔的相應部分吻合，因此在檢測座1的凹腔底面上的所述相應部分可以形成較大的圓角，使膜片3在和檢測座1凹腔底部邊緣相接觸處產生的疲勞應力集中的問題得到緩和，此外因在此情況下，膜片3和檢測座1之間的焊接將在檢測座1的端面上進行，由于膜片3的周緣部分3-1和3-2的結構剛性因素的作用，可改善所述端面焊縫的受力條件。此外，毛細管4穿過檢測座1，在其所述碟形凹腔的底面上與檢測座1形成焊接固定連接。
圖6為膜片3的另一實施例的結構，圖中，其它情況如在圖5中所述的情況一樣，只是膜片3的底部具有多道波浪形的結構形狀，用來使傳感器適應在更高的壓力下工作。
此外，本實施例膜片3系采用含鉻、鎳、鉬、鈦不銹鋼，通過冷沖壓加工制成，金屬的檢測座1上的碟形凹腔可通過靠模車削加工制成。
參看圖7，在金屬檢測座1上通常設置兩根毛細管4，其中一根毛細管為工藝管，需在灌裝好液體介質后封住，毛細管4由含鉻鎳鈦不銹鋼材料制成，本實施例的焊接方法大體按下列步序進行，即
步序1，在檢測座1上形成多根毛細管通過孔，其直徑的選取應使毛細管4的外表面和檢測座形成緊密接觸，用化學清洗劑，例如用丙酮或無水乙醇清洗零件上的油污;步序2，使毛細管4穿過檢測座1，并使毛細管高出檢測座凹腔底面約0.5毫米，再用化學清洗劑清洗毛細管的高出部分;步序3，將略大于大氣壓，例如0.01兆巴的絕對壓力和稍加冷凍，例如0℃的氬氣，從需焊接毛細管4的一端通入，從其另一端排出。
步序4，采用不熔化極的旋轉氬弧焊機從稍遠離毛細管的焊接部位的金屬檢測座體上引弧，然后將電弧移至靠近毛細管，例如離開毛細管約0.2-0.5毫米，并使電弧在稍高出檢測座凹腔底面，例如高出約1-1.5毫米情況下，圍繞毛細管加熱檢測座體，使其達到熔融狀態;步序5，緊接步序4，當毛細管的高出部分，因檢測座體的熔融部分的熱量而逐步熔融，并和檢測座體熔成一體時，切斷和熄滅電弧。
以上各焊接步序，通常用手工進行調整，焊接電流可調整到三十安培左右，可通過啟動焊機的衰減按鈕來切斷或熄滅電弧。
在上述方法中，由于在毛細管中不斷通過稍加冷凍的氣體，使在進行焊接過程中，毛細管因受到冷卻不會急劇熔化而造成毛細管堵塞。
因此，采用這種焊接方法能確保毛細管長時間在300℃以上的高溫下，承受40兆巴左右的最大壓力而不產生液體介質經焊縫漏泄。
此外，還對采用本實施例的焊接方法進行的毛細管的焊接，和采用傳統的纖焊焊接方法進行的毛細管的焊接，分別用焊接試樣對其焊接強度進行對比試驗，試驗結果表明前者，即采用氣體冷卻毛細管的母體自熔焊，試樣承受0.65兆巴的拉力，致使毛細管被拉斷，而焊縫完好，后者，即采用纖焊的毛細管，試樣承受0.46兆巴拉力時，毛細管被從焊縫處拉出。因此前者的焊接強度明顯優于后者的焊接強度。
此外，由于本實施例的彈性金屬膜片3和檢測座1之間也采用母體自熔焊接方法，加上壓力檢測組件結構上改進因素的作用，曾分別將本實施例壓力傳感器和傳統的壓力傳感器同時放在大致相同的工作條件的使用現場進行考察，傳統的壓力傳感器只能連續工作一年左右，而對本實施例傳感器來說，表明仍能繼續可靠地工作。
本發明創造的壓力傳感器，一般在被測介質溫度為300℃以上，介質絕對壓力為35兆巴左右的工作條件，儀器制造精度可達1至1.5級，具有良好的零點溫度漂移自動補償作用，使用工頻交流電源，產生的直流電信號可與通用的各類二次儀表配接。
此外，壓力傳感器在安裝到被測設備之前，需在壓力校驗臺上進行靜態檢查和調試，其后可將壓力檢測部件安裝到被測設備上，安裝一般需使壓力檢測組件的檢測座端面和設備管道的內表面齊平，并通過彈性墊圈密封緊固，這樣待設備升溫后，無需再作調整。
此外，在上述各圖中，相同的號碼表示相同或同一的零部件。
此外，本發明創造提出的毛細管與金屬構件體的母體自熔焊接方法，也不僅能適用于壓力傳感器的制造，對其它凡是在需要進行毛細管與所述金屬構件體之間的焊接情況下，都可利用此方法來解決材料厚薄不均勻的零件之間的焊接問題，因此，凡按照此宗旨應用本發明創造的焊接方法也必將包含在本發明創造的有關方法的權利要求
范圍以內。
權利要求
1.一種隔膜式介質壓力傳感器，包括壓力檢測部件，壓力信號轉握裝置及容納壓力信號轉換裝置的殼體部件，壓力檢測部件包含隔膜式壓力檢測組件，該壓力檢測組件包含金屬的檢測座體，彈性金屬膜片和金屬毛細管，檢測座體的上端面上具有一圓柱碟狀凹腔，彈性金屬薄膜密封蓋住此凹腔，金屬毛細管的一端穿過檢測座體，和所述凹腔連通，并和檢測座體之間形成固定連接，壓力檢測部件部件通過毛細管和壓力信號轉換裝置相連接，在由毛細管和凹腔組成的封閉系統內充滿液體介質，其特征是所述的隔膜式壓力檢測組件包含的金屬的檢測座體，其上端上具有一圓柱碟形凹腔，彈性金屬膜片具有與所述凹腔形狀相類似，僅比所述凹腔淺，能嵌入所述凹腔的圓柱碟形狀。
2.根據權利要求
1所述的介質壓力傳感器，其特征是所述的殼體部件為多層積木式結構，通過嵌合和機械連接件組合連成一體，分別將壓力信號轉換裝置的各組成部分放置在不同的組合層內。
3.根據權利要求
1或2所述的介質壓力傳感器，其特征是在所述的金屬膜片的底上形成一道或多道波浪形狀。
4.一種金屬毛細管和金屬構體的焊接方法，所述的毛細管壁厚和所述金屬構體在焊接部位的材料厚度相差懸殊，其特征是所述的焊接方法包括以下步序步序1，在金屬構體上形成毛細管通過孔，該通孔的直徑使毛細管和金屬構件形成緊密接觸，用化學清洗劑清洗毛細管和金屬構體上的通孔，步序2，使毛細管的一端穿過所述金屬構體，并使毛細管稍高出此金屬構體相應端面以上，所述焊接將在該處進行，步序3，將略大于環境壓力和低于環境溫度的氬氣不斷從需焊接的毛細管的一端通入，并從毛細管的另一端排放，步序4，采用不熔化極旋轉氬弧焊機，從稍遠離毛細管的焊接部位的金屬構體上引弧，然后將電弧移至靠近毛細管，并使電弧稍高出金屬構體端面以上，圍繞毛細管加熱金屬構體，使達到融熔狀態，步序5，緊接步序4，當毛細管高出金屬構體的部分逐步融熔，并與金屬構體融成一體時，切斷和熄滅電弧。
5.根據權利要求
4所述的方法，其特征是所述步序3中的氬氣具有約0.01兆巴的絕對壓力和具有約0℃左右的溫度。
6.根據權利要求
4或5所述的方法，其特征是所述步序2中毛細管高出金屬構體端面約0.5毫米，所述步序4中電弧離開毛細管外圍約0.2-0.5毫米，電弧高出金屬構體端面約1-1.5毫米。
7.根據權利要求
4或5所述的方法，其特征是在所述步序2和3之間還具有用化學清洗劑清洗所述毛細管高出部分及其周圍的金屬構體的步序。
專利摘要
本發明創造有關高溫高壓隔膜式介質壓力傳感器，包含由壓力檢測座(該檢測座端面上具有凹腔)、金屬膜片和金屬毛細管，并通過焊接形成一體的壓力檢測組件，通過毛細管和壓力信號轉換裝置相連系。其特征是所述的膜片具有和檢測座端面上的凹腔相似的結構形狀，從而可提高儀器的工作壽命。此外還提出進行毛細管與檢測座間的焊接方法。其特征在于在焊接過程中用冷凍氣體冷卻毛細管，使毛細管焊接容易，可提高傳感器的工作壽命。
文檔編號B23K9/23GK87104155SQ87104155
公開日1987年11月18日 申請日期1987年6月9日
發明者張仁慎, 程立, 奚志良 申請人:上海第三紡織機械廠