NO301252B1 - Lavkostnads vått-til-vått trykkavfölerpakke - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en trykkavfølerpakke som omfatter et hus som definerer et kammer som er avgrenset delvis av motstående, atskilte øvre og nedre endevegger; og en trykkfølsom trykkdel som er anbragt i huset; idet trykkdelen innbefatter en perifer kant, en redusert sentral del, og en øvre overflate med en krets i den sentrale delen.

Et utvalg av trykktransdusere er "blitt utviklet tidligere for forskjellige applikasjoner. Mange slike transdusere in-korporerer en trykkfølsom silisiumtrykkdel som har piezo-følsomme elementer på en side derav og som genererer tilsvarende elektriske signaler ved bøyning av trykkdelen som reaksjon på trykk. Riktig montering av den trykkfølsomme silisiumtrykkdelen er vesentlig for transduserens ytelse.

En slik transdusertype er den såkalte "vått-til-vått"-trykktransduseren der trykkdelen tjener som en membran mellom to fluidtrykkmedia i direkte kontakt med disse. Slike transdusere anvendes i forskjellige medisinske og selv-bevegende applikasjoner, salgsautornater, etc. I trykktransdusere av denne type, må trykkdelen monteres på en måte som ikke bare gir den nødvendige mekaniske støtte, men som også gir fluidtett tetning i henhold til den bestemte applikasjon. Ettersom trykkdelen er i direkte kontakt med fluidmedia, blir et beskyttende belegg ofte tilveiebrakt, hvilket belegg kan påvirke følsomhet og gjentakelsesmulighet. Følgelig, for den beste ytelse, er det særlig ønskelig å montere trykkdelen på en måte som minimaliserer fremmede påkjenninger på denne, samtidig som den tilfredsstiller nødvendige mekaniske støtte- og fluidtetningskrav.

Trykktransdusere med elastomere monteringsmidler har også vært tidligere tilgjengelige. Eksempelvis viser US-patent nr.

4 656 454 en vått-til-vått-trykkavføler der trykkdelen er fastspent mellom forutstøpte, elastomere ringtetninger som er anbrakt i motstående deler av et hus. Selv om denne trykk-transduser oppfører seg ganske bra, er der visse ulemper med hensyn til den bestemte type av montering som anvendes der. Silisiumtrykkdelen er under kontinuerlig påkjenning som forstyrrer følsomhet. Små fremstillingsvariasjoner i de forutstøpte, elastomere tetninger og/eller variasjoner i sammenstilling av pakken, kan medføre ytterligere påkjenninger som kan påvirke riktig fluidtetning og ytterligere forstyrre følsomheten. Dessuten krever monteringskonfigura-sjonen praktisk talt bruken av et beskyttende belegg på de frilagte kretselementer av trykkdelen, hvilket i sin tur øker hysteresevirkningene, og dermed reduserer repeterbarhet og ytelse. US-patentene nr. 4 665 754, 4 658 651 og 4 373 397 er også representative for den kjente teknikk i dette henseende.

Et behov har således oppstått for en forbedret vått-til-vått-trykkavføler som har en bedre elastomer montering som tilfredsstiller de nødvendige fluid-tetningskrav, mens der samtidig unngås unødvendige påkjenninger på trykkdelen og de frilagte kretselementer beskyttes mot korrosjon pga. de kontaktdannende fluidmedia i den hensikt å oppnå bedre følsomhet og ytelse.

Trykkavfølerpakken kjennetegnes, ifølge den foreliggende oppfinnelse ved at trykkdelen er anbragt i en fordypning i den nedre endeveggen av huset, at kretsen er en piezoresistiv krets som er forbundet med et flertall av frilagte kretselementer, innbefattende kontaktputer på den perifere kanten, og en nedre overflate; at en lederramme er festet til den nedre endeveggen av huset i atskilt forhold til trykkdelen, idet lederrammen innbefatter et flertall av innvendige og utvendige endepartier; at et flertall av trådbindinger sammenkobler kontaktputene på trykkdelen og de innvendige endepartier av lederrammen; og at vulstmidler bevirker opphenging av trykkdelen i fordypningen i den nedre endeveggen av huset og mellom de innvendige endepartier av lederrammen, og på beskyttende måte dekker de frilagte kretselementer og kontaktputer på trykkdelen og trådbindingene deri, uten å overlappe den reduserte, sentrale del av trykkdelen.

Ytterligere utførelsesformer av trykkavfølerpakken vil fremgå av de vedlagte patentkrav, samt av den etterfølgende beskrivelse, med henvisning til de vedlagte tegningsfigurer. Fig. 1 er et perspektivriss over vått-til-vått-trykkavføler-pakken ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et forstørret vertikalt tverrsnittsriss av vått-til-vått-trykkavfølerpakken heri. Fig. 3 er en forstørret tverrsnittsillustrasjon av den elastomere monteringsinnretning for den trykkfølsomme trykkdelen heri.

Idet der nå vises til tegningen, der like henvisningstall betegner like eller tilsvarende elementer overalt i figur-rissene, er der vist den forbedrede vått-til-vått-trykk-avfølerpakken 10, ifølge oppfinnelsen. Som det vil bli forklart mer fullstendig nedenfor, innbefatter avfølerpakken 10 et trykkfølsomt element som er montert mellom perifere vulster av elastomert klebemateriale for å isolere påkjenning, gi fluidtetning og beskytte de frilagte kretselementer derav.

Trykkavfølerpakken 10 omfatter et hus 12 som, i den viste form, innbefatter motstående deksler 14 og 16 som er sammen-koblet i et atskilt forhold ved hjelp av en omgivende sidevegg 18. Huset 12 definerer et lite kammer deri. Toppdekslet 14 innbefatter en aksiell port eller boring 20 som strekker seg derigjennom fra den ytre enden til en fordypning 22 i den indre enden. Et flertall av langsgående ribber 24 er tilveiebrakt om utsideoverflaten av toppdekslet 14 for mottakelse og festing av en rør- eller slangelengde som strekker seg til fluidkilden hvis trykk skal overvåkes. I den foretrukne utførelsesform, slik som vist, er bunndekslet 16 av identisk konstruksjon, innbefattende en aksiell port eller boring 28, fordypning 30 og utvendige langsgående ribber 32. En annen rør- eller slangelengde (ikke vist) fra en annen fluidkilde er forbundet med bunndekslet 16.

I den foretrukne utførelsesform er dekslene 14 og 16 i huset 12 identiske. Hvert deksel 14 og 16 innbefatter en avsmalnet ytre ende og en utvidet indre ende, idet utsideoverflaten av disse er forsynt med hakk til å definere en skulder for mottakelse av sideveggen 18. Dekslene 14 og 16 og sideveggen 18 er fortrinnsvis støpt av passende termoplast og festet sammen ved hjelp av ultralydsveising, klebemiddel eller annen passende teknikk.

Idet der vises særlig til fig. 2 og 3, blir en påkjennings-følsom brikke eller trykkdel 34 understøttet fullstendig på innsiden av det nedre dekslet 16. I særdeleshet omfatter trykkdelen 34 en generelt rektangulær eller kvadratisk brikke av halvledermateriale, slik som silisium, som har en perifer kant 36 og et sirkulært sentralt område med redusert tykkelse som danner en membran 38. Den øvre overflaten 40 av trykkdelen 34 er dopet til å gi en anordning av piezo-motstander og andre ledende regioner deri. Kontaktputer 42 og andre frilagte kretselementer befinner seg om topp-overflaten av den perifere kanten 36.

Trykkdelen 34 understøttes innenfor en elastomer monteringsinnretning 44 bestående av to kontinuerlige vulster 46 og 48 av elastomert klebemiddel. I særdeleshet strekker den nedre vulsten av elastomert klebemiddel 46 seg om den nedre perifere kanten 36 av trykkdelen 34 og fordypning 30 i det nedre dekslet 16, hvilken fordypning vil bemerkes er relativt større enn trykkdelen 34 for å unngå enhver kontakt eller binding mellom disse. Den øvre vulsten 48 av elastomert klebemiddel strekker seg om den øvre perifere kanten 36 på trykkdelen 34, de innvendige endepartier av en lederramme 50 av metall, og mellomliggende deler av det nedre dekslet 16. Det vil bemerkes at den øvre vulsten 48 også dekker og således beskytter kontaktputene 42 og andre frilagte kretselementer, samt trådbindinger 52 som sammenkobler kontaktputene på trykkdelen 34 med lederrammen 50, hvilken er støpt inn i innsideenden av det nedre dekslet 16, for å beskytte de frilagte kretselementene mot korrosjon. De innvendige endedeler av lederrammen 50 er festet til dekslet 16, men de utvendige endedeler av lederrammen strekker seg utenfor huset 12 for forbindelse med ledninger 54 på kontrollkretsen (ikke vist).

I den foretrukne utførelsesform består de elastomere vulstene 46 og 48 av mykt, elastomert klebemiddel, slik som GE-romtemperaturvulkaniserende (RTV) silikongummi nr. 162. Dersom fluidmiljøet er uvennlig eller korrosivt, kan GE-fluor-silikon anvendes.

Som vist er trykkavfølerpakken 10 tilpasset for avføling av det relative trykkdifferensial mellom to fluider som er forbundet med porter 20 og 28 i huset 12. Om ønskelig kan imidlertid avføleren 10 modifiseres til å avføle absolutt eller målertrykk for en fluid som er forbundet med port 20 ved å avtette port 28 og evakuere rommet deri for derved å gi en vakuumreferanse.

Eksperimentelle resultater fra atten (18) prøveenheter har bekreftet den forbedrede ytelse for denne avfølerpakke 10. Direkte sammenlignings tester ble utført på en 1 og 17 psi (0,0703 kg/cm<2> og 1,1951 kg/cm<2>) mellom avfølerpakken heri og Modell 16PC som er vist i US-patent 4 656 454. Oppmerksom-heten var rettet på hysterese, og testresultatene var som følger:

Fra det foregående vil det således være åpenbart at den foreliggende oppfinnelse omfatter en forbedret vått-til-vått-trykkavfølerpakke som har flere fordeler relativt den kjente teknikk. En vesentlig fordel er at trykkdelen er opphengt innenfor en elastomer monteringsinnretning som er festet til og understøttet på den samme delen av huset for å isolere trykkdelen fra påkjenning i den hensikt å skape større følsomhet og nøyaktighet.

Den øvre vulsten tjener også til å beskytte trådbindingene og andre frilagte kretselementer om periferien av trykkdelen, mot korrosjon uten overligging av det sentrale membran-arealet. Andre fordeler vil være åpenbare for fagfolk.

Selv om bestemte utførelsesformer av oppfinnelsen er blitt vist på den vedlagte tegning og beskrevet i foregående detaljerte beskrivelse, vil det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset kun til de vist utførelsesformer, men er tilsiktet å omfatte eventuelle alternativer, ekvivalenter, modifikasjoner og/eller omordninger av elementer som faller innenfor omfanget av oppfinnelsen slik som definert av de etterfølgende patentkrav.

Claims (9)

1. Trykkavfølerpakke (10), omfattende: et hus (12) som definerer et kammer som er avgrenset delvis av motstående, atskilte øvre (14) og nedre (16) endevegger; og en trykkfølsom trykkdel (34) som er anbragt i huset; idet trykkdelen innbefatter en perifer kant (36), en redusert sentral del (38), og en øvre overflate (40) med en krets i den sentrale delen, karakterisert ved at trykkdelen er anbragt i en fordypning i den nedre endeveggen av huset, at kretsen er en piezoresistiv krets som er forbundet med et flertall av frilagte kretselementer, innbefattende kontaktputer (42) på den perifere kanten, og en nedre overflate; at en lederramme (50) er festet til den nedre endeveggen av huset i atskilt forhold til trykkdelen, idet lederrammen innbefatter et flertall av innvendige og utvendige endepartier ; at et flertall av trådbindinger (52) sammenkobler kontaktputene på trykkdelen og de innvendige endepartier av lederrammen; og at vulstmidler bevirker opphenging av trykkdelen i fordypningen i den nedre endeveggen av huset og mellom de innvendige endepartier av lederrammen, og på beskyttende måte dekker de frilagte kretselementer og kontaktputer på trykkdelen og trådbindingene deri, uten å overlappe den reduserte, sentrale del av trykkdelen.

2. Trykkavfølerpakke som angitt i krav 1, karakterisert ved at vulstmidlet omfatter elastomert klebemiddel (48) som strekker seg mellom den perifere kanten på den øvre overflaten av trykkdelen, de innvendige endepartier av lederrammen, og mellomliggende partier av den nedre endeveggen av huset.

3. Trykkavfølerpakke som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved: en kontinuerlig nedre vulst (46) av elastomert klebemiddel som strekker seg mellom den perifere kanten på den nedre overflaten av trykkdelen og fordypningen i nedre endevegg på huset; en kontinuerlig øvre vulst (48) av elastomert klebemiddel som strekker seg mellom den perifere kanten på den øvre overflaten av trykkdelen, de innvendige endepartier av lederramme, og mellomliggende deler av nedre endevegg på huset; idet den øvre vulsten på beskyttende måte dekker de frilagte kretselementer og kontaktputer på trykkdelen og trådbindingene deri, uten å overlappe membrandelen av trykkdelen.

4 . Trykkavfølerpakke som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at huset omfatter: et øvre deksel (14) som innbefatter ytre ende og en utvidet indre ende som avsluttes i den øvre endeveggen; et nedre deksel (16) som innbefatter ytre ende og en utvidet indre ende som avsluttes i den nedre endeveggen; og en omgivende sidevegg (18) som sammenkobler de indre ender av de øvre og nedre deksler i relativt, atskilt forhold.

5 . Trykkavfølerpakke som angitt i krav 4, karakterisert ved at de øvre og nedre deksler og sideveggen er laget av termoplast.

6. Trykkavfølerpakke som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved dessuten å innbefatte: langsgående ribber (24) på de ytre ender av de øvre og nedre deksler hosliggende deres respektive endevegger for å feste rør eller slange på disse.

7. Trykkavfølerpakke som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-6, karakterisert ved at det elastomere klebemidlet omfatter romtemperaturvulkaniserende silikongummi.

8. Trykkavfølerpakke som angitt i krav 7, karakterisert ved at det elastomere klebemidlet omfatter fluorsilikongummi.

9. Trykkavfølerpakke som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved middel som definerer en fluidport (28) i den nedre endeveggen av huset.