CN102112856B - 压力传感器设备 - Google Patents

Abstract

一种压力传感器设备(1)，包括：－具有传感器主体(9a)的压力传感器(9)，其中界定出的孔(11)具有底面(11a)，底面(11a)属于主体自身的膜片部分(9')，检测元件被有效连接至膜片部分(9')；－连接结构(2)，具有与上述孔(11)连通的管路(2a,15,19)，被设计用于接收压力待检测的流体。连接结构包括用于支撑压力传感器(9)的主体(2)，界定出至少一条相应的通道(2a)，以及一个可压缩元件(12)，被设计为与流体相接触并且被设置用于补偿其可能的体积变化，可压缩元件(12)被以将孔(11)基本上分为两个相对区域的方式至少部分地设置在孔(11)内。设备(1)设有连接通道(12f)用于保持孔(11)中的不同区域流体连通也就是平衡压力。

Description

压力传感器设备

技术领域

本发明涉及一种压力传感器设备。这样的传感器设备可以从文献WO 2008/078184中获知。

背景技术

所述类型的设备包括将压力传感器安装在其中的壳体。传感器具有界定出孔的主体，孔底部由主体自身的膜片部分构成，其上设有检测元件。接受测量的流体以造成膜片部分弯曲的方式经由壳体中的导管被送至上述孔。利用检测元件测量取决于流体压力的这种弯曲的程度，检测元件的输出信号因此就代表了压力值。传感器主体通常由陶瓷材料制成，而其膜片部分上设置的检测元件通常是电阻或压阻型的。

在某些类型的应用中，接受压力测量的部分流体可以在设备并且具体说是压力传感器的敏感组件内部累积或与其接触累积。在低环境温度的情况下，累积的流体可能会冻结，随后其体积的增大将造成上述敏感元件（例如传感器主体膜片部分）中的机械应力，就有造成其破裂或损坏的危险。为此，WO 2008/078184提出直接在传感器主体的孔内或者在其紧邻的区域内设置可压缩元件，适用于补偿流体可能的体积变化。

发明内容

本发明的目标是用简单并且廉价的方式改进所述类型传感器的可靠性和操作准确性。根据本发明，该目标通过本发明要求保护的压力传感器设备来实现，其构成了本文中提供的关于本发明的技术教导的主体部分。

附图说明

本发明更多的目标、特征和优点将根据遵循并且源于严格为举例说明和非限制性目的给出的附图的详细说明而变得显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的压力传感器设备的透视图；

图2是图1中设备的正视图；

图3是图1和图2中设备的部分截面图；

图4和图5是从不同角度看图1-3设备中的压力传感器的示意性透视图；

图6是图3中一部分的放大的详细视图；

图7是类似于图6的截面图，但是涉及的是根据从WO 2008/078184获知的现有技术得到的压力传感器设备；

图8是图1-3设备中的补偿元件的透视图；

图9是图8中补偿元件的放大比例的俯视图；

图10是沿图9中X-X线的截面；

图11是根据本发明的变形所得补偿元件的透视图；

图12是图11中补偿元件的放大比例的俯视图；

图13是沿图12中XIII-XIII线的截面。

具体实施方式

根据本发明的压力传感器设备的结构和主要功能类似于WO 2008/078184中介绍和说明的设备；为此，以下根据本发明的设备中组件的说明应该就是相对简略的，理应认为这些组件的实用细节和优选实施方式的特征可以从上述的现有技术文献中借用。

参照图1-3，根据本发明的压力传感器设备整体上用1表示，其结构包括主要执行支撑和液压连接功能的部件2以及主要执行封盖和电连接或连接器功能的部件3。部件2的主体部分优选由相对刚性的材料例如热塑性材料或金属材料制成，被轴向穿过在图3中整体上用2a表示的孔或通道。正如图3中可以清楚看到的那样，主体部件2中标记出的有连接部分4、中间联接部分5和端部6。通常为圆柱形的连接部分4在外部具有用于径向密封装置7（例如O形垫圈）的底座。为设备1提供入口的该部分4应该被连接至未表示出的液压回路，液压回路包含有其压力待检测的流体。中间联接部分5包括从连接部分4顶部径向向外延伸的翼缘。从上述翼缘升起的是具有环形结构并且彼此基本同轴的外壁5a和内壁5b。高于外壁5a的内壁5b界定出在其中放置整体上用9表示的压力传感器的底座。

正如图4和图5中可以看到的那样，传感器9具有优选为整体式的传感器主体9a，例如由陶瓷材料或塑料材料或矾土制成，优选为圆柱形。传感器主体9a内界定出在主体自身的第一端面上开口的轴向盲孔11，该孔由仅在图5中分别标记为11a和11b的底面和外周或外缘表面界定。孔11的底面11a以及仅在图4中标记为11c的传感器主体9a中第二端面的至少一部分之间界定出的是图6中用标记9'指示的膜片部分，其中集成有仅在图4中示意性示出的标记为R的检测元件。优选地，检测元件R被保留或固定在第二面11c，也就是孔11外部的膜片9'的侧面上。检测元件R可以是优选为薄(膜)的电阻或压阻性元件，或者更一般地可以是能够生成表示膜片部分9'的变形或弯曲（也就是流体压力）的信号的任何电气或电子组件，甚至是半导体。从传感器主体9a的第二端面11c突出或升起的是用于电连接传感器9和/或相应电子控制电路的端子9b。

仍旧参照图3，在与壁5a和5b以及连接部分4基本同轴的位置从翼缘5的中心区域升起的是通常为管状圆柱形的端部6，在其外部成形有肩部或底座，用于设置优选地由O形垫圈表示的密封装置10。该垫圈10是为了用于在端部6的外表面和传感器主体9a的孔11的外缘表面(11b,图5)之间进行密封操作，正如例如在图6中示意性示出的那样。

端部6在传感器主体9a的孔11的内部伸出，并且在其上部装有标记为12的补偿元件。元件12以能够补偿要接受检测的流体例如在冻结情况下可能的体积增大这样的方式由可压缩材料制成。在当前优选的实施例中，补偿元件12的主体由海绵状或泡沫材料制成，优选地由闭孔发泡不可渗透型材料（例如EPDM或硅树脂）制成。但是，元件12的主体也可以用另一种方式制成，例如使用设有内部可压缩腔室或部分的弹性材料制成。

正如图8-10中可以清楚看到的那样，可压缩或补偿元件12通常为圆柱形，基本上是圆盘形，具有上表面12a、下表面12b和外缘表面12c。元件12具有中心穿孔12d，装入其中的是管状部分6的末端附件14，正如图3和图7中可以看到的那样。附件14也是管状的，也就是说它被主体2的轴向通道2a中的相应部分15穿过，目的是为了给传感器主体9a中的孔11提供流体。仅在图6中用14a标记的附件14的上端基本上是凸缘形状或者设有固定元件以将补偿元件12保持在工作位置。优选地，在其两端，元件12中的孔12d都被成形为界定出适合用于接纳凸缘部分14并与其协作的底座12e(具体参见图10)；在孔12d的每一端都设置底座12e，也就是补偿元件12的对称性简化了设备1的制造，不再需要将元件12安装到附件14上的预定方向。应该看到附件14可以省略，并将元件12以另一种方式例如以粘合、焊接或包覆模塑的方式固定至管状部分6。

正如图6中可以看到的那样，元件12的上表面12a面对膜片9'的表面11a，与其间隔的指定距离示意性地包括在0到5mm之间，具体地在0到0.5mm之间。优选地，元件12的外缘或外周表面(12c,图8-10)甚至也面对传感器主体9a的外缘表面(11b,图5)，与其间隔微小的距离：这两个表面之间的距离示意性地包括在0到2mm之间，具体地在0到0.5mm之间。优选地，元件12的直径包括在8到10mm之间。

正如可以具体从图6中看到的那样，元件12被以将传感器主体9a的孔11基本上分为上部区域和下部区域这样的方式设置；示意性地包括在元件12的表面12a和膜片9'之间的上部区域相对于在下部被垫圈10封闭的下部区域具有相对较小的可用容积。

在说明性的实施例中，设备1包括第二补偿元件，通常以类似于元件12的方式制备和工作。这样的在图3中标记为18的第二补偿元件被容纳在主体2的延伸于部件4-6之间的一部分通道2a内。元件18具有以界定出相应管路部分的方式与附件14的孔15轴向对齐的内孔19，管路将要接受测量的流体输送至第二主体9a中的孔11；优选地，孔19相对于附件14中的轴向孔15具有较大的通道截面。

正如可以从图1-3中看到的那样，设备1壳体中的部件3的主体具有由底壁20和外缘壁21界定出的下部中空区域，其末端被设置用于连接在部件2的主体2a的壁5a和5b之间。从底壁20升起的是管状的主体部分22，在其内部延伸的是用于设备1电连接的端子23。在非限制性的示例中，端子23被以相应的下端表面向内面对部件3中的孔这样的方式安装，以与整体上标记为24的电路中的在图3中标记为24a的第一接触元件相接触。电路24还包括第二接触元件(未示出)，压力传感器9中的端子9b(图4和图5)被安装和/或焊接于此。

还是在图3中，标记为25的是用于支撑电路24的元件，其具有未示出的销，目的是为了安放传感器主体9a中适当周长的底座(其中一个在图5中被标记为9c)，特别是为了获得极化或准确的相互连接。

在设备1组装好的结构中，正如例如在图6中可以部分看到的那样，压力传感器9的主体9a中的孔11被端部6所占据，设置在其顶部的是补偿元件12，其优选地占据孔自身的绝大部分。元件12通过附件14并且具体地通过其凸缘部分14a固定就位。如上所述，该附件还界定出流体供应管路的端部15，还包括在第二补偿元件18内界定出的部分19。垫圈10的存在得以沿着端部6露出的表面在孔11内界定出腔室30，该腔室与流体供应管路15,19流体连通。如前所述，孔11以及由此腔室30都基本上被元件12分为两个相对的区域。

作为非限制性示例，我们假定传感器设备1是为了与所谓的“SCR”(选择性催化还原)系统一起结合使用，也就是用于控制氮氧化物(NO_X)的排放，特别是用于内燃机车辆(已知本发明在其中可得到有利应用的这种类型的系统的名称是DeNox®)。正如已知的那样，这种系统的操作需要使用反应物例如水溶液形式的氨或尿素，其喷射压力必须通过传感器设备进行精确控制。

在设备1的正常工作条件下，流体渗入或者流入元件18的孔19内并且也可以用这样的方式占据附件14中的孔15，并由此到达腔室30(图6)；流体压力由此压迫传感器主体9a的膜片部分9'。优选地，在流体系统的正常工作条件下，流体压力不足以造成补偿元件12和18的明显压缩，由此至少允许进一步的压缩以用于流体冻结的情况下的补偿。

膜片部分9'由于流体压力造成的弯曲引起图4中的检测元件R的相应变形，并因此改变其电阻或压阻性质。用这种方式在元件9的端子9b处生成表示流体压力值的信号。该信号通过电路24中适当的电子元件以本质上公知的方式放大和/或处理之后到达端子23，端子23被电连接至未示出的线路，该线路被连接至适当的控制单元，例如车辆电子控制单元或用于控制氮氧化物排放的系统。

在特定情况下，要接受测量的部分流体可能会被累积在腔室30内以及穿过主体2的流体管路内；在低环境温度下，这些累积的流体可能会冻结并由此在体积上有所增加。传感器9中的孔11主要由上述部件占据的事实导致其中可以累积流体的可用容积很小。而且，正是由于可以在其中在模片部分9'附近累积流体的空间也就是腔室30基本上由补偿元件12的表面限定而补偿元件12可以由冻结会增大体积的流体的推压而被压缩的事实，因此该孔11实际上完全容纳在补偿元件12的主体内的事实就允许将膜片部分9'上受压的风险降到最低。

正如可以看到的那样，根据本发明的设备1的主要结构非常类似于WO 2008/078184中介绍的结构，将要在下文中介绍的补偿元件12中的具体构成除外。

根据WO 2008/078184中获知的现有技术得到的解决方案允许充分地保证传感器设备的整体性操作。但是，申请人发现补偿元件在传感器主体的孔内的定位可能是偶发性测量误差(静差)的来源，这在设备正常使用期间可能是难以发现的。例如，在某些情况下，申请人检测到由于补偿元件和压力传感器之间仍然存留有加压流体而造成的测量误差。图7中例举了这种情况，图7类似于前述的图6，但是图7是指装有在WO 2008/078184中图解并介绍的补偿元件类型的传感器设备。与图6中相同的附图标记被用于图7中以表示技术上等同于前述元件的元件，其中根据WO 2008/078184的补偿元件被标记为112。

根据申请人完成的试验表明，已知传感器设备的故障是由于补偿元件12在变形的状态下可能会在安装有该设备的系统的某些排空或低压循环期间在外缘“粘连”至传感器主体的事实。关于该事实，应该指出例如在某些SCR系统中，在喷射尿素之后系统已排空，快速地从加压流体状态(例如压力大约为9bar)到达低压状态(例如压力大约为-0.5bar)。

在排空系统或回路时，同样是由于在排空期间形成的低压，元件112会发生变形以使其最终粘连到界定孔11的表面，包括膜片9'的表面11c在内，从而使得元件112实际上形成腔室30的一部分和通道15之间的密封：用这样的方式，部分加压流体被限制或截留在元件112和垫圈10之间构成的区域内，在图7中用黑色表示，决定了元件112对膜片9'的直接推压。

加压流体的这种滞留的后果是在随后的填充流体循环和测量循环中会表现出不规则的压力值，也就是不规则的残存压力值(静差)，它会改变实际的测量压力值(示意性地，这种静差大约为0.6-0.7bar，其会被累加至实际的压力值)。

应该看到不规则变形和/或加压流体滞留也可能是临时性的，也就是在补偿元件112未粘连或者仍然粘连到传感器9的主体9a时发生。但是，即使是这种临时性的不规则状态也可能是永久的不正常检测的来源，特别是在使用自动校准的控制系统或逻辑时更是如此。在某些应用中，例如在排空系统之后，控制系统执行新的压力检测以使用检测值作为随后的零压力参考值；通过这种对系统排空的新检测获得的值被存储在控制系统中作为零压力参考值用于随后的检测和处理。在加压流体滞留的情况下，由于上述原因，从上述新检测中获得的参考值就会因此被错误地认定为表示零压力。换句话说，很明显在传感器设备内有不规则残留压力的情况下，参考值的重置就会失真，并在随后的测量中具有被称为静差的稳态误差。

基于对先前并未观察到的该技术问题的认知，本发明被设计用于提供具有连接装置的传感器设备，用于保持流体连通并由此平衡孔11中的不同部件例如参照图示的示例位于补偿元件上方和下方的部件的压力而与孔自身内存在的压力状况以及由上述低压状态造成的元件12可能的变形无关。

在本发明当前优选的实施例中，这些装置通过补偿元件12的特定结构获得，补偿元件12被设有稳定地保持传感器主体9a的孔11中的上部区域和下部区域连通的孔或通道。在补偿元件12内存在至少一个孔或通道消除了以上列举的缺点，原因在于这样的孔或者通道允许在液压回路被排空时释放残留压力，由此避免加压流体被截留，特别是被截留在孔11中包括在元件12和径向垫圈10之间的区域内。

在图8-10示意性示出的实施例中，元件12相对于在其上表面12a和下表面12b之间穿过元件主体的中心孔12d被设有至少一个并且优选地至少两个附加通孔12f。在图8-10中，孔12f有三个，基本上彼此之间以120度等间距隔开，但是这样的设置应该显而易见地被理解为是严格为了举例说明的目的而给出的。

图11-13涉及补偿元件12的实施例变形，与图8-10中相同的附图标记被用于这些附图中以表示与先前使用的元件在技术上等价的元件。

在此情况下，在元件12的外缘表面12c上设有元件12主体中的轴向凹槽或径向凹口12g；具体地设有位于元件12周边区域内的管路或通道。

用这种方式，在元件12组装好的状态下，在其外缘表面12c和孔11的圆柱形壁部(11b,图5)之间上述的凹槽或凹口12g处设有保持孔11的上部和下部区域稳定连通的间隙或通道，并由此在排空系统时甚至允许流体从下部区域流通到上部区域。在图11-13的示例中，补偿元件12具有基本上叶片状的结构，并且具体为三叶式，但是很明显，即使在此情况下图示的形状也应该显而易见地被理解为是严格为了举例说明的目的而给出的，例如适用于该目的的另一种类型，例如成形为构成棱柱、星形或者三角形或正方形或五边形等都是可行的。

由申请人进行的实际测试允许确定将压力传感器设备装有参照图8-10和11-13所述类型的补偿元件12，以允许避免与现有技术的设备中的偶发性误差相关联的风险，从而改进在所有使用条件下的测量可靠性和准确度。很明显，这样的元件12允许获得与WO 2008/078184所述相同的与补偿接受压力测量的流体中可能的体积增大有关的优点。

显而易见的是作为示例介绍的设备可以由本领域技术人员进行各种变形而并不背离本发明的保护范围。

在未示出的可行变形中，形式为凹槽或凹口的具有类似于通道12g的功能的通道可以在补偿元件的内缘表面上获得，也就是在界定出孔12d,12e的表面内获得。

用于连接或平衡传感器主体9的腔室11内不同区域例如上述的下部区域和上部区域中的压力的装置可以至少部分地在相同的传感器主体内获得。根据这样的变形，例如在传感器主体9a的圆柱形壁部11b(图5)的上部区域内成形有一个或多个轴向凹槽，基本上是为了实现图11-13中的元件12中的凹槽或凹口12g的功能。这些凹槽至少部分地伸入面对补偿元件外缘表面的壁部11b的区域内。在另一种可行的变形中，用于连接或平衡腔室11内不同区域例如上述下部区域和上部区域中压力的上述装置可以至少部分地在设备1壳体的部件2的主体内获得。根据这样的变形，例如轴向凹槽可以在其中安装有元件12的管状部分6,14的区域内获得。这些凹槽至少部分地伸入面对补偿元件12的中心孔12d的外缘表面的部分6,14的区域内。

在上述的两种变形中，设置在传感器主体9a的孔11内的补偿元件也可以是WO 2008/078184中介绍的已知类型，而不必是如图8-10或图11-13中所示的上述类型，也就是基本为圆盘状的具有一个中心孔以及圆柱形外缘表面的类型。

在设备的可选实施例中，补偿元件可以被容纳在孔11内，略高于用15标记的类型的一条或多条通道；对于这样的实施例，补偿元件应该被设有优选地应与通道15轴向对齐的通道。

Claims (4)

1.一种压力传感器设备，包括：

－压力传感器(9)，具有具体为整体式类型的传感器主体(9a)，其中界定出的孔(11)具有底面(11a)和外缘表面(11b)，所述底面(11a)属于所述传感器主体(9a)的膜片部分(9')，检测元件(R)被有效连接至所述膜片部分(9')；

－连接结构(2,3)，具有与所述孔(11)连通的管路(2a,15,19)，被设计用于接收其压力待检测的流体，所述结构(2,3)包括：

－压力传感器(9)的支撑主体(2)，界定出至少一条相应的通道(2a)；以及

－可压缩元件(12)，被设计为与所述流体相接触并且被设置用于补偿其可能的体积变化；所述可压缩元件(12)被至少部分地设置在所述孔(11)内，其中可压缩元件(12)具有主体，主体具有上表面(12a)、下表面(12b)和至少一个外缘表面(12c)，其中可压缩元件(12)具有用于安装在包括所述管路(2a,15,19)端部(15)的支撑主体(2)的管状部分(6，14)上的中心孔(12d)，

其中设备包括连接装置(12f,12g)用于建立流体连通或者用于平衡所述孔(11)不同区域间的压力，其特征在于连接装置(12f,12g)包括下述之一：

－成形在所述可压缩元件(12)内的至少一条连接通道(12f,12g)，所述至少一条连接通道(12f,12g)相对于所述中心孔(12d)处于偏心的位置；并且所述至少一条连接通道(12f,12g)被设置为以下形式中的至少一种：

－可压缩元件(12)的主体中相对于所述中心孔（12d）的附加通孔(12f)，延伸在其上表面和下表面(12a,12b)之间，

－可压缩元件(12)的主体中的凹槽(12g)，成形在其外缘表面(12c)处，

－可压缩元件(12)的主体中的凹槽，成形在其限定所述中心孔(12d)的内缘表面处；

－至少部分地成形在以下位置的至少一个凹槽：

－传感器主体(9a)的所述孔(11)的外缘表面(11b)的面对可压缩元件(12)的外缘表面的区域内，和/或

－支撑主体(2)的在传感器主体(9a)的所述孔(11)内突出并且在其上安装可压缩元件(12)的所述管状部分(6,14)内。

2.如权利要求1所述的设备，其中可压缩元件(12)具有基本上扁平的圆柱体形状。

3.如权利要求1所述的设备，还包括至少一个另外的可压缩元件(18)。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述可压缩元件(12)被设置为使其基本上在孔(11)内界定出至少两个相对的区域。

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