專利名稱：膜片結(jié)構(gòu)和制造膜片結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體涉及膜片結(jié)構(gòu)和制造膜片結(jié)構(gòu)的方法。更具體地，本公開涉及包括不同類金屬的隔離膜片結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
過(guò)程變送器(process transmitter)用于監(jiān)控過(guò)程變量，如在各種工業(yè)過(guò)程中使用的壓力、溫度、流量和過(guò)程流體水位。在一些情況下，用于測(cè)量壓力和/或流量參數(shù)的過(guò)程變送器可以包括隔離膜片(isolating diaphragm)，所述隔離膜片耦接至諸如管道、貯液池或其他過(guò)程設(shè)備之類的工業(yè)過(guò)程設(shè)備。通常，隔離膜片密封過(guò)程變送器外殼的至少一部分，以防止該部分外露于過(guò)程流體?？梢愿鶕?jù)膜片響應(yīng)于壓力的撓曲來(lái)直接從膜片測(cè)量壓力，或者可以利用通過(guò)填充有流體的毛細(xì)管耦接至隔離膜片的遠(yuǎn)程壓力傳感器來(lái)間接地測(cè)量壓力。這種壓力測(cè)量可以直接使用，或者可以用來(lái)計(jì)算例如流體流率。傳統(tǒng)上，過(guò)程變送器外殼由諸如不銹鋼之類的耐蝕材料制成。典型地膜片是單片式膜片，該單片式膜片包括外環(huán)部分和可變形膜片部分，所述外環(huán)部分和可變形膜片部分典型地由鉭或其他耐蝕材料制成。為了將膜片結(jié)構(gòu)與過(guò)程變送器外殼相接合，執(zhí)行釬焊 (brazing)工藝，所述釬焊工藝包括在膜片的外環(huán)與變送器外殼之間涂敷釬焊材料。對(duì)膜片結(jié)構(gòu)和變送器外殼進(jìn)行加熱和冷卻，以接合不同類金屬。不幸地，膜片結(jié)構(gòu)和變送器外殼的不同材料具有不同的熱膨脹系數(shù)。由于不同的金屬以不同的速率膨脹和收縮，釬焊工藝可能導(dǎo)致在膜片結(jié)構(gòu)中形成屈曲(buckling)和其他缺陷。在這種配置下尤其難以對(duì)鉭進(jìn)行釬焊，這是因?yàn)樵跍囟认裸g的熱膨脹系數(shù)與不銹鋼變送器外殼的熱膨脹系數(shù)有很大不同。在冷卻時(shí)，不銹鋼的收縮是鉭膜片結(jié)構(gòu)的大約3 倍。隨著結(jié)構(gòu)的冷卻，鉭膜片結(jié)構(gòu)可以屈曲，導(dǎo)致明顯的損壞。在一些情況下，這樣的屈曲可能并不是明顯地可以檢測(cè)到的，但是仍可能引起膜片結(jié)構(gòu)的性能變化。傳統(tǒng)上，膜片結(jié)構(gòu)在其形狀中包括用于克服這種缺陷的特征；然而各壓力變送器的性能可能不一致。因此，需要一種改進(jìn)的膜片結(jié)構(gòu)和制造膜片結(jié)構(gòu)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在具體實(shí)施例中，一種過(guò)程變送器包括具有凸緣部分的耐蝕外殼，耐蝕外殼由第一材料制成。該過(guò)程變送器還包括由第二材料制成的外環(huán)。外環(huán)具有內(nèi)徑并且被釬焊到凸緣部分。該過(guò)程變送器還包括由第三材料制成的可變形膜片，在膜片與外環(huán)之間、與內(nèi)徑相鄰的焊縫處，可變形膜片被焊接到外環(huán)，以形成流體密封。在另一具體實(shí)施例中，公開了一種制造壓力變送器的方法，該方法包括將外環(huán)釬焊到由耐蝕材料制成的過(guò)程變送器外殼的凸緣，其中外環(huán)包括膜片容納結(jié)構(gòu)。該方法還包括將膜片的附接部分設(shè)置到膜片容納結(jié)構(gòu)上，膜片實(shí)質(zhì)上在整個(gè)直徑上可變形。在附接部分處，將膜片焊接到外環(huán)，以在膜片與外環(huán)之間形成焊接密封。在另一具體實(shí)施例中，一種變送器設(shè)備包括凸緣部分，具有限定了流體腔的第一內(nèi)徑。該變送器設(shè)備還包括外環(huán)，外環(huán)具有與第一內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)的第二內(nèi)徑。外環(huán)包括與第二內(nèi)徑相鄰的膜片容納結(jié)構(gòu)。外環(huán)被釬焊到凸緣部分。該變送器設(shè)備還包括可變形膜片， 可變形膜片包括尺寸與容納結(jié)構(gòu)匹配的安裝結(jié)構(gòu)。在膜片容納結(jié)構(gòu)與安裝結(jié)構(gòu)之間的焊縫處，可變形膜片被焊接到外環(huán)。


圖1是過(guò)程控制系統(tǒng)的具體說(shuō)明性實(shí)施例的圖示，該過(guò)程控制系統(tǒng)包括具有膜片結(jié)構(gòu)的壓力變送器，所述膜片結(jié)構(gòu)具有沖壓的膜片和單獨(dú)的外環(huán)；圖2是包括單片式膜片的傳統(tǒng)膜片結(jié)構(gòu)的分解圖，所述單片式膜片具有從單片材料沖壓而成的外環(huán)；圖3是膜片結(jié)構(gòu)的具體說(shuō)明性實(shí)施例的分解圖，所述膜片結(jié)構(gòu)包括沖壓的膜片和單獨(dú)的外環(huán)；圖4是圖3的單獨(dú)外環(huán)的俯視圖；圖5是圖3的單獨(dú)膜片的俯視圖；圖6是在將外環(huán)釬焊到壓力變送器外殼之后以及在將膜片電阻焊接到外環(huán)之后的膜片結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施例的仰視圖；圖7是圖6的膜片結(jié)構(gòu)沿圖6的線7-7的橫截面圖；圖8是制造膜片結(jié)構(gòu)的方法的具體說(shuō)明性實(shí)施例的流程圖，所述膜片具有沖壓的膜片和單獨(dú)的外環(huán)；以及圖9是制造變送器設(shè)備的方法的第二具體說(shuō)明性實(shí)施例的流程圖，所述變送器設(shè)備包括沖壓的膜片和單獨(dú)的外環(huán)。
具體實(shí)施例方式圖1是過(guò)程控制系統(tǒng)100的具體說(shuō)明性實(shí)施例的圖示，過(guò)程控制系統(tǒng)100包括經(jīng)由配線106與控制系統(tǒng)104通信的壓力變送器102。在備選實(shí)施例中，壓力變送器102可以包括無(wú)線收發(fā)器，用于經(jīng)由無(wú)線通信鏈路與控制系統(tǒng)104通信。以局部截面圖示出了壓力變送器102。壓力變送器102經(jīng)由基本外殼部分110耦接至集管(manifold) 108(或其他附接機(jī)構(gòu))。在具體實(shí)施例中，集管108可以經(jīng)由第一線路141和第二線路151耦接至管道 109。在另一具體示例中，集管108或諸如夾子之類的其他附接特征可以將壓力變送器102 耦接至貯液池壁、耦接至其他設(shè)備、或它們的任意組合。在具體實(shí)施例中，壓力變送器102 和集管108可以與過(guò)程管道109相距一定的距離，第一線路141和第二線路151可以是延伸管(extended tube)。壓力變送器102優(yōu)選地包括可通過(guò)螺紋(threadably)附接到上部外殼部分112 的基本外殼部分110?；就鈿げ糠?10限定了傳感器腔126、第一流體腔146和第二流體腔156。傳感器腔1 通過(guò)第一隔離屏障145與第一流體腔146和第二流體腔156隔離。壓力變送器102優(yōu)選地可以包括變送器外殼部分114以及可通過(guò)螺紋附接到上部外殼部分112的輸入接口部分118。上部外殼部分112和變送器外殼部分114限定了變送器腔124。變送器外殼部分114還包括變送器蓋116，所述變送器蓋116適于保護(hù)變送器電路134免受過(guò)程環(huán)境影響。輸入接口 118包括用于耦接至配線106的一個(gè)或多個(gè)緊固件120。輸入接口 118和上部外殼部分112限定了輸入/輸出接口腔122，所述輸入/輸出接口腔122包括輸入/輸出接口電路132。輸入/輸出接口腔122通過(guò)第二隔離屏蔽123與變送器腔124隔離。輸入/輸出接口電路132耦接至輸入接口 118以及變送器電路134，并且適于在變送器電路132與控制系統(tǒng)104之間傳送數(shù)據(jù)。 傳感器腔126通過(guò)第三隔離屏蔽119與變送器電路腔124以及與輸入/輸出接口腔122隔離。傳感器腔126適于保護(hù)諸如壓力傳感器之類的傳感器電路136。在該實(shí)施例中，壓力變送器102包括第一壓力接口 140和第二壓力接口 150。第一壓力接口 140包括具有第一膜片144的膜片結(jié)構(gòu)142。第一膜片144包括第一隔離表面和第一流體腔表面，第一隔離表面與經(jīng)由集管108和第一線路141接收到的過(guò)程流體接觸， 第一流體腔表面與第一流體腔146內(nèi)的隔離填充流體相接觸。第一膜片144將第一流體腔 146與過(guò)程流體隔離。第一壓力接口 140還包括第一毛細(xì)管148，第一毛細(xì)管148將第一流體腔146耦接至傳感器電路136的第一測(cè)壓口(pressure inlet) 149。第二壓力接口 150包括具有第二膜片154的第二膜片結(jié)構(gòu)152。第二膜片154包括第二隔離表面和第二流體腔表面，第二隔離表面與經(jīng)由集管108和第二線路151接收到的過(guò)程流體相接觸，第二流體腔表面與第二流體腔156內(nèi)的隔離填充流體相接觸。第二膜片154將第二流體腔156與過(guò)程流體隔離。第二壓力接口 150還包括第二毛細(xì)管158，第二毛細(xì)管158將第二流體腔156耦接至傳感器電路136的第二測(cè)壓口 159。在具體實(shí)施例中，第一膜片144和第二膜片154適于響應(yīng)于過(guò)程流體壓力而變形， 從而響應(yīng)于這樣的變形，對(duì)第一流體腔146和第二流體腔156內(nèi)以及相應(yīng)的第一毛細(xì)管148 和第二毛細(xì)管158內(nèi)的填充流體施加壓縮力。填充流體適于響應(yīng)于第一膜片144的變形，經(jīng)由第一毛細(xì)管148將過(guò)程流體壓力傳送至第一測(cè)壓口 149。填充流體還適于響應(yīng)于第二膜片154的變形，經(jīng)由第二毛細(xì)管158將過(guò)程壓力傳送至第二測(cè)壓口 159。在具體實(shí)施例中，傳感器電路136適于經(jīng)由第一毛細(xì)管148內(nèi)的填充流體，基于第一膜片144的變形，來(lái)確定第一過(guò)程流體壓力，以及適于經(jīng)由第二毛細(xì)管158內(nèi)的填充流體，基于第二膜片154的變形， 來(lái)確定第二過(guò)程流體壓力。在具體示例中，過(guò)程管道109可以包括孔板(orifi ce plate)、 分水條(shedding bar)、annubar結(jié)構(gòu)、Venturi管、或適于產(chǎn)生線路141與線路151之間的差壓以使第一膜片結(jié)構(gòu)142和第二膜片結(jié)構(gòu)152受到不同流體壓力的其他流阻抗(flow impedance)器件。在具體實(shí)施例中，第一膜片144包括可變形膜片部分(如，圖3所示的可變形膜片 304)和分離的安裝環(huán)部分(如，圖3所示的外環(huán)306)，其中，將分離的安裝環(huán)釬焊到基本外殼部分110，將可變形膜片部分電阻焊接(resistance weld)或以其他方式固定到分離的安裝環(huán)。在具體示例中，分離的安裝環(huán)和可變形膜片部分由不同材料制成，并且均由不同于基本外殼部分110的材料制成，基本外殼部分110可以由不銹鋼制成。在具體實(shí)施例中，分離的安裝環(huán)和可變形膜片部分由不同材料制成，并且在將分離的安裝環(huán)安裝到基本外殼部分110之后，將分離的安裝環(huán)和可變形膜片部分彼此附接。圖2是傳統(tǒng)膜片結(jié)構(gòu)200的分解視圖，傳統(tǒng)膜片結(jié)構(gòu)200包括單片式膜片202，單片式膜片202具有可變形膜片部分204和外環(huán)部分206。單片式膜片202是從諸如單片的鉭之類的單片材料沖壓而成的。膜片結(jié)構(gòu)200還包括基本變送器外殼208，如，圖1所示的基本外殼部分110?；咀兯推魍鈿?08包括具有內(nèi)徑(D)的凸緣(flange)部分210，所述凸緣部分210限定了流體腔214的范圍，流體腔214包括多個(gè)脊216?？勺冃文て糠?04也包括相應(yīng)的多個(gè)脊218。膜片結(jié)構(gòu)200還包括釬焊環(huán)212，所述釬焊環(huán)212設(shè)置在單片式膜片202的外環(huán)部分206與基本變送器外殼208的凸緣部分210之間。傳統(tǒng)上，在執(zhí)行釬焊工藝以將單片式膜片202與基本變送器外殼208的凸緣部分 210接合的過(guò)程中，基本變送器外殼208的凸緣部分210的熱膨脹系數(shù)與單片式膜片202的熱膨脹系數(shù)不同。在釬焊之后，凸緣部分210與單片式膜片202以不同的速度冷卻，這可以導(dǎo)致外環(huán)部分206和/或可變形膜片部分204屈曲。單片式膜片202的這種屈曲可以產(chǎn)生缺陷，這種缺陷可以引起設(shè)備故障和/或不一致的壓力讀數(shù)。圖3是膜片結(jié)構(gòu)300的具體說(shuō)明性實(shí)施例的分解視圖，膜片結(jié)構(gòu)300包括沖壓的膜片304和分離的外環(huán)306。膜片結(jié)構(gòu)300還包括基本變送器外殼308，如，圖1所示的基本外殼部分110?；咀兯推魍鈿?08包括具有內(nèi)徑(D)的基本凸緣部分310，所述基本凸緣部分310限定了流體腔314的范圍，流體腔314包括多個(gè)脊316?？勺冃文て糠?04也包括相應(yīng)的多個(gè)脊318。膜片結(jié)構(gòu)300還包括釬焊環(huán)312，所述釬焊環(huán)312設(shè)置在分離的外環(huán)306與基本變送器外殼308的凸緣部分310之間。分離的外環(huán)306包括凸緣部分322，凸緣部分322適于經(jīng)由釬焊環(huán)312與基本變送器外殼308的凸緣部分310匹配(mate)。分離的外環(huán)306還包括內(nèi)徑(Dln)以及與內(nèi)徑(Dln)相鄰的膜片容納結(jié)構(gòu)320，膜片容納結(jié)構(gòu) 320適于容納可變形膜片304?？勺冃文て?04包括安裝結(jié)構(gòu)330，所述安裝結(jié)構(gòu)330適于與外環(huán)306的膜片容納結(jié)構(gòu)320匹配。在具體實(shí)施例中，釬焊環(huán)312設(shè)置在基本變送器外殼308的基本凸緣部分310上。 分離的外環(huán)306設(shè)置在釬焊環(huán)310上。將分離的外環(huán)306、基本變送器外殼308和釬焊環(huán) 312加熱到高溫并冷卻，以將分離的外環(huán)306釬焊到基本變送器外殼308。在將得到的結(jié)構(gòu)冷卻之后，將可變形膜片304設(shè)置為使安裝結(jié)構(gòu)330與膜片容納結(jié)構(gòu)330匹配。將可變形膜片304焊接到分離的外環(huán)306。在具體實(shí)施例中，使用電阻焊接(resistance welding) 工藝將可變形膜片304焊接到分離的外環(huán)306。在另一具體實(shí)施例中，經(jīng)由激光焊接工藝將可變形膜片304焊接到分離的外環(huán)306。在其他實(shí)施例中，可以使用不同的焊接或附接工藝將可變形膜片304附接到分離外環(huán)306的安裝結(jié)構(gòu)302。在具體實(shí)施例中，在外環(huán)306 的膜片容納結(jié)構(gòu)320與膜片304的安裝結(jié)構(gòu)330之間的界面處形成焊縫(weld seam)。通常，可以通過(guò)將外環(huán)306與可變形膜片304分離，或者通過(guò)單獨(dú)地將可變形膜片 304附接到外環(huán)306，可以實(shí)現(xiàn)在性能和制造方面的多種改進(jìn)。在一個(gè)具體示例中，可以將可變形膜片304的膜片材料和相應(yīng)厚度選擇為提高膜片彈簧振頻(spring rate)，使得可以減小溫度效應(yīng)、減小膜片剛度、以及提高整個(gè)壓力感測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。在一些實(shí)例中， 膜片彈簧振頻可以與具有電阻焊接膜片的類似部件的彈簧振頻相當(dāng)。此外，與由于熱膨脹系數(shù)的影響而可能遭受屈曲和變形的傳統(tǒng)膜片結(jié)構(gòu)(如，圖2 所示的單片式膜片結(jié)構(gòu)202)不同，膜片結(jié)構(gòu)300可以制造為具有減小的屈曲和減小的變形，從而使得各片的彈簧振頻性能提高并且總體上性能更一致。在具體示例中，可變形膜片 304的有源區(qū)不進(jìn)行釬焊，使得可變形膜片304操作更一致。在具體示例中，可以制造厚度為2密爾(mil)的膜片并將其可靠地焊接到外環(huán)306，從而提高這種薄膜片產(chǎn)品的精度。此夕卜，具有這樣厚度的膜片可以更廣泛地用作標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。此外，通過(guò)將外環(huán)306與可變形膜片 304分離，上述工藝在選擇膜片厚度方面提供了很大的靈活性。可以將膜片厚度選擇為適應(yīng)客戶性能需求。此外，通過(guò)將可變形膜片304與外環(huán)306的凸面(rai sed face)分開，可以使用對(duì)于其他已有產(chǎn)品而言公用的標(biāo)準(zhǔn)膜片，而不需要定制膜片。另一具體優(yōu)點(diǎn)在于，可以將膜片結(jié)構(gòu)300制造為具有較厚的外環(huán)306和較薄的可變形膜片304，這提高了具體外環(huán)的魯棒性，并且減小了不期望的溫度效應(yīng)。另一優(yōu)點(diǎn)在于， 減少了生產(chǎn)廢料、提高了總利潤(rùn)、減少了生產(chǎn)調(diào)度的中斷、使交貨更及時(shí)、并提高了操作設(shè)備的效率。生產(chǎn)廢料的這種減少要?dú)w功于更可靠的制造工藝。此外，由于可變形膜片304不進(jìn)行釬焊工藝，因此簡(jiǎn)化了總體制造工藝。由于簡(jiǎn)化了總體工藝，因此可以由一般技術(shù)工人而不是專家來(lái)完成。此外，即使是由不太專業(yè)的技術(shù)工人來(lái)完成，通過(guò)釬焊工藝附接外環(huán)306并通過(guò)單獨(dú)的焊接工藝將可變形膜片304附接到外環(huán)306的制造工藝也會(huì)產(chǎn)生非常高的產(chǎn)率，從而可以實(shí)現(xiàn)不合格工件的顯著減少。此外， 該工藝允許在釬焊爐中雙層堆疊部件，從而使得可以更高效地利用釬焊爐，直到生產(chǎn)率的百分之百(100%)提高。在具體示例中，結(jié)合廢料的減少，每爐批的產(chǎn)率提高可以達(dá)到大約百分之一千(1000% )。圖4是圖3的單獨(dú)外環(huán)306的俯視圖。單獨(dú)外環(huán)306包括凸緣部分402，凸緣部分 402適于與基本變送器外殼的相應(yīng)凸緣部分以及與相應(yīng)的釬焊環(huán)匹配，如，圖3所示的釬焊環(huán)312和凸緣310。單獨(dú)外環(huán)306還包括膜片容納結(jié)構(gòu)320，膜片容納結(jié)構(gòu)320適于容納可變形膜片的附接部分(如，圖3和5所示的可變形膜片304的安裝結(jié)構(gòu)330)，或者與所述附接部分接合。圖5是圖3的單獨(dú)膜片304的俯視圖?？勺冃文て?04包括與圖4所示的單獨(dú)外環(huán)306的膜片容納結(jié)構(gòu)320相對(duì)應(yīng)的安裝結(jié)構(gòu)330?？勺冃文て?04包括多個(gè)脊318。安裝結(jié)構(gòu)330適于與外環(huán)306的膜片容納結(jié)構(gòu)320 (如圖4所示)匹配，以便于將可變形膜片 304附接到單獨(dú)外環(huán)306。在具體實(shí)施例中，可以使用電阻縫焊(resistance seam weld)工藝將可變形膜片304附接到外環(huán)306。在單獨(dú)外環(huán)306的膜片容納結(jié)構(gòu)320 (如圖4所示) 與可變形膜片304的安裝結(jié)構(gòu)330之間形成焊縫。焊縫形成過(guò)程密封(process seal) 0通常，電阻焊接是指對(duì)工件施加電流和壓力以在接合處將工件焊接到另一工件的焊接工藝。在具體示例中，外環(huán)306的電阻因施加的電流而產(chǎn)生熱，產(chǎn)生的熱部分地熔化了安裝結(jié)構(gòu)320處的工件材料。在施加電流的同時(shí)還向外環(huán)306和可變形膜片304施加壓力，導(dǎo)致縫焊(seam weld)，縫焊可以將可變形膜片304附接到外環(huán)306。電阻縫焊是一個(gè)例子。在其他示例中，可以經(jīng)由激光焊接工藝、其他精密焊接工藝或其任意組合來(lái)將可變形膜片304固定到外環(huán)306。圖6是在將外環(huán)604釬焊到壓力變送器外殼之后以及在將膜片602電阻焊接到外環(huán)604之后，膜片結(jié)構(gòu)600的具體實(shí)施例的仰視圖。膜片602包括安裝結(jié)構(gòu)606和多個(gè)脊 610。膜片602與外環(huán)604之間的電阻焊縫一般地表示為608。在具體實(shí)施例中，通過(guò)將膜片結(jié)構(gòu)600分成兩片，可以將 外環(huán)604釬焊到不銹鋼外殼，并且可以經(jīng)由單獨(dú)的工藝將膜片602電阻縫焊到外環(huán)604。在外環(huán)604的內(nèi)徑附近，將膜片602焊接到外環(huán)604上。通過(guò)將外環(huán)604的附接過(guò)程與膜片602的附接過(guò)程分開，可以針對(duì)有效膜片區(qū)域，即，針對(duì)膜片602中可以響應(yīng)于流體壓力而變形的部分，減小由于釬焊工藝而引起的扭曲。在具體示例中，膜片602可以與外環(huán)604由不同的材料制成。例如， 外環(huán)604可以由鉭制成，可變形膜片606可以由(Hastelloy)、金、鋯、鉬、鈦、其他材料或它們的任意組合制成。在另一具體實(shí)施例中，外環(huán)604和膜片602可以具有不同的厚度。在具體示例中， 可以使用不同的膜片厚度，以符合客戶要求并提高具體性能參數(shù)，如壓力靈敏度。對(duì)于制造，根據(jù)具體實(shí)施方式
，可以將相同的外環(huán)604與具有不同厚度的多種膜片一起使用。在具體實(shí)施例中，將膜片602與外環(huán)604分離使得可以使用能夠在相同部件上焊接較薄膜片材料的附接工藝，從而可以將相同的外環(huán)604與不同的可變形膜片602 —起使用。

在具體示例中，通過(guò)將膜片結(jié)構(gòu)600分成膜片602和單獨(dú)外環(huán)604，可以提高膜片 602的彈簧振頻性能。此外，部分地由于減小或消除了因?yàn)殁F焊而在膜片602外圍產(chǎn)生的變形區(qū)域，可以減小片與片之間的性能改變。此外，消除或減小這樣的變形區(qū)域提高了長(zhǎng)期耐久性。此外，將外環(huán)604與膜片602分開使得可以將較厚的襯套用于墊圈區(qū)域(即，可以使用較厚的外環(huán)604)而不影響膜片602的性能。此外，這種分離提高了為具有鉭外環(huán)604 的部件提供其他材料類型(如，哈司特鎳合金、金、鋯、鉬、鈦、其他材料或它們的任意組合) 的膜片的可能性。在具體示例中，可以基于所需的性能特性、可用性、成本或它們的任意組合來(lái)選擇膜片材料。圖7是圖6中的膜片結(jié)構(gòu)600沿圖6的線7_7的橫截面圖700。膜片結(jié)構(gòu)600包括經(jīng)由電阻縫焊608在安裝結(jié)構(gòu)606和相應(yīng)的容納結(jié)構(gòu)706處耦接至膜片602的外環(huán)604。 膜片602包括多個(gè)脊610。外環(huán)604經(jīng)由釬焊接合724耦接至過(guò)程變送器外殼720的凸緣部分722。過(guò)程變送器720限定了流體腔726和毛細(xì)管728，所述毛細(xì)管728填充有實(shí)質(zhì)上不可壓縮的、一般地表示為730的填充流體。在具體示例中，在操作期間，膜片602可以響應(yīng)于流體壓力而變形，壓縮實(shí)質(zhì)上不可壓縮的填充流體730并對(duì)填充流體730施加壓縮力。所施加的壓力可以由耦接至毛細(xì)管 728的傳感器來(lái)檢測(cè)，如，圖1所示耦接至毛細(xì)管148和158的傳感器電路136。圖8示出了制造膜片結(jié)構(gòu)的方法的具體說(shuō)明性實(shí)施例的流程圖，所述膜片結(jié)構(gòu)具有沖壓的膜片和單獨(dú)的外環(huán)。在802，將釬焊材料置于與過(guò)程變送器外殼相關(guān)聯(lián)的凸緣部分上。凸緣部分可以是環(huán)形并且可以具有圍繞(包圍)流體腔(如，圖3所示的流體腔314) 的內(nèi)徑(D)。進(jìn)行到804，將外環(huán)設(shè)置在釬焊材料上，其中外環(huán)包括適于容納可變形膜片的膜片容納結(jié)構(gòu)。進(jìn)行至806，將外環(huán)釬焊到凸緣的環(huán)形部分。釬焊工藝包括提高凸緣、釬焊材料和外環(huán)的溫度，并將結(jié)構(gòu)冷卻以將外環(huán)焊接到凸緣。繼續(xù)進(jìn)行至808，將可變形膜片設(shè)置在外環(huán)的容納結(jié)構(gòu)處。進(jìn)行至810，將可變形膜片焊接到外環(huán)的容納結(jié)構(gòu)。方法在812終止。圖9是制造變送器設(shè)備的方法的第二具體說(shuō)明性實(shí)施例的流程圖，所述變送器設(shè)備包括沖壓的膜片和單獨(dú)的外環(huán)。在902，將外環(huán)釬焊到過(guò)程變送器外殼的凸緣，所述過(guò)程變送器外殼由耐蝕材料制成，所述外環(huán)包括膜片容納結(jié)構(gòu)。在具體實(shí)施例中，耐蝕材料是不銹鋼，外環(huán)由鉭制成。在具體示例中，可以將多個(gè)外環(huán)同時(shí)釬焊到相應(yīng)的變送器外殼。繼續(xù)進(jìn)行至904，將膜片的附接部分設(shè)置到膜片容納結(jié)構(gòu)上，其中，膜片實(shí)質(zhì)上在整個(gè)直徑上可變形。在具體實(shí)施例中，選擇膜片厚度為大約2mil的膜片。在另一具體實(shí)施例中，膜片由哈司特鎳合金、金、鋯、鉬、鈦、其他材料或它們的任意組合制成。進(jìn)行至906，在附接部分處， 將膜片焊接到外環(huán)，以在膜片與外環(huán)之間形成焊接密封(weld seal) 0方法在908終止。在具體實(shí)施例中，外環(huán)具有內(nèi)徑，膜片容納結(jié)構(gòu)與內(nèi)徑相鄰。膜片包括與外環(huán)的膜片容納結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的安裝結(jié)構(gòu)，在膜片容納結(jié)構(gòu)與安裝結(jié)構(gòu)之間形成焊接密封。在另一具體實(shí)施例中，將膜片焊接到外環(huán)包括相對(duì)于外環(huán)的膜片容納結(jié)構(gòu)設(shè)置膜片的安裝結(jié)構(gòu)，對(duì)外環(huán)和膜片中的至少一個(gè)施加電流，并同時(shí)將外環(huán)和膜片壓在一起，以將膜片電阻焊接到外環(huán)。在具體示例中，該方法還包括針對(duì)過(guò)程變送器確定所需的性能參數(shù)?？梢曰谌绾问褂眠^(guò)程變送器來(lái)確定這樣的性能參數(shù)。確定滿足所需性能參數(shù)的膜片材料成分(如， 哈司特鎳合金、金、鋯、鉬、鈦或其他材料)和相應(yīng)膜片厚度，選擇由所述材料成分制成并具有所述相應(yīng)膜片厚度的膜片，其滿足所需性能參數(shù)。 —般而言，盡管上述示例針對(duì)壓力變送器和隔離膜片，但是應(yīng)理解，也可以對(duì)其他結(jié)構(gòu)應(yīng)用接合不同金屬的工藝。方法和相關(guān)結(jié)構(gòu)示出了如下技術(shù)的具體示例，所述技術(shù)用于將第一材料釬焊到第二材料以及將第三材料焊接到第二材料，以使得得到的結(jié)構(gòu)不會(huì)具有因釬焊材料的熱膨脹系數(shù)不同而造成的缺陷。盡管參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明作出形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種過(guò)程變送器，包括耐蝕外殼，包括凸緣部分，所述耐蝕外殼由第一材料制成； 外環(huán)，由第二材料制成，所述外環(huán)被釬焊到凸緣部分，所述外環(huán)具有內(nèi)徑；以及可變形膜片，由第三材料制成，在所述可變形膜片與外環(huán)之間、與內(nèi)徑相鄰的焊縫處， 所述可變形膜片被焊接到外環(huán)，所述焊縫形成流體密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程變送器，其中，外環(huán)包括與內(nèi)徑相鄰布置的膜片容納結(jié)構(gòu)，所述可變形膜片包括適于與膜片容納結(jié)構(gòu)匹配的安裝結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程變送器，其中，外環(huán)具有第一厚度，所述第一厚度比可變形膜片的第二厚度大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程變送器，其中，第二材料包括鉭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程變送器，其中，第三材料包括哈司特鎳合金和鈦中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程變送器，其中，第三材料包括金、鋯和鉬中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程變送器，其中，膜片被電阻縫焊到外環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程變送器，其中，第一材料包括不銹鋼。
9.一種制造壓力變送器的方法，所述方法包括將外環(huán)釬焊到由耐蝕材料制成的過(guò)程變送器外殼的凸緣，所述外環(huán)包括膜片容納結(jié)構(gòu)；將膜片的附接部分設(shè)置到膜片容納結(jié)構(gòu)上，所述膜片實(shí)質(zhì)上在整個(gè)直徑上可變形；以及在附接部分處，將膜片焊接到外環(huán)，以在膜片與外環(huán)之間形成焊接密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，外環(huán)具有內(nèi)徑，膜片容納結(jié)構(gòu)與內(nèi)徑相鄰。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，將所選的膜片焊接到外環(huán)包括 對(duì)外環(huán)和膜片中的至少一個(gè)施加電流；以及同時(shí)將外環(huán)和膜片壓在一起，以將膜片電阻焊接到外環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，過(guò)程變送器外殼由不銹鋼制成，外環(huán)由鉭制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，膜片包括哈司特鎳合金、金、鋯、鉬和鈦中的一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，膜片具有大約2密爾的膜片厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，選擇膜片包括 針對(duì)過(guò)程變送器確定所需的性能參數(shù)；確定滿足所需性能參數(shù)的材料成分和相應(yīng)膜片厚度；以及選擇由所述材料成分制成并且具有所述相應(yīng)膜片厚度的膜片，滿足所需性能參數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，釬焊外環(huán)包括將多個(gè)外環(huán)同時(shí)釬焊到相應(yīng)的變送器外殼。
17.—種變送器設(shè)備，包括凸緣部分，具有限定流體腔的第一內(nèi)徑；外環(huán)，包括與第一內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)的第二內(nèi)徑，所述外環(huán)包括與第二內(nèi)徑相鄰的膜片容納結(jié)構(gòu)；所述外環(huán)被釬焊到凸緣部分；以及可變形膜片，包括尺寸與容納結(jié)構(gòu)匹配的安裝結(jié)構(gòu)，所述可變形膜片在膜片容納結(jié)構(gòu)與安裝結(jié)構(gòu)之間的焊縫處被焊接到外環(huán)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的變送器設(shè)備，其中，可變形膜片具有第一厚度，所述第一厚度比外環(huán)的第二厚度小。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的變送器設(shè)備，其中，外環(huán)包括鉭，可變形膜片由第二材料制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的變送器設(shè)備，其中，第二材料包括哈司特鎳合金、金、鋯、 鉬和鈦中的至少一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的變送器設(shè)備，其中，可變形膜片被電阻縫焊到外環(huán)。
全文摘要
一種過(guò)程變送器(102)，包括具有凸緣部分(310)的耐蝕外殼(110)，耐蝕外殼由第一材料制成。該過(guò)程變送器(102)還包括由第二材料制成的外環(huán)(306)。外環(huán)具有內(nèi)徑并且被釬焊到凸緣部分。該過(guò)程變送器(102)還包括由第三材料制成的可變形膜片(304)，在膜片(304)與外環(huán)(306)之間、與內(nèi)徑相鄰的焊縫處，可變形膜片(304)被焊接到外環(huán)(306)，以形成流體密封。
文檔編號(hào)G01L7/08GK102159928SQ200980136616
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者吉奧瓦尼·菲利皮, 達(dá)里奧·菲利皮 申請(qǐng)人:匹艾器件有限公司