CN101523178A - 流体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测定流体参数的流体传感器(10)，具有一电传感元件(12)，该电传感元件具有一用于确定所述流体参数的作用表面(28)，具有一配设给该传感元件(12)的承载板(14)，及具有一配设给该传感元件(12)的用于过滤流体的过滤装置(20)，其中，该过滤装置(20)具有一端部区域，其中，该传感元件(12)的该作用表面(28)朝向该承载板(14)，在该承载板(14)中与该传感元件(12)的该作用表面(28)相对地设有一穿孔(18)。本发明提出，该过滤装置(20)密封地安装在该承载板(14)的该穿孔(18)中。该流体传感器可用于轮胎压力测量。

Description

流体传感器

技术领域

本发明涉及一种用于测定流体参数的流体传感器，具有一个具有用于确定流体参数的作用表面的电传感元件，具有一个属于该传感元件的承载板并具有一个属于该传感元件的过滤装置，其中，该传感元件的作用表面朝向该承载板并且在承载板中与该传感元件的作用表面相对地设有穿孔。

背景技术

一种由市场上已知的流体传感器实施为轮胎压力传感器并且规定安装在汽车轮胎的气门区域中。该公开的流体传感器配有电传感元件，所述传感元件具有用作压力接收膜片的作用表面。该传感元件安装在承载板上，所述承载板配设有分开制造的空心圆柱形的用于过滤装置的支架。该空心圆柱形的支架设置来用于过滤装置和传感元件之间的对流体密封的连接。所述过滤装置具有该任务，使包含在流体中尤其是气体或液体中的杂质如脏物微粒远离传感元件的作用表面，以便阻止损害传感元件。为了该目的，过滤装置由多孔材料，典型地由一种有敞开的毛孔的聚四氟乙烯材料(polytetrafluorethylenmaterial)制造而成。在承载板中，与空心圆柱形支架中的空槽同心地设有穿孔。因此传感元件可以设置在承载板的背向空心圆柱形支架的一侧上并且通过穿孔与过滤装置形成连通的连接。此外，为了保证密封性提出，将空心圆柱形支架密封地安装到承载板上。为了生产该流体传感器，需要多个安装步骤，这些安装步骤包括尤其是将空心圆柱形支架装配到承载板上及将过滤装置装配到空心圆柱形支架中。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种具有简单及成本廉价的结构的流体传感器。

根据本发明，通过带有权利要求1特征的流体传感器解决所述任务。从属权利要求描述了有利的实施方式。

根据本发明的流体传感器特征在于，过滤装置的一端部区域密封地容纳在承载板的穿孔中。因此可以决定性地简单化流体传感器的构造形式。承载板和过滤装置可以这样相互协调，使得在承载板中可以直接密封地安装过滤装置。因此可以放弃如在公开的以空心圆柱形支架形式的流体传感器中必要的那样的中间件。除了节省构件之外，还可以放弃一个装配过程以及承载板的对于空心圆柱形支架来说必要的特有的及公差小的构型。根据本发明，承载板中的、对于保证过滤装置和传感元件间的连通的连接反正是必要的穿孔这样地与过滤装置相适配，使得该过滤装置可以密封地安装在该承载板中。

在本发明的构型中提出，穿孔具有一个小于过滤装置的端部上的横截面的横截面。过滤装置可以具有任意的、例如圆形或矩形横截面；重要的是，由于材料的选择和材料的多孔性(优选多孔的聚四氟乙烯)，过滤装置具有有利的弹性，使得过滤装置在装配时按区段地弹性变形并且因此密封地安装在穿孔中。过滤装置优选具有圆形横截面，使得它可以安装在该穿孔的容易生产的、同样优选圆形的横截面中。该穿孔确保优选圆柱形过滤装置的连续的统一的变形，使得保证了对于传感元件和过滤装置间密封性的要求。

在本发明的另一构型中提出，承载板实施为印刷电路板，该印刷电路板被设置用于耦合入和/或耦合出通往和/或来自传感元件的电信号。因此承载板具有多个功能。该承载板用作过滤装置和传感元件的、形状稳定的承载装置，该承载板保证了过滤装置的密封的安装并且可实现通往和/或来自传感元件的信号传输。优选使用铜涂层的、玻璃纤维强化的合成树脂板作为实施成印刷电路板的承载板，该合成树脂板在电子工业中也以FR4或FR5的名称被公知。

在本发明的另一构型中提出，印刷电路板在朝着传感元件的表面上具有一环绕着穿孔地设置的焊接环。该焊接环可实现要焊接上的元件的环绕的密封并且例如作为可选的镀锡环与穿孔同心地设置。该焊接环也可以具有不同于圆形的轮廓，例如矩形的外形，以便保证有利地与穿孔的横截面和/或与要焊接上的构件的几何结构相适配。

在本发明的另一构型中提出，传感元件焊接在所述焊接环上。为该目的所述传感元件具有与该焊接环几何尺寸相对应的金属端面，该端面可实现焊接环和传感元件之间直接的材料锁合的连接。因此能以有利的方式实现传感元件与印刷电路板间的密封连接。替换地或补充地，也可在传感元件和印刷电路板之间设计粘接连接。

在本发明的另一构型中提出，在该焊接环上焊接一具有一通孔的挡圈，该通孔的直径小于所述穿孔的直径、尤其是至少小于所述穿孔的直径的1/2。该可实施为金属圈或镀有金属的塑料圈的挡圈的任务在于，在过滤装置和传感元件之间产生辅助的密封作用。该密封作用通过如下方式实现，即，过滤单元在端面上贴靠在挡圈的优选环形的表面上并且因此仅在设置在挡圈中的通孔的区域中与传感装置连通地相连接，同时过滤装置的余下的端面用作为密封面。

在本发明的另一构型中提出，承载板中的穿孔构造为阶梯孔。阶梯孔至少具有两个不同的直径。阶梯孔优选这样地设置在承载板中，使得较大的直径设计在承载板的朝向传感元件的一侧上，而较小的直径在承载板的背向传感元件的一侧上实现。由此对过滤装置构成一侧凹，在该侧凹中被压缩的过滤装置的端部区域可以在经过了位于前面的窄的横截面后又膨胀。因此对于过滤装置，还可以实现有利的机械式的锁止以及附加的曲径式密封形式的密封作用。可变换地设计其它形式的孔，例如具有侧凹的阶梯的锥截面形的孔。起决定意义的是，过滤装置被承载板中的穿孔这样压缩，使得能保证承载板和过滤装置间的密封作用并且保证传感元件和流体传感器周围环境间的连通的连接。

在本发明的另一构型中提出，所述穿孔具有电镀施加的环绕的密封唇。在生产反正要设置电镀层结构的印刷电路板时可以设计电镀施加的环绕的密封唇。例如在印刷电路板中可以尤其通过打孔、激光切割、水射流切割、冲压来制造任意形状的穿孔。在印刷电路板的一侧上，与该穿孔的边缘邻接一用作电镀涂层工艺的电极的金属层。在完成电镀涂层后，在穿孔的边缘构成了向内突的环绕的金属隆起。该隆起使所述穿孔的横截面局部变窄并且构成用于形锁合地接收过滤装置的侧凹。

在本发明的另一构型中提出，传感元件、承载板和过滤装置至少基本上完全被形状稳定的浇注材料所包围。尤其是将可浇注的并可硬化的合成树脂材料作为选择的该浇注材料用作流体传感器的传感元件、承载板、过滤装置及必要时其它构件的形状稳定的外壳。在此提出，过滤装置在远离承载板的端面上不沾上该浇注材料，以便能够保证传感元件与流体传感器的周围环境的连通的连接。

在本发明的另一构型中提出，传感元件构造为压力传感器，尤其是用于测定气体压力。因此可以借助本发明的流体传感器例如实现轮胎压力传感器。

在本发明的另一构型中提出，给传感元件配设至少一个用于分析传感器信号的集成电路。该集成电路放大由传感元件提供的传感器信号并且进行分析处理，以便能够将由传感装置测定的测量值传送到例如汽车的一数据总线系统中。例如可以在汽车指示设备上指示该测定的测量值。

在本发明的另一构型中提出，集成电路构造来用于无线耦合入供电能量和无线耦合出至少一个传感器信号。相对地设置的接口提供尤其是电磁波形式的供电能量，并且接收由流体传感器发出的包含一个或多个测定出的测量值的信号。因此，对于相对所述接口相对运动地放置的流体传感器可以实现简单的构造方式。这尤其是在使用流体传感器作为轮胎压力传感器时有利；其中在汽车旋转运动地放置的车轮上安装流体传感器，而接口例如可以与车身固定地安装在流体传感器附近的车轮罩中，并且可以无线传输能量和信号。

在说明和权利要求中使用的概念“一”应看作不确定的冠词而不是数词并且包含可以存在多个相应描述的元件。

本发明的其他优点和特征产生于权利要求及根据附图描述的优选实施例的如下说明。

附图说明

附图示出了本发明的实施例，并在接下来的说明中详细阐述。下面相应地以图解的形式示出：

图1.流体传感器的俯视图，

图2.沿着图1中描述的流体传感器的线A-A的剖面图，

图3.流体传感器另一个构型的沿着线A-A的剖面图。

具体实施方式

图1中以俯视立体图示出的根据本发明的流体传感器10具有一实施成压力传感器12的电传感元件。压力传感器12施加在实施为印刷电路板14或压制线路板的承载板上并且以一个实施为压力接收膜片28的作用表面朝向印刷电路板14的表面。在此，一气体过滤器20插在一个构造在该印刷电路板中的穿孔中，所述气体过滤器由一种可弹性变形的材料制成。在印刷电路板中成形的穿孔具有小于该气体过滤器的直径，从而在印刷电路板穿孔和气体过滤器20间获得密封作用。在此，该气体过滤器在一接合过程中、优选通过插塞接合到该印刷电路板中。由此，可以在没有粘接连接的情况下，建立可靠的气体密封性连接并且在批量生产中能明显地降低生产成本。

图2中示出的流体传感器10被设计用于测定气体压力并且为了该目的具有实施为压力传感器12的电传感元件。该压力传感器12安装在实施为印刷电路板14或压制线路板的承载板上并且以实施为压力接收膜片28的作用表面朝向印刷电路板14的表面。

在印刷电路板14和压力传感器12之间设有挡圈16。该挡圈16对气体密封地焊接在一个没有详细示出的焊接环上，其中，该焊接环构造为设置在印刷电路板14上的铜涂层结构。该印刷电路板设有一个实施为阶梯孔18的穿孔。该焊接环环绕地设置在该圆形阶梯孔18边上，使得挡圈16至少基本上与阶梯孔18同中心地定向。压力传感器12在端面上对气体密封地粘接在挡圈16上。

一个作为过滤装置的、由具有敞开的毛孔的聚四氟乙烯制成的气体过滤器20安装在阶梯孔18中。示意性示出的阶梯孔18对气体过滤器20构成侧凹结构，因为该过滤器的直径按区段地变小并且随后又变大。该气体过滤器20在阶梯孔18的变小的区域中被弹性地压缩，使得该过滤器在一预给定的压缩区域中保证相对于印刷电路板14密封的连接。这样避免气体从该气体过滤器的侧面流过并导致对压力传感器12的污染。该阶梯孔18因此保证了压力传感器12与气体过滤器20以及由此与流体传感器10的周围环境的连通连接。气体过滤器20的典型的直径在1mm至5mm之间的范围中。印刷电路板14的典型厚度在0.3mm至2mm之间的范围中。

气体过滤器20这样地安装在印刷电路板14的阶梯孔18中，使得该过滤器稍稍突出于印刷电路板14的朝着压力传感器12的表面之上并且以该过滤器的端面平整地贴靠在挡圈16上。挡圈16具有一个用于接收圆柱形气体过滤器20的圆形空槽，使得气体过滤器20与挡圈16形成一种曲径式密封，以便获得有利的密封作用。在挡圈16中设置的通孔30的直径明显小于气体过滤器20的直径，以便保证气体过滤器20在挡圈16上的大面积接触。

在印刷电路板14上也设有实施为半导体模块22的、集成电路，该线路被构造用于分析处理压力传感器12的信号。半导体模块22可以无线耦合入供电能量并且可以无线耦合出传感器信号到一未示出的接口上。半导体模块22设置在壳体24中，在壳体24的底侧上设有未详细示出的、用于与印刷电路板14焊接连接的接触面。在壳体24的一个侧向上突出的突起上设有多个键合点(Bondpads)，这些键合点可以通过压焊丝26实现半导体模块22与压力传感器12的电连接。

印刷电路板14、半导体模块22、压力传感器14及气体过滤器20几乎完全被形状稳定的塑料材料所包围，所述塑料材料保护流体传感器免于环境影响。仅仅气体过滤器20在端面上穿出该塑料材料，以便能保证压力传感器12与流体传感器10的周围环境的连通的连接。在塑料材料的外表面没有设置导电接触面，因为在所示的实施方式中仅无线地耦合入供电能量和耦合出传感器信号。在流体传感器的一个未示出的实施方式中可以设有对外的导电的接触面，所述接触面被构造例如用于耦合入测试信号或用于连接电缆地运行流体传感器。

在图3中沿着线A-A的剖视图示出了根据本发明的压力传感器模块的另一实施方式。在此示出的结构，只要未在下面做另外的说明，就相应于接合对图2的附图说明所描述的装置的结构。在上述实施方式的变型中，设有孔19来替换所述阶梯孔，所述孔19具有截锥形的斜边(Fase)。该实施方式的优点在于，沿着锥形地变小的孔19，在过滤器20之间拥有大的密封面积，该过滤器在结合尤其是在插接到孔19中时弹性地变形。因此实现了尤其可靠的密封作用。此外，过滤器20可以容易地插入并且在无需其它固定工具如粘接剂的情况下与压力传感器12持久可靠地相连接。

在本发明的另一未示出的实施方式中，阶梯孔仅具有一个阶梯，使阶梯孔的较大的直径与所述挡圈邻接，而阶梯孔的较小的直径背向压力传感器。因此可以尤其简单地在印刷电路板中加工出用于气体过滤器的、侧凹的穿孔。

附图标记列表

10       流体传感器

12       压力传感器(传感元件)

14       印刷电路板

16       挡圈

18       阶梯孔

19       孔

20       气体过滤器

22       半导体模块(集成电路)

24       壳体

26       压焊丝

28       压力接收膜片(作用表面)

30       通孔

Claims (11)

1.用于测定流体参数的流体传感器(10)，

具有一电传感元件(12)，该电传感元件具有一用于确定所述流体参数的作用表面(28)，

具有一配设给该传感元件(12)的承载板(14)，及

具有一配设给该传感元件(12)的用于过滤流体的过滤装置(20)，其中，该过滤装置(20)具有一端部区域，

其中，该传感元件(12)的所述作用表面(28)朝向该承载板(14)，在该承载板(14)中与该传感元件(12)的所述作用表面(28)相对地设有一穿孔(18)，

其特征在于，该过滤装置(20)具有一可弹性地被压缩的端部区域，该穿孔(18)具有一小于该过滤装置(20)的所述端部区域的横截面，该过滤装置(20)密封地安装在该承载板(14)的所述穿孔(18)中，其方式是，该过滤装置(20)的所述端部区域通过弹性的变形在结合时按区段地弹性地变形。

2.如权利要求1所述的流体传感器，其特征在于，所述承载板(14)构造成印刷电路板，该印刷电路板被设置用于耦合入和/或耦合出至和/或来自所述传感元件(12)的电信号。

3.如权利要求2所述的流体传感器，其特征在于，所述印刷电路板(14)在一朝向所述传感元件(12)的表面上具有一环绕所述穿孔(18)地设置的焊接环。

4.如权利要求3所述的流体传感器，其特征在于，所述传感元件(12)焊接在所述焊接环上。

5.如权利要求3所述的流体传感器，其特征在于，在所述焊接环上焊接了一具有一通孔(30)的挡圈(16)，该通孔的直径小于所述穿孔(18)的直径、尤其是至少小于所述穿孔(18)的直径的1/2。

6.如上述权利要求之一所述的流体传感器，其特征在于，在所述承载板(14)中，所述穿孔(18)构造为阶梯孔。

7.如上述权利要求之一所述的流体传感器，其特征在于，所述穿孔(18)具有一电镀地施加的环绕的密封唇。

8.如上述权利要求之一所述的流体传感器，其特征在于，所述传感元件(12)、所述承载板(14)以及所述过滤装置(20)至少基本上完全被一形状稳定的浇注材料包围。

9.如权利要求1所述的流体传感器，其特征在于，所述传感元件(12)构造为压力传感器，用于测定气体压力。

10.如权利要求1所述的流体传感器，其特征在于，给所述传感元件(12)配设至少一个用于分析处理传感器信号的集成电路(22)。

11.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述集成电路(22)被构造用于无线耦合入供电能量和无线耦合出至少一个传感器信号。

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