CN103389134B - 流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明说明一种用于直接测量物质流的流传感器。该流传感器包括刚性导电载体部件以及传感器元件，该传感器元件经由导电连接与载体部件连接。传感器元件具有板状载体衬底，在所述载体衬底上布置至少一个温度传感器和加热元件。另外设置稳定的包封，其部分地形状配合地包围传感器元件和载体部件，其中在传感器元件的上侧和下侧上的区域不被包封覆盖并且可以由要测量的流畅通无阻地环绕。

Description

流传感器

技术领域

本发明涉及一种流传感器，其适用于直接测量物质流、优选空气或其它气体。

背景技术

流传感器通常在以下应用中使用，在所述应用情况下每时间单位必须输送限定的空气物质或气体物质。典型的应用例如发生在机动车内燃发动机的进气道中。在此情况下，所使用的流传感器直接被引入到要测量的流中并且由所述流环绕。已知的流传感器在此情况下被构造为热膜传感器并且包括不同的传感器绕组和必要时的加热器结构，它们经由常见的薄层制造技术被施加到薄的玻璃衬底或陶瓷衬底上。

在使用中现在证明这种流传感器的问题一方面是，由于所使用的薄衬底引起高机械灵敏性。另一方面，流传感器或衬底由于在制造时经由锯工艺分离而具有边，在运行中可能在所述边处淤积导致误测量的脏物。

为了解决这些问题，在DE 10 2005 016 122 A1中建议一种流量计，其中传感器芯片完全地或部分地用塑料组件包围。塑料组件在此也可以在流量计的特定区域中被构造为入流边。通过这种方式方法，在机械稳定性和污染方面的上面提及的缺点得以避免，但是对于特定类型的传感器元件来说引起通过要测量的流对实际传感器元件的非理想环绕。

发明内容

本发明的任务是说明一种流传感器，其中除了尽可能大的机械稳定性和污染不灵敏性之外另外还确保对传感器元件的尽可能好的环绕。

该任务通过具有权利要求1的特征的流传感器来解决。

本发明流传感器的有利的实施方式由在权利要求1的从属权利要求中所提及的措施得出。

用于直接测量物质流的本发明流传感器包括：

-刚性导电载体部件，

-传感器元件，其经由导电连接与载体部件连接，其中传感器元件包括板状载体衬底，在所述载体衬底上布置至少一个温度传感器和加热元件，和

-稳定的包封，其部分地形状配合地包围传感器元件和载体部件，其中在传感器元件的上侧和下侧上的区域不被所述包封覆盖并且可以由要测量的流畅通无阻地环绕。

有利地，传感器元件沿着流传感器的纵轴延伸，其中垂直于纵轴至少在与传感器元件相邻的一侧处构造包封的一个区域作为要测量的流的入流边。

可以规定，在与传感器元件相邻的两侧分别构造包封的一个区域作为要测量的流的入流边并且这两个区域与流传感器的对称轴镜像对称地构造。

在此情况下，入流边可以具有弯曲的横截面，使得要测量的流在流传感器处不对边进行冲击。

在一种可能的实施方式中，传感器元件的上侧和下侧上的未被包封覆盖的区域分别被构造为矩形的并且该区域的纵轴沿着流传感器的纵轴延伸。

可能的是，在传感器元件的上侧和/或下侧上的未被包封覆盖的区域中布置加热元件。

有利地，包封包围在传感器元件和载体部件之间的导电连接。

优选地，导电连接被构造为具有接合线的接合连接。

可以规定，包封不覆盖载体部件的连接区域，经由所述连接区域，流传感器可以与后置的伺服电子装置电连接。

在一种可能的变型方案中，在流传感器的纵向端部处布置固定元件，所述固定元件用于将流传感器可松脱地布置在保持元件处。

构造在包封中的卡钩可以用作固定元件。

有利地，包封由经过填充的环氧树脂材料构造。

优选地，传感器元件的载体衬底由具有小导热性的材料组成。

玻璃或ZrO₂或LTCC可以用作载体衬底的材料。

被证明对本发明流传感器特别有利的是，所使用的传感器元件在两侧上由要测量的流环绕。通过适当地构造入流边可以优化朝向传感器元件的流引导，使得入流方向或入流角度的影响可以被最小化。

此外，由于所设置的对传感器元件的至少部分包封确保了流传感器的提高的机械稳定性；在安装期间和在使用中传感器元件的薄载体衬底的破裂危险可以明显地被最小化。

同样，通过流传感器的根据本发明的构造避免了这样的边，即要测量的流到达所述边并且在所述边处可能附着脏物淤积。由此引起的误测量因此可以被避免。

附图说明

本发明的其它细节和优点根据结合图对本发明流传感器的实施例的下面描述来阐述。

在此情况下：

图1示出布置在示意性示出的流中的本发明流传感器的实施例的空间视图；

图2示出本发明流传感器的实施例的俯视图；

图3示出本发明流传感器的实施例的剖视图；

图4a-4c分别示出本发明流传感器的实施例的空间剖面图；

图5示出本发明流传感器的实施例的分解图。

具体实施方式

下面根据图1-5详细地描述本发明流传感器的实施例。

本发明流传感器包括刚性载体部件1，其由导电材料组成。对此适用的是例如合金42或其它材料，如对于电子构件装置中的所谓引线框所使用的。载体部件1不仅用于流传感器的机械稳定而且用于将流传感器的传感器元件与未在图中示出的伺服电子装置电连接，其中所述载体部件的具体几何形状在图5的分解图中可看出。

用于测量物质流的传感器元件在附图中用附图标记2表示并且包括多个组件。在流传感器的纵向上延伸的板状载体衬底2.1属于此；用于载体衬底的适当材料例如是玻璃、二氧化锆ZrO₂或者诸如LTCC（低温共烧陶瓷）的陶瓷材料。按照图2中的视图，载体衬底2.1具有伸长的矩形形状，其纵轴与流传感器的纵轴重合。在载体衬底2.1上放置温度传感器5以及加热元件4。温度传感器5以及加热元件4在此情况下通过布置在载体衬底2.1上的印制导线构成。加热元件4和温度传感器5分别与接触区域9或者接触焊盘连接。经由接触区域9可以建立加热元件4或温度传感器5与载体部件1的构造为手指状的连接区域1.1-1.4的导电连接8。在传感器元件2的接触区域9与载体部件1之间的导电连接8在本实施例中被构造为具有接合线的接合连接。最后，经由载体部件1 的手指状的连接区域1.1-1.4可以将流传感器与未在图中示出的伺服电子装置连接。

传感器元件2或其载体衬底2.1在所示的实施例中粘接到载体部件1上；为此所使用的粘合剂6在图2中示出。

在本发明流传感器中通过热膜传感器原理进行实际的物质流测量，在该热膜传感器原理中传感器元件2直接被引入到要测量的流中并且全面地被环绕。在此经由传感器元件2的温度传感器5检测以下气体的温度，所述气体的物质流应该被测量。然后加热元件4被加热到在流动气体的所测量的温度之上的温度。为此所需要的加热功率是气体的物质流的度量。

本发明流传感器此外具有包封3，其部分地形状配合地包围传感器元件2和载体部件1。包封3在此被构造为所谓的模塑物质并且在传递模塑法中在制造工艺中与流传感器的其它组件连接。作为用于包封3的材料例如考虑经过填充的环氧树脂；例如石英或玻璃适合作为填料。在传感器元件2方面在此情况下决定性的是，在传感器元件2的上侧和下侧上的区域不被包封3覆盖并且通过这种方式方法可以畅通无阻地由要测量的流S环绕，如这在图1中所示的。在传感器元件2的上侧和下侧上的未被包封3覆盖的区域在所示的例子中分别被构造为矩形的，其中该区域的纵轴沿着流传感器的纵轴延伸。为此也参照在图3中的剖面图，从中可以看出，传感器元件2的上侧和下侧被构造为裸露的（freibleibend）并且在那里不设置包封3。在本实施例中，在传感器元件2的上侧和/或下侧上的未被包封覆盖的区域中布置加热元件4；如从图中可以看出的，在端部侧放置的温度传感器5由包封3的模塑物质覆盖。后者对于本发明不是强制性的，也即温度传感器也可以不被包封覆盖地布置，从而同样暴露在流中。

基于包封3的这种构造确保，传感器元件2的上侧和下侧由要测量的流S如在图1中所示地对称地环绕；从而，对物质流的改善的测量是可能的。可以再次优化使用本发明流传感器的物质流测量，其方式是在流S中在流传感器之前布置（未在图中示出的）附加圆柱形体。此外为了定位这种体并且为了进一步优化流引导，可能有利的是，围绕传感器元件2还布置可装配的流头部形式的适当地构造的流外壳。

与传感器元件2的纵向延伸轴垂直地，包封2在两侧形状配合地与传感器元件2邻接。在侧向与传感器元件2相邻地，包封3的区域被构造为要测量的流S的入流边。在所示的实施例中，在此情况下在传感器元件2的相邻的两侧上设置与对称轴镜像对称地构造的入流边。在传感器元件2的区域中得出流传感器的把手状的横截面，如这在图3的剖视图中所示的。从而通过包封3在入流边的区域中的适当的几何形状构造，可以保证在传感器元件2的区域中的优化的流引导，所述优化的流引导明显地最小化在物质流测量时入流方向和入流角度的影响。

原则上从流技术角度看也可能的是，仅仅在与传感器元件相邻的一侧上将包封构造为入流边。但是在该区域中流传感器的近似对称的构造也被证明是特别有利的，因为从而可以最小化必要时得出的机械张力，其可能由于不同的材料膨胀系数而出现。

这样经由包封3所构造的、用于要测量的流S的入流边分别具有弯曲的横截面，其在本例子中例如被构造为椭圆形的。该形状在轮廓上大致对应于对称构造的承载面。这样一方面保证，要测量的流S在流传感器处不对边进行冲击。通过这种方式方法可以可靠地避免在传感器元件2的区域中的干扰性脏物淤积并从而可靠地避免可能的误测量。另一方面，通过入流边的这种造型保证，要测量的流S均匀地掠过传感器元件2，也即由此避免传感器元件2必要时处于障碍物的背风处。

除了包封3在入流边的区域中的流技术上的功能性之外，包封3具有用于本发明流传感器的其它重要的功能。因此，包封3也可以用作用于传感器元件2、用于传感器元件2的接触区域9、用于电连接8和用于载体部件1的机械和化学保护。

包封3此外例如在流传感器的中间具有带有轻微锥状造型的定位段10。通过这种方式方法，本发明流传感器在相应的应用中的受控的和可重现的安装是可能的，在所述相应的应用中存在在几何形状上相应构造的配合件。在安装时可能的定位误差可以被这样来避免。此外，定位段10的在侧向设置的倾斜面在适当地构造配合件的情况下可以被用作密封面。

此外在流传感器的纵向端部处设置固定元件7，其用于将流传感器可松脱地布置在适当的（在图中未示出的）保持元件处。在本实施例中，固定元件7实现为构造在包封3中的卡钩。流传感器因此可以例如插入和固定到适当的基座中。

如例如从图4b和5可以看出的，包封3在载体部件1的手指状的连接区域1.1-1.4的区域中仅设置在所述连接区域1.1-1.4上方。也就是说，向下，载体部件1的连接区域1.1-1.4是暴露的并且可以用于将本发明流传感器与伺服电子装置电连接。相应的接触例如可以经由扁平带电缆进行，所述扁平带电缆经由回流焊接工艺被焊接到接触区域1.1-1.4上。

在选择用于本发明流传感器的不同材料时，原则上应该注意的是，选择具有小的导热性或导热系数λ和小的热容c的材料。所有所使用的材料的相应参数在此情况下可以适当地彼此协调。此外，被证明有利的是，所使用的材料在其各自的热膨胀系数CTE方面并非强烈不同。

用于潜在的载体衬底材料—玻璃、二氧化锆、载体部件材料—合金42和适当的包封材料（模塑物质）的相应的参数数量级被总结在下面的表格中。

	玻璃	ZrO2	合金42	模塑物质
					CTE[μm/K]	7	10	5	10
导热性λ[W/Km]	1	2	10	1
					热容c[J/gK]	0.8	0.5	0.5	0.8

为了制造本发明流传感器，首先将传感器元件2粘接到载体部件1上。接着通过适当的接合工艺建立接合连接并且在最后的步骤中进行传递模塑。

除了所阐述的例子之外，在本发明的范围中当然还存在其它扩展可能性。

因此例如可能的是，代替传感器元件2的在所述的例子中设置的唯一的载体衬底2.1而将载体元件多部分地构造。因此例如可以在伸长的第一载体衬底上布置加热元件并且在其旁边放置的第二载体衬底上布置温度传感器。然后在两个载体衬底之间的区域中又布置包封或模塑物质等。

Claims (13)

1.一种用于直接测量物质流的流传感器，具有：

-刚性导电的载体部件（1），

-传感器元件（2），其经由导电连接（8）与所述载体部件（1）连接，其中所述传感器元件（2）包括板状载体衬底（2.1），在所述载体衬底上布置至少一个温度传感器（5）和加热元件（4），和

-稳定的包封（3），其部分地形状配合地包围所述传感器元件（2）和所述载体部件（1），其中在所述传感器元件（2）的上侧和下侧上的区域不被所述包封（3）覆盖并且能够由要测量的流（S）畅通无阻地环绕，以及

-与所述传感器元件（2）的纵向延伸轴垂直地，所述包封（3）在两侧形状配合地与所述传感器元件（2）邻接，使得在与所述传感器元件（2）相邻的两侧分别构造所述包封（3）的一个区域作为要测量的流（S）的入流边，并且这两个区域与流传感器的对称轴镜像对称地构造。

2.根据权利要求1所述的流传感器，其中所述传感器元件（2）沿着所述流传感器的纵轴延伸，并且垂直于所述纵轴至少在与所述传感器元件（2）相邻的一侧处构造所述包封（3）的一个区域作为要测量的流（S）的入流边。

3.根据权利要求1或2所述的流传感器，其中所述入流边具有弯曲的横截面，使得要测量的流（S）在所述流传感器处不对边进行冲击。

4.根据权利要求1所述的流传感器，其中所述传感器元件（2）的上侧和下侧上的未被所述包封（3）覆盖的区域分别被构造为矩形的并且该区域的纵轴沿着所述流传感器的纵轴延伸。

5.根据权利要求1所述的流传感器，其中在所述传感器元件（2）的上侧和/或下侧上的未被所述包封（3）覆盖的区域中布置所述加热元件（4）。

6.根据权利要求1所述的流传感器，其中所述包封（3）包围在所述传感器元件（2）和所述载体部件（1）之间的所述导电连接（8）。

7.根据权利要求6所述的流传感器，其中所述导电连接（8）被构造为具有接合线的接合连接。

8.根据权利要求1所述的流传感器，其中所述包封（3）不覆盖所述载体部件（1）的连接区域（1.1-1.4），所述流传感器经由所述连接区域能够与后置的伺服电子装置电连接。

9.根据权利要求1所述的流传感器，其中在所述流传感器的纵向端部处布置固定元件（7），所述固定元件用于将所述流传感器可松脱地布置在保持元件处。

10.根据权利要求9所述的流传感器，其中构造在所述包封（3）中的卡钩用作固定元件（7）。

11.根据权利要求1所述的流传感器，其中所述包封（3）由经过填充的环氧树脂材料构造。

12.根据权利要求1所述的流传感器，其中所述传感器元件（2）的载体衬底（2.1）由具有小导热性的材料组成。

13.根据权利要求12所述的流传感器，其中玻璃或ZrO₂或LTCC用作所述载体衬底（2.1）的材料。