CN1235024C - 压力传感器组件 - Google Patents
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Abstract
根据现有技术,在确定某种腐蚀介质的压力的压力传感器组件中,为了防止腐蚀,要对具有一个压力传感器芯片的市售传感器元件进行修改,从而给传递压力的液体提供大的容积。这对校准和高的测量精度是不利的。而在本发明的压力传感器组件(1)中,则可使用市售的传感器元件(5),这种市售的传感器元件连接在一个适配器(21)上,该适配器具有传递压力的很小的容积。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力传感器组件,它至少包括一个用来确定压力的压力传感器芯片。
背景技术
压力传感器组件包括例如一些压阻式传感器元件,它们例如广泛用于汽车进气管的压力测量。其中一个压力传感器芯片被焊接在一个底座上,该底座具有用于外部电连接件的玻璃引线。所以压力传感器芯片的电连接可用压焊丝与外部电连接件接通。一种介质的压力通过一根与该底座焊接的金属小管例如作用到压力传感器芯片的背面。在绝对压力测量时,在该底座上在真空下焊接一个金属帽。在相对压力测量时,该盖具有一个开口。压力传感器芯片例如用一种凝胶体采防止环境的影响。在严重腐蚀的介质时,不能使用这种传感器元件,因为腐蚀介质会腐蚀压力传感器芯片或该凝胶体。
从JP 2000 046 666 A1已知一种压力传感器组件,其传感器膜片在压力接管中由凝胶体保护,但这种凝胶体也会被腐蚀介质腐蚀,且由于凝胶体不具有大的耐化学性能或机械强度,所以它的形状随着时间的推移而发生变化,从而影响测试结果。
为此,现有技术用一种隔膜和一种压力传递介质例如硅油把压力间接传递到压力传感器芯片上。具有这种油容器的压力传感器组件的结构例如可从1989年的AMA-Seminarband的285至295页得知。在这种结构中,该压力传感器芯片周围的油体积相当大。由于硅油的热致体积膨胀系数比外壳材料的体积膨胀系数高,故在温度变化时,隔膜产生偏移。由于该隔膜的不可忽略的刚度,于是便在压力传感器组件的压力传感器芯片上建立压力,该压力只通过温度变化产生并伪造测试信号。
为了减小这种公知压力传感器组件的油体积,例如用一种陶瓷填充体来减小压力传感器周围的油体积。为此,该填充体需要一道单独的安装工序。在这种压力传感器组件中,由于传感器周围的空腔相对于隔膜下方的空腔的制造公差较大而存在大的油体积。
这样,对较高的测试精度来说,就需要在注油状态中进行压力传感器芯片的校准。在这种情况下,在校准时采取温度措施所需的时间是比较长的,这是因为存在于高的热容量。此外,在上述公知压力传感器组件中,压力传感器芯片的缺陷可能只有在制成状态下才被发现。从而造成更高的废品成本,因为整个组件都成了废品。
从DE 195 07 143 A1或US-PS 5,595,939中已知一种用比较简便的装配方法按油容器的原理工作的压力传感器组件。此时通过在塑料插头外壳中的压力传感器芯片的一个空隙来代替减小油体积用的填充体。为此,用一个O型密封圈或一个挤压密封件来进行隔膜与插头的密封。这类密封方式存在这样的危险,即例如在O型密封圈损坏或密封面上粘附着颗粒的情况下,油就会从传感器内腔流出。在这种压力传感器组件中,在注油时由于在隔膜上施加一个高的压力而把传感器中夹杂的残余空气从传感器元件的可穿透空气分子的塑料材料中挤压出来,从而造成这样的危险,即为小的压力测试范围所设计的压力传感器芯片由于外壳中的高的压力挤出残余空气而导致损坏。
此外,这种压力传感器芯片需要采取例如用电容器来改善电磁兼容性的措施。在上述公知压力传感器组件情况下,把这些电容器集成在外壳中是很费钱的,从而增加这种压力传感器组件的制造费用。
从JP 2000 009 568 A1中已知一种压力传感器组件,该组件把一个适配器连接在一个压力传感器元件上,以确定一种液体的压力。其结构很复杂并具有传递介质的大的总体积。
JP 11 316 166 A1和DE 44 15 984 A1或US-PS 5,629,538公开了这样的压力传感器芯片,它们在传感器膜片上具有一层保护膜,以免传感器膜片受到腐蚀性环境的腐蚀。这层保护膜以不利的方式改变该膜片的动作性能和测试性能,而且也不能提供较长时间的足够保护,因为这层保护膜必须做得足够的薄,才能使传感器膜片实现良好的弯曲。
JP 81 36 380 A1公开了一种压力传感器组件,该组件连接在一个适配器上,以免压力传感器芯片受到腐蚀介质腐蚀。这种结构又必须用一个O型密封圈来密封,从而引起O型密封圈带来的上述问题。
发明内容
与之比较,本发明旨在提出一种压力传感器组件,它能以简单的方式方法就可制造一种适用于腐蚀环境的廉价的和具有高测量精度的压力传感器组件。该高的精度是通过大量减少油体积来实现的。
本发明的目的的技术解决方案在于一种至少包括一个用来确定压力的压力传感器芯片的压力传感器组件,其与一根压力接管连接,该压力接管把压力传递到该压力传感器芯片上,其中,一个适配器与该压力接管连接,该适配器承受压力并通过压力接管把该压力传递到压力传感器芯片上,和该适配器保护压力传感器芯片,以免受到可能损害压力传感器芯片的介质的作用,压力传感器组件布置在壁的一个***孔中,和压力传感器组件具有一个隔膜,和壁与一种介质邻接,该介质与隔膜保持接触,和当介质冻结并膨胀时,压力传感器组件部分地从***孔中移出。
所以,在本发明的压力传感器组件中,油体积的热膨胀对测试信号的影响是很小的。因此,安装在传感器元件中的压力传感器芯片可快速进行校准,从而避免了在整个压力传感器组件时的费时的和长的温度措施。通过传感器元件的调准,在压力传感器组件校准时的废品代价是很小的。由于传感器元件比压力传感器组件小,可同时校准多个传感器元件。
该压力传感器组件的一种有利的适配器是具有一个通孔,该通孔在一侧连接到传感器元件的一根压力接管上,而在另一侧则被一个隔膜密封,且被这样密封的体积按有利的方式注入一种液体。这种适配器结构简单,所以价格低廉。
当该适配器具有一个附加的孔,并可通过该孔把液体注入上述通孔时,则是有利的。
一块具有例如现有元件的印制电路板可按有利的方式连接到传感器元件的压力传感器芯片的外部电连接件上。这样,用于改善电磁兼容性的其他元件就可按有利的方式装配到该印制电路板上。
压力传感器组件外壳可按有利的方式配有电插接件。
附图说明
本发明的一些实施例在附图中简要示出并在下面的说明中进行详细说明。附图所示为:
图1是具有一个压力传感器芯片的现有技术的一种传感器元件的轴向横截面;
图2是现有技术的一种压力传感器组件的横截面;
图3是一个适配器的轴向横截面;
图4a是具有一块印制电路板和一个电连接以及一个适配器的未装配状态下的传感器元件;
图4b是图4a的全部元件已处于装配好的状态;
图5a是按本发明构成的一个压力传感器组件的一个实施例处于未装配的状态;
图5b是图5a所示的按本发明构成的一个压力传感器组件的一个
实施例的轴向横截面;
图5c是无印制电路板的按本发明构成的一个压力传感器组件的另一个实施例;和
图6是按本发明构成的另一个压力传感器组件的轴向横截面。
具体实施方式
图1表示一个传感器元件5的轴向横截面,该传感器元件具有一个压力传感器芯片7并例如用于本发明的压力传感器组件1(图5)。压力传感器芯片7例如用阳极压焊装配到一个玻璃基片11上。传感器元件5具有一个例如由两部分组成的外壳9,玻璃基片11例如通过焊接方法固定在该外壳中。在压力传感器外壳9内的压力传感器芯片7通过压焊丝13与传感器电连接元件15进行电连接,这些电连接元件伸出传感器外壳9。压力传感器芯片7具有例如一个膜片17,该膜片在下侧49受一种介质作用,该介质通过一根压力接管19例如一根如图中虚线所示的附加金属小管引入。膜片17由于该介质的压力作用于其上而可弯曲,从而它通过弯曲产生一个测量信号,该测量信号通过压焊丝13传输。对传感器元件5而言,也可使用别的压力传感器芯片7。在传感器外壳9内例如保持真空,所以传感器元件5可用于绝对压力测量。
膜片17具有一个上侧47,它与压力传感器芯片7的上侧大致位于同一平面内。压焊丝13固定在压力传感器芯片7的这个上侧47上。膜片17还具有一个下侧49,它位于上述膜片上侧的对面。
图2表示现有技术的一个压力传感器组件。
在这个压力传感器组件中,一种液体28作为一种传递压力的介质作用在压力传感器芯片7的膜片上侧47上,在该上侧还设有带压焊丝13的电触点。液体28通过一个隔膜29密封,所以压力传感器芯片7在这里也不会受腐蚀介质的作用。但传递压力的介质28的体积相当大,因为它包括压力传感器芯片7和传感器连接元件15的整个表面。此外,为了隔膜29不接触压焊丝13或压力传感器芯片7,从隔膜29到压力传感器芯片7必须存在一定的距离。特别是传递压力的介质28的这么大的体积会导致上述的问题。
图3表示一个适配器21的轴向横截面,该适配器例如呈圆柱形,且在其中心有一个通孔23。适配器21在传感器侧25连接到传感器元件5的压力接管19上(图5)。而在其对面的一侧即介质侧27上则通过一个隔膜29密封该通孔23。在隔膜29与介质侧27之间有很小的距离。
适配器21具有一个横交于通孔23的注入孔31和一个注入孔32,在适配器21与传感元件5装配好的状态下,通过该注入孔可把液体引入通孔23中。通孔23和注入孔32的体积有意地选择得较小,以使液体对压力传感器芯片7的测量性能的影响保持较小。注入通孔23和注入孔32中的液体用于将靠近隔膜29的压力传递到膜片17上。这种液体最好使用硅油。注入孔32在注油后例如通过压入一个金属球进行密封。适配器21在其外表面有一个密封圈33,该密封圈对一个孔或一个有被测介质的容器密封适配器21。
图4a表示传感器元件5要与适配器21和一块印制电路板36依次进行组装的情况。在传感器元件5和适配器21之间例如布置有印制电路板34,该印制电路板例如与至少一根触针37电连接,而该触针则还例如与插接件39电连接(图5)。
图4b表示图4a的各部件已处于组装好的状态。压力接管19与适配器21的传感器侧25上的孔23密封连接。适配器21保护膜片17不受腐蚀介质的作用。印制电路板36与传感器元件5的传感器连接元件15导电连接并例如通过印制电路板36上的导线与触针37或例如直接与插接件39电连接(图5c),所以通过一个外部插头43(图5a,b,c)便可从传感器元件5向外建立电连接。印制电路板36不是本发明压力传感器组件1的必需的部件。例如也可用冲压网格来代替印制电路板36。
图5a表示处于部分装配状态的本发明压力传感器组件1。现在把一个压力传感器组件外壳45安装到图4b所示的结构上,并将该外壳以机械的方式连接到例如适配器21上。传感器元件5通过压力传感器外壳45例如用粘接剂保持在传感器元件5和外壳45之间。插接件39例如浇注在和例如保持在外壳45中。此外,外壳45的一部分与插接件39构成一个插头43,插接件39可从外部***该插头中。
在印制电路板36上例如设置了至少一个电元件41,该电元件例如用来改善电磁兼容性。这类电元件例如是电容器。
图5b表示一个按本发明装配好的压力传感器组件1的轴向横截面。触针37在一个触点57与插接件39导电连接,例如通过焊接连接。触点57还可通过凝胶体或粘接剂防止外部腐蚀。当一个外部压力作用到隔膜29上时,这个环绕其边缘固定的隔膜29便产生弯曲。
图5c表示没有印制电路板36的本发明压力传感器组件1的另一个实施例。其中插接件39例如直接与传感器连接元件15电接通。外壳45例如可围绕传感器元件5和插接件39注塑或浇注。
本发明压力传感器组件1的优点在于,可用市售的传感器元件5来测量腐蚀介质的压力。
隔膜29具有弹性并通过处于隔膜29和膜片17之间的容积内的液体把压力传递到压力传感器芯片7。隔膜29用耐腐蚀的材料制成。
图6表示本发明另一个压力传感器组件1的轴向横截面,该压力传感器组件例如具有一块固定板51并用它例如固定在壁53上。压力传感器组件1导入该壁53的***孔69中。壁53是管道61或贮液罐61的一部分,一种例如有腐蚀性的介质59在该管道61中流动或储蓄在该贮液罐61中。
介质59可以冻结,并由于它直接邻接隔膜29,故可通过冻结的介质59的膨胀使压力通过隔膜29在膜片17上变得很大,致使膜片17破裂。所以在隔膜29的范围内保持尽可能小的介质59的体积,是意义重大的,以便冻结的介质59的体积的增加同样保持很小。为了避免膜片破裂,均匀的冻结是有利的。该均匀的冻结例如可通过一侧的压力引入72和膜片29与其对面的底孔底部74之间的均匀的距离来实现。
此外,为了避免膜片破裂,压力传感器组件1应弹性固定在壁53上。例如通过把固定板51做成具有一定的弹性即可达到这个目的。此时,固定板51例如用弹性材料例如弹簧板制成并固定在至少两个固定点63上,在这两点之间,固定板51可以弯曲。
图6表示另一种可能性。用一个弹簧55和一个T形件66例如一个螺钉66把压力传感器组件1弹性地固定在壁53上。螺钉66穿过固定板51的一个孔并拧入壁53中。弹簧55布置在刚性的固定板51和螺钉66之间。其中弹簧55这样作用在螺钉66和固定板51上,在作用一个力使弹簧55压缩的情况下,可把压力传感器组件1从***孔69中压出来。其中弹簧55的弹力是这样调节的,即在冻结的介质59膨胀时,弹簧55才被压缩。这同样适用于具有弹性的固定板51。
密封圈33位于隔膜29上方一点的轴向内,以便减少适配器21和壁53的内壁之间的冻结的介质的摩擦。
对压力传感器组件1的工作原理而言,该介质不必一定具有腐蚀性。
Claims (13)
1.至少包括一个用来确定压力的压力传感器芯片的压力传感器组件,其与一根压力接管连接,该压力接管把压力传递到该压力传感器芯片上,其中,一个适配器(21)与该压力接管(19)连接,该适配器承受压力并通过压力接管(19)把该压力传递到压力传感器芯片(7)上,和该适配器保护压力传感器芯片(7),以免受到可能损害压力传感器芯片(7)的介质的作用,该压力传感器组件(1)具有一个隔膜(29),其特征为:该压力传感器组件(1)布置在壁(53)的一个***孔(69)中,该壁(53)与一种介质(59)邻接,该介质与隔膜(29)保持接触,当介质(59)冻结并膨胀时,压力传感器组件(1)部分地从***孔(69)中移出。
2.按权利要求1的压力传感器组件,其特征为,适配器(21)具有一个通孔(23),该通孔在传感器一侧(25)上与压力接管(19)连通并在介质一侧(27)上通过一个隔膜(29)密封。
3.按权利要求2的压力传感器组件,其特征为,压力接管(19)以及适配器(21)的通孔(23)和注入孔(32)都用一种液体填注。
4.按权利要求1的压力传感器组件,其特征为,压力传感器芯片(7)具有一个上侧(47),压焊丝(13)电连接在该上侧上,而压力传感器芯片(7)的下侧(49)则与压力接管(19)连接。
5.按权利要求2或3的压力传感器组件,其特征为,适配器(21)具有一个注入孔(32),该注入孔与孔(23)连通,并通过孔(23)注入液体。
6.按权利要求1的压力传感器组件,其特征为,压力传感器芯片(7)布置在一个传感器元件(5)中,该传感器元件具有传感器外部电连接元件(15),并在该传感器连接元件(15)上电连接一块印制电路板(36)。
7.按权利要求6的压力传感器组件,其特征为:印制电路板(36)与电插接件(39)电连接,和压力传感器组件(1)具有一个压力传感器组件外壳(45),和电插接件(39)与压力传感器组件外壳(45)构成一个插头(43)。
8.按权利要求1的压力传感器组件,其特征为:压力传感器芯片(7)与电插接件(39)连接,和压力传感器组件(1)具有一个压力传感器组件外壳(45),和电插接件(39)与压力传感器组件外壳(45)构成一个插头(43)。
9.按权利要求1、4或8的压力传感器组件,其特征为,压力传感器芯片(7)布置在一个预制的传感器元件(5)中,该传感器元件具有传感器外部电连接元件(15)。
10.按权利要求1、4、6、8或9的压力传感器组件,其特征为,压力传感器芯片(7)具有一个膜片(17),该膜片产生一个依赖于压力的测量信号。
11.按权利要求7或8的压力传感器组件,其特征为,压力传感器组件(1)具有一个适配器(21),且压力传感器组件外壳(45)与适配器(21)连接。
12.按权利要求1的压力传感器组件,其特征为,压力传感器组件(1)布置在一块具有弹性的固定板(51)上,所以固定板(51)可相对于壁(53)至少部分地移动,且压力传感器组件(1)可部分地从***孔(69)中移出。
13.按权利要求1的压力传感器组件,其特征为,压力传感器组件(1)布置在一块固定板(51)上,该固定板这样作用在一个弹簧(55)上,即当一定的力作用到弹簧(55)时,固定板(51)可相对于壁(53)移动,所以压力传感器组件(1)可部分地***孔(69)中移出。
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