CN102914403B - 用于压差测量的传感器系统 - Google Patents

Abstract

一种用于测量内燃机排气管道中的压力的传感器系统，所述传感器系统（1）包括电子模块组件（5）和用于容纳所述电子模块组件（5）的壳体组件（2－4），其中所述电子模块组件（5）包括：带有感测元件（10）的感测元件载体元件（8），承载电子部件的电子模块载体元件（7），其中在所述电子模块载体元件（7）和所述感测元件载体元件（8）之间提供电连接；和用于支撑所述感测元件载体元件（8）和所述电子模块载体元件（7）的主载体元件（6）。

Description

用于压差测量的传感器系统

技术领域

本发明涉及一种用于测量内燃机的排气管道中的压力的传感器系统，该传感器系统包括电子模块组件和用于容纳电子模块组件的壳体组件。

背景技术

欧洲专利申请EP-A-1 521 952公开了一种压力测量装置。该装置设有两个壳体部件，其中一个可实现为盖部件。提供其上定位（压力）感测元件和其上还可以定位电子部件的单个载体。壳体内部包括三个壳体空间，所述空间利用密封件彼此分离。第一和第三壳体空间分别与感测元件的前侧和后侧连通。第二空间容纳从单个载体到与壳体成一体的连接件的接触元件的焊线。

欧洲专利申请EP-A-2 184 594公开了一种用于测量介质中的压力的压力传感器，包括传感器壳体和其上定位感测元件和电子部件的支撑构件。用类似凝胶的保护构件保护感测元件前侧和后侧免受环境（即介质）影响。利用附接到支撑构件的屏障，保护构件仅设置在感测元件周围的区域。

发明内容

本发明试图提供一种改进的传感器系统，特别适于例如排气测量的汽车应用。

根据本发明，提供一种上述前序部分限定的传感器系统，其中电子模块组件包括：带有感测元件的感测元件载体元件；承载电子部件的电子模块载体元件，其中在电子模块载体元件和感测元件载体元件之间提供电连接；和用于支撑感测元件载体元件和电子模块载体元件的主载体元件。通过使用这三个主要元件，能够实现很有效的生产和组件，导致坚固和可靠的传感器系统，特别地当感测元件是压差传感器时，因为传感器系统允许有效和可靠地接近感测元件的前侧和后侧。

在另外的实施例中，感测元件载体元件包括陶瓷基底，和/或电子模块载体元件是印刷电路板。此外，感测元件载体元件和电子模块载体元件可利用线焊连接。利用最有效的相关技术，能够有效生产作为分离元件的这些元件。

在实施例中，主载体元件支撑感测元件载体元件和电子模块载体元件并使其相互定位。而且主载体元件可被布置以将电子模块组件定位在壳体组件中。

在实施例中，传感器系统还包括附接到感测元件载体元件且围绕感测元件的顶侧的前侧屏障，其中感测元件载体元件包括导电轨道，在由前侧屏障限定的空间内的导电轨道由金制成。这允许将贵重材料限制用于尽可能小的区域。而且，前侧屏障可被用于容纳保护构件，例如凝胶，从而在操作期间遮蔽感测元件与例如排气隔离。此外，主载体元件被布置作为用于覆盖感测元件的保护构件的后侧屏障。

在另一组实施例中，壳体组件包括在壳体组件的底侧的高压连接件和低压连接件，其中电子模块组件经由前侧屏障上的粘结剂连接到高压连接件，经由主载体元件上的粘结剂连接到低压连接件。粘结剂可作为密封件且可被提供到前侧屏障上和主载体元件上，该前侧屏障被附接到感测元件载体元件且围绕感测元件的顶侧。

从高压连接件到感测元件的前侧的高压通道和从低压连接件到感测元件的后侧的低压通道可设有内圆角边缘，以保证不限制接近感测元件，而没有例如由于湿气累积而导致的堵塞等风险。为了进一步加强该效果，可提供从高压连接件到感测元件的前侧的高压通道和从低压连接件到感测元件的后侧的低压通道，且该高压通道和低压通道包括朝壳体组件的底侧倾斜的倾斜壁。为了允许在传感器系统中形成的任何湿气从传感器系统排出，在进一步的实施例中，感测元件位于壳体组件的顶部，远离高压连接件和低压通道连接件。而且，主载体元件可设有用于类似作用的倾斜壁。

在进一步的实施例中，电子模块组件进一步包括附接到感测元件载体元件且围绕感测元件的顶侧的前侧屏障，所述前侧屏障在前侧屏障的底部设有密封边缘和排水边缘。同时，这允许适当地保护感测元件以抵抗汽车应用中遇到的苛刻环境。

壳体组件包括壳体组件本体、第一盖和第二盖，第一盖和第二盖分别封闭壳体组件本体的第一侧和第二侧。这允许利用例如公知的和成本节约的注射成型技术生产壳体组件本体，且通过增加其它元件和用第一盖和第二盖封闭壳体组件本体容易组装传感器系统。第一壳体盖可设有当组装时形成低压通道的一部分的倾斜壁。

附图说明

下面将参考附图利用多个示范性实施例更详细地讨论本发明，在附图中：

图1示出根据本发明的实施例的传感器系统的部件的分解透视图；

图2示出用于根据本发明的传感器系统的实施例中的电子模块组件的透视顶视图；

图3示出图2的电子模块组件的透视底视图；

图4示出用于图2和3的电子模块组件中的感测元件载体元件的透视图；

图5示出根据本发明的实施例的传感器系统的剖面图；和

图6示出根据本发明实施例的传感器系统的一部分的侧视图。

具体实施方式

例如压差传感器的压力传感器广泛用于很宽的应用范围，例如汽车应用。本发明实施例涉及这种传感器系统，且可以有利地用于内燃机的排气管道中的压力测量。

如图1中根据本发明实施例的传感器系统的部件的分解透视图所示，传感器系统1包括电子模块组件（EMA）5和用于容纳电子模块组件5的壳体组件2－4。壳体组件包括壳体组件本体2、用于覆盖壳体组件本体2的第一侧的第一盖3和用于覆盖壳体组件本体2的第二侧的第二盖4。传感器组件还设有高压连接件19和低压连接件20。传感器1的各部件通过其间的密封件彼此附接，例如第一盖3和壳体组件本体2之间的密封件21、壳体组件本体2和电子模块组件5之间的密封件22、以及电子模块组件5和第二盖4之间的密封件23。此外，第二盖4利用外密封件24附接到壳体组件本体2。

利用带有用第一盖3和第二盖4封闭的两个相对开放表面的壳体组件本体2，允许有效地制造具有内部部件的壳体组件本体。

图2和图3示出电子模块组件5在用于根据本发明的传感器系统的实施例中时的顶视和底视透视图。电子模块组件5包括带有感测元件10（例如EMES压力变送器）的感测元件载体元件8（例如陶瓷板）。此外，提供电子模块载体元件7来承载电子部件。电连接件7a被设置在电子模块载体元件7和感测元件载体元件8之间。主载体元件6被设置用于支撑感测元件载体元件8和电子模块载体元件7。在另外的实施例中，感测元件载体元件8包括陶瓷基底和/或电子模块载体元件8是印刷电路板。主载体元件6、电子模块载体元件7和感测元件载体元件8的组合一起形成EMA5，还允许将EMA处理为独立单元，例如允许在生产中在EMA5的水平上校准。

当试图获得更成本节约的传感器时，通过多个元件组合代替保持现有技术的压力传感器的实际感测元件的单件支撑元件（例如见欧洲专利申请EP-A-2 184 594）似乎是违反直觉的。然而通过优化EMA5的部件的材料选择以使它们曝露的环境与本发明的设计匹配，与现有技术的压力传感器相比实现显著的成本效益。例如，可制造尽可能小的感测元件载体元件8，以仅延伸到感测系统1的压力腔室中所需的区域。感测元件的尺寸越小，导致生产成本越低。

感测元件载体元件8设有开口14，以允许使用不同的压力感测元件10。感测元件10位于开口14前方，同时提供足够的密封以保证不从感测元件10的前侧到后侧泄漏。与主载体元件6组合，感测元件载体元件8中的开口14允许具有一体的后侧凝胶屏障，从而允许更大体积的凝胶施加到感测元件10的后侧（用于保护抵抗排气）。

在进一步的实施例中，感测元件载体元件8设有附接到感测元件载体元件8且围绕感测元件10的顶侧的前侧屏障9。这允许在感测元件10的顶部上提供凝胶或其它保护构件，保护感测元件不受环境（例如柴油机排气）影响。此外，主载体元件6被布置作为用于在另一侧覆盖感测元件10的保护构件的后侧屏障。

如图4的透视图所示，感测元件载体元件8包括导电轨道17、18。在由前侧屏障9限定的空间内的导电轨道17由金制造，可以抵抗该空间中可能的侵略性环境。在前侧屏障9外部延伸的另外轨道18可由低抵抗性的材料构成，例如AgPd。通过尽可能少地给轨道17（仅至少在前侧屏障9内的部分）采用昂贵的Au材料，能够进一步降低成本。

在图2和图3所示的实施例中，传感器系统1所需的调节电子元件可利用标准制造技术容易集成到电子模块载体元件（例如PCB）7上。在实施例中，感测元件载体元件8和电子模块载体元件7利用线焊连接，即通过感测元件载体元件8和电子模块载体元件7的每一个上设置的焊盘之间的线焊来设置电子连接件7a。该技术被广泛地使用且可被很有效地应用。

在进一步的实施例中，主载体元件6和壳体组件5由适于汽车应用的塑料材料制成。主载体元件6例如利用引导边缘或其它延伸件支撑和相互地定位感测元件载体元件8和电子模块载体元件7。此外，主载体元件6将电子模块组件5定位在壳体组件2中。

图5示出根据本发明的传感器系统1的实施例的剖面图。清楚地示出传感器壳体包括三个部分，即传感器壳体本体2、第一盖3和第二盖4。第一盖3和第二盖4封闭壳体组件本体2的相对开放空间。如图5所示，各个部分设有舌槽部件，允许（利用密封件21-23，见上述图1，和主载体元件6和传感器壳体本体2之间的密封件31）各部件很好地密封。利用这种舌槽密封件，密封剂的位置和量可被更好地控制。作为这些舌槽密封件的支座和突起也有利地控制和最小化胶水厚度的变化，以为了带有线焊互连件7a的电子模块组件5的坚固性。而且，用于将第二盖4附接到壳体组件本体2的环境密封件24被清楚地示出。在图5中，第一盖3被示出在适当位置，即与壳体组件本体2接触，而没有示出密封件21（见图1）。

因而在具体实施例中，电子模块组件5经由前侧屏障9（密封件32和边缘9）和主载体元件6（密封件23、21和主载体元件6中的相关突起）上的粘结剂（或密封剂）连接到高压连接件19和低压连接件20。

EMA5在图5中以剖面图示出，其中感测元件载体元件8被附接到主载体元件6，即，感测元件10位于开口14的前面，因而与高压腔（或通道25）和低压腔（或通道）26连通。图6示出根据本发明实施例的传感器系统1的一部分的侧视图，且示出高压腔25与高压连接件19连通，低压腔26与低压连接件20连通（也见图1）。

现有技术的压力传感器，特别在包含排气的汽车应用中，趋向于对压力传感器内部可能积累的冷凝流体敏感。这可能是导致传感器组件1故障的原因，例如通过短路、腐蚀或堵塞（例如在某些条件下冰的积累）导致。根据本发明实施例，提供高度地消除这些问题的多个技术特征。应该注意这里描述解决排流改进的特征涉及关于重力的特征，即传感器系统1内部积累的冷凝物在断电之后仅在重力影响下能够流出传感器系统1。该特征也可单独应用，即传感器系统1可具有现在权利要求8-15中所描述的特征。

在断电后传感器系统允许流体快速流出传感器系统的能力对于避免在寒冷条件下（例如由于冰堵塞压力管和腔25、26造成）传感器（压力）信号损失是重要的。此外，提高了传感器系统1抵抗酸性排气环境的坚固性。当内燃机断电后排气冷凝物中的水分蒸发时，pH值快速下降到极低值。传感器系统1的自排流甚至在此会发生之前照管冷凝物的去除。

在实施例中，壳体组件包括在壳体组件本体2的底侧的高压连接件19和低压连接件20，高压连接件19和低压连接件20具有足够大的内径，例如最少5mm。同样在壳体组件（壳体组件本体2、第一盖3和第二盖4）内部，高压通道和低压通道（分别结束高压腔25和低压腔26或是其一部分）也尽可能得宽，例如具有例如5mm的最小横截面尺寸。在具体实施例中，壳体组件2-4当组装好时在感测元件10的前、后侧提供至少5mm的空隙。

在进一步的实施例中，从高压连接件19到感测元件10的前侧的高压腔25和从低压连接件20到感测元件10的后侧的低压腔26设有内圆角边缘，即具有至少1mm半径的曲率。在壳体组件本体2内部的高压腔25和低压腔26中也可设有倾斜壁27-29，具有朝壳体组件本体2的底侧的倾斜。倾斜壁27、28在高压腔25中，倾斜壁29是圆角的，倾斜壁30（作为第二盖4的一部分）是低压腔26的一部分。即使在另外的实施例中，主载体元件6也设有作为低压腔26的一部分的倾斜壁12（见图3），从而朝低压连接件20有效确定冷凝物的路线。这些特征分离或组合提供有效的路径，用于冷凝物经由连接件19、20离开传感器系统1，有效防止传感器系统1内部积累冷凝物。而且，不存在可能导致冷凝物堆积和长时期停留的尖锐边缘空间或小通道。

在图1-6中示出的实施例中，此外，感测元件10定位在壳体组件本体2的顶部，远离高压连接件19和低压连接件20。这有效地帮助保持任何湿气或冷凝物远离感测元件10的敏感表面。

如图5中的剖面图所示，EMA5进一步包括附接到感测元件载体元件8且围绕感测元件10的顶侧的前侧屏障9。前侧屏障9在前侧屏障9的底部设有密封边缘11（也见图2）和排水边缘11a，即前侧屏障9是非对称的。这导致在高压腔25中从壳体组件本体2朝感测元件载体元件8的具有宽度d1的朝上边缘（再次增加了对在感测元件10的敏感表面附近积累湿气/冷凝物的抵抗性）和用于冷凝物朝高压连接件19的方便路径。

上面已参考附图中示出的多个示范性实施例描述了本发明实施例。可以对一些部件或元件进行变化或替代，也包含在如所附权利要求中限定的保护范围中。

Claims (19)

1.一种用于测量内燃机排气管道中的压力的传感器系统，所述传感器系统包括电子模块组件(5)和用于容纳所述电子模块组件(5)的壳体组件(2－4)，其中所述电子模块组件(5)包括：

－带有感测元件(10)的感测元件载体元件(8)，

－承载电子部件的电子模块载体元件(7)，其中在所述电子模块载体元件(7)和所述感测元件载体元件(8)之间提供电连接；和

－用于支撑所述感测元件载体元件(8)和所述电子模块载体元件(7)的主载体元件(6)，

其中，所述壳体组件(2－4)包括在所述壳体组件(2－4)的底侧的高压连接件(19)和低压连接件(20)，

其中从所述高压连接件(19)到所述感测元件(10)的前侧的高压通道(25)和从所述低压连接件(20)到所述感测元件(10)的后侧的低压通道(26)设有内圆角边缘。

2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述感测元件载体元件(8)包括陶瓷基底。

3.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述电子模块载体元件(7)是印刷电路板。

4.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述感测元件载体元件(8)和电子模块载体元件(7)利用线焊(7a)连接。

5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述主载体元件(6)支撑所述感测元件载体元件(8)和所述电子模块载体元件(7)并使所述感测元件载体元件(8)和所述电子模块载体元件(7)相互定位。

6.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括附接到所述感测元件载体元件(8)且围绕所述感测元件(10)的顶侧的前侧屏障(9)，

其中所述感测元件载体元件(8)包括导电轨道(17，18)，在由所述前侧屏障(9)限定的空间内的导电轨道(17)由金制成。

7.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述主载体元件(6)被布置为用于保护构件的后侧屏障，所述保护构件覆盖所述感测元件(10)。

8.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述电子模块组件(5)经由附接到所述感测元件载体元件(8)的前侧屏障(9)上的粘结剂连接到所述高压连接件(19)和经由所述主载体元件(6)上的粘结剂连接到所述低压连接件(20)。

9.根据权利要求8所述的传感器系统，其中设置从所述高压连接件(19)到所述感测元件(10)的前侧的高压通道(25)和从所述低压连接件(20)到所述感测元件(10)的后侧的低压通道(26)，所述高压通道和所述低压通道包括朝所述壳体组件(2－4)的底侧倾斜的倾斜壁(27－29)。

10.根据权利要求8所述的传感器系统，其中所述感测元件(10)位于所述壳体组件(2－4)的顶部，远离所述高压连接件(19)和所述低压连接件(20)。

11.根据权利要求8所述的传感器系统，其中所述主载体元件设有倾斜壁。

12.根据权利要求8所述的传感器系统，其中所述电子模块组件(5)进一步包括附接到所述感测元件载体元件(8)且围绕所述感测元件(10)的顶侧的前侧屏障(9)，所述前侧屏障(9)在所述前侧屏障(9)的底部设有密封边缘(11)和排水边缘(11a)。

13.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述壳体组件(2－4)包括壳体组件本体(2)、第一盖(3)和第二盖(4)，所述第一盖(3)和第二盖(4)分别封闭所述壳体组件本体(2)的第一侧和第二侧。

14.根据权利要求13所述的传感器系统，其中所述第一盖(3)设有当组装好时形成低压通道(26)的一部分的倾斜壁(30)。

15.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述感测元件载体元件(8)包括陶瓷基底；所述电子模块载体元件(7)是印刷电路板；所述感测元件载体元件(8)和电子模块载体元件(7)利用线焊(7a)连接。

16.根据权利要求15所述的传感器系统，其中所述主载体元件(6)支撑所述感测元件载体元件(8)和所述电子模块载体元件(7)并使所述感测元件载体元件(8)和所述电子模块载体元件(7)相互定位；

所述传感器系统还包括附接到所述感测元件载体元件(8)且围绕所述感测元件(10)的顶侧的前侧屏障(9)，

其中所述感测元件载体元件(8)包括导电轨道(17，18)，在由所述前侧屏障(9)限定的空间内的导电轨道(17)由金制成；以及

所述主载体元件(6)被布置为用于保护构件的后侧屏障，所述保护构件覆盖所述感测元件(10)。

17.根据权利要求16所述的传感器系统，其中所述壳体组件(2－4)包括在所述壳体组件(2－4)的底侧的高压连接件(19)和低压连接件(20)，所述电子模块组件(5)经由附接到所述感测元件载体元件(8)的前侧屏障(9)上的粘结剂连接到所述高压连接件(19)和经由所述主载体元件(6)上的粘结剂连接到所述低压连接件(20)，从所述高压连接件(19)到所述感测元件(10)的前侧的高压通道(25)和从所述低压连接件(20)到所述感测元件(10)的后侧的低压通道(26)设有内圆角边缘；设置从所述高压连接件(19)到所述感测元件(10)的前侧的高压通道(25)和从所述低压连接件(20)到所述感测元件(10)的后侧的低压通道(26)，所述高压通道和所述低压通道包括朝所述壳体组件(2－4)的底侧倾斜的倾斜壁(27－29)。

18.根据权利要求17所述的传感器系统，其中所述感测元件(10)位于所述壳体组件(2－4)的顶部，远离所述高压连接件(19)和所述低压连接件(20)；所述主载体元件设有倾斜壁；所述电子模块组件(5)进一步包括附接到所述感测元件载体元件(8)且围绕所述感测元件(10)的顶侧的前侧屏障(9)，所述前侧屏障(9)在所述前侧屏障(9)的底部设有密封边缘(11)和排水边缘(11a)。

19.根据权利要求18所述的传感器系统，其中所述壳体组件(2－4)包括壳体组件本体(2)、第一盖(3)和第二盖(4)，所述第一盖(3)和第二盖(4)分别封闭所述壳体组件本体(2)的第一侧和第二侧；所述第一盖(3)设有当组装好时形成低压通道(26)的一部分的倾斜壁(30)。