CN105745521B - 用于感测测量室中流体介质的压力的压力传感器组件 - Google Patents
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Abstract
提出一种用于感测测量室中流体介质的压力的压力传感器组件(10)。该压力传感器组件(10)包括：传感器壳体(12)；至少一个传感器元件(18)，所述传感器元件这样布置在传感器壳体(12)中或上，使得其能经受到介质，以测量介质压力；压力接头(14)，所述压力传感器组件(10)能借助该压力接头安装到所述测量室上或中；以及壳体底座(16)，所述传感器壳体(12)布置在该壳体底座上。所述壳体底座(16)构造为板件(30)，其中，为了将所述传感器壳体(12)固定在壳体底座(16)上，所述壳体底座(16)具有能弹性变形的至少一个保持元件(34)。
Description
背景技术
由现有技术已知用于感测流体介质(例如气体和液体)的压力的不同装置和方法。测量参数“压力”是出现于气体和液体中的、全面地起作用的、非定向的作用力。为了测量压力，存在有动态及静态地起作用的测量值接收器或者说传感器。动态地起作用的压力传感器仅用于测量气态或液态介质中的压力波动。压力测量例如可以直接通过膜片变形或者通过力传感器进行。尤其为了测量非常高的压力而在原则上可能的是，使电阻器经受(aussetzen)介质，因为许多已知的电阻器显示出压力相关性。但是在此，对电阻器同时的温度相关性的抑制以及电接头从压力介质中压力密封地穿过变得困难。
因此，广为传播的压力感测方法为了获取信号而首先使用薄膜片作为机械中间级，该薄膜片在一侧经受压力并且在该压力的影响下弯曲。所述薄膜片可以在宽的边界中根据厚度和直径来适配于各个压力范围。低的压力测量范围导致相对较大的膜片具有能处于0.1mm到1mm范围内的挠度。但是高的压力要求小直径的较厚膜片，这些膜片大多仅弯曲几微米。这种压力传感器例如在Konrad Reif(编者)：汽车中的传感器，2010年第一版，80-82页和134-136页中描述过。
为了将压力传感器安装在测量室中或测量室上，这些压力传感器一般具有压力接头。所述压力接头例如可以实施为螺纹接管并且旋入到测量室的壁中。真正的测量值接收器或真正的传感器元件直接布置在壳体底座上或间接地通过中间载体布置在壳体底座上。或者如在DE 10 2009 054 689 A1中公开的那样，壳体底座与压力接头集成地或者说一体地构造；或者如在EP 1 518 098 B1中公开的那样，壳体底座和压力接头是独立构件，它们借助焊接持久地相互连接。
这类压力传感器的传感器壳体通常通过焊接、卷边或者这些过程的组合封闭。为了保护内室和包含于该内室中的电子部件，通过粘接剂或密封环密封壳体部件。
尽管由现有技术已知的压力传感器组件具有许多优点，但是它们仍有改进潜力。例如壳体底座与压力接头的一体式结构必须相对费事地制造。相对地，在两体式结构中通常必须注意：所使用的材料可相互焊接。此外必须注意非常精确的焊接连接，因为否则所述连接的稳定性会降低并且所述连接在旋入到测量室壁中时的相应扭矩传递的情况下可能裂开。这种结构也带来高的部件成本和连接过程成本。
发明内容
因此提出一种压力传感器组件，其至少很大程度上避免已知压力传感器的缺点，并且其使得能实现在部件成本以及用于用来将压力传感器组件旋入到测量室中的扭矩传递功能的连接过程成本方面成本更有利的传感器结构以及使得能实现压力接头与传感器壳体之间的密封连接。本发明原则上适用于感测任何使用位置上的压力，尤其机动车中待测量的压力、尤其高压(例如存在于“共轨”中的那样的高压)的区域中。
所提出的压力传感器组件用于感测测量室中流体介质的压力。该压力原则上可以作为绝对压力感测和/或也可以作为压力差感测。除此之外，可在相应地集成各个构件的情况下确定流体介质的一个或多个其它物理和/或化学特性，例如包括温度、另一压力、流动特性或者一个或多个其它特性。所述测量室原则上可以是在其中静止地或流动地接收有流体介质(即气体和/或液体)的任意的室。所述测量室尤其可以是燃料系统的一部分。因此，所述压力传感器组件尤其可以使用或构型用于感测燃料压力。
根据本发明的用于感测测量室中流体介质压力的压力传感器组件包括：传感器壳体；至少一个传感器元件，所述传感器元件这样布置在所述传感器壳体中或传感器壳体上，使得所述传感器元件能经受到介质，以测量介质压力；压力接头，所述压力传感器组件可借助该压力接头安装在测量室上或测量室中；以及壳体底座，所述传感器壳体布置在该壳体底座上。壳体底座构造为板件。为了将传感器壳体固定在壳体底座上，壳体底座具有可弹性变形的至少一个保持元件。
所述保持元件例如构造为可弹性变形的舌片。所述传感器壳体具有至少一个凹进部，其中，所述保持元件嵌入到所述凹进部中。所述嵌入引起传感器壳体固定在壳体底座上。所述保持元件可以为至少在离开传感器壳体的方向上是可变形的。所述壳体底座可具有压力接头侧区段和传感器壳体侧区段，其中，传感器壳体侧区段至少区段地包围传感器壳体的外侧。所述传感器壳体侧区段可与传感器壳体的外侧同轴地布置。传感器壳体侧区段可基本上垂直于压力接头侧区段地布置。所述保持元件可布置在传感器壳体侧区段上。所述保持元件可以朝压力接头侧区段的方向延伸。在传感器壳体与壳体底座之间可设置密封装置。
“压力接管”在本发明的范围内应理解为具有至少一个孔的附加件或管件，流体介质可穿过所述孔、例如柱形接管中的柱形孔被传导到传感器元件。所述压力接管可以构造为耐压接管，以例如不会由于出现在燃料管道中的高压而受损。
“板件”在本发明的范围内应理解为以平面尺度延伸的、由可焊接的材料制成的薄构件。
本发明的基本思想是，在压力接管上焊接上薄的且成本有利的、具有加固肋的六角形深拉板件。所述六角形深拉板件在扳手面
上设有至少一个且优选多个舌片、例如六个舌片。在传感器壳体上在各个六角形件端面上同样一起注塑出六个凹进部。此外，弹性密封环被置入到传感器壳体中，或者作为双组份注塑环一起注塑到传感器壳体上。在装配时，现在将传感器壳体推入到六角形深拉板件中。在此弹性地排挤舌片。一旦传感器壳体碰到密封环，舌片就嵌入到传感器壳体的凹进部中并且使两个配对件固定地相互连接。密封环余留的弹性力用于传感器壳体与六棱深拉板件之间的密封性并且同时用于它们之间的机械预紧力。由此取消费事的焊接过程或类似过程。
集成在深拉六角形件中的舌片形成与传感器壳体的持久固定连接。由此可以省去至今费事地注塑到传感器壳体中的深拉成型部件。取消至今所需的、六角形件与传感器深拉壳体的焊接过程，并且通过简单的接合替换。电子部件室的密封可以成本有利地在同一接合过程中实现。制成与目前的实心六角形件相比精简重量以及成本的深拉六角形件。
附图说明
本发明的其它可选细节和特征由下面对优选实施例的描述得知，优选实施例在附图中示意性地示出。附图示出：
图1根据本发明的压力传感器组件的剖视图，
图2壳体底座的局部的放大剖视图，
图3壳体底座的侧视图，
图4传感器壳体的局部的放大剖视图和
图5传感器壳体的侧视图。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的压力传感器组件10的一种示例性实施方式的横截面视图。该压力传感器组件10例如可构造用于感测内燃机燃料管路中的燃料压力。压力传感器组件10包括传感器壳体12、压力接头14、壳体底座16和传感器元件18。具有未详细示出的分析处理电路的电路板20安装、例如粘接在壳体底座16上，所述分析处理电路设置用于输出信号，所述信号指示作用于传感器元件18上的压力。
压力接头14可以由金属制成并且可以构造为柱形压力接管、尤其是螺纹接管，所述柱形压力接管的柱体轴线22与压力传感器组件10的纵向延伸方向24重合。压力接头14在一个端部上具有用于受压力加载的待测介质的开口26，所述介质位于未详细示出的测量室、例如燃料管路中。在将压力接头14实施为螺纹接管时，该压力接头可以具有外螺纹，该外螺纹用于将压力接头14固定在测量室的壁上或测量室的壁中，其中，所述外螺纹配合在测量室的壁的适配地成形的内螺纹中。
传感器元件18与压力接头14可如图1所示的那样与该压力接头14集成地构造。替代地，传感器元件18可借助焊接与压力接头14连接。压力接头14在其内部具有衔接到开口26上的通道28。通道28与压力接头14的柱体轴线22以及与压力传感器组件10的纵向延伸方向24同轴地延伸。介质从开口26出发通过通道28到达传感器元件18。
壳体底座16构造为板件30。例如，壳体底座16构造为金属板件并且与压力接头14焊接。壳体底座16尤其构造为六角形件并且更准确地说如下面还要详细解释的那样构造为深拉六角形件。板件30在其中心具有开口32，该开口的中心点可位于压力接头14的柱体轴线22上并且可以平行于压力接头14的纵轴线22地朝传感器壳体12的方向完全穿过板件30。为了该目的，开口32可以构造为通孔。板件30例如部分地置放在压力接头14上，使得传感器元件18穿过开口32并且从板件30朝传感器壳体12方向突出。
图2示出壳体底座16的一个局部的放大剖视图。示出的是壳体底座16的以压力接头14的柱体轴线22为参考位于径向外部的部分。壳体底座16具有可弹性变形的至少一个保持元件34。所述保持元件34可以构造为可弹性变形的舌片36。壳体底座16具有固定在压力接头14上的压力接头侧区段38以及具有传感器壳体侧区段40。传感器壳体侧区段基本上垂直于压力接头侧区段38延伸。保持元件34布置在传感器壳体侧区段40上。在此，保持元件34朝压力接头侧区段38的方向延伸。舌片36在此可如在下面还会详细描述的那样朝离开传感器壳体12的方向弹性变形。传感器壳体侧区段40例如具有缺口42，舌片36能向离开压力接头14柱体轴线22的方向被压到所述缺口中。
图3示出壳体底座16在传感器壳体侧区段40区域中的侧视图。可清楚地看到缺口42。舌片36可构造成在侧视图中上看为矩形。缺口42具有相应的形状并因此同样矩形地构造。
图4示出传感器壳体12的一个局部的放大剖视图。该传感器壳体12在面向壳体底座16的区域中具有近似倒U形的横截面。传感器壳体12具有面向壳体底座16的壁区段44。传感器壳体12的该壁区段44在此具有端侧46和外侧48。端侧46面向壳体底座16的压力接头侧区段38，而外侧48面向壳体底座16的传感器壳体侧区段40。传感器壳体12具有至少一个凹进部50。凹进部50构成在外侧48中。保持元件34如图1所示的那样嵌入到凹进部50中。显而易见，为每个保持元件34设置有一个适配的凹进部50。
图5示出传感器壳体12在壁区段44的外侧48区域中的侧视图。可清楚地看到凹进部50，舌片36可以嵌入到所述凹进部中。凹进部50在图5的侧视图中看矩形地构造。在此，凹进部50的深度沿朝向端侧46的方向增加。
如图1所示，传感器壳体侧区段40在传感器壳体12的外侧48上于外部至少区段地包围壁区段44。传感器壳体侧区段40尤其与传感器壳体12的外侧48同轴地布置。在传感器壳体12与壳体底座16之间可以设置密封装置52。密封装置52可以构造为O形环。壁区段44在端侧46中例如具有用于接收密封装置52的凹进部54。
传感器元件18在装配状态下位于传感器壳体12的内部。传感器元件18尤其这样布置在传感器壳体12中或传感器壳体12上，使得它能经受到介质，以测量介质压力。这可以这样实现：介质可以穿过压力接头14中的开口26和通道28到达传感器元件18。电路板20也位于传感器壳体12的内部。传感器元件18穿过电路板20，其方式是，该传感器元件穿过电路板20的相应开口56。因此，电路板20与传感器元件18同轴地布置。因此，电路板20上的分析处理电路介质密封地布置在介质之外。传感器元件18例如可构造为由特种钢制成的压力测量单元，该压力测量单元在背离介质的一侧具有以薄层技术制成的电阻。这些电阻可以接成惠斯通电桥，所述惠斯顿电桥的电阻基于施加的压力而变化。压力信号的准备和信号放大借助电路板20上未详细示出的分析处理电路进行，所述分析处理电路能以“专用集成电路”(英文：application specific integrated circuit(ASIC)，也称为定制芯片)的形式实现或者通过一种混合电路(Hybrid)实现。ASIC是已作为集成电路实现的电子电路。因此，ASIC的功能不能再被操作。压力测量单元与电路板20上的分析处理电路的接触可通过钎焊或者粘接在电接触面上的柔性薄膜实现，或者可通过附加的中间载体(Spacer)实现。中间载体在此借助于键合连接与压力测量单元接触。放置在中间载体上的分析处理电路例如被钎焊。
电路板20上的分析处理电路在未示出的器具插头(该器具插头导入并插入到传感器壳体12的背离壳体底座16的端部中)中的接触或者通过钎焊的柔性导线实现或者直接通过插头针58实现，所述插头针在从传感器壳体12到器具插头的过渡中通过可布置在传感器壳体12的内部中的软橡胶受密封。用于电接触的另一可能性通过螺旋弹簧或S形板簧60实现，所述螺旋弹簧或S形板簧使得能够简单地自动安装器具插头。
如上所述，壳体底座16构造为六角形深拉板件并且在扳手面上构成有六个舌片36。在装配压力传感器组件10时，将板件30焊接到压力接头14上并且在必要时通过未详细示出的加固肋加强，所述加强肋从传感器壳体侧区段40延伸到压力接头侧区段38并且使它们相互支撑。传感器壳体12构成有六个所述凹进部50，例如借助注塑工艺。然后将密封装置52置入到传感器壳体12的壁区段44的端侧46中的凹进部54中。替代地可以将密封装置52作为所谓的双组份注塑环一起注塑到传感器壳体12上。在装配时，将传感器壳体12推入到壳体底座16中。在此，舌片36被壁区段44弹性地在从传感器壳体12离开的方向上向外挤到或压到缺口42中。一旦传感器壳体12和壳体底座16共同地接触密封装置52，舌片36就由于其弹性预紧力而从缺口42朝传感器壳体12的方向重新返回到其初始位置。最后，舌片36嵌入到传感器壳体12的凹进部50中并且使两个构件固定地相互连接。密封装置52余留的弹性力用于传感器壳体12与壳体底座16之间的密封性并且同时用于传感器壳体12与壳体底座16之间的机械预紧力。基于这种纯机械连接而取消费事的焊接过程或类似过程。
Claims (3)
1.用于感测测量室中流体介质的压力的压力传感器组件(10)，包括：传感器壳体(12)；至少一个传感器元件(18)，所述传感器元件这样布置在所述传感器壳体(12)中或所述传感器壳体上，使得所述传感器元件能经受到所述介质，以测量所述介质的压力；压力接头(14)，所述压力传感器组件(10)能借助所述压力接头安装到所述测量室上或所述测量室中；以及壳体底座(16)，所述传感器壳体(12)布置在该壳体底座上，其特征在于，所述壳体底座(16)构造为金属板件(30)并与所述压力接头(14)焊接，其中，为了将所述传感器壳体(12)固定在所述壳体底座(16)上，所述壳体底座(16)具有能至少沿径向在离开所述传感器壳体(12)的方向上弹性变形的至少一个保持元件(34)，该径向是以压力接头(14)的柱体轴线(22)为参考，其中，所述传感器壳体(12)具有至少一个凹进部(50)，其中，所述保持元件(34)嵌入到所述凹进部(50)中，其中，所述壳体底座(16)具有压力接头侧区段(38)和传感器壳体侧区段(40)，其中，所述传感器壳体侧区段(40)至少区段地包围所述传感器壳体(12)的外侧(48)，其中，所述传感器壳体侧区段(40)与所述传感器壳体(12)的外侧(48)同轴地布置，其中，所述保持元件(34)布置在所述传感器壳体侧区段(40)上，其中，所述保持元件(34)朝所述压力接头侧区段(38)的方向延伸并且构造为能弹性变形的舌片(36)。
2.如权利要求1所述的压力传感器组件(10)，其中，所述传感器壳体侧区段(40)基本上垂直于所述压力接头侧区段(38)地布置。
3.如上述权利要求中任一项所述的压力传感器组件(10)，其中，在所述传感器壳体(12)与所述壳体底座(16)之间设置有密封装置(54)。
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