CN106461485B - 用于感测在测量室中的流体介质压力的压力传感器 - Google Patents
用于感测在测量室中的流体介质压力的压力传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种用于在测量室中感测流体介质压力的压力传感器(10)。所述压力传感器(10)包括：带有电子设备室(14)的传感器壳体(12)；至少一个传感器元件(26)，该传感器元件这样布置在所述传感器壳体(12)中或所述传感器壳体上，使得该传感器元件为了测量介质压力而能够承受所述介质；和压力接头(18)，借助于该压力接头能够将所述压力传感器(10)安装在所述测量室上或所述测量室中。所述压力接头(18)具有用于将所述流体介质输送至所述传感器元件(26)的输入通道(24)。所述传感器元件(26)具有带有用于感测压力的测量元件(30)的测量区段(28)，该测量区段布置在所述输入通道(24)中，并且具有带有用于所述测量元件(30)的电接触的接触元件(34)的接触区段(32)，该接触区段布置在所述电子设备室(14)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于感测在测量室中的流体介质压力的压力传感器。
背景技术
从现有技术中公知了用于感测流体介质、例如气体和液体的压力的不同装置和方法。测量参数即压力是在气体和液体中出现的、到处起作用的、不指向的力作用。为了测量压力，存在动态和静态起作用的测量值接收器或传感器。动态起作用的压力传感器仅使用于测量在气态或液态介质中的压力振动。压力测量可以例如直接通过膜片变形或通过力传感器进行。尤其为了测量非常高的压力，原则上可能的是，使电阻承受介质，因为许多已知的电阻表明了压力相关性。然而，在此抑制了电阻同时与温度的相关性，并且将电接头从压力介质中压力密封地引导出来是困难的。
因此，广泛应用的压力感测方法为了获得信号首先使用薄膜片作为机械中间梯级，该中间梯级一侧承受压力并且在该压力的影响下弯曲。该膜片可以在宽界限中根据厚度和直径适配于相应的压力范围。低压力测量范围导致具有可在0.1mm至1mm范围中完全弯曲的较大膜片。然而，高的压力要求具有较小直径的较厚膜片，这些膜片通常仅弯曲几微米。这种压力传感器例如在Konrad Reif(Hrsg)：汽车中的传感器(Sensoren imKraftfahrzeug)，2010年第一版，80-82页和134-136页中被描述。
为了在测量室中或测量室上安装压力传感器，这些压力传感器通常具有压力接头。压力接头可以例如实施成螺纹接管并且拧入到测量室的壁中。原本的测量值接收器或原本的传感器元件要么直接要么间接通过中间载体布置在壳体基座上。壳体基座与压力接头要么集成地或者说一件式地构造，如在DE 10 2009 054 689 A1中公开的那样，要么壳体基座和压力接头是单独的构件，这些构件通过焊接持续地相互连接，如在EP 1 518 098 B1中公开的那样。
这种压力传感器的传感器壳体通常通过焊接、卷边或这些工艺的组合来封闭。为了保护内室和在其中包含的电子设备，壳体部件通过粘接剂或密封圈来密封。
尽管从现有技术中公知的压力传感器有多个优点，这些压力传感器还有改进潜力。因此，例如压力传感器通过膜片和薄层应变片条(DMS-Streifen)产生小的电压信号，这使信号处理变得昂贵并且使传感器在电动机的兼容性方面易受影响。在此，尤其在具有硅膜片的高压传感器中，构型硅膜片与压力接头的连接部和从高压介质室至电子设备室的电接触的贯通引导部的构型是困难的。
发明内容
因此，提出一种压力传感器，该压力传感器至少很大程度地避免已知压力传感器的缺点，并且在同时电压信号足够高的情况下允许在传感器元件和电子设备室之间的密封连接。本发明原则上适用于感测在每个使用位置上的压力，尤其在车辆中要测量的压力范围中，尤其是要测量的例如存在于“共轨”中的高压。
根据本发明的压力传感器用于感测测量室中的流体介质压力。该压力原则上可以作为绝对压力被感测。此外，在各构件相应集成的情况下可以确定流体介质的一个或多个物理特性和/或化学特性，包括例如温度、另一压力、流动特性或一个或多个其他特性。测量室原则上是任意静止地或流动地接收流体介质、即气体和/或液体的室。测量室尤其可以是燃料***的一部分。因此，可以尤其为了感测燃料压力而使用或构型压力传感器。根据本发明的用于感测测量室中的流体介质压力的压力传感器包括具有电子设备室的传感器壳体；至少一个传感器元件，该传感器元件这样布置在传感器壳体中或传感器壳体上，使得该传感器元件为了测量介质压力而可承受介质；和压力接头，借助于该压力接头可将压力传感器安装在测量室上或测量室中。压力接头具有用于将流体介质输送至传感器元件的输入通道。传感器元件具有带有用于感测压力的测量元件的、布置在输入通道中的测量区段，并且具有带有用于测量元件的电接触的接触元件的、布置在电子设备室中的接触区段。
压力传感器可以在电子设备室和压力接头之间具有一开口。传感器元件可以这样布置，使得接触区段穿过开口伸出，并且测量区段密封地包围该开口。开口可以构造在压力接头中。替代地，压力传感器可以具有壳体基座，在该壳体基座上布置有传感器壳体，其中，开口构造在壳体基座中。测量区段可以与限界该开口的边缘粘接。测量元件可以布置在测量区段的上侧上。在该上侧上可以布置覆盖测量元件的第一覆盖元件。测量区段的下侧可以具有空腔。空腔可以这样构造，使得测量元件可被加载流体介质压力。在下侧上可以布置覆盖空腔的第二覆盖元件。第二覆盖元件可以具有用于允许流体介质进入空腔的开口。第一覆盖元件和/或第二覆盖元件可以是玻璃板。在此，第一覆盖元件借助相对于上侧的间隔垫片布置，从而构造参考室。在参考室中可以存在参考真空或参考压力。测量区段可以比接触区段宽。在本发明的框架内，宽度视为垂直于连接上侧和下侧的方向的尺寸。如果传感器元件从下面穿过开口相应地***壳体基座或压力接头中，那么传感器元件以较宽的测量区段贴靠在开口的边缘上。在此，在要测量的流体介质中存在测量区段，而具有接触元件的接触区段伸入到传感器壳体的电子设备室中并且可以在那里与分析电子设备连接。粘接剂可以这样填充贯通引导部的间隙，使得在施加压力的情况下将传感器压到粘接剂上并且在此自密封。
在本发明的框架内，压力接管应理解为具有至少一个孔的附接件或管件，通过该孔可以将流体介质引导至传感器元件，例如在圆柱形接管中的圆柱形孔。压力接管可以构造为耐压力的接管，以便例如在燃料管路中出现高压的情况下不被损害。相应地，压力接管也可以称作压力接头。在此，圆柱形孔尤其可以构造成输入通道，以便将要测量的流体介质引导至传感器元件。
本发明的基本构思是将具有高电压信号的硅膜片的优点与电接触的自密封的贯通引导部结合起来。高电压信号增益简化了信号处理并且使传感器相对于电磁兼容性更不敏感。此外，相同的膜片可以调整到不同的压力范围上。用于贯通引导电接触的自密封方案决定性地简化了结构。即使在膜片断裂的情况下也不会产生燃料流出到电子设备室中的危险。传感器元件尤其可以是硅传感器元件。在正面或上侧存在压阻式电阻、金属化部和接触垫。从背面或下侧蚀刻出用于膜片的凹槽。在传感器元件的上侧与膜片略微隔开距离地施加由玻璃、硅或其他材料制成的板，该板保护膜片并且包围参考真空或者说参考压力。在背面同样固定一个具有孔的板，由此可以使要测量的流体介质作用到膜片的背面上。
附图说明
从在附图中示意性示出的优选实施例的接下来的描述中得到本发明的其他可选细节与特征。
附图示出：
图1根据本发明的压力传感器的横截面视图，
图2压力传感器的传感元件的前视图，
图3压力传感器的传感元件的横截面视图，
图4传感元件的前视图，
图5传感元件的后视图，
图6传感元件的立体图，
图7传感元件的一部分的分解图，和
图8根据本发明的第二实施方式的压力传感器。
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一实施方式的压力传感器10的横截面视图。压力传感器10可以例如构造成用于感测在内燃发动机的燃料管路中的燃料压力。压力传感器10具有带有电子设备室14的传感器壳体12。传感器壳体12布置在壳体基座16上。压力传感器10还具有压力接头18。压力接头18可以由金属制成并且可以构造成圆柱形压力接管，尤其是螺纹接管。压力接头18在背离传感器壳体12的端部20上具有用于要测量的、以压力加载的介质的开口22，该介质位于未详细示出的测量室中，例如在燃料管路中。在压力接头18实施成螺纹接管的情况下，该螺纹接管可以具有未示出的用于将压力接头18固定在测量室的壁上或壁中的外螺纹，其中，外螺纹与测量室壁的配合成型的内螺纹啮合。压力接头18具有连接到开口22上的输入通道24。
压力传感器10还具有传感器元件26。传感器元件26这样布置在传感器壳体12中或传感器壳体上，使得该传感器元件为了测量介质压力而可承受介质，如下面更详细描述的那样。
图2示出传感器元件26的前视图。传感器元件26具有带有用于感测压力的测量元件30的测量区段28。测量元件30例如是压阻式电阻元件。传感器元件26还具有带有用于电接触测量元件30的接触元件34的接触区段32。测量元件30布置在传感器元件26的上侧36上。接触元件34同样布置在上侧36上。测量区段28比接触区段32宽。因此，在测量区段28和接触区段32之间形成梯级。
图3示出传感器元件26的横截面视图。在传感器元件26的、更确切地说在测量区段28的与上侧36对置的下侧38上构造有空腔40。空腔40例如从下侧38蚀刻到传感器元件26中。
如图1所示，在装配状态下这样布置传感器元件26，使得测量区段28布置在输入通道24中，并且接触区段32布置在电子设备室14中。由于该原因，如图1所示，压力传感器10具有开口42。开口42位于电子设备室14和压力接头16之间。在此，这样布置传感器元件26，使得接触区段32穿过开口42伸出，并且测量区段28密封地包围开口42。在此，开口42可以构造在壳体基座16中。例如，测量区段28与壳体基座16的限界开口42的边缘44粘接。
如图1还可看出的是，在上侧36上布置有覆盖测量区段28并且由此覆盖测量元件30的第一覆盖元件46。在下侧上布置有覆盖空腔40的第二覆盖元件48。在此，第二覆盖元件48具有用于允许流体介质流入空腔40的开口50。第一覆盖元件46和/或第二覆盖元件48可以是玻璃板。在此，第一覆盖元件46可以与上侧36间隔开。例如，在上侧36和第一覆盖元件46之间布置有间隔垫片52，使得在上侧36和第一覆盖元件46之间形成参考室54。下面描述压力传感器10的可能的装配。
图4示出传感器元件26的立体前视图。传感器元件26以上述方式制造。然后测量区段28构造有测量元件30，并且接触区段32构造有接触元件34。测量元件30和接触元件34例如被气相蒸镀到传感器元件26上。最后，间隔垫片52和第一覆盖元件46这样施加到传感器元件26上，使得该第一覆盖元件覆盖测量元件30，例如通过粘接。
图5示出传感器元件26的立体后视图。在下侧38中引入空腔40，例如通过蚀刻。然后具有开口50的第二覆盖元件48这样施加到传感器元件26上，使得该第二覆盖元件覆盖空腔40，例如通过粘接。
图6示出传感器元件26的立体视图。可看出由传感器元件26和在其上施加的覆盖元件46、48组成的复合体。此外可看出，接触区段32不是被覆盖的，而是裸露的，使得接触元件34是可接触的。
图7示出压力传感器10的一部分的分解图。壳体基座16和具有在其上施加的覆盖元件46、48的传感器元件26被示出。在测量区段28和覆盖元件46、48的面向壳体基座16的一侧56上施加粘合剂58。传感器元件26这样安装在壳体基座16上，使得接触区段32被引导穿过在壳体基座16中的开口42。通过设置粘合剂58将传感器元件26与限界开口42的边缘44粘接。在此，粘合剂58也可以引入到开口42中，使得在开口42中的接触区段32与壳体基座16粘接。在施加由在输入通道24中的流体介质作用到传感器元件26上的压力的情况下，传感器元件26被压紧到粘接剂上并且在此相对于流体介质密封电子设备室14。然而，流体介质可以通过在第二覆盖元件48中的开口50到达空腔40中，这样从背面给测量元件30加载压力。
图8示出根据本发明的第二实施方式的压力传感器10的横截面视图。下面仅描述与前述实施例的区别，并且相同构件设置有相同的参考标记。在第二实施方式的压力传感器10中，取代壳体基座16，压力接头18具有开口42，传感器元件26的接触区段32以上述方式被引导穿过该开口。相应地，这里在输入通道24中也存在测量区段28，并且在电子设备室14中存在接触区段32。
Claims (4)
1.用于在测量室中感测流体介质压力的压力传感器(10)，所述压力传感器包括：带有电子设备室(14)的传感器壳体(12)；至少一个传感器元件(26)，该传感器元件这样布置在所述传感器壳体(12)中或所述传感器壳体上，使得该传感器元件为了测量介质压力而能够承受所述介质；和压力接头(18)，借助于该压力接头能够将所述压力传感器(10)安装在所述测量室上或所述测量室中，其中，所述压力接头(18)具有用于将所述流体介质输送至所述传感器元件(26)的输入通道(24)，其中，所述传感器元件(26)具有带有用于感测压力的测量元件(30)的测量区段(28)，该测量区段布置在所述输入通道(24)中，并且具有带有用于所述测量元件(30)的电接触的接触元件(34)的接触区段(32)，该接触区段布置在所述电子设备室(14)中，其中，所述压力传感器(10)在所述电子设备室(14)和所述压力接头(18)之间具有开口(42)，其中，所述传感器元件(26)这样布置，使得所述接触区段(32)穿过所述开口(42)伸出并且所述测量区段(28)密封地包围所述开口(42)，其中，所述测量元件(30)布置在所述测量区段(28)的上侧(36)上，其中，所述测量区段(28)的下侧(38)具有空腔(40)，其中，所述空腔(40)这样构造，使得能给所述测量元件(30)加载所述流体介质压力，其中，在所述上侧(36)上布置有覆盖所述测量元件(30)的第一覆盖元件(46)，其中，在所述下侧(38)上布置有第二覆盖元件(48)，
其特征在于，所述第二覆盖元件(48)覆盖所述空腔(40)，所述压力传感器(10)具有壳体基座(16)，在该壳体基座上布置有所述传感器壳体(12)，其中，所述开口(42)构造在所述壳体基座(16)中，并且在所述测量区段(28)、所述第一覆盖元件(46)和所述第二覆盖元件(48)的面向所述壳体基座(16)的一侧(56)上施加有粘合剂(58)，其中，通过所述粘合剂(58)使所述测量区段(28)和所述传感器元件(26)与限界所述开口(42)的边缘(44)粘接。
2.根据权利要求1所述的压力传感器(10)，其中，所述开口(42)构造在所述压力接头(18)中。
3.根据权利要求1所述的压力传感器(10)，其中，所述第二覆盖元件(48)具有用于允许所述流体介质流入所述空腔(40)的开口(50)。
4.根据权利要求1所述的压力传感器(10)，其中，所述第一覆盖元件(46)和/或所述第二覆盖元件(48)是玻璃板。
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