CN105378443A - 温湿度传感器 - Google Patents

Abstract

为了提供一种可靠性提高的温湿度传感器，本发明为如下温湿度传感器，其壳体的整体或一部分被插入至供气体通过的主管路中，检测所述气体的湿度，其包括：第一副通道，其作为所述壳体的一部分而构成，供通过所述主管路的气体的一部分朝与所述主管路内的气流大致相同的方向流动；节流区间，其具有节流体，所述节流体设置在所述第一副通道的入口与出口之间且设置在所述第一副通道内表面，所述节流体的截面积小于整个所述第一副通道的平均截面积；以及第二副通道，其连接所述节流区间的上游侧及下游侧，不同于所述第一副通道；并且，所述第一副通道与所述第二副通道的出入口通过各自的连接口连接，所述第二副通道入口与所述第一副通道的连接口、或者所述第二副通道出口与所述第一副通道的连接口设置在从所述第一副通道内的气流的上下游方向轴观察时未设置有节流体的一侧。

Description

温湿度传感器

技术领域

本发明涉及一种温湿度传感器，尤其涉及一种汽车领域中的被插入至与内燃机的燃烧室连结的吸气管中的温湿度传感器。

背景技术

近年来，温湿度传感器在车辆中得以利用。并且，有专利文献1或专利文献2中所记载的技术作为该技术领域的背景技术。在专利文献1中记载有“提供一种在无导线或专用罩壳的状态下将温度传感器及湿度传感器一体地整合在控制装置中而成的“汽车用空调装置””的内容。此外，在专利文献2记载有“可精确检测温度及湿度，且外型较小”的内容。即，温湿度传感器重要的是像这样小型、一体化地构成。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3137525号

专利文献2：日本专利特开2000-351312号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，温湿度传感器重要的是小型化，但在将温湿度传感器尤其是湿度传感器用于内燃机的控制的情况下，不仅小型化较为重要，湿敏部的污损对策或者防水滴附着措施在确保长期可靠性方面也较为重要。例如，通常采取如下结构：利用滤膜对传感器室本身在空间上进行密闭来隔离污损物质，仅仅使水蒸气成分通过。然而，该结构因滤膜具有较大的通气阻力，所以无法充分进行传感器室内的空气交换，从而存在传感器的温度、湿度响应大幅变差的问题。

此外，即便不使用滤膜而使用耐污损性相对较强的类型的湿度传感器，若污损物质直接接触传感器，则也会产生因污损所引起的湿度的检测误差，因此必然需要用以避免污损物质直接接触的复杂通道，从而存在因通道的流体阻力增大而导致无法在传感器附近充分交换空气或气体的问题。

本发明的目的在于提供一种可靠性提高了的温湿度传感器。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，例如采用权利要求书中所记载的构成。

本申请包括多种解决上述问题的技术手段，若举其一例，则为一种温湿度传感器，其壳体的整体或一部分被插入至供气体通过的主管路中，检测所述气体的湿度，其包括：第一副通道，其作为所述壳体的一部分而构成，供通过所述主管路的气体的一部分朝与所述主管路内的气流大致相同的方向流动；节流区间，其具有节流体，所述节流体设置在所述第一副通道的入口与出口之间且设置在所述第一副通道内表面，所述节流体的截面积小于整个所述第一副通道的平均截面积；以及第二副通道，其连接所述节流区间的上游侧及下游侧，不同于所述第一副通道；并且，所述第一副通道与所述第二副通道的出入口通过各自的连接口连接，所述第二副通道入口与所述第一副通道的连接口、或者所述第二副通道出口与所述第一副通道的连接口设置在从所述第一副通道内的气流的上下游方向轴观察时未设置有节流体的一侧。

发明的效果

根据本发明，可提供一种可靠性提高了的温湿度传感器。

附图说明

图1为湿度传感器的构成图的例子。

图2为表示第一副通道与节流体与第二副通道的出入口的位置关系的图。

图3为表示因节流体所引起的气流的剥离的图。

图4为表示第二副通道出入口与产生有剥离的区域的位置关系的图。

图5为表示与第二副通道的出入口的位置有关的多个实施例的图。

图6为温湿度测定装置的构成图的例子。

图7为包含在吸气管内的温湿度测定装置的搭载例(不包括盖体1100)。

图8为温湿度测定装置的主视图。

图9为表示图8中的A-A截面的图。

图10为表示图8中的B-B截面的图。

图11为表示图9的立体图的图。

图12为表示温度传感器的检测误差倾向的曲线图例子。

图13为与图6相比副通道构成不同的温湿度测定装置的构成图的例子。

具体实施方式

下面，使用图1～5，对本发明的实施例进行说明。

实施例1

在本实施例中，对连接多个副通道的位置的一例进行说明，所述多个副通道合理地减少到达湿度检测元件的污损物质。图1为本实施例的温湿度传感器的构成图的例子。

温湿度传感器主要由传感器法兰106、传感器外罩108及电路盖109构成。法兰106露出于气体的管路的外侧，从一侧支撑被插入至管路中的传感器外罩108。通常为利用传感器法兰106确保管路与外侧的气密的结构，大多数情况下，传感器法兰106与传感器外罩108一体构成。在传感器外罩108中固定有搭载湿度检测元件102、集成电路103等的电路基板107。湿度检测元件102安装在电路基板107的前端，与第二副通道116被电路室-第二副通道间隔壁113隔开。因此，电路基板107的一部分与第二副通道116在空间上分离，湿敏元件102暴露在第二副通道的气流105中。图1-I及II表示导入在主管路内流动的吸入空气流的一部分的副通道的截面，并且安装有电路盖109以表示通道构成。图1展示了电路盖109也是构成各副通道的构件的例子。图1-I展示了第一副通道115的截面形状，图1-II展示了从第一副通道分支而成的将气流流向湿敏元件的第二副通道116的截面形状。这些第一副通道115、第二副通道116被第一副通道-第二副通道间隔壁114隔开，构成各自独立的副通道。此外，在第一副通道115的中央部分设置有用以阻碍第一副通道的气流104通过的节流部101。从图1-I右侧经第一副通道115的入口流入的气流104经从第一副通道115到第二副通道116的流入通道(A)流入至第二副通道116，构成第二副通道的气流105。第二副通道116与电路基板107上所搭载的湿敏元件102接触后，经从第二副通道116到第一副通道115的流出通道(B)再次与第一副通道115合流。由于从第一副通道115到第二副通道116的流入通道(A)以及从第二副通道116到第一副通道115的流出通道(B)的通道截面积小于第一副通道115，进而，从第一副通道115到第二副通道116的流入通道(A)以及从第二副通道116到第一副通道115的流出通道(B)是以相对于第一副通道115具有角度的方式与第一副通道115连接，因此流入至第二副通道116的气流的流量小于通过第一副通道115的气流的流量，流速也小于第一副通道115的气流。因此，具有速度的质量较大的污损物质因惯性而直接在第一副通道115中直线前进，仅欲测定的气体以及不怎么产生影响的程度的污损物质流入至第二副通道116。由此，可大幅减少到达湿度检测元件102的污损物质。

然而，对于污损物质的区分作用，重要在于第二副通道116内的流速与第一副通道115内的流速的平衡。例如，若第二副通道116内的流速过慢，则湿度检测元件102周边的空气或被测量气体的交换速度会降低，导致湿度检测的响应性降低。此外，反过来，若第二副通道116内的流速过快，则污损物质会被吸入至第二副通道116或者部分倒流，导致所述的污损物质区分作用发挥不充分。此外，尤其是在汽车用湿度传感器中，重要的是即便整个主管路的平均流速发生变化，第一副通道115内与第二副通道116内的流速的关系例如流速比也是稳定的，并且，即便主管路流速发生变化，也具有固定的检测响应性。

就该稳定性而言，用以形成第二副通道116内的气流的负压必须稳定。该负压是因在第二副通道116的出入口沿剪切方向流动的第一副通道115内的气流而产生，所以第二副通道116的出入口附近的剪切方向气流必须稳定。因此，必须将第二副通道116的出入口设置在不会产生气流的剥离或压缩作用的位置。尤其是产生有气流的剥离的区域，因剪切方向的流速与周围相比极慢，与流速较高的部位的距离也不远，因此，若第二副通道的出入口存在于这种区域，则会产生新的回旋流或者发生部分倒流而不会产生稳定的负压。

因此，第二副通道116内的流速不稳定，导致第一副通道115内与第二副通道116内的流速的关系变得不稳定。进而，所述的污损物质区分作用发挥不充分，导致湿度检测元件102发生污损。

图2是在可观察到第二副通道116的出入口的方向上切割第一副通道115而得，在本实施例中，相对于空气的流动方法，将第一副通道115的节流体仅设置在一侧，但节流体也可处于两侧。此外，湿度传感器通常在气流的流动方向上不会受到影响，因此在本实施例中，以相对于气流而沿两个方向安装的方式使第一副通道115的出入口位置以及第二副通道的出口110-入口111位置距温湿度传感器的中心轴对称。因此，第二副通道入口111在反方向的流动中成为第二副通道出口110，可视为第二副通道出入口。此外，在以下的说明中，将从气流的上游朝下游方向对第一副通道115进行投影而直接通过第一副通道115内的部分作为直线前进区域201，将存在节流体而产生气流的压缩或剥离的部分作为节流区域206。

在图4中表示第一副通道115内的第二副通道出口110及入口111的位置与产生有因节流部101所引起的气流的剥离的剥离区域301的关系。在图4A中，由于第二副通道出口110及入口111仅存在于上述直线前进区域201，因此不会受到因节流体而产生的剥离区域301的影响，第二副通道116内的气体流速稳定。

因此，可在较宽的主管路流速范围内将第一副通道115与第二副通道116的流速关系保持为大致固定的关系，进而可改善湿度检测的响应性、耐污损性等。

图4B表示假设第二副通道出口110及入口111与节流区域206相交的情况。若将出入口配置在这种位置，则剥离区域301会与第二副通道出口110部分重叠，因此在主管路的流速增大而导致剥离区域波及较广范围时等，第二副通道116与第一副通道115的流速关系会变得不稳定。

此外，展示有像图4C那样第二副通道出口110及入口111存在于节流区域206的情况，由于第二副通道出口110约一半的区域与剥离区域301重叠，因此在这种配置下，在较广的主管路流速范围内，第二副通道116与第一副通道115的流速关系变得更不稳定。

如上所述，设置在第一副通道115内的第二副通道出口110及入口111的位置对于提高温湿度传感器的响应性或耐污损性较为重要，存在合适的位置，而图4A中的位置可获得最良好的结果。

此处，所谓最合适的位置，是由图5B定义的、较相对于流动方向的节流体顶点线502而言靠无节流部101的一侧，也是较从节流体的起始点起划出的节流体起始线501而言靠节流体的外侧的位置。也就是说为如下位置：存在于较节流体起始线501与节流体顶点线502的交点而言靠无节流体的区域侧。

以上，根据上述构成，即便为小型温湿度传感器，也可防止因污损物质所引起的湿度检测元件102的污损，进而可将温湿度传感器的性能或可靠性长期维持在初始状态，从而可提供一种较以往而言可靠性提高的温湿度传感器。

此外，由于可进行良好的气体交换，因此检测湿度时的响应延迟得以缩短，从而改善使用这些信息的车辆或内燃机控制的响应性。由此，可提高车辆的尾气、燃料费、安全性、舒适性等性能。进而，由于不使用滤膜也可充分防污，因此可降低温湿度传感器的价格。

实施例2

图5C为第二副通道出口110及入口111无法配置在上述实施例1的位置的情况的实施例。将第二副通道出口110及入口111的位置的基准设为其面积中心505。该面积中心505设为如下位置：存在于较节流体起始线501与节流体顶点线502的交点而言靠无节流体的一侧。虽然本实施例的稳定性比实施例1差一些，但由于可朝较实施例1而言靠节流体侧配置第二副通道出口110及入口111的位置，因此可改善整个温湿度传感器的内部构成。尤其是在欲制成小型温湿度传感器的情况下较为有效。即便设为这种配置，也可获得本发明的效果。

实施例3

图5D为可获得与上述实施例同样的效果的、根据气流剥离301的产生区域来确定第二副通道出口110及入口111的位置的实施例。将以节流体顶点线502为基准而朝节流体方向具有角度506的线设置为不超过节流体侧的区域。也就是说，在位置508或位置509的位置配置第二副通道出口110及入口111。该角度506设为7度。其原因在于，扩散管内的剥离现象起始扩散角度为7度，因此在以大于7度的角度扩散的管内会产生剥离。根据该实施例，第二副通道出口110及入口111的位置自由度进一步提高，成为也可维持实施例1的效果的构成。

实施例4

下面，使用图6～7，对本发明的其他实施例进行详细说明。

通常而言，物理量传感器存在测定精度因来自外部环境的热影响以及传感器自发热影响而劣化从而产生误差的问题，需要在电气或结构上降低测定误差的对策。尤其是在内燃机中，近年来，发动机尺寸缩小而使得发动机舱内的空间变小，导致发动机舱内的温度上升处于增加倾向。与内燃机的燃烧室连结的吸气管所使用的传感器通常在-40℃～+125℃之间能保障动作。

例如，WO2012/055622号中所记载的技术是在质量流量计的壳体内配置有湿度传感器，湿度传感器被配置在不同于包含发热零件的电路基板的其他电路基板上，采取的是结构性对策。在该情况下，分别需要配置电气零件(例如微处理器)的电路基板以及配置湿度传感器的电路基板，导致构成零件数量和搭载空间增加，在成本上有改善的余地。

因此，以下的实施例的目的在于提供一种抑制对传感器的热影响而精度较高的温湿度测定装置。

图6为本实施例的湿度测定装置的构成图的例子。内燃机中所使用的温湿度测定装置通常配置在空气过滤器下游部。并且，温湿度测定装置被插入至与空气过滤器连结的吸气管或专用管道1300中。

此处，所谓空气过滤器，其具有过滤空气中的灰尘、尘土等的过滤元件，并设置在与内燃机连结的吸气管的最上游部，以将洁净的空气导入至吸气管内。温湿度测定装置的包括电路基板1110等的壳体部被插入至吸气管或专用管道1300的开口部，衬套1102部分由螺钉(图中未记载)拧紧固定。此外，通过设置由橡胶材料成形的垫圈1103，来防止流体从吸气管管道或专用管道内漏出以及灰尘、尘土等从外部环境进入。通过将温湿度测定装置的壳体插入至吸气管或专用管道1300内，可抑制电路基板1110等受到发动机舱内的热源的影响。

温湿度测定装置包括：壳体，其由外罩1105和盖体1100构成；第1副通道1107及第2副通道1106，其等由所述外罩1105和盖体1100的内壁形状构成；电路基板1110，其配置在所述壳体内；以及温湿度传感器1111，其检测在所述第2副通道内流动的空气中的温度及相对湿度。

由树脂材料成形的外罩105与连接器1101连接，所述连接器1101与由金属构件形成的连接器端子1104和插头1112以及发动机控制装置(以下称为ECU)侧的连接器机械连接。连接器端子1104及插头1112是在外罩1105的树脂成形时嵌入成形的，连接器端子1104经由金属线1108与电路基板1110电性连接。另一方面，插头1112经由电气配线与车辆侧的ECU电性连接。

由树脂材料成形的盖体100与设置在外罩1105的外周的沟形状嵌合并粘接固定，以保护外罩105内所配置的电路基板1110、温湿度传感器1111、金属线1108等。

图7表示插入在吸气管或专用管道1300上的温湿度测定装置的形态。但为了方便说明，盖体1100在图7中省略。如图7所示，电路基板1110具有将来自检测空气的温度及相对湿度的温湿度传感器1111的电输出信号经由微处理器1109而电性连接至ECU的作用，电路基板1110粘接或机械性地固定在外罩1105内中央附近，以配置有温湿度传感器1111的一部分露出于第2副通道内1106的方式配置。此处，所述微处理器1109具有将温湿度传感器1111的电信号转换为可由ECU处理的信号的作用。前期温湿度传感器1111包括根据空气中的温度及相对湿度而输出电信号的温度传感器元件及相对湿度传感器元件。

流至构成于外罩1105和盖体1100的壳体内部的第1副通道1107的空气1202以及在第2副通道1106内流动的空气1201为导入流至吸气管的空气流1200的一部分的构成。此外，第2副通道1106具有开口部，以使得在第1副通道1107内流动的空气1202的一部分迂回。

此处，一边参考图8～11，一边对第1副通道107、第2副通道1106与温湿度传感器1111的位置关系进行详细叙述。图8为温湿度测定装置的主视图。图9表示图8中的A-A截面。图10表示图8的B-B剖视图。图11表示图9的立体图。

如图9及图11所示，电路基板1110上所配置的温湿度传感器1111部分以露出于第2副通道1106内部的方式配置，电路基板1110位于第2副通道1106截面的中央附近。由此，第2副通道1106内的空气1201被分为空气1203A和空气1203B，空气1203A在配置有温湿度传感器1111的电路基板1110表面流动，空气1203B在电路基板1110背面流动。也就是说，在电路基板1110表面流动的空气1203A和在电路基板背面流动的空气1203B对温湿度传感器1111及电路基板1110进行冷却，从而可抑制因自发热等所引起的温度上升。通常，在物质与流量之间存在温差的情况下，会从温度高的一方到温度低的一方产生传热，并在一定条件下达到平衡状态。例如，在物质的温度高于流体的情况下，传热速度因流体的速度而变化，流体的速度越快，物质的传热就越快。

如图10所示，第2副通道1106由外罩1105及盖体1100的内壁形状构成，电路室1113与第2副通道1106在结构上分离。由此，可抑制电路基板1110上所配置的电气零件(例如微处理器1109)的自发热对温湿度传感器1111产生影响。也就是说，第2副通道1106导入在吸气管内流动的空气的一部分，促进空气与包括温湿度传感器1111的电路基板1110之间的传热，使得可利用空气进行冷却，从而可抑制自发热的热影响以及来自发热零件的热影响。

作为一例，在图12中表示温度传感器的对空气温度的检测误差。如图12所示，越是高温，检测误差越有增加倾向，抑制传感器元件的温度上升在确保传感器精度方面较为重要。

如上所述，通过对发动机舱内的温度影响以及电路基板1110上的微处理器1109或温湿度传感器1111等电子零件的自发热采取结构性对策来加以抑制，可期待高精度的测定，并且可将温湿度传感器1111配置在一块电路基板1110上，从而可通过削减零件数量来提供廉价的温湿度测定装置。

实施例5

接着，对本发明的另一实施例即实施例5进行说明。在之前的实施例4中，对包括导入在吸气管内流动的空气1200的一部分的第1副通道1107和第2副通道1106的温湿度测定装置的例子进行了展示。在本实施例中，对仅由导入在吸气管内流动的空气1200的一部分的第1副通道1107构成的温湿度测定装置的例子进行展示。

图13为仅具有与实施例4所展示的第2副通道1106相同形状的第1副通道的温湿度测定装置的构成图的例子。对于图13的湿度测定装置中的已说明过的、标注有图6～图7所示的同一符号的构成以及具有相同功能的部分，省略说明。在实施例5中，以与实施例1中的第2副通道相同的构成形成第1副通道1107，可获得同样的抑制热影响的效果。

元件符号说明

101节流部

102湿度检测元件

103集成电路

104第一副通道的气流

105第二副通道的气流

106传感器法兰

107电路基板

108传感器外罩

109电路盖

110第二副通道出口

111第二副通道入口

112电连接器

113电路室-第二副通道间隔壁

114第一副通道-第二副通道间隔壁

115第一副通道

116第二副通道

201直线前进区域

203顺流方向

206节流区域

301剥离区域

501节流体起始线

502节流体顶点线

505面积中心

506角度7度线

1100盖体

1101连接器

1102衬套

1103垫圈

1104连接器端子

1105外罩

1106第2副通道

1107第1副通道

1108金属线

1109微处理器

1110电路基板

1111温湿度传感器

1112插头

1113电路室

1200吸气管内的空气流方向

1201A在第2副通道内流动的空气流方向

1202在第1副通道内流动的空气流方向

1203A在电路基板表面流动的空气流方向

1203B在电路基板背面流动的空气流方向

1300吸气管或专用管道。

Claims (11)

1.一种温湿度传感器，其壳体的整体或一部分被插入至供气体通过的主管路中，检测所述气体的湿度，其特征在于，包括：

第一副通道，其作为所述壳体的一部分而构成，供通过所述主管路的气体的一部分朝与所述主管路内的气流大致相同的方向流动；

节流区间，其具有节流体，所述节流体设置在所述第一副通道的入口与出口之间且设置在所述第一副通道内表面，所述节流体的截面积小于整个所述第一副通道的平均截面积；以及

第二副通道，其连接所述节流区间的上游侧及下游侧，不同于所述第一副通道；并且，

所述第一副通道与所述第二副通道的出入口通过各自的连接口连接，

所述第二副通道入口与所述第一副通道的连接口、或者所述第二副通道出口与所述第一副通道的连接口设置在从所述第一副通道内的气流的上下游方向轴观察时未设置有节流体的一侧。

2.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，所述连接口的任一部分均超过所述节流体的顶点而不在有节流体的一侧。

3.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，所述连接口的任一部分均超过所述节流体的顶点而不在有节流体的一侧，且处于远离所述节流体的起始点的位置。

4.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，所述连接口的开口部的一部分较所述节流体的起始点而言处于节流体的顶点侧、或者处于设置有节流体的一侧，

所述连接口的截面的中心点以较所述节流体的起始点而言远离节流体的方式设置，且该中心点超过所述节流体的顶点而不在有节流体的一侧。

5.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，所述连接口的任一部分均不在从所述节流体的顶点朝节流体侧超过7度的角度的节流体侧。

6.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，所述第一副通道的气流入口与出口之间的截面积变化以所述节流体的顶点为中心对称。

7.一种温湿度测定装置，其包括检测空气的温度及相对湿度的温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度测定装置的壳体部包括：副通道，其导入供吸入空气流动的吸气管内的空气的一部分；以及电路基板，其配置有所述温湿度传感器和电子零件。

8.根据权利要求7所述的温湿度测定装置，其特征在于，

所述壳体部由外罩和盖体构成，所述外罩由树脂材料成形而得，

由所述外罩和所述盖体形成的电路室与副通道在结构上分离，并且，

将配置有所述温湿度传感器的电路基板的一部分配置在所述副通道内。

9.根据权利要求8所述的温湿度测定装置，其特征在于，

所述副通道包括：第1副通道，其导入在所述吸气管内流动的空气的一部分；以及第2副通道，其导入在所述第1副通道内流动的空气的一部分，并且，

在所述第2副通道中配置有所述温湿度传感器。

10.根据权利要求8所述的温湿度测定装置，其特征在于，

配置有所述温湿度传感器的电路基板以与在所述副通道内流动的空气平行的方式配置。

11.根据权利要求10所述的温湿度测定装置，其特征在于，

配置有所述温湿度传感器的电路基板以与所述副通道内壁不接触的方式配置，在所述副通道内流动的空气被分为在配置有温湿度传感器的电路基板表面流动的空气和在电路基板背面流动的空气。