CN101427118B - 一种用于压力传感器的压力端口装置及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种压力传感器端口装置和方法，包括压力端口，压力端口包含六边形区域，六边形区域优选包括塑料材料(例如热塑性塑料)。另外，一个或者多个电子连接件与压力传感器端口相连接，因此电子连接件与被感测介质隔离，基于节约成本的注射模制工艺而不是用于金属的机械加工工艺来提供压力传感器端口装置。

Description

一种用于压力传感器的压力端口装置及其形成方法

技术领域

实施例中通常涉及感测装置及其方法。实施例还涉及压力变换器。实施例还涉及用于压力感测装置的端口部件。 

发明背景 

许多方法和装置已经用于压力感测。压力传感器和压力变换器得到广泛的应用。许多情况中，需要测量对变换器材料有害的或者有腐蚀性的流体介质的压力，例如水、燃料、油、酸、基料、溶剂、其他化学药品、和腐蚀性气体。大量的应用中十分需要介质兼容压力传感器，但是其在任何目前现有技术中在满意的耐用性、性能、或者价格特性方面是不存在的。这就需要一种具有多种性能并且成本优于现有技术还能够提供目前不能实现的新能力的介质兼容压力传感器组件。 

压力是最常见的被测的物理变量之一。虽然压力测量器具已经应用了几十年，廉价的固态硅压力变换器的激增导致压力变换器在数量方面和应用类型方面得到巨大增长。多数通用的压力变换器是使用薄的硅膜片的固态硅压力变换器，该薄硅片响应于被施加的压力而被加压。该应力通过形成在该膜片上的压电陶瓷元件来测量。 

压力变换器还能由类似的使用金属箔隔膜或薄膜压力感测元件来形成。在某些例子里，一个或者两个压力感测隔膜是平行金属板电容器的一部分，其通过探测与一个承重金属板或者多个金属板的偏转相关的电容变化来测量被施加的压力。其他的压力测量技术包括弹簧承重构件，其运动响应于被施加的压力。还有多种其他的压力测量技术应用于真空压力测量。 

压力变换器能够用于测量多种流体介质的压力，包括但不限于：空气、氮气、工业处理气体、水、汽车液体、气动流体、冷却剂、和工业化学药品。在许多重要的应用中，压力变换器必须测量的是对其自身有腐蚀性的和有害的介质。在这些情况中，压力变换器必须要么被建造成能够抵抗介质影响的方式，要么变换器必须以某种方式实现在测量的时候与介质的影响物理隔离。 直到今天，压力传感器对于许多应用来说要么不能适当地保护介质兼容性，要么被高昂的成本抑制。 

许多不同类型的压力传感器已经发明出来。绝大部分的压力变换器通过不锈钢室来保护介质兼容性，使用单独的不锈钢隔膜在介质和压力感测元件之间提供一个挡板。该钢隔膜和压力感测元件之间的空体积由液体充满，例如硅树脂油。当该钢隔膜由于外部施加的力而偏转时，实质上不可压缩的流体将该压力传递到内部压力感测元件上，其生成一个正比于该压力的电压或者电流信号。虽然这些不锈钢组件压力变换器被广泛应用，但是他们有包括相对比较复杂和成本高的几个缺点。 

在一些工业应用中，可能优选坚固的钢室而忽略价格，对于介质兼容压力传感器的大量应用中钢组件的成本高的惊人。还有，虽然很薄，但由于钢的高模数，钢隔膜还是与生俱来的刚强。这就导致施加压力灵敏度的丢失，这对于变换器性能是不希望的，特别是在施加较低压力的时候。 

这些类型的传感器对于温度也与生俱来的敏感。温度升高引起内部流体膨胀。由于钢隔膜的限制，流体的压力上升，产生一个错误的压力读数。该温度灵敏度通常由外部被动的或者主动的电子元件来进行修正，这就增加了变换器的成本。第四，不锈钢材料在许多介质应用中不能满足要求。不锈钢材料最终将在特定的具有恶劣的酸或者基料存在的环境中受到腐蚀。在某些应用中，例如在半导体工艺或者生物医学的应用中，即使钢对于考虑中的化学物质影响是具有抵抗力，微小的痕量钢或者可腐蚀性产品释放到介质中也是不能允许的。还有，钢室实质上增加了变换器的尺寸和重量。 

介质隔离于压力变换器的例子是公知的。一个用于压力感测的包括介质兼容装置的例子，其中介质兼容压力传感器利用了不需要所述附件即可组装的自校准元件。另一个例子包括相对小比例的压力感测装置，其被设计设置在离各种介质最近的位置，由此来测量压力。在这种装置中，用于压力感测装置的介质兼容组件包括模制的聚合体室和隔膜，其装配并且隔离压力感测装置，在操作中接触任何类型的腐蚀性或者非腐蚀性介质来测量压力。这种装置中的各种压力传感器组件室主要包括主腔，压力传感器安装在其中，聚合体隔膜粘接在主腔中的室上，一个或者更多介质端口在隔膜的侧面通向压力端口，并且压力传送腔在该隔膜另一侧面，压力传感器位于该侧面上。

另一个例子包括用于压力感测装置的介质兼容组件，该组件由非腐蚀性的、高化学阻抗材料制成。这种组件包括一个安装有压力传感器的印刷电路板的基座。密封件围绕压力传感器设置在电路板上并且隔膜布置在密封件上。在这个例子中，流体端口能够设置在基座上，结合隔膜在压力传感器周围形成一个密封件。该密封件能够通过印刷电路扳上提供的密封孔用压力传送液体例如油充满。该结构允许压力传感器组件容易的用常规零件组装并且提供一种由高抗腐蚀性材料制成所有暴露在组件表面部分的设计。 

另一个介质隔离压力变换器包括形成不同的压力传感器的偏转隔膜，因此所有的来自传感器外部电路的电子元件和连接件与压力介质隔离。该偏转的压力感测隔膜由半导体材料制成，具有布置在其上的压电晶体管形成应变片来感测该隔膜的偏转。该应变片电阻器通过覆盖在应变片电阻器上的层来实现介质隔离 

基于上面的描述，能够意识到这些现有技术的压力传感器和变换器装置被大量的局限性给烦扰着。相信存在一种低成本、高精确度、能够在高温应用中使用的介质隔离压力变换器的需要。 

发明内容

以下内容便于理解实施例公开的独一无二的某些创新的特征，而不是用于全面描述。能够通过说明书、权利要求、附图和摘要作为一个整体来得到对实施例的各方面的全面理解。 

因此，本发明的一个方面是提供一个装置及方法，克服上面描述的现有技术的局限性。 

本发明的另一个方面是提供一种改善压力传感器装置和方法。 

现在通过这里的描述来得到上面提及的方面、其他目的及优点。公开了一种压力传感器端口装置和方法。形成了包括六边形区域的压力传感器端口。大部分六边形的区域优选包括塑料材料(例如热塑性塑料)。此外，一个或者多个电子连接件和压力传感器端口连接，使电子连接件与被感测介质隔离，基于节约成本的注入模制工艺而不是用于金属的机械加工工艺来提供压力传感器端口装置。压力感测隔膜通过焊接固定在压力传感器端口。通常，至少50％体积的压力传感器端口装置包括塑料。 

这里描述的实施例可用于提供一种改进的技术，用于围绕具有设计 特征的金属芯来模制合适的热塑性塑料，以及提供一种用于焊接的改进技术和使用不同的金属线来将介质隔离压力变换器锁定至所需设备。通过使用少量的金属料来机械加工压力变换器的必要特征可以节约相当大的成本。六边形区域的大部分端口优选使用热塑性塑料材料进行模制。 

对于介质隔离压力传感器来说，介质(例如气体或者液体)不能够与电气/电子连接件进行接触。压力感测隔膜被焊接到压力传感器端口以实现高压应用。该实施例能够被设置成保持固定隔膜的压力传感器端口的焊接特性。大约50％体积的部件是塑料的，这使注射模制工艺较之用于金属的机械加工工艺更节约成本。压力传感器端口能够通过使用金属/塑料端口来设计介质隔离压力变换器进行实施。 

附图说明

附图中，相同的附图标记代表各图中相同元件或者功能相似的元件，并且附图被包含以形成说明书的一部分，以进一步阐述本实施例，并且与发明详述结合，来解释公开的实施例。 

附图1示出了压力传感器端口的底部视图，其能够依照优选的实施例实施； 

依照一个可供选择的实施例，通过截面A-A附图2示出了附图1中描述的压力传感器端口的顶部视图；和 

依照优选实施例，附图3示出了如附图1-2中描述的压力传感器端口的侧面视图。 

具体实施例

在这些非限制性的例子中论述的那些特定值和特定结构可以被改变并且可以仅仅是被引用来说明至少一个实施例，而不是来限定其范围的目的。 

附图1示出了压力传感器端口100的底部视图，其能够依照优选实施例来实施。压力传感器端口100可以配置成与压力传感器/变换器(没有示出)一起使用。依照一个可供选择的实施例，通过截面A-A附图2示出了附图1中描述的压力传感器端口100的顶部视图。依照本发明的优选实施例，附图3示出了如附图1-2中描述的压力传感器端口100的侧面视图。需要注明的是，附图1-3中相同的或者相似的部分或元件大体上通过相同的附图标记来指明。 

压力传感器端口100通常包括用作基座的注射模制塑料部分101，通 过伸出部分104与腔103组合，如附图3中更加详细地描述的那样。腔103能够在端口100内部形成并且被压力端口100的内部金属件105包围。腔103在一些实施例中用作流体腔并且形成通过压力端口100的金属件105的通路。腔103被金属件105包围并且由金属件105形成。伸出部分104能够由金属构造以在注射模制过程中允许塑料(例如热塑性塑料)吸附。 

伸出部分104可以形成一个或者多个匝圈形状。这方便了压力传感器端口100的模制。匝圈或者伸出部分104优选相对于六边形基座101同心设置。零件105通常由金属构成，并且被设置来围绕通常也由金属物形成的内部圆环，其通常限定在金属部分105的内部形成缝隙或者腔103的金属壁。 

附图3中描述的压力传感器端口100引入了附图1-2中描述的注射模制部分或者基座101。基座101和压力端口100优选由金属或者热塑性塑料材料形成。通常，基座101作为六角形部分被提供给压力传感器端口100，并且注射模制在金属部分105周围。 

压力端口100用于压力感测应用，当压力端口100被焊接到金属隔膜(没有示出)上时，能够形成了包括金属隔膜和压力端口100的压力感测装置或者压力变换器。通过将压力端口100的外部金属线焊接至一个设备，压力端口100能够被焊接至任何这样的设备。通过焊接压力端口100的外部穿线到应用上来实现焊接到任何应用上，这里的穿线由金属制成。因而，能够通过使用金属/塑料端口形成介质隔离压力变换器来实现各个实施例。 

我们应该理解，上述公开内容的变形，其他特征及功能、或者其替换可能组合为许多其他不同的系统或者应用中。而且，本领域的技术人员以后会作出的目前未预见或不曾预料的替换，修改，变形或改进也应该包含于所附权利要求中。

Claims (10)

1.一种用于压力传感器的压力端口装置，包括：

金属部分，形成纵向延伸通过金属部分的腔，其中金属部分包括形成金属部分的外周表面的至少一部分的伸出部分；和

包括塑料材料的塑料基座，其中金属部分穿过塑料基座，使得塑料基座与金属部分的腔同心，金属部分和塑料基座通过伸出部分至少部分地紧固在一起。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述的塑料材料包括热塑性塑料。

3.如权利要求1所述的装置，其中压力感测隔膜通过焊接可以固定在所述金属部分上。

4.如权利要求1所述的装置，其中大约至少50％体积的所述的压力传感器端口包括所述塑料材料。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述基座完全由塑料材料构成。

6.一种用于压力传感器的压力端口装置，包括：

金属部分，包括腔，其中所述腔纵向通过金属部分，金属部分包括环绕金属部分形成的伸出部分；

包括塑料材料的塑料基座，其中金属部分穿过塑料基座，使得塑料基座与金属部分的腔同心，金属部分和塑料基座通过伸出部分紧固在一起；和

隔离于被感测介质的至少一个电子连接件。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述基座完全由塑料材料构成。

8.如权利要求6所述的装置，其中所述基座为六边形。

9.如权利要求6所述的装置，其中所述腔包括用于接收被感测介质的流体腔。

10.一种形成用于压力传感器的压力端口装置的方法，包括：

形成具有腔的金属部分，其中所述腔纵向延伸通过金属部分，金属部分具有环绕金属部分形成的伸出部分；

由塑料材料形成大部分所述六边形区域；和

围绕金属部分的伸出部分注射模制塑料基座，塑料基座由塑料材料形成。

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