CN106030258A - 用于确定流过通道的流体介质的至少一个参数的传感器组件 - Google Patents
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Abstract
提出用于确定流过通道(30)的流体介质、尤其是内燃机吸入空气质量流的至少一个参数的传感器组件(10)。所述传感器组件(10)包括：传感器壳体(12)，尤其是已安装或者可安装到通流管中的插接式探测器，所述通道(30)构造在该传感器壳体中；和用于确定所述流体介质的参数的至少一个布置在所述通道(30)中的传感器芯片(36)。传感器壳体(12)具有壳体主体(16)和盖(18)。通道(30)具有进到通道(30)中的入口(20)以及至少一个从所述通道(30)出来的出口(32)，所述入口与流体介质的主流动方向(18)相反地指向。所述通道(30)构造在盖(18)中，并且盖(18)与壳体主体(16)借助于力锁合连接相连接。
Description
背景技术
由现有技术公知用于确定流体介质(即液体和/或气体)的至少一个流动特性的多种方法和装置。在此，作为可能的参数的流动特性可以涉及可测的任意物理和/或化学特性，这些特性定量或者定性流体介质的流动。在此，尤其可以涉及流动速度和/或质量流和/或体积流。
在下文中尤其参照所谓的热膜式空气质量测量器来阐述本发明，该测量器例如由Konrad Reif(编者)：机动车中的传感器(Sensoren imKraftfahrzeug)，2010第1版，146至148页公知。这种热膜式空气质量测量器通常基于传感器芯片、尤其是硅传感器芯片，其例如具有作为测量表面的传感器膜片或可被流动的流体介质淹没的传感器区域。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探测器，这些温度探测器例如布置在传感器芯片的测量表面上，其中，一个温度探测器安置在加热元件的上游，而另一个温度探测器安置在加热元件的下游。由被温度探测器所感测的、被流体介质的流动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器通常构造为插接式探测器，该插接式探测器能够以固定的方式或者以可更换的方式被置入到通流管中。该通流管例如可涉及内燃机的进气管。
在此，一部分介质流流过至少一个设置在热膜式空气质量测量器中的主通道。在主通道的入口和出口之间构成有旁路通道。所述旁路通道通常尤其这样构成：该旁路通道具有用于使通过主通道入口进入的部分介质流转向的弯曲区段，其中，该弯曲区段在进一步的延伸中转变成布置有传感器芯片的区段。最后提到的区段是真正的测量通道，传感器芯片布置在该测量通道中。
这种热膜式空气质量测量器在实践中必须满足多个要求。除了通过合适的在流动技术上的构型在整体上减小所述热膜式空气质量测量器上的压降的目标外，主要的挑战在于，进一步改善装置的信号质量以及针对由油滴和水滴以及灰粒、尘粒和其他固体颗粒形成的污染的稳健性。该信号质量例如涉及通过通向传感器芯片的测量通道的介质质量流，以及可能涉及信号漂移的减弱和信噪比的改善。在此，该信号漂移涉及例如介质质量流的“在实际出现的质量流与在制造时的校准范畴内测定的待输出信号之间的特性线关系的改变的意义上”的偏差。在测定信噪比时，观察以快速的时间顺序发出的传感器信号，相反，特性线漂移或信号漂移涉及平均值的改变。
在所述类型的传统热膜式空气质量测量器中，传感器载体通常伸入到测量通道中，所述传感器载体具有安装或置入在其上的传感器芯片。该传感器芯片例如可以贴入传感器载体中或者粘贴在传感器载体上。该传感器载体例如可以与金属制成的底板构成一个单元，在该底板上也可以粘贴电子部件、操控和分析处理电路(其例如具有电路载体，尤其是电路板)。传感器载体例如可以构型为电子模块的注塑上去的塑料件。传感器芯片以及所述操控和分析处理电路例如可以通过键合连接相互连接。这样形成的电子模块例如可以贴入到传感器壳体中，并且整个插接式探测器可以被盖封闭。
DE 10 2011 005 768 A1阐述了一种用于感测流体介质的至少一个特性的装置，该装置具有至少一个置入到流体介质中的传感器壳体。该传感器壳体具有至少一个可通流流体介质的通道，该通道具有至少一个排出口。流体介质可以在流过所述通道后由排出口流出。传感器壳体具有至少一个壳体主体和至少一个盖。排出口布置在盖中。壳体主体具有至少一个嵌接到排出口中的凸缘区段，该凸缘区段形成排出口边缘的至少一部分。
虽然由背景技术公知的装置具有很多优点，但它们仍然包含涉及功能方面的改善潜能。这种装置通常具有放置在传感器壳体的电子装置室中的电子模块。电子模块、传感器壳体的其余区域(所述通道构造于其中)和盖这样设计，使得传感器载体的带传感器芯片的部分位于通道的环流区域中。另外的带电子部件的部分针对外部作用受保护地布置在传感器壳体的电子装置室中。这些区域通过盖上的粘贴中插板(Klebeschwert)分开，所述粘贴中插板位于传感器芯片中间位置上方。在此，传感器壳体的盖和壳体主体的配合有时未明确限定。因为盖和壳体主体通常来自于具有多个空腔的注塑机，所以盖和壳体主体的实际尺寸有偏差。因此产生的盖相对于壳体主体的相对位置有波动。盖的位置公差再次导致特性线走向的变化，该变化必须以补偿过程来补偿。
发明内容
因此提出一种用于确定流过通道的流体介质的至少一个参数的传感器组件，该传感器组件可以至少在很大程度上避免公知的方法和策略的缺点，并且在该传感器组件的情况下始终保证所述通道相对于壳体主体并且尤其相对于传感器芯片位置的预给定位置精确相同。
用于确定流过通道的流体介质的、尤其是内燃机吸入空气质量流的至少一个参数的传感器组件包括：传感器壳体，尤其是已置入或可置入到通流管中的插接式探测器(Steckfühler)，在该探测器中构造有通道；以及至少一个布置在该通道中的用于确定流体介质参数的传感器芯片，其中，传感器壳体具有壳体主体和盖。所述通道具有进入该通道中的入口和至少一个由通道出来的出口，所述入口与流体介质的主流动方向相反地指向。所述通道构造在盖中，并且该盖与壳体主体通过力锁合连接进行连接。
该力锁合连接可以例如是过盈配合。盖可以具有接收部。壳体主体可以具有凸起。为了形成力锁合连接，该凸起可以嵌接到接收部中。该凸起可以沿第一延伸方向从壳体主体突出。在从垂直于第一延伸方向的横截面中看，该凸起可以具有三角形的横截面。盖可以具有至少一个盖侧的支承面。壳体主体可以具有至少一个壳体主体侧的支承面。盖侧的支承面和壳体主体侧的支承面可以相互接触。从凸起到壳体主体侧支承面的第一间距可以小于从接收部到盖侧支承面的第二间距。所述盖可以具有至少三个盖侧的支承面。所述壳体主体可以具有至少三个壳体主体侧的支承面。各一个盖侧支承面可以接触一个壳体主体侧的支承面。由此实现三点支承。凸起可以在接收部中塑性变形。凸起可以基本上垂直地从壳体主体突出。传感器壳体还可以具有电子装置室。传感器芯片可以布置在传感器载体上，该传感器载体从电子装置室中沿第二延伸方向延伸到所述通道中。凸起可以与电子装置室对置地布置成它们之间的通道处在所述延伸方向上。凸起可以垂直于所述延伸方向延伸。
在本发明的范畴内，主流动方向要理解为流体介质在传感器或者说传感器组件的位置处的局部流动方向，其中，例如可保持不考虑局部的不均匀性、例如涡流。因此，主流动方向尤其可以理解为流动的流体介质在传感器组件位置处的局部平均输送方向。在此，该平均输送方向涉及一输送方向，流体介质在时间上平均地主要沿该输送方向流动。
在此，在本发明的范畴内，壳体主体和盖要理解为传感器壳体的至少两个构件，它们共同起作用并且例如处于直接的接触中。根据本发明提出，在这些构件之间设置力锁合的接触。附加地，形状锁合和/或材料锁合的连接是可能的。
在本发明的范畴内，力锁合连接要理解为一连接，在该连接的情况下，有法向力作用到待相互连接的面上。只要不超过通过静摩擦引起的反力，待连接的面的相互移动就被阻止。当切向作用的载荷力比静摩擦力大时，失去力锁合或者摩擦锁合并且这些面在彼此上滑移，这如同在自驱动的车辆的情况下车轮与轨道或者街面之间。在本发明的范畴内，相应地，力锁合连接是这样的连接：在该连接的情况下，对用于使待连接的构件相对彼此移动的力起反作用的静摩擦大于该用于移动的力。力锁合连接可以尤其为过盈配合，但并不仅仅为过盈配合。
在本发明的范畴内，过盈配合要理解为一配合，在该配合的情况下，在由连接对制成的构件上存在过盈尺寸。两个成对的、带公差的构件之间的尺寸关系被称为配合，其中，两个部件具有相同的名义尺寸，然而公差带的位置和大小可以是不同的。配合始终标定公差，接收部(例如孔)和待置入其中的构件(例如轴颈或拱顶)的实际尺寸允许在该公差内变动。接收部的最大尺寸在任何情况下都小于待置入其中的构件的最小尺寸。
壳体主体和盖可以各自一体式或者也可以多体式地构型。在此，盖一般理解为传感器壳体的一构件，该构件围绕排出口形成朝向(zuweisend)位于传感器壳体外的流体介质的表面。而壳体主体则是在排出口区域中布置在与该表面对置的传感器壳体侧面上的结构元件。根据本发明提出，在盖中构造所述至少一个通道。壳体主体和/或盖可以例如完全地或部分地由塑料材料制造，然而，替代地或附加地也可使用其他材料，例如陶瓷材料和/或金属材料。壳体主体和盖例如可以为插接式探测器的组成部分。
所述排出口在原则上可以具有任意的横截面，例如圆形的、椭圆形的、多边形的或者缝形的横截面。排出口可以优选布置在插接式探测器的侧面上，该侧面这样布置在通流管中：该侧面优选基本上平行于主流动方向地定向，即与主流动方向的平行定向的偏差优选不大于20°，尤其不大于10°，尤其优选不大于50°。
其他的可能构型涉及传感器组件的所述通道。该通道可以一体式或者多体式地构型。在该通道中尤其可以接收用于感测至少一个参数的至少一个传感器元件。所述传感器元件尤其可以涉及热膜式空气质量测量器-传感器元件，例如根据上面的阐述的热膜式空气质量测量器-传感器芯片。然而也可替代地或附加地实现其他构型。
所述通道可以尤其具有至少一个主通道和至少一个从该主通道分出的旁路通道。传感器元件可以尤其布置在可选的所述至少一个旁路通道中。主通道例如可以从端侧的、位于上游的进入口延伸向排出口。旁路通道可以从主通道分支出并且通到一个或多个旁路通道排出口中，所述排出口例如可以同样布置在插接式探测器的侧面和/或布置在顶端上，该顶端最远伸入到流动的流体介质中。然而其他的构型也是可能的。
所述盖可以尤其具有朝向流体介质的外侧面。该外侧面例如可以朝向位于传感器壳体外侧的、尤其是位于通流管中的流体介质，并且例如可以被通流管中的流体介质环流或冲刷。所述通道，例如所述主通道，在排出口方面可以这样构型，使得由排出口流出的流体介质以锐角流入在传感器壳体外沿主流动方向流动的流体介质中。
所述盖和所述壳体主体可以具有支承面，这些支承面阻止这些构件的相对彼此的相对运动。在本发明的范畴内，支承面要理解为第一构件(例如盖)的面，第二构件(例如壳体主体)可以相对于第一构件运动直至所述面。
本发明的基本构思是在所述盖中构造所述通道。这样成形的盖不仅具有封闭壳体的任务，而且也承担对空气流动的导向。为了保证所述通道相对于壳体主体、尤其是相对于传感器芯片位置的位置始终相同，盖在放到壳体主体中时就必须已经被置于其最终位置中并且该最终位置在放下后不允许以任何方式再改变，例如由于扭转或弹起而造成的改变。
所述盖始终在相同位置中被定位在壳体主体中。通过盖与壳体主体之间的、例如通过呈嵌接到接收部中的夹紧拱顶(Klemmdom)形式的凸起实现的力锁合连接，该夹紧拱顶施加压力。通过该压力将盖挤压到壳体主体中的匹配的支承面上，由此盖不再能移动。因此，盖的在制造过程中必然出现的位置公差被减小化，并且传感器可以在产量相同的情况下以公差规定得更窄的特性线生产。以特别的功能面为前提，即使在组合来自不同模腔的盖和壳体主体时也能有效地实现窄的位置公差。因为功能面局限于很小的区域，所以可以用小耗费修正这些功能面，直到达到期望的配合。
附图说明
本发明的其他可选的细节和特征由接下来的优选实施例的阐述中得出，该实施例在附图中示意性示出。
图1：未封闭状态下的传感器组件的立体视图，
图2：传感器组件的盖的立体视图，
图3：传感器组件的壳体主体的放大立体视图，
图4：盖的另一立体视图，
图5：盖的另一立体视图，
图6：装配过程开始时的传感器壳体的剖视图，
图7：在装配过程的中间阶段期间传感器壳体的剖视图，
图8：在装配过程的最终阶段期间传感器壳体的剖视图。
具体实施方式
图1示出用于确定流过通道的流体介质的参数的传感器组件10。在本实施例中，传感器组件10构型为热膜式空气质量测量器并且尤其能够感测内燃机的吸入空气质量流。在本实施例中，传感器组件10包括传感器壳体12。传感器壳体12构造为插接式探测器，该插接式探测器例如可以插入到通流管中，尤其是插入到内燃机的进气管中。在传感器壳体12中构造有如之后更详细地阐述的那种通道结构14。传感器壳体12具有壳体主体16和盖18。
图2示出盖18的立体视图。通道结构14构造在盖18中。有代表性的量的流体介质可以经由在置入状态下与流体介质的主流动方向22相反地指向的进入口或者说入口20流过通道结构14。通道结构14具有主通道24以及从主通道24分出的旁路通道或者说测量通道30，所述主通道通到传感器壳体12的、更确切地说是涉及图1中的图示的壳体主体16的下侧面28上的主通道出口26中，所述旁路通道或者说测量通道30通到该测量通道30的测量通道出口32中。
图3示出壳体主体16的放大立体视图。如在传统的空气质量测量器中那样，传感器载体34以翼部的形式突出到测量通道30中。传感器芯片36这样装入到该传感器载体34中，使得构造为传感器芯片36传感器区域的传感器膜片被流体介质淹没。传感器载体34与传感器芯片36为电子模块38的组成部分，该电子模块具有弯曲的底板40以及安装(例如粘贴)在底板上的、具有操控或分析处理电路44的电路板42。传感器载体34例如可以作为塑料构件注塑到底板40上。例如作为注塑构件注塑到底板40上并且可以与电路板42的底板40集成地构造的传感器载体34设有迎流棱边，其可以构型成被倒圆角。
传感器芯片36与操控和分析处理电路44通过可以构型为键合线的电连接装置电连接。这样形成的电子模块38被置入、例如被粘入到传感器壳体12的并且更确切地说是壳体主体16的电子装置室46中。这可以这样进行，使得传感器载体34在此伸入到通道结构14中，如图1和图3所示。然后电子装置室46被未详细示出的电子装置室盖封闭。
如图3所示，壳体主体16具有凸起48。该凸起48位于壳体主体16的盖接收区段50中。盖接收区段50构造用于接收盖18。换言之，盖接收区段50是壳体主体16的装配盖18以形成传感器壳体12的那个区段。盖接收区段50位于壳体主体16的前侧区域52中，即位于壳体主体16的布置在流体介质中的那个区域中。凸起48在盖接收区段50中从壳体主体16沿第一延伸方向54突出。在垂直于第一延伸方向54的横截面中看，凸起48具有三角形的横截面。凸起48例如构造为拱顶56。凸起48尤其垂直地从壳体主体16突出。在盖18装配在壳体主体16上的状态下，凸起48尤其与电子装置室46对置地布置成两者之间的测量通道30处在第二延伸方向58上，传感器载体34沿该第二延伸方向延伸到测量通道30中。在此，凸起48垂直于第二延伸方向58延伸。
如图3示出盖18的立体视图，在该盖中构造有通道结构14。盖18具有用于凸起48的接收部60。为了形成传感器壳体12，盖18与壳体主体16借助于力锁合连接相连接，这在接下来会详细阐述。该力锁合连接例如可以是过盈配合。为了形成力锁合连接，凸起48嵌接到接收部60中。
图4从盖18的下游侧示出它的立体视图。图5还从盖18的面向电子装置室46的一侧示出它的另一立体视图。盖18具有至少一个盖侧的支承面。例如，盖18具有至少三个盖侧的支承面62。壳体主体16具有至少一个壳体主体侧的支承面64。例如，壳体主体16具有三个壳体主体侧的支承面。在装配状态下，盖侧的支承面62接触壳体主体侧的支承面64。凸起48相对于壳体主体侧的支承面64的间距小于接收部60相对于盖侧的支承面62的第二间距。由此实现将盖18固定在它在壳体主体16上的位置上的过盈配合。尺寸差别导致凸起48的尖端在接收部60的对应面中抓在盖18上，由此盖18不可再扭转。在到达所述位置之后，该盖也不能再弹回或移动，如在后面还会详细阐述的那样。
在后面根据图6到图8阐述用于制造传感器组件10或者说用于将盖18装配在壳体主体16上的装配过程的不同方法步骤。在此，图6示出装配过程开始时传感器壳体12的剖视图。图7示出在装配过程的中间阶段期间传感器壳体12的剖视图。图8示出在装配过程的最终阶段期间传感器壳体12的剖视图以及盖18在壳体主体16上的最终位置。
如图6所示，在开始时将盖18松地放到壳体主体16上。在此，支承面62和64相互接触。然后将盖18进一步向壳体主体16的方向挤压。在此，该挤压平行于第一延伸方向54进行，凸起48沿所述第一延伸方向延伸。如图7所示，在此，凸起48接喙在接收部60上。如图8所示，最终将盖18进一步向壳体主体16的方向挤压。在此，凸起48深地被挤压到接收部60中并且将盖18移动到该盖的侧面位置中并且通过该凸起48的尖端的挤压抓在盖18中，即凸起48在接收部60中塑性变形。凸起48在装配时承担的任务是将盖18导向到壳体主体16上并且将盖18压靠在为此设置的面上。通过分别三个支承面62和64形成三点支承，使得盖18不能再相对于壳体主体16围绕第一延伸方向54转动。在最终位置中，盖18也不能再弹回或移动。
Claims (10)
1.用于确定流过通道(30)的流体介质、尤其是内燃机吸入空气质量流的至少一个参数的传感器组件(10)，其中，所述传感器组件(10)包括：传感器壳体(12)，尤其是已安装或者可安装到通流管中的插接式探测器，所述通道(30)构造在该传感器壳体中；和至少一个布置在所述通道(30)中用于确定所述流体介质的参数的传感器芯片(36)，其中，所述传感器壳体(12)具有壳体主体(16)和盖(18)，其中，所述通道(30)具有进入到所述通道(30)中的入口(20)以及至少一个从所述通道(30)出来的出口(32)，所述入口与所述流体介质的主流动方向(18)相反地指向，
其特征在于，所述通道(30)构造在所述盖(18)中，并且所述盖(18)与所述壳体主体(16)借助于力锁合连接相连接。
2.根据上一项权利要求所述的传感器组件(10)，其中，所述力锁合连接为过盈配合。
3.根据上述权利要求中任一项所述的传感器组件(10)，其中，所述盖(18)具有接收部(60)，其中，所述壳体主体(16)具有凸起(48)，其中，所述凸起(48)为了构成所述力锁合连接而嵌接到所述接收部(60)中。
4.根据上一项权利要求所述的传感器组件(10)，其中，所述凸起(48)沿第一延伸方向(54)从所述壳体主体(16)突出，其中，所述凸起(48)在垂直于所述第一延伸方向(54)的横截面中看具有三角形的横截面。
5.根据上两项权利要求中任一项所述的传感器组件(10)，其中，所述盖(18)具有至少一个盖侧的支承面(62)，其中，所述壳体主体(16)具有至少一个壳体主体侧的支承面(64)，其中，所述盖侧的支承面(62)和所述壳体主体侧的支承面(64)相互接触，其中，所述凸起(48)相对于所述壳体主体侧的支承面(64)的第一间距小于所述接收部相对于所述盖侧的支承面(62)的第二间距。
6.根据上一项权利要求所述的传感器组件(10)，其中，所述盖(18)具有至少三个盖侧的支承面(62)，其中，所述壳体主体(16)具有至少三个壳体主体侧的支承面(64)，其中，各一个盖侧的支承面(62)接触一个壳体主体侧的支承面(64)。
7.根据上四项权利要求中任一项所述的传感器组件(10)，其中，所述凸起(48)在所述接收部(60)中塑性变形。
8.根据上五项权利要求中任一项所述的传感器组件(10)，其中，所述凸起(48)基本上垂直地从所述壳体主体(16)突出。
9.根据上六项权利要求中任一项所述的传感器组件(10)，其中，所述传感器壳体(12)还具有电子装置室(46)，其中，所述传感器芯片(36)布置在传感器载体(34)上，该传感器载体从所述电子装置室(46)沿第二延伸方向(58)延伸到所述通道(30)中，其中，所述凸起(48)与所述电子装置室(46)对置地布置成位于其间的通道(30)处在所述第二延伸方向(58)上。
10.根据上一权利要求所述的传感器组件(10)，其中，所述凸起(48)垂直于所述第二延伸方向(58)延伸。
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