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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor, der einen Druck
eines Objekts oder Mediums erkennt, welches von einem Druckeinlassanschluss
her eingeführt
wird.
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Verschiedene
Typen von Drucksensoren wurden bereits vorgeschlagen, um einen Druck
zu erkennen, der einem Sensierungs- oder Erfassungsabschnitt des
Sensors von einem Druckeinlassanschluss her zugeführt wird.
Beispielsweise beschreibt die
US-PS
5,595,939 einen Drucksensor zur Erkennung eines Drucks
eines Objekts oder Mediums.
4 zeigt
eine Schnittdarstellung dieses Drucksensors.
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Der
Drucksensor von 4 ist ein Drucksensor des Membrantyps
mit einem ersten Gehäuse
J1 und einem zweiten Gehäuse
J2 zur Aufnahme eines Verbinders bzw. eines Druckeinbringabschnitts.
Genauer gesagt, das Gehäuse
J2 wird durch Biegen eines Flansches über das erste Gehäuse J1 hieran
befestigt, wobei eine Metallmembran J3 in einem konkaven Abschnitt
J4 dazwischen gesetzt ist, um einen Druckerkennungsraum J5 zu bilden,
der ein Sensierungselement J6 oder dergleichen aufnimmt.
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Der
Druckerfassungsraum J5 wird von einem O-Ring J7 verschlossen, der
zwischen dem ersten Gehäuse
J1 und dem Gehäuse
J2 liegt und der Raum J5 ist mit einem Druckübertragungsmedium J8, beispielsweise
einem Öl
oder dergleichen gefüllt. Das
Gehäuse
J2 weist eine Druckeinbringöffnung
J9 auf und über
die Öffnung
J9 wird das Objekt oder Medium in einem Unterraum J10 eingebracht,
der im Wesentlichen trichterförmig
ist, d. h. einen sich verjüngenden
Querschnitt hat. Der Druck des eingebrachten Mediums wird auf die
gegenüberliegende Seite
der Metallmembran J3, d. h. gegenüber dem Druckerkennungsraum
J5 aufgebracht. Der Druck des Objekts wird über das Druckübertragungsmedium
J8 weitergegeben und auf das Sensorelement J6 aufgebracht. Auf diese
Weise gibt das Sensorelement J6 ein Erkennungssignal über einen
externen Schaltkreis mittels eines Drahtes J11 und eines Anschlusses
J12 aus, um den Druck des Objekts zu erkennen. Der Draht J11 kann
beispielsweise aus Aluminium sein.
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Gemäß 4 wird
bei dem Drucksensor das Objekt oder Medium, beispielsweise ein Fluid,
in den trichterförmigen
Raum (den Unterraum J10) eingebracht, um den Druck auf eine große Fläche des
Druckerfassungsabschnittes (der Metallmembran J3) aufzubringen.
Dies deshalb als sich Druckverluste verringern lassen, wenn der
Druck des Objektes auf eine große
Oberfläche
aufgebracht wird. Mit anderen Worten, dieser Aufbau ist effektiv,
wenn die Genauigkeit des Drucksensors das wesentliche Ziel ist.
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Der
Drucksensor mit dem oben beschriebenen Aufbau arbeitet korrekt oder
zufriedenstellend, wenn beispielsweise die Übertragung des Drucks von dem
Objekt, das von der Druckeinbringöffnung J9 her eingebracht wurde,
relativ langsam ist. In diesem Fall wird der Druck des Objekts gleichförmig auf die
Metallmembran J3 aufgebracht, wie in 5A gezeigt.
Wenn jedoch gemäß 5B der
Druck des Objekts von der Öffnung
J9 rasch in Richtung der Membran J3 übertragen wird oder wenn der Druckanstieg
hoch und scharf ist, wirkt der Druck zunächst auf einen mittigen Abschnitt
der Metallmembran J2 und dann pflanzt sich der Druck radial in Richtung
des Umfangs der Membran J3 fort. Mit anderen Worten, es liegt eine
Zeitverzögerung
zwischen der Ankunft des auf der Mitte der Membran J3 angelegten
Drucks und derjenigen am Umfang der Membran J3 vor. Wenn weiterhin
gemäß 5C das
zu messende Objekt eine Mischung aus einem Gas und einer Flüssigkeit
oder dergleichen ist, lässt
sich die Ankunft des angelegten Drucks zu unterschiedlichen Zeiten
an der Mitte und am Umfang der Membran J3 beobachten, da das Gas
und/oder die Flüssigkeit
in der Druckeinbringöffnung
J9 und/oder dem Unterraum J10 vorhanden ist.
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Dass
der angelegte Druck an dem Druckerfassungsabschnitt zu unterschiedlichen
Zeiten ankommt, bedeutet, dass der Druck ungleichförmig am Druckerfassungsabschnitt
(der Oberfläche
der Metallmembran J3) angelegt wird. Wenn sich weiterhin der Druck
in einer Flüssigkeit
fortpflanzt, wird die Druckwelle nicht ohne Weiteres gedämpft, so
dass es eine reflektierte Druckwelle geben kann, welche ebenfalls
Druckungleichförmigkeiten
hervorruft.
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Die
Ungleichförmigkeit
im angelegten Druck am Druckerfassungsabschnitt kann zu einem Riss oder
einem Bruch der Metallmembran führen
oder kann zu einem Durchtrennen des Aluminiumdrahts J11 führen, der
das Sensorelement J6 und den Anschluss J12 verbindet.
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Angesichts
der oben beschriebenen und noch weiterer Probleme schafft die vorliegende
Erfindung einen Drucksensor, der von seinem Aufbau her Ungleichförmigkeiten
eines angelegten Drucks an einem Druckerfassungsabschnitt verhindert.
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Der
Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält
ein Gehäuse,
welches gebildet ist aus einem ersten Gehäuse und einem zweiten Gehäuse mit
einer Druckeinbringöffnung
zum Einbringen eines zu messenden Objekts (Mediums), einem Druckerfassungsabschnitt
in dem Gehäuse
und einer Metallmembran, die zwischen einer Endfläche des ersten
Gehäuses
und einer Aufnahmefläche
des zweiten Gehäuses
angeordnet ist. Das Messobjekt wird in einen Unterraum eingebracht,
der als ein aufgeweitetes Ende der Druckeinbringöffung im zweiten Gehäuse ausgebildet
ist, um den Druck zu messen, in dem der Druck über die Membran an den Druckerfassungsabschnitt übertragen
wird, wobei die Druckeinbringöffnung
eine Stelle aufweist, wo die Querschnittsfläche der Druckeinbringöffnung verringert ist.
Auf diese Weise wird an dieser nach Art einer Drossel oder Mündung wirkenden
Stelle in der Druckeinbringöffnung
das Einströmen
des zu messenden Objekts, beispielsweise einer Flüssigkeit,
reduziert, so dass auch der Druck in der Flüssigkeit reduziert wird. Im
Ergebnis wird die Metallmembran an dem Druckerfassungsabschnitt
vor schlagartigen Änderungen
des anliegenden Drucks geschützt.
Damit wird der Druck gleichförmig
auf den Druckerfassungsabschnitt aufgebracht.
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Die
Gleichförmigkeit
des angelegten Drucks verhindert weiterhin, dass sich in der Metallmembran Risse
bilden oder dass diese bricht und/oder ein Durchtrennen des Aluminiumdrahtes
wird verhindert, der den Sensierungsabschnitt mit einem äußeren Schaltkreis
verbindet. Hierbei beträgt
der Durchmesser der besagten Stelle mit verringertem Durchmesser
oder verringerter Querschnittsfläche
bevorzugt die Hälfte
des Durchmessers der Druckeinbringöffnung. Eine Stelle mit der
oben genannten Größe kann
den angelegten Druck gleichförmig
verringern, so dass es möglich
wird, die Maßnahmen
der vorliegenden Erfindung noch besser umzusetzen bzw. deren Ziele
zu erreichen.
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Der
Abstand von der besagten Stelle zu der Metallmembran beträgt bevorzugt
gleich oder mehr als 10 mm. Auf diese Weise wird eine Strömungsgeschwindigkeit
des zu messenden Objekts wirksam verringert.
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Weiterhin
hat der Unterraum der Druckeinbringöffnung eine Dämpferstruktur
zur Begrenzung einer Bewegung des zu messenden Objekts in Richtung
der Metallmembran. Auf diese Weise wird eine Bewegung des zu messenden
Objekts eingegrenzt oder beschränkt
und der angelegte Druck wird noch gleichförmiger auf den Sensierungsabschnitt
verteilt. Die Dämpferstruktur
ist auch wirksam dahingehend, eine reflektierte Welle in dem zu
messenden Objekt zu unterdrücken.
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Die
Dämpferstruktur
ist bevorzugt eine Metallplatte mit einer Mehrzahl von Öffnungen
oder ein Metallnetz oder ein wollartiges metallisches Material, um
den gewünschten
Effekt zu erreichen.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 eine
Schnittdarstellung durch einen Drucksensor gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 in
einem Diagramm eine Beziehung zwischen Druckverlustrate und Durchmesser
einer Mündung;
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3 die
Darstellung einer Strömungsgeschwindigkeit
relativ zu einer Distanz zu einem Druckerfassungsabschnitt;
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4 eine 1 entsprechende
Darstellung eines herkömmlichen
Drucksensors; und
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5A bis 5C Darstellungen
der Druckübertragung
bei einem herkömmlichen
Drucksensor.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnung beschrieben. In jeder der Ausführungsformen haben gleiche
Teile auch gleiche Bezugszeichen.
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Ein
Drucksensor gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. 1 zeigt
eine Schnittdarstellung durch diesen Drucksensor S1. Der Drucksensor
S1 wird beispielsweise verwendet, den Druck eines Kühlmittels
in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs, einen Differenzialdruck in
einem DPF-Filter eines Dieselmotors oder dergleichen zu erkennen.
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Gemäß 1 ist
ein Verbindergehäuse 10 ein
erstes Gehäuse
und wird gebildet unter Verwendung eines Kunstharzes oder Kunststoffs,
beispielsweise PPS (Polyphenylensulfid), PBT (Polybutylenterephthalat)
oder dergleichen. Das Verbindergehäuse 10 hat bei der
vorliegenden Ausführungsform
im Wesentlichen Stummelform. Das Verbindergehäuse 10 weist an einem
Ende (Unterseite in 1) einen konkaven Abschnitt 11 auf.
Der konkave Abschnitt 11 weist an einer Bodenfläche ein
Sensorelement 20 auf.
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Das
Sensorelement 20 weist an seiner Oberfläche eine Membran auf, um einen
Druck zu erkennen und die Membran wandelt einen hieran angelegten
Druck in ein elektrisches Signal um, in dem beispielsweise hieran
ausgebildete Dehnmessstreifen verwendet werden. Das heißt, das
Sensorelement 20 ist ein Sensor des Halbleitermembrantyps,
der proportional zum angelegten Druck ein elektrisches Signal als
Sensorsignal ausgibt.
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Das
Sensorelement 20 ist einstückig mit einem Sockel 21 aus
Glas oder dergleichen versehen, beispielsweise durch anodisches
Bonden. Der Sockel 21 ist an die Bodenfläche des
konkaven Abschnittes 11 geklebt. Auf diese Weise ist das
Sensorelement 20 im Verbindergehäuse 10 angeordnet.
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Das
Verbindergehäuse 10 weist
wenigstens einen, in der Regel eine Mehrzahl von Metallanschlüssen 12 in
Stiftform zur elektrischen Verbindung des Sensorelementes 20 mit
einem externen Schaltkreis oder dergleichen auf. Jeder der Anschlüsse 12 durchtritt
das Verbindergehäuse 10.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist der Anschluss 12 aus Messing mit einer Metallplatierung, beispielsweise
Ni und ist durch Einsetzgießen
einstückig
in dem Verbindergehäuse 10 angeordnet.
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Jeder
der Anschlüsse 12 hat
ein Ende (untere Seite in 1), welches
von der Bodenfläche
des konkaven Abschnittes 11 in der Nähe des Sensorelementes 20 bzw.
dessen Anordnungsbereich vorsteht. Das andere Ende (obere Seite
in 1) eines jeden der Anschlüsse 12 liegt in einer Öffnung 15 des
Verbindergehäuses 10 an
einer gegenüberliegenden Seite
relativ zu dem Anordnungsbereichs des Sensorelementes 20.
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Das
eine Ende jedes Anschlusses 12 im konkaven Abschnitt 11 und
das Sensorelement 20 werden elektrisch durch einen Bondierdraht 13 aus
Aluminium, Gold oder dergleichen verbunden.
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Der
Anschluss 12 hat einen unteren Endabschnitt, der in den
konkaven Abschnitt 11 vorsteht. Ein Spalt zwischen dem
Endabschnitt des Anschlusses 12 und dem Verbindergehäuse 10 wird durch
ein Versiegelungsmittel 14 aus Silikon, Harz oder dergleichen
verschlossen.
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Das
andere Ende des Verbindergehäuses 10 (die
obere Seite in 1) weist die Öffnung 15 auf, wie
in 1 gezeigt. Die Öffnung 15 wird als
Anschluss oder Verbinder verwendet, um das andere Ende der Anschlüsse 12 mit
beispielsweise einer externen Verdrahtung, also einem Kabelbaum
oder dergleichen (in der Fig. nicht gezeigt) für eine Verbindung mit einem
externen Schaltkreis (ECU oder dergleichen) zu verbinden. Das heißt, das
andere Ende des Anschlusses 12 in der Öffnung 15 wird für eine Verbindung
mit einem externen Schaltkreis verwendet. Auf diese Weise tauschen
sich das Sensorelement 20 und der externe Schaltkreis untereinander mittels
Signalen aus, welche durch den Bondierungsdraht 13 und
den wenigstens einen Anschluss 12 übertragen werden.
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Das
eine Ende des Verbindergehäuses 10 weist
ein Gehäuse 30 auf,
welches hieran als zweites Gehäuse
befestigt ist. Genauer gesagt, das Gehäuse 30 hat einen konkaven
Raum 30a, der das eine Ende des Verbindergehäuses 10 aufnimmt.
In dieser Weise bilden das Verbindergehäuse 10 als erstes
Gehäuse
und das Gehäuse 30 als
zweites Gehäuse
gemeinsam ein (Gesamt) Gehäuse 100,
welches das Sensorelement 20 aufnimmt.
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Das
Gehäuse 30 ist
beispielsweise aus Metall wie Aluminium oder dergleichen. Das Gehäuse 30 weist
eine Druckeinbringöffnung 31 und
einen Unterraum 32 auf, der als sich erweiterndes Ende
der Öffnung 31 im
Wesentlichen in Trichterform ausgebildet ist. Das Gehäuse 30 weist
auch einen Gewindeabschnitt 33 zur Befestigung des Sensors
S1 an einer Kühlmittelleitung
oder dergleichen auf. Auf diese Weise kann der Drucksensor S1 den
Druck eines ihm zugeführten
Messobjekts oder -mediums (z. B. Fluid) erkennen. Das Messobjekt
ist also beispielsweise ein Kühlmittel
in der Kühlmittelleitung
oder dergleichen eines Kraftfahrzeugs.
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Das
Verbindergehäuse 10 weist
eine Endfläche 10a auf,
die an einer Bodenfläche 30b eines
konkaven Raums 30a im Gehäuse 30 anliegt. Die
Endfläche 10a und
die Bodenfläche 30b halten
eine Metallmembran 34 aus einem dünnen Metall (z. B. aus SUS,
also einem Typ von rostfreiem Stahl), sowie eine Ringschweißung 35,
welche ebenfalls aus Metall wie SUS oder dergleichen ist. Die Bodenfläche 30b im
Gehäuse 30 und
die Ringschweißung 35 werden
für eine
luftdichte Verbindung miteinander verschweißt. Die Metallmembran 34 und
die Ringschweißung 35 werden
vorab miteinander verschweißt
oder zum Zeitpunkt des Verschweißens der Bodenfläche 30b mit
der Metallmembran 34, um eine luftdichte Verbindung herzustellen.
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Das
Gehäuse 30 hat
einen Befestigungsabschnitt 36 zur Befestigung des Verbindergehäuses 10 auf
Seiten des konkaven Raums 30a. Auf diese Weise werden das
Verbindergehäuse 10 und
das Gehäuse 30 einstückig miteinander
verbunden, um den Drucksensor S1 zu bilden.
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Ein
Druckerkennungsraum 40 ist im Drucksensor S1 gebildet.
Genauer gesagt, der konkave Abschnitt 11 des Verbindergehäuses 10 und
die Metallmembran 34 im Gehäuse 30 definieren
den Druckerkennungsraum 40 für die Druckerkennung.
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Der
Druckerkennungsraum 40 ist mit einem Öl 41 (z. B. einem
Fluoröl
oder dergleichen) gefüllt, welches
als Druckübertragungsmedium
dient. Das Öl 41 deckt
den elektrischen Verbindungsabschnitt des Sensorelementes 20,
den Bondierdraht 13 etc. in dem konkaven Abschnitt 11 ab.
Das Öl 41 wird
von der Metallmembran 34 eingeschlossen.
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Der
oben beschriebene Druckerkennungsraum 40 wird verwendet,
den Druck zu erkennen, der auf das Sensorelement 20, den
Bondierdraht 13 und den Anschluss 12 wirkt, die
hierin angeordnet sind, nachdem die Druckeinbringung von der Druckeinbringöffnung 31 erfolgt
ist; die Übertragung
erfolgt über
die Metallmembran 34 und das Öl 41.
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Die
Endfläche 10a des
Verbindergehäuses 10 hat
eine Vertiefung 42 in Ringform, welche den Druckerkennungsraum 40 umgibt.
Die Vertiefung 42 dient zur Anordnung eines O-Rings 43.
Der O-Ring 43 ist beispielsweise aus Silikongummi oder
dergleichen. Der O-Ring 43 liegt zwischen dem Verbindergehäuse 10 und
dem Gehäuse 30.
Auf diese Weise wird der Druckerkennungsraum 40 mit der
Metallmembran 34 und dem O-Ring 43 verschlossen
und versiegelt.
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Der
Drucksensor S1 der vorliegenden Ausführungsform mit obigem Aufbau
weist eine Mündung
oder Drossel 37 in der Druckeinbringöffnung 31 und eine
Dämpferstruktur 38 im
Unterraum 32 auf. Die Drossel 37 ist ein Halsabschnitt
der Druckeinbringöffnung 31,
also eine Stelle mit einer verringerten Querschnittsfläche relativ
zu dem verbleibenden Teil der Druckeinbringöffnung 31. Genauer
gesagt, der Durchmesser der Drossel 37 ist bevorzugt gleich oder
kleiner als die Hälfte
des Durchmessers der Druckeinbringöffnung 31. Wenn beispielsweise
der Durchmesser der Druckeinbringöffnung 31 3,0 beträgt, sollte
der Durchmesser der Drossel 37 bevorzugt gleich oder kleiner
als 1,5 sein. Die Drossel 37 liegt in einem Abstand von
etwa 10 mm oder weiter entfernt von der Metallmembran 34.
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Die
Dämpferstruktur 38 ist
eine Art Hindernis, das verhindert, dass von der Druckeinbringöffnung 31 her
einströmendes
Fluid direkt auf die Metallmembran 34 trifft. Beispielsweise
kann die Dämpferstruktur 38 eine
Metallplatte sein, welche eine Mehrzahl von Öffnungen hat, oder ein Metallnetz oder
ein stahlwolleartiges Material zur Bewegungsbegrenzung des strömenden Fluids
oder der strömenden
Flüssigkeit.
Die Metallplatte oder das Metallnetz können als ein Teil oder in Form
mehrerer Teile im Unterraum 32 verwendet werden. Die in 1 gezeigte
Ausführungsform
weist eine Dämpferstruktur 38 in
Form einer einteiligen Metallplatte mit einer Mehrzahl von Öffnungen
auf. Am Außenumfang
ist die Dämpferstruktur 38 mit
einer Innenwand des schräg
verlaufenden Wandteils des Unterraums 32 im Gehäuse 30 beispielsweise
durch eine Verschweißung
verbunden.
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Die
Löcher
oder Öffnungen
in der Dämpferstruktur 38 müssen nicht
notwendigerweise kleiner als der Durchmesser der Druckeinbringöffnung 31 sein.
Beispielsweise kann ein nicht perforierter Abschnitt der Dämpferstruktur 38 axial
vorderhalb der Druckeinbringöffnung 31 liegen,
um eine direkte Strömung
des Fluids in Richtung der Metallmembran 34 zu verhindern.
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Der
Drucksensor S1 wird auf folgende Weise hergestellt: Das Verbindergehäuse 10 mit
dem hierin eingegossenen Anschluss 12 wird vorbereitet
und das Sensorelement 20 wird im konkaven Abschnitt 11 des
Verbindergehäuses 10 mittels
eines Silikonklebers unter Verwendung des Sockels 21 als
Träger angeordnet.
Dann wird der konkve Abschnitt 11 sorgfältig mit dem Dichtmittel 14 bis
zu einem bestimmten Betrag gefüllt,
so dass das Dichtmittel 14 eine Oberfläche des Sensorelementes 20 nicht
abdeckt. Dann wird das Dichtmittel 14 ausgehärtet. Das
eine Ende des Anschlusses 12 und das Sensorelement 20 werden
dann elektrisch mit dem Bondierdraht 13 verbunden. Mit
dem konkaven Abschnitt 11 nach oben weisend wird dann das Öl 41 eingefüllt.
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Die
Dämpferstruktur 38 wird
in dem schräg verlaufenden
Abschnitt des Unterraums 32 des Gehäuses 30 angeordnet
und hieran beispielsweise angeschweißt. Dann wird die Metallmembran 34 in
dem konkaven Raum 30a zusammen mit der Ringschweißung 35 angeordnet.
Die Metallmembran 34 wird zusammen mit der Ringschweißung 35,
die über
der Metallmembran 34 liegt, am Gehäuse 30 angeschweißt.
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Das
Gehäuse 30 mit
horizontal liegender Metallmembran 34 und Ringverschweißung 35 wird vertikal
von oben her in das Verbindergehäuse 10 eingesetzt.
Das Gehäuse 30 und
das Verbindergehäuse 10 werden
in eine Vakuumkammer gesetzt, um Luft aus dem Druckerkennungsraum 40 zu
entfernen. Dann wird das Gehäuse 30 und
das Verbindergehäuse 10 im
Presssitz ineinander gefügt,
so dass die Endfläche 10a des
Verbindergehäuses 10 an
der Bodenfläche 30b des
Gehäuses 30 anliegt
und eine luftdichte Verbindung entlang des Druckerkennungsraums 40 mit
zur Hilfenahme des O-Rings 43 sicherstellt. Dann wird der
Befestigungsabschnitt 36 gebildet, um das Verbindergehäuse 10 an
Ort und Stelle zu halten, wie in 1 gezeigt.
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Der
Druckerkennungsvorgang des Drucksensors S1 wird nachfolgend beschrieben.
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Der
Drucksensor S1 wird verwendet, um beispielsweise einen Kühlmitteldruck
in einer Leitung einer Klimaanlage eines Fahrzeugs zu erkennen.
Der Drucksensor S1 wird an der Leitung unter Verwendung des Gewindeabschnitts 33 des
Gehäuses 30 befestigt.
Die Druckeinbringöffnung 31 führt den Druck
des Kühlmittels
in das Innere des Drucksensors S1.
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Der
eingebrachte Druck wird auf die Oberfläche des Sensorselements 20 über das Öl 41 von
der Metallmembran 34 her in dem Druckerkennungsraum 40 übertragen.
Das Sensorelement 20 gibt den anliegenden Druck als ein
elektrisches Sensorsignal aus, welches proportional zu der Druckgröße ist.
Das Sensorsignal wird einem externen Schaltkreis über den
Bondierungsdraht 13 und den Anschluss 12 zur Erkennung
des Kühlmitteldrucks
in der Leitung übertragen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Drossel 37 in der
Druckeinbringöffnung 31 angeordnet
oder ausgebildet, um das in die Druckeinbringöffnung 31 strömende Fluid
zu begrenzen, so dass der Druck des einströmenden Fluids oder der einströmenden Flüssigkeit
verringert wird. Daher wird die Metallmembran 34 vor scharfen
Druckänderungen
aufgrund des einströmenden
Fluids geschützt.
Im Ergebnis wird eine Ungleichförmigkeit
im auf den Druckerfassungsabschnitt oder die Metallmembran 34 aufgebrachten
Druck verhindert und somit wird ein Bruch, werden Risse und/oder
ein Durchtrennen der Metallmembran 34 und/oder des Bondierungsdrahtes 13 verhindert.
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Die
Drossel 37, deren Durchmesser bevorzugt die Hälfte des
Durchmessers der Druckeinbringöffnung 31 beträgt, ist
wirksam dahingehend, den Druck am zu messenden Objekt (Fluid, Flüssigkeit) zu
verringern. Die Effektivität
relativ zur Größe der Drossel 37 (deren
Durchmesser) wird unter Bezugnahme auf die Darstellung von 2 beschrieben.
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Die
Darstellung von 2 zeigt eine Beziehung zwischen
einer Druckverlustrate und einem Durchmesser der Drossel 37 in
Millimeter. Die Druckverlustrate wird als Verhältnis des Drucks, gemessen mit
der Drossel 37 in der Druckeinbringöffnung 31 gegenüber dem
Druck definiert, der ohne die Drossel 37 gemessen wird.
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Gemäß 2 zeigt
eine Druckverlustrate kleiner als 1 an, dass eine Druckkonzentration
in einem mittigen Abschnitt des Druckerfassungsabschnittes durch
die Drossel 37 in der Druckeinbringöffnung 31 verhindert
wird. Zusätzlich,
je kleiner der Durchmesser der Drossel 37 ist, umso höher ist
die Druckverlustrate. Das heißt,
wenn der Durchmesser der Drossel 37 die Hälfte der
Druckeinbringöffnung beträgt, wird
der Verringerungsgrad der Druckverlustrate erhöht. Damit wird die Effektivität der Drossel 37 sichergestellt,
wenn der Durchmesser der Drossel 37 die Hälfte des
Durchmessers der Druckeinbringöffnung 31 beträgt.
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Der
Abstand der Drossel 37 von der Metallmembran 34 wird
nachfolgend erläutert.
Der Abstand der Drossel 37 zur Metallmembran 34 ist
bevorzugt gleich oder größer als
10 mm (in der in 3 gezeigten Ausführungsform).
Der Grund hierfür
ist die Strömungsgeschwindigkeit
am Austritt der Drossel 37. Wie in 3 gezeigt,
ist die Breite der Pfeile, welche proportional zur Strömungsgeschwindigkeit
sei, am Austritt von der Drossel 37 maximal. Basierend
auf experimentellen Untersuchungsergebnissen wird eine scharfe Verringerung
der Strömungsgeschwindigkeit
in der strömenden
Flüssigkeit
im Drucksensor S1 beobachtet, wenn der Abstand des Druckerfassungsabschnittes
von der Drossel 37 gleich oder größer als 10 mm ist. Daher liegt
die Drossel 37 bevorzugt zumindest 10 mm entfernt von der
Metallmembran 34, um die Strömungsgeschwindigkeit des Messobjekts
(Fluid, Flüssigkeit)
wirksam zu verringern.
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Der
Drucksensor bei der vorliegenden Ausführungsform hat zusätzlich zur
Drossel 37 die Dämpferstruktur 38.
Die Dämpferstruktur 38 verhindert
ein direktes Anströmen
des Messobjektes ausgehend von der Druckeinbringöffnung 31 auf die
Metallmembran 34. Die Druckübertragungszeit wird somit
erhöht,
so dass eine Differenz der Druckübertragungszeit
zwischen den unterschiedlichen Punkten auf der Oberfläche der
Metallmembran 34 verringert wird. Weiterhin begrenzt die
Dämpferstruktur 38 die Bewegung
der strömenden
Flüssigkeit,
so dass eine Unterdrückung
einer reflektierenden Welle ermöglicht
wird, da die Druckübertragung
gestreut wird. Somit wirkt die Dämpferstruktur 38 effektiv
dahingehend, die Strömungsgeschwindigkeit
im Messobjekt zu verringern.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einer bevorzugten
Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung hinreichend beschrieben worden ist, versteht sich, dass
verschiedene Änderungen
und Abwandlungen gemacht werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden
Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise
sind in der obigen Ausführungsform
die Drossel 37 und die Dämpferstruktur 38 gemeinsam
verwendet. Es genügt
jedoch, wenigstens eine der beiden Maßnahmen vorzusehen, um die
Strömungsgeschwindigkeit
im Messobjekt wirksam zu verringern, so dass die Ziele der vorliegenden Erfindung
auch erreichbar sind.
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Der
Druckerkennungsraum 40 muss nicht mit dem Öl 41 gefüllt sein.
Das heißt,
dass Druckübertragungsmedium
in dem Druckerkennungsraum 40 kann auch ein Gas oder anderes
Fluid oder Medium sein.
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Weiterhin
können
das Verbindergehäuse 10 und/oder
das Gehäuse 30 aus
anderem Material sein. Das heißt,
das Verbindergehäuse 10 kann
aus einem Material unterschiedlich zu Metall sein und/oder das Gehäuse 30 kann
aus einem Material unterschiedlich zu Kunstharz oder Kunststoff
sein.
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Weiterhin
kann das Sensorelement 20 ein anderes Element als ein Sensor
des Halbleitermembrantyps sein, so lange ein hieran angelegter Druck umgewandelt
und ein Sensorsignal zu dem angelegten Druck ausgegeben wird.
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Derartige Änderungen
und Abwandlungen liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie
er durch die beiliegenden Ansprüche
und deren Äquivalente
definiert ist.
