專利名稱：低費用居中安裝的電容式壓力敏感元件的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及壓力傳感器。更具體地說涉及一種可變電容式壓敏元件和一居中安裝在周邊安裝的膜片上的可移動的電極。
已知有種類廣泛的傳感器能將流體的壓力或力轉變為膜片的運動，再轉變為對應于并可測量壓力或力的電信號。有一種傳感器已被證實用之有效，它能在所施壓力的廣闊范圍內，牢固而高度準確地用電容方法測量膜片的運動。膜片形成間隙可變電容器的一塊板，而一或多個電極形成另一塊板或另外幾塊板。
授予本申請人及其共同發明人的美國專利3,859,575號(1988.05.03的復審證號為B1 3,859,575號)中曾說明一種電容式傳感器用的成功的敏感元件，其中有一塊電極板以其中心安裝在膜片的中心上。這種布置對給定的膜片運動，可促進電容的變化，提高傳感器的準確度。這種布置并可改善熱響應，防止由于熱應力而造成的電容漂移。因為它具有較短的傳熱途徑，可對溫度改變作出快速響應。除了這些優點外，同時還能滿足其他的重要設計目標如對機械沖擊和振動的抗力以及低的磁滯。
雖然’575敏感元件已被證實是成功的，但它不能有效地滿足需要，我們需要的是一種準確、牢固而又可靠的敏感元件，并且制造費用要足夠低，能夠用在大量用途上如汽車、越野車輛、壓縮機和許多其他工業用途。主要缺點為膜片和其他零件如電極安裝材料的機加工費用過高。在’575專利的

圖1、3和4所示的實施例中，配件和膜片都需鏜孔并制出螺紋，在膜片上需用機加工制出一個凸臺，至少在高壓用途上需要這樣做，在膜片上還需用機加工制出一個抗磁滯槽。膜片的鏜孔和制出螺紋特別重要，因為它夾持著帶螺紋的螺桿從而使定位片和電極定位，以便用螺帽來固緊這個組合件。要達到這個精度水平，對于大量低費用的用途來說，采用數控機加工又太費了。除了這些機加工費用外，這些實施例要求將電極構造成為組合件，設有內介電環以便在膜片和電極之間提供電絕緣。另外，定位片是一個固定的間隔用元件，它被固緊在膜片和電極的組合件上。這在膜片變形時會產生高度的摩擦，從而又會產生磁滯。抗磁滯環雖能控制磁滯，但該環需要膜片具有一定的厚度并且要求進行另外的機加工來制出這個環。對于低壓的用途，要將一個極薄的膜片機加工到給定的厚度并足夠地平坦，事實證明是很費錢的。
‘575專利的圖2示出一個居中安裝設計的低費用型式的早期嘗試。膜片由金屬片沖壓而成，具有中心的平坦部分，周邊被夾緊在一個連接件的端頭上并用O形環予以密封。有一安裝柱用點焊固定在平膜片部的中心。電極為一整體的、只是由金屬制成的零件，具有一個扁平而成環形的外周部和一個包圍安裝柱的中心圓筒形部。用環氧樹脂把中心安裝柱和圓筒形部連接起來，這樣便可為電極提供機械支承和電絕緣。
雖然這種配置可以免去圖1、3和4中實施例的機加工費用，但它具有其他嚴重的缺點以致使它不能在商業上應用。就高壓用途而言，例如5000到10000磅/方英寸(344.74到689.48巴)的高壓，需要有一厚的膜片以便抗拒相當大的、積聚起來的流體力。在彎曲時膜片內的應力集中在其中心和其周邊。在經過操作的多次反復循環后，在這些點上的高應力能損害運動的可反復性，或使該構造垮掉，例如使安裝柱到膜片的焊接裂開或在周邊被夾緊的金屬邊發生疲勞。就低壓用途而言，膜片必須相當薄以便能跟蹤壓力的變化。采用圖2中的膜片時，這個薄的膜片對安裝柱和裝在其上的電極體的側向旋轉缺乏抗力。這個機械的彈性質量系統具有一個低的自然頻率；它極易受沖擊和振動的影響。
另一個嚴重的缺點是用來將電極裝在安裝柱上的膠粘劑同時又被用來作為可變電容器之間的板與板之間的電絕緣。圖2中的構造采用臨時的定位片。然后施加膠接劑，待它于固后再抽去定位片。合適的能介電的膠粘劑為有機材料如同在’575專利中指定的環氧樹脂。但環氧樹脂和其他有機膠接劑并不是高質量的絕緣體，它們的介電常數在長時間中并不穩定，并且在大氣環境如周圍溫、濕度發生變化時也不穩定。這是一個嚴重的問題，因為在安裝柱和電極之間用環氧樹脂充填的間隙的電容與進行測量的間隙的可變電容并聯。因此環氧樹脂內介電性能的變化會在測出的壓力上產生誤差。雖然如同玻璃那樣的材料的穩定性要高得多，但由于它要在高溫下才能熔化以致它不能在裝配時實際地被用作膠接劑。
因此本發明的一個主要目的是要提供一種可變的、居中安裝的電容式敏感元件，它具有極低的制造費用，同時又可保持居中安裝設計的良好效能特性，而這種居中安裝設計原來是以比較費錢的、需要高度機加工的零件為其特征的。
另一個主要目的是要提供一種牢靠的敏感元件和感知方法，它們具有對沖擊、振動和大氣環境如濕度和溫度的變化抗拒的能力，不管是在周圍環境中，還是突然遇到，還是經過長時間的漂流。
另一個目的是在提供上述敏感元件和感知方法時并不采用固定的定位片。
還有另一個目的是所提供的敏感元件和使用方法能高度抗拒材料的疲勞。
還有另一個目的是所提供的敏感元件和使用方法能在從最低到最高的整個壓力范圍內使用。
再有另一個目的是在提供上述敏感元件時只需低水平的制造和裝配技能。
能夠達到上述這些目的的本發明的低費用的電容式壓力傳感器用的敏感元件采用一個固定在一連接件上的膜片，該連接件將液體導向膜片的一側，由于液體的壓力使膜片變形。膜片的構造使中心的應力被隔離開來，不能從膜片和設在膜片中心的安裝組合件之間的接頭上傳遞出去。在一高壓的實施例中，膜片的中心部分具有較大的厚度。在一較優的中、低壓的實施例中，所采用的薄的膜片具有一個中心的杯狀凹坑。在這兩個實施例中，膜片都是用周邊安裝在配件上的壁厚減薄的區域內或與膜片整體形成的裙邊內。壁厚的減薄可使在膜片中心的運動增強，而使在膜片和連接件之間的接頭上的應力減弱。
安裝組合件包括一個中心的金屬柱，其頭部對接地焊接或用其他方法裝配在膜片的中心。在一較優的實施形式中，在柱端面上有一金屬突起，它能在電流作用下汽化并產生電弧將柱焊接在膜片上。有一金屬頸圈同心地包圍在柱的外面，并在軸向上與膜片間隔開。用高質量的無機介電質如玻璃將柱和頸圈粘合并連接在一起。柱和頸圈是用適合的材料制成的，如一種鐵合金，其熱膨脹系數與玻璃十分相配。采用這種安裝組合件便可用熔化的玻璃作為電絕緣。比起’575的現有技術，在該技術中熔化的玻璃還不是一個實際可用的材料，這是一個重大的改進。玻璃和鐵合金的熱膨脹系數并不需要完全相等。熱膨脹系數的不一致能使玻璃預先被壓縮成為一個壓縮接頭。
電極可用一薄層可流動的膠粘劑如環氧樹脂或用軟焊料固定在頸圈上。對于高準確度的用途以后者為好。初始的膜片到電極的間隔距離是由一個可切走的定位片設定的，在施加膠粘劑或軟焊料并讓它干固后，便可切走定位片。由于沒有固定的定位片和任何機械的夾緊裝置，在操作時的摩阻力和磁滯便可減少。電極最好由金屬片沖出成為一個單獨的、整體的零件。在金屬到玻璃到金屬的組合件中玻璃能可靠地提供與膜片的電絕緣。在溫度和濕度發生變化時，玻璃的介電系數能保持高度穩定。
玻璃間隔件的軸向位置以及在玻璃間隔件兩個反對側上的熱運動途徑的軸向零件的長度是這樣選定的，使對于一個給定的操作溫度范圍，沿著這兩條熱運動途徑的軸向長度雖然發生變化，但在電極和膜片之間的間隙卻可不受影響而得出一個凈計為零的變化。
從將壓力轉變成電容值來測量液體壓力的過程看，本發明包括下列步驟(i)使液體施加在一個周邊安裝的膜片的一側，將液體壓力轉變成為沿著第一方向的機械運動，(ii)將一電極以通常為均勻間隔一個距離的方式支承在膜片的中心，這個間隔距離對給定的所施加的液體壓力來說為一恒定值，(iii)使膜片的中心部分具有剛度從而使所說運動產生的應力與所說中心安裝組合件隔離開，(iv)用高度穩定的介電質使膜片與電極在電路上絕緣，及(v)將電極膠粘到所說安裝組合件上。另外一些步驟包括將安裝組合件用一個對接柱和膜片的金屬到金屬的焊接固定到膜片上，使鄰接膜片到支承接頭的支承結構具有柔性從而卸除運動時在膜片內的周邊應力，以及在一預先選定的溫度范圍內提供自動的溫度補償，辦法是調節無機介電質在第一方向上的位置，從而使兩個作用方向相反的熱運動達到平衡。
從下面的結合附圖的詳細說明當中可對本發明的上述和其他一些特征和目的有更全面的了解。在附圖中圖1為按照本發明構造的適用于高壓用途的便宜的敏感元件的垂直剖面圖；圖2為按照本發明的特別適用于低壓和中壓用的便宜的敏感元件的相應于圖1的視圖；圖3為一個可替代的用于低壓和中壓的實施例的相應于圖2的視圖；圖4為圖1-3所示金屬到玻璃組合件的垂直剖視詳圖。
圖1示出一個適宜用來測量液體容納件如容器、管道等的壓力的低成本的敏感件。有一連接件12用螺紋擰緊或用其他方法固緊在容器上。該接頭有一中空的通道將液體導引到連接件上遠離容器的一端12b。凸緣12d與連接件成為一體并具有一個與扳手配合的多角形的外表面。連接件體12e最好是圓的并設有一個中心孔。當用在這種用途時，低壓是指小于約100psi(磅/方英寸)(相當6.9巴)的壓力，中壓約在100至1000psi的范圍內，而高壓則超過1000psi，典型的高壓操作范圍為1000至10000psi。
本發明的主要特征包括一個膜片16，一個支承電極20并使它在電路上絕緣的金屬至玻璃至金屬的安裝組合件18，以及在連接件“上”端12b的壁12e的厚度減薄部分。當用在這種用途時，所謂“上”和“下”并不是超限定作用的，而只是指出在圖中示出時的取向而已。所謂“上”是指遠離液體容器的那一端；所謂“下”是指靠近容器的那一端。所謂“軸向”是指從下到上的方向。
在接頭24中，膜片16沿其周邊16a連續地焊接或用其他方法永久地固定在壁部22上。膜片的材料、尺寸和外形的選用能使膜片產生一個可靠而達到可檢測程度的鼓起(一種向外的類似爐筒封頭那樣鼓起的變形)，而該鼓起能響應在箭頭26的方向上沿著連接件的中心軸并垂直于膜片的上表面166所施加的液體壓力。由于膜片安裝在周邊上，因此它響應所施加的液體壓力而作出的運動在周邊16a上很小，而在其中心16c達到最大。這種不同的變形會在膜片的中心16c和周邊16a上產生最大的應力。
安裝組合件18包括一個中心金屬柱28、一個介電環30和一個外金屬頸圈32。介電環采用無機材料，它用膠粘或高度的徑向壓縮連結在金屬上，這種徑向壓縮是在熔融的介電環冷卻時由頸圈32的冷卻收縮造成的。介電無機材料具有高度穩定的介電系數，可不隨時間而變，并可不受大氣如室外溫、濕度變化的影響，適用于這種目的的較優材料為玻璃或陶瓷。柱和頸圈用的金屬為一種鐵合金，其熱膨脹系數與玻璃接近以便產生零變形的密封，或與玻璃有適當的差異以便產生壓縮密封。最關緊要的是玻璃間隔環30須能使內、外金屬件28和32在電路上完全絕緣。在這兩個金屬件之間的電容與在電板20和膜片表面16b之間的測量的電容間隙并聯，因此間隔環的在電介特性上的任何細小的變化都會產生測量誤差。
中心柱有一平面的冷成形的頭部28a與膜片表面在膜片的中心對接。采用類似熔接和柱極熔焊的接頭34可使頭部永久地固定在膜片上。頭部可在其中心有一細小的突起(圖4)，當將焊接電流施加在頭部28a和膜片之間而產生電弧時，該細小突起便被汽化而將兩者焊接在一起。與柱28的橫截面面積相比，頭部具有增大的面積，這可使連接更為廣泛和穩固。
控制膜片內的應力以防磁滯、疲勞和單元失效是非常重要的事。為此，至少對高壓用途，本發明采用加厚的中心區16a以便加強膜片的接頭區。這樣就可使接頭在相當大的程度上與膜片在響應施加的壓力而彎曲時在其中心產生的較大的應力積聚隔離開。根據膜片的厚度和材料以及將來在使用時預計會遇到的液壓，區域16d可用直進車削的方法機加工出來或從片材沖壓成形如圖2和3所示。沖壓顯然具有費用節省的優勢，而機加工為了抵擋施加在足夠大的膜片上的非常高的液壓可能是必需的。為了減少在接頭24上的周邊應力，本發明的另一主要特征為連接件的變薄的壁部22。如圖所示，從中心通道12a到端壁22有一相當大的凹槽，這可通過一個簡單的車削操作來制出。壁部22的高度和厚度，結合用來制出連接件的材料和接頭的性質可這樣選定使大部分在膜片內的周邊應力可在壁部22彎曲時被卸除，而不是集中在接頭和膜片的端壁16e上。對于由17-4pH不銹鋼制成的連接件和直徑為1/2至3/4英寸(1.27-1.91cm)的膜片，壁部22的高度為0.1英寸(2.54mm)，厚度為0.02英寸(0.508mm)。
用一薄層的流動的膠粘劑可將電極20固定到與頸圈32的接頭36上。接頭36可不需電絕緣因為玻璃環30已能提供所需的絕緣。接頭36也不需要具有高度穩定的電特性。慣常使用的軟焊料或有機膠粘劑如環氧樹脂便可適用。當采用有機膠粘劑時，最好使頸圈32到電極20的電路短路。這樣可避免造成一個可能不是十分穩定的串聯電容。在裝配時，在電極的平而環形的外部20a和相對的膜片表面16b之間可用一組臨時墊片40(如虛線所示)，或用一個與此相當的裝置如裝配夾具設定空氣間隙。這樣本發明就可避免在用熔融的玻璃或類似物來作出電極到安裝柱的連結所會發生的重大困難。能用慣常使用的焊料和膠粘劑可在很大程度上使制造容易進行并且費用較低。
電極上有一凸緣20b形成一個圓筒形的頸圈以同心并保持一定間隔的方式環繞著頸圈32。有一截錐形的肩部20c將部分20a和20b連接在一起。電極可用較低的費用從金屬片上沖出。注意在電極部分20b下面的極其接近的布置以及隨之而來的間隙38的極其小的間距。如同美國專利3,589,525號所說明過的那樣，現引用作為參考，在膜片沿軸向具有最大彎曲度的點上設置中心支柱，這種布置方法可使電極在其周邊上具有增大的表面面積，從而可使相應于膜片給定運動的在間隙38內的電容變化增強。
本發明還有一個重大的特征為玻璃環30在軸向上的位置可以調節，這樣就可對限定電容的空氣間隙38的兩個敏感件由于它們的熱膨脹和收縮所產生的測量誤差進行自動補償。更具體點說，如圖1所示，中心柱28有一從環30的“下”端沿著第一熱運動途徑T1垂直測量到平面設有彎曲的膜片表面16b的長度A。在對溫度的增加作出響應時，這個途徑趨向增長，從而使間隙38張開。而在間隔環的反對側，還有第二熱運動途徑，包括從頸圈32的“下”端和電極20的自由位置到直接面對表面16b的表面20d，這個途徑也趨向隨著溫度的增加而增長。但由于支柱的設置，這個途徑在增長時會使間隙38閉攏。因此這兩個途徑的熱響應可以互相抵消。根據電極的軸向尺寸和材料諸類參數，間隔環30的長度L，或者更精確點為該環下端30a的位置，這個位置限定著安裝組合件的金屬部分開始可自由移動的地方，可被調節到使敏感件在一給定操作溫度的范圍內對溫度的變化一般地并不敏感。(在組合件18的玻璃和金屬的界面上長度還是有些變化的，這個變化十分復雜，特別是當兩種材料的熱膨脹系數十分不同時，但這種偏移是可重復出現的，并能在選定T2對T1的相對長度時用經驗來補償)。
圖2和3示出本發明的一個較優實施例的兩種形式，該實施例特別適用于低壓和中壓用途，便也可用于高壓用途。相似的部件用同一標號指出，但在圖2中右角加上一撇，在圖3中則加上雙撇。
這個實施例的主要不同點在于膜片16’、16”是用金屬片如高質量的彈簧鋼沖壓出來的。它們具有一個中心“凹坑”或杯形凹陷16d’、16d”。凹坑將焊接接頭34’、34”與膜片內的集中的中心應力隔離開來，如同圖1的實施例所做的那樣。這樣還可增加薄膜片的剛度，這對邊對邊旋轉或擺動時穩定組合件18’、18”和電極20’、20”的質量是十分重要的。如果沒有這個凹坑，那么膜片、安裝組合件和電極的彈簧質量系統就會有一個低的自然頻率并且極易接受沖擊和振動的影響。凹坑16d、16d”將該系統強化到這樣一個程度，使自然頻率變高并且對機械沖擊和振動具有良好的抗力，足可滿足典型工業用途的需要。
另一個不同點在于膜片16’沒有裙部16e。膜片的尺寸就制成這樣的大小使其外邊恰好能停留在一個薄壁連接件的端頭22’上，在那里進行一個永久而連續的連結成為一個焊接接頭24’。膜片16”也沒有裙部，它被整體制成，其下邊也是連續地連結在連接件12”上成為一個焊接接頭24”。這個實施例可省掉連接件在其端頭22’進行機加工的費用。
安裝組合件18’的構造與圖1相似。接頭34’、34”同樣最好是面對接件之間的焊接，支柱28’、28”的端面與膜片表面16b’、16b”在凹坑16d、16d”內的中心部位對接。
接頭36’、36”也是用流動的膠粘劑如軟焊料或環氧樹脂膠粘劑。電極部分20a’、20a”平行地與相對的膜片表面16b’、16b”間隔開以便在其間形成一個可變電容器的空氣間隙38’、38”。通過玻璃間隔環的定位或在間隔環兩個反對側的連接到支柱28和頸圈30的零件的傳熱途徑長度的選定來設定溫度補償，可使這兩個途徑的熱膨脹和收縮一般能互相抵消。
在操作時，將連接件12、12’、12”用螺紋擰緊或用其他方法固緊在裝有液體的容器上來測量液體的壓力。使液體流入通道12a、12a’、12a”內并作用在膜片16、16’、16”上從而使膜片變形向外鼓出。膜片在垂直于其本身而沿軸向運動的程度與所施加在其上的壓力相適應。中心安裝組合件將這個膜片運動轉變為電極的相應的軸向運動使在電極20、20’、20”和膜片16、16’、16”之間的間隙38、38’、38”張開。這個間隙的變化在間隙的外部最為顯著。用電線42和44將電極膜片連接到一套已知的電路系統上，該電路系統能就相應于電極和膜片所形成的電容器的值的外部信號進行放大、調節和線性化。濕度變化對測量的影響只是因為它改變了間隙38、38’、38”內空氣的介電常數，這個影響通常很小。越過間隔環30、30’、30”的泄漏電容基本上不受大氣變動的影響。溫度的變化如上所述，可在很大程度被上述的敏感件的構造特征自動補償掉。
從將壓力轉變成電容值來測量液體壓力的過程看，本發明包括下列步驟使液體施加在一個周邊安裝的膜片的一側，將液體壓力轉變為沿著第一方向的機械運動；將一電極以通常為均勻間隔一個距離的方式支承在膜片的中心；使膜片的中心部分具有剛度從而使所說運動產生的應力與所說中心安裝組合件隔離開；用高度穩定的介電質使膜片與電極在電路上絕緣；對一個給定的施加在膜片上的壓力，使空氣間隙保持一個通常為恒定的間距；將電極膠粘到所說安裝組合件上(其時用可切走的墊片設定膜片和電極的間距)。另外一些步驟包括將安裝組合件用一個對接柱和膜片的金屬到金屬的焊接固定到膜片上；使鄰接模片到支承接頭的支承結構具有柔性從而卸除運動時在膜片內的周邊應力；以及在一預先選定的溫度范圍的提供自動的溫度補償，辦法是調節無機介電質在第一方向上的位置及在介電質兩個反對側的熱運動途徑的軸向長度，以便使兩個作用方向相反的熱運動達到平衡。
為了說明起見，但并不是為了限制，圖1的實施例可用于壓力為5000至10000磅/方英寸(345-690巴)的操作，其膜片的直徑為0.5至0.75英寸(1.27-1.91cm)，厚度為0.06英寸(1.52mm)(測自中心加厚區以外的區域)，是由高強度鋼制成的，其中心的厚度約為0.2英寸(5.08mm)。這種膜片在這樣的壓力下操作時，典型地會在膜片中心產生的可供測量的軸向移動約為0.002英寸(0.051mm)。圖2的實施例用于低壓例如為30磅/方英寸(2.04標準大氣壓)的操作，膜片具有與上例相同的直徑，是由厚度約為0.005(0.127mm)的高質量彈簧鋼沖壓出來的。中心凹坑的深約為0.1英寸(2.54mm)，最大直徑約為0.2英寸(5.08mm)。典型地在膜片中心的可供測量的軸向移動為0.002英寸(0.051mm)。
以上說明了一種敏感件及準確而又可靠地測量液體壓力的方法，其特征為制造費用低。除了低成本/高容量這個制造上的優點外，該敏感元件對溫度變化、材料疲勞、機械沖擊、振動和大氣變化比較是不敏感的。并且還有低磁滯的特點。所有這些優點在整個壓力范圍內，從極低的壓力到極高的壓力都可利用。敏感元件總成并不復雜，只需較低的技術水平便可制造，因此它能做到費用低。
雖然本發明只是就其較優的實施例進行說明，但應知道本行業的行家很容易從上面的詳細說明和附圖的啟發中作出各種修改和更換。例如，當本發明說明用加厚的或設有杯狀凹坑的中心膜片部來隔離應力并抵制電極和其支柱的旋轉時，加厚的其他幾何形狀和金屬片變形的其他模式就可能被運用。又如當金屬到玻璃到金屬的預成形組合件的較優形式被說明和示出時，這些材料的其他布置方式，或能完成上述功能的其他材料就可能被運用。雖然，這種配置可能不是合用的或具有可比擬的費用優點的。但這些修改和變化應該算作是在本發明所附權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種能將液體的壓力轉變為相應電容值的可變電容式傳感器用的敏感元件具有一個壓力連接件和一個沿軸向延伸的通道用來將液體從第一端導引到第二端；一個膜片以其周邊固定在所說連接件的所說第二端上成為第一接頭；一個組合件具有第一金屬件以其一端固定在所說膜片的中心，一個與所說第一金屬件間隔開并且至少有一部分位在所說第一金屬件沿徑向的外側的第二金屬件，以及一個固定在所說第一和第二金屬件之間的無機介電質的間隔環；用來將第一金屬件固定到所說膜片的中心成為第二接頭的裝置；一個電極；以及用來將所說電極固定到所說第二金屬件上的裝置，使在所說電極和所說膜片之間建立起一般為平行而間隔開的關系以便形成一個可變電容器，從而當所說膜片在響應液體壓力而彎曲時，在電極到膜片的間隙內所產生的間距的變化可提供液體壓力在電容方面的量度。
2.權利要求1的敏感元件，其特征為，所說膜片具有足夠的厚度可以抵擋高壓，并且所說膜片在其中心具有加厚的區域借以抵制由于所說彎曲而在所說膜片內產生的應力被傳送到所說第二接頭上。
3.權利要求2的敏感元件，其特征為，所說連接件在所說第二端具有一個一般為圓筒形而減厚的壁部，從而彎曲應力可使所說減厚壁部變形來減小在所說第一接頭的應力。
4.權利要求1的敏感元件，其特征為，所說膜片足夠薄以便響應液體壓力的低壓值和中壓值而運動，并且所說膜片具有一個中心的機械變形。
5.權利要求4的敏感元件，其特征為，所說膜片是由金屬片制成的，并且所說機械變形為一中心的杯狀凹坑。
6.權利要求1的敏感元件，其特征為，所說金屬片為高質量的彈簧鋼。
7.權利要求1的敏感元件，其特征為，所說無機介電質間隔環是由玻璃制成的，并且所說第一和第二金屬件具有可與所說玻璃兼容的熱膨脹系數。
8.權利要求1的敏感元件，其特征為，所說環及所說第一和第二金屬件的熱膨脹系數是這樣選定的，使所說環受到預加的壓縮應力以資在所說金屬件和所說環之間形成一個牢固的接頭。
9.權利要求1的敏感元件，其特征為，所說無機介電質間隔環在軸向上的位置和尺寸是這樣選定的，使在所說第一金屬件內從所說環到并包括所說膜片在內的第一熱運動途徑的軸向長度通常等于在所說第二金屬件內從所說間隔環到并包括電極在內的第二熱運動途徑的軸向長度，從而溫度的變化能在所說第一和第二熱運動途徑的軸向長度上產生自我補償的變化，從而將所說電容間隙保持在一個通常為恒定的值。
10.權利要求1的敏感元件，其特征為，所說第一金屬件固定裝置包括一個與所說膜片對接的頭部和一個從所說頭部向所說膜片突出的金屬突起，該突起可熔化以便用焊接得到所說固定。
11.權利要求1的敏感元件，其特征為，所說電極固定裝置為一層膠粘材料。
12.權利要求11的敏感元件，其特征為，所說膠粘材料為一有機膠粘劑。
13.權利要求11的敏感元件，其特征為，所說膠粘材料為一金屬軟焊料。
14.權利要求5的敏感元件，其特征為，所說膜片包括一個在其周邊上整體制出的裙部，該裙部終止在所說第二接頭上。
15.根據電容用來測量液體壓力的敏感元件具有一個一般為管狀的連接件，沿著第一軸線從與容器的液體連通的第一端延伸到第二端；一個膜片以其周邊安裝在所說第二端上成為第一接頭，并可響應液體壓力沿著第一軸線而在垂直于膜片的方向上變形；一個電極；一個用來將所說電極以間隔開的關系支承在膜片之上的安裝組合件，從而在所說膜片和所說電極之間形成一個一般為環形的電容間隙，而所說電極和所說膜片在電路上是絕緣的；所說安裝組合件具有一個中心柱以其一端固定在所說膜片的中央并沿著所說第一軸線延伸，一個金屬頸圈以間隔開的關系環繞在所說中心柱上，并沿軸向與所說膜片間隔開，以及一個固定在所說中心柱和所說頸圈之間的無機介電環；用來將所說中心柱端牢固地固定在所說膜片中心的裝置；以及用來將所說電極牢固地固定在所說頸圈上的裝置。
16.用于高壓用途的權利要求15的敏感元件，其特征為，所說膜片具有一個中央加厚區以便抵制由所說變形產生的應力傳送到所說中心柱固定裝置上。
17.權利要求16的敏感元件，其特征為，所說連接件在所說第二端鄰近第一接頭處有一減厚的壁部，所說減厚壁部比所說第一接頭更能隨著所說變形而彎曲。
18.用于低、中壓的權利要求15的敏感元件，其特征為，所說膜片是由金屬片制成的并具有一個中心凹坑。
19.權利要求15的敏感元件，其特征為，所說間隔環是玻璃的，所說中心柱固定裝置為焊接，所說電極固定裝置為一可在所說玻璃的熔點以下的溫度流動的膠粘劑。
20.一種用一可變電容器來測量液體壓力的方法，該可變電容器是由一個以其周邊安裝在一連接件上成為第一接頭的膜片和一個與膜片靠近而間隔開的電極構成的，所說方法具有下列步驟導引液體使它作用在膜片的一側，并使膜片在響應壓力時變形；將電極支承在膜片中心之上使在電極與膜片之間形成一個具有預定間距的間隙，從而膜片的運動會使電極產生相應的運動，所說支承裝置包括兩個共心設置的內、外金屬件；用無機介電材料連接所說內、外金屬件，使膜片和電極在電路上絕緣；將內金屬件固定在膜片上形成第二接頭；用一流動的膠粘劑將所說電極粘接到所說第二金屬件上；及強化所說膜片以便使其內的應力與所說第二接頭隔離。
21.權利20的方法還具有在鄰近所說周邊安裝處將彈性引入到所說連接件上的步驟。
22.權利要求20的方法，其特征為，所說電極支承和電極絕緣同時也自動自我補償，以便在溫度發生變化的條件下使所說電極到膜片的較小的間距保持預先設定的值。
23.一種通過一個連接件和一個由一膜片和一電極形成的可變電容器利用電容來測量液體壓力的方法具有下列步驟使液體施加在一個以周邊安裝在連接件上的膜片的一側，將液體壓力轉變為沿著第一方向的相應的機械運動，并從而使膜片彎曲；用一個預先裝配好的金屬到無機介電質到金屬的安裝組合件將電極支承在膜片上的中心部分上；提高所說膜片中心部分的剛度從而使所說彎曲在所說膜片內產生的應力與所說中心安裝組合件隔離開；在所說安裝組合件內用無機介電材料使膜片與電極在電路上絕緣；以及將電極膠粘到所說安裝組合件的所說金屬件的外面一個金屬件上。
全文摘要
可變電容式敏感元件具有中心安裝組合件，利用金屬到玻璃到金屬的分組合件將一電極支承在一個周邊安裝的膜片上。組合件的內金屬柱焊接在膜片上。焊料或流動膠粘劑將電極固定在組合件的外金屬頸圈上。由膜片到電極的初始間距用臨時墊片來設定。組合件中玻璃的位置和金屬件的長度可調節使溫度變化時能自我補償。在一低、中壓用的較優的形式中，膜片由金屬片沖壓而成，中心有一凹坑借以阻止所連結的組合件的旋轉并使膜片變形的應力與中心柱到膜片的焊接處隔離開。
文檔編號G01L9/12GK1141688SQ95191794
公開日1997年1月29日 申請日期1995年1月20日 優先權日1994年1月24日
發明者李喜英 申請人:塞特拉系統有限公司