CN103245455A - 传感器系统和用于制造传感器系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感器系统（100），包括：一传感器元件（7）；一壳体（1a），传感器元件（7）布置在该壳体中，并且该壳体使传感器元件（7）相对于外界封闭；至少一个第一电接触元件（6b），它与传感器元件（7）电耦合；一插接连接器（2），它具有至少一个第二电接触元件（2a）；和至少一个弹簧元件（6a），它在所述至少一个第二电接触元件（2a）和所述至少一个第一电接触元件（6b）之间耦合以便电接触，使得传感器元件（7）与插接连接器（2）的第二电接触元件（2a）电连接。

Description

传感器系统和用于制造传感器系统的方法

技术领域

本发明涉及一种传感器系统和一种用于制造传感器系统、尤其是用于压力测量的远程传感器的方法。

背景技术

远程传感器，即不直接与相应的控制和分析处理装置物理相邻地安装的传感器，通常包括微机电的传感器元件，它布置在传感器单元的壳体中。传感器元件可以例如安装在壳体底部上，其中，壳体密实地相对于外界被封闭，连接管脚为了电接触从壳体伸出。对于压力传感器元件而言还可以在壳体中存在用于输入待测量的介质的开口。这样的压力传感器单元可以用于检测液态和气态介质中的压力。

安装的传感器元件在此必须在他们的功能性方面被检查和补偿，这理想地应当非常早地在制造工艺中进行，以便将工艺成本保持得很低并且能够简单且快速地执行所需的测量步骤。

文献DE102008001509A1公开一种具有传感器元件和密实封闭的壳体的压力传感器装置，该壳体配有一个压力输入装置和从壳体伸出的用于电接触的连接管脚。

存在对统一的且坚固的传感器单元的需要，它们可以以成本低廉且灵活的方式与不同的插接器系统和/或介质接口可变地组合。

发明内容

本发明按照一个方面提供一种传感器系统，它包括：一传感器元件；一壳体，传感器元件布置在该壳体中，并且该壳体使传感器元件相对于外界封闭；至少一个第一电接触元件，它与传感器元件电耦合；一插接连接器，它具有至少一个第二电接触元件；和至少一个弹簧元件，它为了电接触而耦合在所述至少一个第二电接触元件和所述至少一个第一电接触元件之间，使得传感器元件与插接连接器的第二电接触元件电连接。

按照以一个方面本发明提出一种用于制造传感器系统、尤其是按照本发明的传感器系统的方法，包括以下步骤：将传感器元件布置在一个相对于外界封闭的壳体中；使至少一个第一电接触元件与传感器元件电接触；检查壳体中的传感器元件的功能；和在检查步骤之后，将一个具有至少一个第二电接触元件的插接连接器通过至少一个耦合在所述至少一个第二电接触元件和所述至少一个第一电接触元件之间的弹簧元件连接到壳体上，使得传感器元件与插接连接器的第二电接触元件电连接。

本发明的构思是，提供一种在结构形式方面统一的、具有在壳体中的传感器元件的传感器单元，它同时相对于不利的外部条件是坚固的并且在结构形式上是紧凑的。在这里传感器单元可以早在与插接连接器电接触之前或者在连接到压力接管上之后在其功能上被检查或补偿。传感器系统提供一种模块结构，其中，能够实现用于介质和/或用于电连接的可变接口。这通过通向插接连接器的弹簧触点实现，它可以柔性地且可靠地连接到传感器元件上。通过弹簧元件的接触没有附加的连接步骤例如焊接、钎焊、粘接或键合地实现，此外通过耦合方式能够实现在传感器单元和插接连接器之间的特别好的机械应力去耦合。

特别有利的是对与传感器单元耦合的插接连接器和/或压力接管的小要求，因为传感器系统的完整功能已经在坚固的传感器单元中实现。

按照一种实施方式，弹簧元件可以包括螺旋弹簧并且电接触元件可以包括连接管脚，其中，螺旋弹簧套装在连接管脚上。由此能够实现在插接连接器和传感器元件之间的可变的电接触，它同时提供机械应力去耦合。

按照一种优选的实施方式，螺旋弹簧具有一个具有第一螺旋直径的第一区段和一个与第一区段相邻的、具有第二螺旋直径的第二区段，该第二螺旋直径小于第一螺旋直径。变换地，连接管脚可以具有一个具有第一管脚直径的第一区段和一个与第一区段相邻的、具有第二管脚直径的第二区段，该第二管脚直径小于第一管脚直径。在这两种情况中有利地实现，建立在电引线和电接触面之间的机械止挡，从而能够实现与在壳体中的传感器元件的可靠的电接触。

按照另一种实施方式，弹簧元件可以具有一个柔性的、能导电的弓形件，它坐置在第一电接触元件上。也在这里能够以简单且坚固的方式实现传感器元件和插接连接器之间的应力去耦合的电接触。

按照另一种实施方式，弹簧元件可以包括一个具有逐渐缩小的形状的螺旋弹簧并且第一电接触元件可以具有一个连接管脚，其中，螺旋弹簧套装在第二电接触元件上并且以逐渐缩小的端部坐置在连接管脚上。

按照另一种实施方式，第一电接触元件可以穿过壳体中的第一壳体开口。由此能够保证壳体的密实的封接，而不会从外部损坏传感器元件的电接触。

按照另一种实施方式，传感器系统可以包括第一密封装置，它布置在插接连接器和壳体之间。这提供优点，即电触点可以完全相对于外界被屏蔽，例如相对于侵蚀性的化学物质的有害影响，这些化学物质可能影响传感器系统的功能。

按照另一种实施方式，传感器元件可以包括压力传感器元件，并且壳体可以具有一个第二壳体开口，传感器元件通过该第二壳体开口与外界处于连接。特别对于经常在液态介质例如油或其它可能损害电接触功能的液体中使用的压力传感器而言，这种传感器系统是非常有利的。

按照另一种实施方式，传感器系统可以包括一压力接管，该压力接管具有一个空槽和一个压力通道，壳体齐平地接收在该空槽中，压力通道与第二壳体开口耦合，从而介质可通过压力通道被引导到传感器元件。通过传感器系统的模块结构可以实现传感器系统与不同压力接管的灵活的且针对用途的接触。

按照另一种实施方式，传感器系统此外可以包括一第二密封装置，它布置在压力接管和壳体之间。这提供优点，即能够建立在壳体和压力接管之间的密实的密封连接。

附图说明

本发明的实施方式的其它特征和优点由下面的说明参照附图给出。

所描述的设计方案和扩展构型允许（只要有意义）任意地相互组合：本发明的其它的可能设计方案、扩展构型和实施方式也包括之前或在下面关于实施例所描述的本发明特征的不明确地提到的组合。

附图应当介绍本发明实施方式的进一步理解。它们说明了实施方式并且用于与说明书一起说明本发明的原理和构思。其它的实施方式和很多提到的优点参照附图给出。附图的元件不是必须相对彼此按比例示出。其示出：

图1按照本发明的一个实施例的传感器系统的示意图；

图2通过按照另一个实施例的传感器系统的剖面图的示意图；

图3按照另一个实施例的传感器系统的细节部分的示意图；

图4按照另一个实施例的传感器系统的细节部分的示意图；

图5按照另一个实施例的传感器系统的细节部分的示意图；

图6按照另一个实施例的传感器系统的细节部分的示意图；

图7用于制造按照另一个实施例的传感器系统的方法的示意图。

具体实施方式

图1示出一个传感器系统100的示意图，它参照图2在下面更详细地被阐述。该传感器系统100包括一个传感器1、例如压力传感器1。压力传感器1例如可以在大约10和100巴之间的中等压力范围中使用，但是也可在低压范围中或在超过100巴的高压范围中使用。压力传感器1可以例如是燃料压力传感器，例如用于柴油或汽油；油压传感器；CNG-压力传感器；变速器压力传感器；空调设备液体压力传感器；用于液压流体的压力传感器，例如用在机动车的制动回路或冲击阻尼器中。

传感器1包括一个传感器元件7，例如具有微机电结构的传感器芯片，它被布置在一个壳体1a中。壳体1a可以例如由金属、例如钢制成。传感器元件7可以例如布置在一个玻璃管座上。此外在壳体1a中可以构造一些接触元件1c，第一电接触元件6b或电引线6b可以通过接触元件与传感器元件7电耦合。第一电接触元件6b可以例如是连接管脚，它例如通过弹簧触点1b与接触元件1c耦合。连接管脚可以在此圆柱形地、圆锥形地、矩形地或以其它几何结构形式构成。

第一电接触元件6b可以穿过壳体1a中的第一壳体开口8a向外伸出。在那里可以构成传感器1的连接管脚6，连接管脚能够在密实封闭的壳体1a内部实现传感器元件7的电接触。传感器1的连接管脚6的数量在图1中举例地以三个给出，但是其他数量的连接管脚6同样是可能的。

如果传感器元件7是一个压力传感器元件，则传感器元件7可以例如具有微机电结构，它可以通过第二壳体开口8b被加载压力。传感器元件7可以布置在密实地封闭的钢制壳体1a中，该钢制壳体在这里所示的实施例中由壳体底部和作为另外的壳体件的罩组成。在壳体底部中成形出作为传感器元件7的装配面的凹部。壳体底部可以例如形成传感器系统100的液压连接侧，从而通过第二壳体开口8b能够实现通向压力传感器元件7的有源表面的介质入口。

借助未示出的键合金属线可以使传感器元件7的电端子此外伸到接触元件1c上。壳体1a的罩可以布置在传感器元件7和接触元件1c上面并且与壳体底部焊接。

传感器系统100可以配有一个插接连接器2。插接连接器2可以在这里例如具有一个塑料壳体2c，在该塑料壳体中可以布置能导电的插入元件2b作为电接触舌片，例如由金属制成。插入元件2b可以在它的面向传感器1的侧配有第二电接触元件2a，第二电接触元件能够通过弹簧元件6a与连接管脚6电耦合。第二电接触元件2a在此例如可以具有电接触面或接触销。

用于这类弹簧接触的举例实施例在图3、4、5和6中示意地示出。如在图3中所示，第一电接触元件或电引线6b包括圆柱形的连接管脚。弹簧元件6a可以例如是螺旋弹簧，它套装在连接管脚上。例如连接管脚6b可以包括一个具有第一管脚直径的第一区段和一个与第一区段相邻的、具有第二管脚直径的第二区段，第二管脚直径小于第一管脚直径。连接管脚6b可以在一定程度上在它的向外指向的端部上呈阶梯，从而形成用于弹簧元件6a的机械止挡。通过将插接连接器2套装到连接管脚6b上，弹簧元件6a通过弹簧作用被压到第二电接触元件2a上，由此能够实现可靠的且简单的电接触。插接连接器2可以在此配有用于螺旋弹簧6a的相应的导向件6c。

在图4中示意地示出的举例的实施方式与在图3中所示的实施方式不同在于，螺旋弹簧6a具有一个具有第一螺旋直径的第一区段和一个与第一区段相邻的、具有第二螺旋直径的第二区段，第二螺旋直径小于第一螺旋直径。在图4中，电引线6b是管脚直径恒定的连接管脚。螺旋弹簧6a的第一区段在这里在连接管脚6b上面移动，从而螺旋弹簧6a的第二区段作为机械止挡作用。螺旋弹簧6a和连接管脚6b又被接收在插接连接器2中的一个导向件6c中。

图5示出传感器系统100的细节部分的示意图，其中，弹簧元件6a可以具有一个柔性的、导电的弓形件，它被套装在电引线或第一电接触元件6上。柔性的、导电的弓形件6a可以例如具有片簧元件，例如“C”或“S”弹簧。

图6示出传感器系统100的细节部分的示意图，其中，弹簧元件6a被套装在插接连接器2的接触销上。弹簧元件6a可以在此具有一个向下逐渐缩小的形状，从而弹簧元件6a的下区段直接坐置在第一电接触元件6b的接触表面上并且由此在构成电接触的情况下接触第一电接触元件6b。

在图3至6中所示的实施方式允许根据连接管脚6的形状和数量可变化地且针对用途地配置。尤其可能的是，插接连接器2通过不同的接触系统模块化地与传感器1电耦合。

又参照图2，在插接连接器2和传感器1之间可以布置一个第一密封装置4，由此可以使连接管脚6的电触点完全相对于外界被屏蔽。第一密封装置4可以例如是2K密封装置（双组分密封装置）或硅树脂密封装置。

传感器系统100此外可以具有一个压力接管3，该压力接管包括一个空槽3a和一个压力通道3b，壳体1a齐平地接收在该空槽中，压力通道与第二壳体开口8b耦合。压力接管3可以例如是金属压力接管或塑料压力接管。根据用途可以在压力接管3和壳体1a之间布置一个第二密封装置5。例如第二密封装置5可以是密封环。但是也可行的是，使压力接管3与传感器1粘接、焊接或通过塑料包覆注射。为此例如可以使壳体1a的壳体表面变粗糙，例如通过在第二壳体开口8b的区域中进行激光结构化导致的表面变粗糙，以便在压力接管3和壳体1a之间提供坚固的连接。

还可实现的是，使一个金属压力接管3通过壳体1a的侧壁上的卷边部3b相对于传感器1密封。变换地可以在使用塑料的压力接管3时进行压力接管3与壳体1a的透射焊接。同样可以的是，压力接管3通过用塑料对传感器1的包覆注射被密封。

通过压力通道3b可以将介质，例如气体或液体引导到传感器元件7。通过传感器系统的模块化结构可以实现传感器系统与不同的压力接管的柔性且针对用途的接触。传感器元件7可以例如具有一个具有相应的微机电结构的压力传感器元件，借助它能够产生测量信号，测量信号表征作用在传感器元件7上的介质周围压力的特征。

图7示出用于制造传感器系统、尤其是参照图1至6阐述的传感器系统100的方法10的示意图。在第一步骤11中可以进行传感器元件7在一个相对于外界封闭的壳体1a中的布置。由此能够在第二步骤12中实现至少一个第一接触元件或电引线6b与传感器元件7的电接触。可选地，第一电接触元件6b贯穿通过壳体1a中的壳体开口8a。

已经在该制造阶段中可以在步骤13中对壳体1a中的传感器元件7的功能进行检查。该检查可以例如包括传感器补偿、电子测量程序或其它检查步骤。由此已经在价值创造链开始时就能确保传感器1的功能，这节省成本和时间。在检查步骤13之后可以在步骤14中实现插接连接器2通过至少一个弹簧元件6a在壳体1a上的连接，插接连接器具有至少一个第二电接触元件2a，例如接触面或接触销，弹簧元件在至少一个第二电接触元件2a和至少一个电接触元件6b之间耦合。由此能够将传感器元件7与插接连接器2的第二电接触元件2a电连接。

当传感器元件7例如包括压力传感器元件时，可以实现压力接管3的连接，从而制成如在图1或2中所示的传感器系统100。

Claims (13)

1.传感器系统（100），包括：

一传感器元件（7）；

一壳体（1a），传感器元件（7）布置在该壳体中，并且该壳体使传感器元件（7）相对于外界封闭；

至少一个第一电接触元件（6b），它与传感器元件（7）电耦合；

一插接连接器（2），它具有至少一个第二电接触元件（2a）；和

至少一个弹簧元件（6a），它在所述至少一个第二电接触元件（2a）和所述至少一个第一电接触元件（6b）之间耦合以便电接触，使得传感器元件（7）与插接连接器（2）的第二电接触元件（2a）电连接。

2.根据权利要求1的传感器系统（100），其中，弹簧元件（6a）包括螺旋弹簧并且第一电接触元件（6b）包括连接管脚，其中，螺旋弹簧套装在连接管脚上。

3.根据权利要求2的传感器系统（100），其中，螺旋弹簧具有一个具有第一螺旋直径的第一区段和一个与第一区段相邻的、具有第二螺旋直径的第二区段，该第二螺旋直径小于第一螺旋直径。

4.根据权利要求2的传感器系统（100），其中，连接管脚具有一个具有第一管脚直径的第一区段和一个与第一区段相邻的、具有第二管脚直径的第二区段，该第二管脚直径小于第一管脚直径。

5.根据权利要求1的传感器系统（100），其中，弹簧元件（6a）具有一个柔性的、能导电的弓形件，该弓形件坐置在第一电接触元件（6b）上。

6.根据权利要求1的传感器系统（100），其中，弹簧元件（6a）包括一个具有逐渐缩小的形状的螺旋弹簧并且第一电接触元件（6b）包括一个连接管脚，其中，螺旋弹簧（6a）套装在第二电接触元件（2a）上并且以逐渐缩小的端部坐置在连接管脚（6b）上。

7.根据权利要求1至6之一的传感器系统（100），其中，第一电接触元件（6b）穿过壳体（1a）中的第一壳体开口（8a）。

8.根据权利要求1至7之一的传感器系统（100），还包括：一第一密封装置（4），它布置在插接连接器（2）和壳体（1a）之间。

9.根据权利要求1至8之一的传感器系统（100），其中，传感器元件（7）包括压力传感器元件，并且壳体（1a）具有一个第二壳体开口（8b），传感器元件（7）通过该第二壳体开口与外界处于连接。

10.根据权利要求9的传感器系统（100），还包括：一压力接管（3），该压力接管具有一个空槽（3a）和一个压力通道（3b），该壳体（1a）齐平地接收在该空槽中，该压力通道与第二壳体开口（8b）耦合，从而介质能够通过压力通道（3b）被引导到传感器元件（7）。

11.根据权利要求10的传感器系统（100），还包括：一第二密封装置（5），它布置在压力接管（3）和壳体（1a）之间。

12.用于制造传感器系统（100）、尤其是根据权利要求1至11之一的传感器系统（100）的方法（10），包括以下步骤：

将一个传感器元件（7）布置（11）在一个相对于外界封闭的壳体（1a）中；

使至少一个第一电接触元件（6b）与传感器元件（7）电接触（12）；

检查（13）壳体（1a）中的传感器元件（7）的功能；和

在检查（13）步骤之后，使一个具有至少一个第二电接触元件（2a）的插接连接器（2）通过至少一个在所述至少一个第二电接触元件（2a）和所述至少一个第一电接触元件（6b）之间耦合的弹簧元件（6a）连接（14）到壳体（1a）上，使得传感器元件（7）与插接连接器（2）的第二电接触元件（2a）电连接。

13.根据权利要求12的方法（10），其中，传感器元件（7）包括压力传感器元件，其中该壳体（1a）具有一个第二壳体开口（8b），传感器元件（7）通过第二壳体开口与外界连接，该方法（10）还具有以下步骤：将一个具有压力通道（3b）的压力接管（3）连接到壳体（1a）上，使得介质能够通过压力通道（3b）和第二壳体开口（8b）被引导到传感器元件（7）。

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