CN104748905A - 同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置，包括外壳，所述外壳中设置有相连通的压力导入孔和腔体，所述腔体内安装芯体，该芯体包括基板、传感器芯片以及电路板，电路板与传感器芯片连接，该传感器芯片上集成压敏元件与热敏元件；基板上设有通孔，与传感器芯片底部连通，该通孔用于导入被测流体。本发明将温度传感器与压力传感器集成于同一传感器装置中，不仅结构简单，更有利于对被测流体多种参数的同步测量。

Description

同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置

技术领域

本发明涉及传感器，尤其涉及一种测量空调制冷剂温度和压力的传感器装置。

背景技术

   在工业控制过程中经常涉及到对被检测对象多物理量的测量，特别是在空调制冷领域，对空调制冷剂的检测对象包括其温度值和压力值，虽然传感器技术日益完善，但其往往是对单一物理量的检测，如此导致设备的复杂程度和设备成本增加；即使是现有的温度压力集成传感器，一般制造结构复杂，不利于传感器成本降低，复杂的结构更增加传感器失效的概率。如专利CN 103852109 A中公开的一种检测温度和压力的传感器，其采用分立的压力敏感元件和温度敏感元件，为了集成温度敏感元件，其金属外壳设计为异形结构，这样不利于其加工制造，成本较高；同时增加了器件失效的风险。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种结构简单和低成本，同时检测流体温度和压力的传感器装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置，包括外壳，所述外壳中设置有相连通的压力导入孔和腔体，

所述腔体内安装芯体，该芯体包括基板、传感器芯片以及电路板，电路板与传感器芯片连接，该传感器芯片上集成压敏元件与热敏元件；基板上设有通孔，与传感器芯片底部连通，该通孔用于导入被测流体。

本发明所述的装置中，所述压力导入孔包括圆柱孔区域和喇叭状通孔，喇叭状通孔与所述腔体连通。

本发明所述的装置中，所述外壳的下部设置有安装密封圈的凹槽，腔体底部也设置有安装密封垫圈的凹槽。

本发明所述的装置中，腔体底部的凹槽为环形凹槽，该环形凹槽的深度小于密封垫圈的厚度。

本发明所述的装置中，该装置还包括提供电气连接的端钮，所述外壳的顶部设置一铆边，用于固定端钮和压紧芯体。

本发明所述的装置中，所述基板为陶瓷、金属或者塑料基板。

本发明所述的装置中，所述电路板为柔性PCB板。

本发明所述的装置中，电路板的底部与基板的上表面通过粘接剂粘结，电路板与传感器芯片之间通过导线连接，形成电气连接，电路板的底部上设有框体，传感器芯片与导线均被保护胶灌封在该塑料框内部。

本发明所述的装置中，基板的通孔上方设有第一凹槽，基板上还设有第二凹槽，第一凹槽的下表面与第二凹槽的下表面相互平行，第二凹槽的下表面用于粘贴电路板的端部；

第一凹槽的底面粘贴传感器芯片，传感器芯片通过导线连接，将压力与温度转化的电信号传输至电路板，传感器芯片与导线丝均被保护胶封装在第一凹槽内。

本发明所述的装置中，所述导线为键合金丝。

本发明产生的有益效果是：本发明的传感器装置具备同时测量被测介质的压力和温度的功能；压敏元件与热敏元件同时集成在同一传感器芯片之中，不仅有利于缩小传感器的尺寸、简化传感器的结构，简单的结构进一步有利于减小传感器的成本，同时也可以增强传感器的长期可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施方式1提供的传感器剖面图

图2为本发明实施方式1提供传感器壳体剖视图

图3A为本发明实施方式1提供的传感器芯体主视图。

图3B为本发明实施方式1提供的传感器芯体局部俯视图。

图4A为本发明实施方式2提供的传感器芯体剖视图。

图4B为本发明实施方式2提供的传感器芯体局部俯视图。

图4C为本发明实施方式2提供的传感器芯体中基板的三维视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施方式1

参阅图1所示，本发明实施例的同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置50，包括芯体55和外壳53，以及O型圈54和提供电气连接的端钮51。

参阅图2所示，本发明实施例的同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置50，外壳53中设置有压力导入孔63和腔体60，压力导入孔63由两部分构成，圆柱孔区域63A和具有一定倾角的喇叭状通孔63B，喇叭状通孔63B有利于增大基板与被测流体之间的接触面积，有利于被测流体热量的传导，腔体用于安装芯体55。在外壳53的下部分设置有安装O型圈54的凹槽，用于安装密封。在腔体60的底平面65上设置有安装密封垫圈52的凹槽61，用于密封芯体55与腔体60接触的底平面65，同时外壳53顶部设置一铆边66，用于固定端钮51和压紧芯体55。凹槽61可为环形凹槽，密封垫圈52的高度大于凹槽61的深度，可防止基板与腔体下表面之间产生压力泄露。

参阅视图3A和3B所示的本发明一种同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置50，芯体55，其中图3A为传感器的主视图（剖视图），图3B为芯体55的局部俯视图。如图3A所示，传感器芯体55包括底部的基板75，基板材质可以是金属、塑料或陶瓷，本实施例中优选陶瓷材料作，陶瓷材质的基板具备良好导热能力的同时具有适于批量制作成本低廉的优点。基板中设置有通孔73，通孔73与粘结在基板上表面的传感器芯片74底部腔体连通，传感器芯片74与基板75之间通过粘接剂72粘结，70为电路板，电路板70用于传导由压力和温度变化而产生的电信号，电路板70由柔性PCB板制作，进一步地，电路板70由三部分构成，包括上部70A；用于折弯的中部70B；及底部70C。其底部70C与基板75上表面通过粘接剂76粘结，电路板70和焊盘79与传感器芯片74之间通过金丝78键合，形成电气连接。框体（本发明实施例中选用塑料框77）设置在电路板底部70C，传感器芯片74与键合金丝78在塑料框77内部，然后采用保护胶71进行灌封，保护胶71完全覆盖传感器芯片74和金丝78，保护胶71的主要作用是防止外界的有害物质（如灰尘、湿气和腐蚀性物质）影响传感器芯片74，及与之互连的金丝78。参阅图1所示，本发明的同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置50，芯体55的安装在壳体53的腔体60之中，电路板的上部70A与端钮51的下端插针连接，通过压铆将壳、芯体和端钮紧密结合。

实施方式2

接下来说明本发明同时检空调制冷剂温度和压力的传感器装置的第二实施方式。

图4A是本实施方式的剖面图，图4B是本实施方式的局部俯视图，图4C是本实施方式中基板75的三维视图。

与实施方式1不同的是传感器芯体55结构的区别，传感器装置50的基板75上设置有两个相邻凹槽，即第一凹槽81和第二凹槽83，第一凹槽81的下表面与第二凹槽83的下表面84相互平行。平面80用于粘贴传感器芯片，通孔73与传感器芯片74底部连通，用于向芯片底部导入被测流体；下表面84用于粘贴电路板70的端部70C，传感器芯片74通过金丝78键合，用于将压力与温度转化的电信号传输至电路板70，通过调理使检测的信号满足设备要求；最后将第一凹槽81内部填充保护胶71。

在实施方式1的基础上，本实施方式简化了传感器芯片的灌封方式，即，实施方式1中采用的塑料框77被设置在基板75中的第一凹槽81所取代。该实施方式不仅具有保护保护胶71的作用，更简化了传感器的芯片74封装，提高传感器的抗振能力，而且还进一步地降低传感器的制作成本。

上述实施例中传感器芯片以硅材料为基底，通过腐蚀工艺在硅片底部形成腔体，从而形成以薄膜区域，通过扩散或离子注入工艺分别将压敏感电阻和热敏元件制作在硅片上表面，压敏电阻在硅片表面形成惠斯通电桥。当介质压力作用在硅腔体的薄膜区域，使膜层发生弹性形变，压敏电阻在因薄膜形变程度发生相应的压敏电阻阻值变化，压敏电阻阻值的变化导致惠斯通电桥的失衡，从而产生与介质压力相应的电信号。同时，介质与硅片腔体直接接触，介质温度通过硅基底传导至设置在硅片上表面的热敏电阻，热敏电阻因介质的温度变化使其电阻阻值发生相应的变化，从而将介质温度转化为电信号输出。

将传感器芯片通过粘接剂设置在基板上表面，基板通孔与传感器芯片底部腔体连通，电路板采用柔性PCB板制作，电路板输出传感器产生的电信号，电路板的一端通过粘接剂固定在基板上，传感器芯片与电路板之间通过金丝键合形成电气连接，键合区域和传感器芯片被包围在塑料框内部，最后向塑料框内部注入保护胶，保护胶完全覆盖传感器芯片和键合金丝。

基板可以是陶瓷材料、金属材料和塑料中的一种或多种材料构成，优选地，基板由陶瓷材料或金属材料构成。

外壳设置有腔体和压力导入孔，将制作完成的芯体安装在壳体的内部腔体中，且二者之间设置有密封垫圈，防止产生压力泄漏。芯体的另一端与端钮底部插针连接，端钮底部与基板接触，通过外壳压铆的方式将端钮固定，同时将芯体底部与壳体的腔体地面紧密结合。

本发明的工作原理，被测介质通过壳体的压力导入孔流入，经由基板中的通孔，被测介质直接作用在传感器芯片底部腔体，被测介质的压力通过压敏元件使压力转化为相应电信号；同时被测介质的温度经硅片传导至设置在芯片表面的热敏元件，引起热敏元件阻值的变化，从而使输出信号随被测介质温度发生相应的变化。

本发明的传感器装置具备同时测量被测介质的压力和温度的功能；压敏元件与热敏元件同时集成在同一传感器芯片之中，不仅有利于缩小传感器的尺寸、简化传感器的结构，简单的结构进一步有利于减小传感器的成本，同时也可以增强传感器的长期可靠性。将传感器芯片粘贴在陶瓷基板上，二者材质热膨胀系数（CTE）匹配良好，能有效防止传感器因二者材料的热膨胀系数失配而导致传感器温漂过大。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种同时检测空调制冷剂温度和压力的传感器装置，其特征在于，包括外壳，所述外壳中设置有相连通的压力导入孔和腔体，

所述腔体内安装芯体，该芯体包括基板、传感器芯片以及电路板，电路板与传感器芯片连接，该传感器芯片上集成压敏元件与热敏元件；基板上设有通孔，与传感器芯片底部连通，该通孔用于导入被测流体。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力导入孔包括圆柱孔区域和喇叭状通孔，喇叭状通孔与所述腔体连通。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳的下部设置有安装密封圈的凹槽，腔体底部也设置有安装密封垫圈的凹槽。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，腔体底部的凹槽为环形凹槽，该环形凹槽的深度小于密封垫圈的厚度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括提供电气连接的端钮，所述外壳的顶部设置一铆边，用于固定端钮和压紧芯体。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基板为陶瓷、金属或者塑料基板。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电路板为柔性PCB板。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电路板的底部与基板的上表面通过粘接剂粘结，电路板与传感器芯片之间通过导线连接，形成电气连接，电路板的底部上设有框体，传感器芯片与导线均被保护胶灌封在该塑料框内部。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基板的通孔上方设有第一凹槽，基板上还设有第二凹槽，第一凹槽的下表面与第二凹槽的下表面相互平行，第二凹槽的下表面用于粘贴电路板的端部；

第一凹槽的底面粘贴传感器芯片，传感器芯片通过导线连接，将压力与温度转化的电信号传输至电路板，传感器芯片与导线丝均被保护胶封装在第一凹槽内。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述导线为键合金丝。