[发明专利]感应压差的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及传感器，更具体而言，涉及共振差压传感器(resonantdifferential pressure sensor)。

背景技术

传统差压传感器设计来用于确定传感器两侧之间的压差。举例而言，传统差压传感器通过评价两个相关区域的压力对传感器的一个或多个部件的净效应，来检测两个区域之间的压差。当在苛刻的工业环境中使用时，传统压力传感器通常要求较坚固的结构。例如，如果差压传感器暴露于压力较高和/或温度较高的环境，则压力传感器的暴露部件则得益于足够坚固以耐受这些条件的结构。

然而，对于这些传统差压传感器，有利于在这种高压(即苛刻)环境中工作的特征和属性可对传感器的分辨率造成负面影响。即，例如足够坚固以耐受高压环境的传统差压传感器不能够检测两个相关区域之间量级小于环境压差的压差。例如，足够坚固能够耐受5000磅/平方英寸(psi)及以上压力的共振差压传感器通常不具有足够的分辨能力以检测例如+/-10psi的压差。这是因为传统共振压力传感器在压力传感器隔膜之间的密封腔内包含真空，因而在高压作用于各隔膜的情况下，隔膜可趋于凸向内。

因此，需要可提供具有高分辨率的差压感应能力并且例如耐受高线压的压力感应系统和方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供差压感应系统。该系统包括膜层和至少一个共振梁，该膜层中具有径向延伸的通道并且包括径向设置在通道之外的一个或多个腔，该至少一个共振梁设置在通道中并以所需频率振荡。该系统还包括用于检测指示膜层中变形的至少一个共振梁的振荡。

在本发明的另一种实施方案中，提供差压传感器，该差压传感器包括固定支撑结构体(fixed support structure)和连接到固定支撑结构体上的第一膜层和第二膜层。第一和第二膜层共同在其中限定至少一个腔。该传感器还包括设置在腔内并以共振频率振荡的共振构件，以及接合在第一和第二膜层上并连接到共振构件上的一个或多个台面。台面用于将第一膜层中产生的变形传递给第二膜层和至少一个共振构件。

在本发明的替换性实施方案中，提供差压传感器的制造方法。该方法包括在固定支撑结构体中设置包括第一通道的第一膜层并且在该固定支撑结构体中设置包括第二通道的第二膜层，使得第一膜层和第二膜层形成膜并且第一通道和第二通道形成闭合通道。该闭合通道延伸至膜的外围部分。该方法还包括在闭合通道和在膜的外围部分内蚀刻的一个或多个腔内可滑动地设置至少一个共振梁。一个或多个支柱在膜外围部分处的该一个或多个腔内支撑至少一个共振梁。

结合附图，根据本发明优选实施方案的下述详细说明，这些和其它优势和特征将更加易于理解。

附图说明

图1为本发明示范性实施方案的差压感应系统的示意图；

图2为本发明示范性实施方案的差压传感器的截面图；

图3为本发明示范性实施方案的差压传感器的分解图；

图4为本发明示范性实施方案的差压传感器的截面图；

图5为本发明实施方案的差压传感器的截面图。

具体实施方式

在随后的段落中，将详细说明在工业系统内测量压差的方法。此后说明的方法提供并便于高线压环境中的高分辨压差的测量。如本领域技术人员所理解的，并且作为前提，线压为独立作用于隔膜的压力，并且作用于隔膜两个表面(在单隔膜差压传感器中)或作用于两个隔膜(在双隔膜差压传感器中)的线压之间的差称作压差。此后结合附图，仅举例而言，说明本发明的各个方面。

总体上参考图1，参考总体表示为标记10的压力感应系统说明压力感应方法。然而，应当理解的是，下述压力传感器可应用于各种装置和系统，用于所述压力感应的应用仅为这样的一种应用。图1图示工业用具有差压传感器12的示范性压力感应系统10的示意图。举例而言，工业应用包括但不限于布管应用、石油钻采应用、船只和化学制造应用中的压差测量，这里仅举出了其中一些例子。工业应用还可包括管线、压力舱、流体设备(flow device)或类似应用。就本讨论而言，如本领域技术人员所理解的，差压传感器12设置在工业设备14例如压力舱、流体设备、泵管(pump line)、混合室或类似应用中。