CN105319326A - 确定流过测量通道的流体介质的至少一个参数的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种传感器(10)，其用于确定流过测量通道(30)的流体介质的至少一个参数、尤其是内燃机的进气质量流的至少一个参数，其中，所述传感器(10)具有传感器壳体(12)，尤其是安装或者能够安装到流动管中的插式传感器，具有主通道(24)和测量通道(30)的通道结构(22)构造在所述传感器壳体中，并且所述传感器还具有至少一个布置在所述测量通道(30)中的、用于确定所述流体介质的参数的传感器芯片(42)。所述传感器壳体(12)至少部分地由塑料制造。所述传感器(10)具有至少一个电极(48，60，64)，所述电极这样布置在所述传感器壳体(12)中，使得所述电极(48，60，64)被所述塑料覆盖。

Description

确定流过测量通道的流体介质的至少一个参数的传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，其用于确定流过测量通道的流体介质的至少一个参数、尤其是内燃机的进气质量流的至少一个参数。

背景技术

由现有技术已知用于确定流体介质、即液体和/或气体的流动特性的众多方法和装置。在此，流动特性可以是原则上任意的能够测量的物理和/或化学的特性，这些特性定量或者定性流体介质的流动。在此，尤其可以是流动速度和/或质量流和/或体积流。

以下尤其参照所谓的热膜式空气质量测量仪来说明本发明，该热膜式空气质量测量仪例如在KonradReif(编者)所写的《SensorenimKraftfahrzeug，机动车中的传感器》，2010第1版，146至148页中说明。这种热膜式空气质量测量仪通常基于传感器芯片、尤其微机械制造类型的硅传感器芯片，其具有作为测量表面或者传感器区域的传感器膜，该传感器膜能够被流动的流体介质淹没流过。传感器芯片通常包括至少一个加热元件以及至少两个温度传感器，这些温度传感器例如布置在传感器芯片的测量表面上。由被温度传感器所感测的、被流体介质的流动所影响的温度曲线轮廓的非对称性能够推断出流体介质的质量流和/或体积流。

热膜式空气质量测量仪通常构型为插式传感器(Steckfühler)，该插式传感器能够固定地或者可更换地安装到流动管中。例如，该流动管可以是内燃机的进气管段(Ansaugtrakt)。

在此，介质的分流流过至少一个设置在热膜式空气质量测量仪中的主通道。在进入之后，流动这样分开，使得流过主通道和支路通道。流出通过至少一个流出开口进行。支路通道尤其这样构造，使得它具有用于使由主通道的入口进入的介质的分流转向的弯曲的区段，其中，该弯曲的区段在进一步的走向中过渡到一个其中布置有传感器芯片的区段中。最后提到的区段是真正的测量通道，在所述测量通道中布置传感器芯片。在此，在支路通道中设置一种导流并且抵抗介质分流的流动与测量通道的通道壁分离的器件。此外，主通道的入口区域在其反向于主流动方向指向的开口的区域中设有倾斜的或者弯曲的面，该面这样构成，使得流入到入口区域中的介质从主通道的导向传感器芯片的部分转移离开。这促使，包含在介质中的液体微粒或固体微粒由于其惯性随着主流被引导。

这种热膜式空气质量测量仪在实践中必须满足多种要求和边界条件。除了总地通过合适的流动技术的构型减小在热膜式空气质量测量仪上压力下降的目标之外，主要的挑战之一在于，在更大程度上改进信号质量以及这种装置相对于由于油滴和水滴以及煤烟颗粒、尘土颗粒和其它的固体颗粒引起的污染的稳固性。所述信号质量例如涉及通过导向传感器芯片的测量通道的介质的质量流以及必要时涉及信号漂移的减小和信噪比的提高。在此，信号漂移涉及例如介质的质量流在实际出现的质量流和在校准的框架下在制造时所确定的待发出的信号之间的特征曲线关系的改变的意义中的偏差。在确定信噪比时，观察以快的时间顺序发出的传感器信号，而特征曲线漂移或者信号漂移涉及平均值的改变。

在所说明的类型的通常的热膜式空气质量测量仪中，通常传感器载体以在其上安装或者引入的传感器芯片伸进测量通道中。例如传感器芯片可以粘贴到传感器载体中或者粘贴在其上。传感器载体例如可以与由金属组成的底板构成一个单元，在所述底板上也可以粘贴电子部件，例如呈电路板形式的控制和分析评估电路。例如传感器载体可以构型为电子部件模块的注塑的塑料部分。传感器芯片和控制和分析评估电路例如可以通过键合连接相互连接。这样产生的电子部件模块例如可以粘贴在传感器壳体中并且整个插式传感器可以被盖封闭。

DE102010020264A1说明了一种这样的具有由塑料制造的壳体的热膜式空气质量测量仪。在壳体中构造流动通道。在流动通道中布置感测在流动通道中流动的空气质量的传感器元件。流动通道的至少一个部分具有静电耗散的特性。在那个文献的上下文中，这样的区域被看作是静电耗散的，所述区域的面电阻小于10¹²Ohm。因此，面电阻足够小，以便在空气质量中的静电充电的颗粒放电并且保护传感器元件以免这些颗粒的沉积。

尽管在这些传感器中已使用了改进，但总是存在着改进潜力。因此，在机动车中常常这样使用这种传感器，使得它们可以处于非常强的电场的直接影响中。这种电场可以直接或者间接地影响传感器的功能性。

发明内容

因此，提出一种用于确定流过测量通道的流体介质的至少一个参数的传感器，该传感器至少在很大程度上避免已知传感器的缺点并且适合于使能够在传感器附近出现的并且直接或者间接地影响功能性的电场变形。由此可以显著地延长传感器的使用寿命。

根据本发明的用于确定流过测量通道的流体介质的至少一个参数、尤其内燃机的进气质量流的至少一个参数的传感器具有传感器壳体，尤其安装或者能够安装在流动管中的插式传感器，具有主通道和测量通道的通道结构构造在该传感器壳体中，该传感器还具有至少一个布置在测量通道中的、用于确定流体介质的参数的传感器芯片。该传感器壳体至少部分地由塑料制造。所述传感器具有至少一个电极，所述电极这样布置在传感器壳体中，使得电极被该塑料覆盖。

例如电极被该塑料涂覆。优选电极被置入塑料中。例如第一电极布置在测量通道的区域中。第一电极可以相对于流体介质在测量通道中的主流动方向布置在传感器芯片上游。第一电极可以平行于测量通道延伸。第二电极可以布置在主通道的区域中。传感器壳体可以具有到通道结构中的入口，该入口反向于在传感器的位置上的流体介质的主流动方向指向。第三电极可以围绕入口布置。电极可以与固定电势电连接。固定电势可以是传感器接地或者说传感器地电势。

在本发明的框架下，主流动方向可理解为在传感器或者说传感器布置的位置上的流体介质的局部的流动方向，其中，例如可以不考虑例如涡流这样的局部的不均匀性。因此，主流动方向尤其可以理解为流动的流体介质的局部平均的运输方向。因此，主流动方向可以一方面自身涉及在传感器布置的位置上的流动方向或者也可以涉及在传感器壳体之内的通道中的流动方向，例如在传感器载体或者传感器芯片的位置上的流动方向，其中，所提到的两种主流动方向可以不同。因此，在本发明的框架下，总是规定，主流动方向涉及哪个位置。只要不作更详细的说明，主流动方向涉及传感器布置的位置。

在本发明的框架下，布置在下游可理解为构件布置在这样的位置上，与参照点相比，沿着主流动方向流动的流体介质在时间上更晚地到达所述位置。

类似地，在本发明的框架下，构件布置在上游可理解为构件布置在这样的位置上，与参照点相比，沿着主流动方向流动的流体介质在时间上看更早地到达所述位置。

在本发明的框架下，传感器载体可以完全地或者部分地构型为电路载体，尤其构型为电路板或者可以为电路载体、尤其电路板的部分。例如电路载体、尤其电路板可以具有突起，该突起构成传感器载体并且该突起伸进通道中、例如伸进热膜式空气质量测量仪的测量通道中。电路载体、尤其电路板的其他部分可以安装在电子部件空间中、传感器布置的壳体中或者传感器布置的插式传感器中。

在此，在本发明的框架下，电路板通常可理解为基本上板形的元件，所述元件也可以作为电子结构(例如条形导体、连接触点或者类似的电子结构)的载体使用，并且优选也具有一个或多个这样的结构。在此，原则上也考虑与板形状至少轻微的偏差并且应在概念上将其包括进去。电路板可以例如由塑料材料和/或陶瓷材料，例如环氧树脂、尤其纤维增强的环氧树脂制造。电路板尤其可以构型为例如具有条形导体、尤其经印制的条形导体的电路板(印制电路板，printedcircuitboard，PCB)。

以此方式，传感器布置的电子部件模块可以被极大地简化并且可以省去例如底板和单独的传感器载体。底板和传感器载体可以由唯一的电路板取代，例如传感器布置的控制和分析评估电路也可以完全地或者部分地布置在所述唯一的电路板上。传感器布置的所述控制和分析评估电路用于控制至少一个传感器芯片和/或分析评估由该传感器芯片产生的信号。以此方式可以通过合并所提到的元件而显著地减小传感器布置的制造耗费并且极大地减小用于电子部件模块的构造空间需要。

传感器布置尤其可以具有至少一个壳体，其中，通道构造在壳体中。例如通道可以包括主通道和支路通道或者说测量通道，其中，传感器载体和传感器芯片例如可以布置在支路通道或者说测量通道中。此外，壳体可以具有与支路通道分开的电子部件空间，其中，电子部件模块或者电路板基本上接收在电子部件空间中。

然后，传感器载体可以构造为电路板的伸进通道中的突起。与从现有技术已知的昂贵的电子部件模块相比，可以在技术上相对简单地实现这种布置。

尤其在电路板作为传感器载体使用的情况下，然而也在其它的情况下和/或在使用其它介质作为传感器载体的情况下，传感器载体可以至少部分地构型为多层的传感器载体。因此，传感器载体可以以所谓的多层技术构型并且具有两个或多个相互连接的载体层。例如这些载体层又可以由金属、塑料或者陶瓷材料或者连接材料制成并且通过例如粘贴这样的连接技术相互连接。

在使用具有传感器载体的多个传感器层的多层技术的情况下，通过确定载体层不同的尺寸可以逆着流体介质的主流动方向至少部分地分级地实施前缘。以此方式至少分级地近似地实现这种型材。例如以此方式可以在垂直于传感器载体的延伸平面的截面中构造矩形地成形的或者(由梯级形状接近地)至少近似圆形的、圆形的或者楔形地成形的型材。传感器芯片可以这样布置在传感器载体上或者说传感器载体中，使得它垂直于局部的主流动方向定向。例如传感器芯片可以矩形地构型，其中，该矩形的一个侧垂直或者基本上垂直于局部的主流动方向地布置，例如以与垂直线偏差不大于10度的方向布置。

传感器芯片可以通过至少一个电连接装置电接触。例如传感器载体、尤其构成传感器载体的电路板或者该电路板的突起可以具有一个或多个条形导体和/或接触垫，所述条形导体和/或接触垫与在传感器芯片上的相应的触点例如通过键合方法连接。在这种情况下，电连接装置可以通过至少一个保护层保护并且与流体介质分开。该保护层尤其可以构型为所谓的顶部包封(Glob-Top)，例如构型为塑料滴和/或胶粘剂滴，所述塑料滴和/或胶粘剂滴覆盖电连接装置(例如键合线)。以此方式尤其也可以减小电连接装置对流动的影响，因为顶部包封具有平坦的表面。

此外，传感器芯片可以具有至少一个传感器区域。该传感器区域可以例如是由例如多孔的陶瓷材料组成的传感器表面和/或尤其是传感器膜。作为测量表面或者传感器区域的传感器膜可以被流动的流体介质淹没流过。传感器芯片包括例如至少一个加热元件以及至少两个温度传感器，所述温度传感器例如布置在传感器芯片的测量表面上，其中，一个温度传感器支承在加热元件上游并且另一个温度传感器支承在加热元件下游。由被温度传感器所感测的、被流体介质的流动所影响的温度曲线轮廓的非对称性能够推断出流体介质的质量流和/或体积流。

本发明的基本构想是在传感器芯片的直接邻近处安装电极。在此，这样安装电极，使得通过电接触连接合适的电势(例如传感器地电势)。由此，可以实现这样的区域，所述区域达到所定义的、合适的电势，例如传感器地电势，由此已有的电场线可以这样弯曲，使得从旁飞过的微粒在其由动能和电场所确定的飞行轨迹中以有利的方式偏转。由于电极布置在塑料中或者说布置在塑料表面下方，不可能发生如在DE102010020264A1中的表面放电。取而代之地，力求通过引入所定义形状的和所定义电势的电极屏蔽可能存在的外部电场或者说这样影响可能存在的电场线，使得装载的微粒由其动能并且不由静电场力控制，然而在DE102010020264A1中微粒应出现在电条形导体上并且在那里放电。

附图说明

本发明的其它可选的细节和特征由优选实施例的以下说明中得出，这些实施例在附图中示意性地示出。附图示出：

图1根据本发明的第一实施方式的传感器的俯视图，

图2电子部件模块的立体视图，

图3根据本发明的第二实施方式的传感器的俯视图，

图4根据本发明的第三实施方式的传感器的俯视图，和

图5根据本发明的第四实施方式的传感器的俯视图。

具体实施方式

图1示出用于确定流体介质的参数的传感器10的立体视图。传感器10构型为热膜式空气质量测量仪并且包括构造为插式传感器的传感器壳体12，所述传感器壳体例如可以插入到流动管中、尤其是内燃机的进气管段中。传感器壳体12由塑料制成。传感器壳体12具有壳体本体14、测量通道盖16、电子部件空间18以及用于封闭电子部件空间18的电子部件空间盖20。在传感器壳体12中构造通道结构22。通道结构22具有主通道24以及从主通道24分岔出的支路通道或者测量通道30，该主通道根据传感器壳体12在图1中的图示与底侧28上的主流出口26相通，所述支路通道或者测量通道与布置在传感器壳体12的端侧32上的支路通道出口或者测量通道出口34相通。通过通道结构22，典型数量的流体介质可以流动经过流入开口36，所述流入开口在使用状态下反向于在传感器壳体12的位置上的流体介质的主流动方向38指向。传感器10另外具有电子部件模块40。

图2示出电子部件模块40的立体视图。电子部件模块40具有传感器载体41。在电子部件模块40装入的状态下，即使该布置在附图中未明确地示出，传感器载体41以侧翼形式伸进测量通道30中。传感器芯片42这样装入所述传感器载体41中，使得构造为传感器芯片42的传感器区域的微机械的传感器膜可以被流体介质淹没流过。传感器载体41与传感器芯片42为电子部件模块40的组成部分。电子部件模块40此外具有弯曲的底板43以及安装、例如粘贴在其上的具有控制和分析评估电路46的电路板44。传感器芯片与控制和分析评估电路46通过可以构型为线键合的电连接装置47电连接。这样产生的电子部件模块40被安装(例如粘贴)到在传感器壳体12的壳体本体14中的电子部件空间18中。在此，传感器载体41伸进通道结构22中并且更准确地伸进测量通道30中。接着，电子部件空间18被电子部件空间盖20封闭。

此外，传感器10具有至少一个电极48，所述电极这样布置在传感器壳体12中，使得电极48被传感器壳体12的塑料覆盖。如从图1可看出的那样，第一实施方式的传感器10具有第一电极48，该第一电极布置在测量通道30的区域中。在此，电极48被传感器壳体12的塑料涂覆。优选电极48置入塑料中，关于流体介质在测量通道30中的主流动方向50，第一电极48布置在传感器芯片42上游。第一电极48借助于条形导体52与固定电势54电连接。优选固定电势54为传感器地电势56。

图3示出根据本发明的第二实施方式的传感器10的俯视图。以下仅仅说明相对于以上的实施方式的区别并且相同的构件设有相同的附图标记。在第二实施方式的传感器10中，第一电极48平行于测量通道30延伸。例如第一电极48布置在测量通道28的背离电子部件空间18的壁58上。

图4示出根据本发明的第三实施方式的传感器的俯视图。以下仅仅说明相对于以上的实施方式的区别并且相同的构件设有相同的附图标记。在第三实施方式的传感器10中，除了第一电极48之外，第二电极60布置在主通道24的区域中，该第二电极借助于条形导体62与第一电极48连接并且因此与传感器地电势56连接。

图5示出根据本发明的第四实施方式的传感器的俯视图。以下仅仅说明相对于以上的实施方式的区别并且相同的构件设有相同的附图标记。在第四实施方式的传感器10中，相对于以上所说明的实施方式替代地或者附加地设置第三电极64。在此，第三电极64至少部分地围绕流入开口36布置。优选第三电极64完全地包围流入开口36。

Claims (10)

1.一种传感器(10)，其用于确定流过测量通道(30)的流体介质的至少一个参数、尤其是内燃机的进气质量流的至少一个参数，其中，所述传感器(10)具有传感器壳体(12)，尤其是安装或者能够放入到流动管中的插式传感器，在所述传感器壳体中构造一具有主通道(24)和测量通道(30)的通道结构(22)，所述传感器还具有至少一个布置在所述测量通道(30)中的传感器芯片(42)，所述传感器芯片用于确定所述流体介质的参数，其中，所述传感器壳体(12)至少部分地由塑料制造，

其特征在于，

所述传感器(10)具有至少一个电极(48，60，64)，所述电极在所述传感器壳体(12)中布置为使得所述电极(48，60，64)被所述塑料覆盖。

2.根据权利要求1所述的传感器(10)，其中，所述电极(48，60，64)被用所述塑料涂层。

3.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其中，所述电极(48，60，64)被嵌入所述塑料中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，一第一电极(48)布置在所述测量通道(30)的区域中。

5.根据权利要求4所述的传感器(10)，其中，所述第一电极(48)关于所述流体介质在所述测量通道(30)中的主流动方向(50)布置在所述传感器芯片(42)上游。

6.根据权利要求4所述的传感器(10)，其中，所述第一电极(48)平行于所述测量通道(30)延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，一第二电极(60)布置在所述主通道(24)的区域中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述传感器壳体(12)具有到所述通道结构(22)中的入口(34)，所述入口反向于在所述传感器(10)的位置上的所述流体介质的主流动方向(38)指向，其中，一第三电极(64)围绕所述入口(34)布置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述电极(48，60，64)与固定电势(54)电连接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述固定电势为所述传感器接地(56)。