CN106949940A - 用于感测流动的流体介质至少一个流动特性的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于感测流体介质至少一个流动特性的传感器装置。传感器装置包括至少一个传感器壳体，其中，在传感器壳体中接收至少一个具有至少一个用于感测流动特性的流动传感器的电子模块，其中，电子模块至少部分地接收在电子室中，其中，在传感器壳体内部还接收至少一个湿度传感器，其中，传感器壳体具有至少一个用于以流体介质的湿度加载湿度传感器的进入口。传感器壳体具有至少一个用于将流体介质从电子室中排出的排出口，其中，凝胶被设置在电子室中，其中，凝胶至少部分覆盖电子模块，其中，传感器壳体具有至少一个向电子室方向伸出的突出部，其中，突出部伸入到凝胶中，其中，突出部限界至少一个通道，其中，通道连接进入口和排出口。

Description

用于感测流动的流体介质至少一个流动特性的传感器装置
技术领域
由现有技术已知多种用于确定流体介质、即液体和/或气体的流动特性的方法和装置。流动特性在此原则上可涉及任意的可物理地和/或化学地测量的特性，这些特性对流体介质的流动进行定性或者定量。在此尤其涉及流动速度和/或质量流量和/或体积流量。
背景技术
接下来尤其参考所谓的热膜空气质量测量计阐述本发明，例如在Konrad Reif(编者)：机动车中的传感器，2010第1版，第146-148页中所阐述的热膜空气质量测量计。这种热膜空气质量测量计通常基于传感器芯片，尤其是具有测量表面的硅传感器芯片，流动的流体介质可以从该测量表面上面流过。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，该温度传感器例如布置在传感器芯片的测量表面上。由温度传感器所感测的温度曲线的不对称性可推断出流体介质的质量流量和/或体积流量，该温度曲线受流体介质流动的影响。热膜空气质量测量计通常构型为插入式传感器，该插入式传感器可以固定地或可更换地安装到流动管中。该流动管例如可涉及内燃机的进气管道。
为了能够从热膜空气质量测量计的传感器信号中精确推断出流体介质的确定的流动特性，在许多情况下值得期望的是，能够提供关于流体介质的其他信息。因此例如在DE10 2010 043 083 A1中阐述一种用于感测流体介质的流动特性的传感器装置，该传感器装置具有含用于感测空气质量流量的传感器元件的空气质量流量计。此外，设置有湿度传感器。
虽然通过这些传感器装置可产生优点，但是这些传感器仍然具有改进潜力。即通过具有作为压力平衡元件起作用的集成膜片的合成材料框架保护在单独的电路板上的湿度传感器不受介质和机械作用的影响。为了保证湿度传感器有通向测量介质的通道，位于上方的电子室盖设置有进入口。湿度传感器具有湿度框架和与电子室盖在同一高度上的、对于湿度而言半渗透的膜片。流体介质可以通过电子室盖和湿度传感器之间的间隙或者经过电子室盖中的排出孔到达电子室中并且也可以从该电子室中排出。尤其水分的进入可能例如通过结冰损害在电子室中的电子构件。
发明内容
因此，提出一种用于感测流动的流体介质的至少一个流动特性的传感器装置，该传感器装置至少在很大程度上避免上述已知的传感器装置的缺点并且该传感器装置尤其构造用于实现流体介质改进地排出，从而实现湿度传感器的通风。
关于至少一个要被感测的流动特性(该流动特性可以被定性地和/或定量地感测)，可以例如参考对上述现有技术的说明。该流动特性尤其可涉及到流体介质的流动速度和/或质量流量和/或体积流量。流体介质尤其可涉及到气体，优选空气。传感器装置尤其可被应用在机动车技术中，例如被应用在内燃机的进气管道中。但是，其他的应用领域原则上也是可能的。
根据本发明的用于感测流体介质的至少一个流动特性的传感器装置包括至少一个传感器壳体。在此，根据本发明，传感器壳体理解为单件式或者多件式的装置，该装置至少在很大程度上向外封闭传感器装置并且至少在很大程度上保护传感器装置不受机械作用和优选的还有其他类型作用的影响，例如化学作用和/或湿气作用。传感器壳体尤其可以包括至少一个插入式传感器或构型为插入式传感器，其中，插入式传感器可置入到流动的流体介质中，其中，可考虑可更换的或者永久的置入。插入式传感器可以例如伸入到流动的流体介质的流动管中，其中，流动管自身可以是传感器装置的组成部分或者也可以设置为单独的构件，例如具有开口，插入式传感器可被置入到该开口中。插入式传感器和传感器壳体尤其可以至少部分地由合成材料制成，例如通过注塑方法。
在传感器壳体中接收具有至少一个用于感测流动特性的流动传感器的至少一个电子模块。在传感器壳体中的接收在此理解为，电子模块应至少部分地、优选完全地由传感器壳体包围。电子模块至少部分地布置在传感器壳体的至少一个电子室中。根据本发明，电子室理解为在传感器壳体内部的部分或者完全封闭的室，该电子室在至少一个方向上通过传感器壳体封闭。电子室优选包括传感器壳体中的至少一个从传感器壳体的表面可触及到的凹部，例如方形凹部。电子室可以(如接下来还会详细阐述)例如用于例如从表面出发进行装配，并且可以通过至少一个封闭元件、例如至少一个电子室盖永久地或者可逆地封闭。
在此，流动传感器原则上理解为任意的传感器元件，该传感器元件构型用于感测至少一个流动特性。流动传感器尤其能涉及至少一个例如上述类型的热膜空气质量测量计芯片。该热膜空气质量测量计芯片尤其可以包括至少一个具有测量表面的硅芯片，流动的流体介质流可以流过该测量表面。例如至少一个加热元件和至少两个温度传感器位于该测量表面上，其中，如上所述，由借助温度传感器感测的温度曲线的不对称性可推断出至少一个流动特性。至少一个流动传感器可以例如布置在电子模块的传感器载体上，该传感器载体伸入到流动的流体介质中。电子模块可以尤其单件式地构型并且可以尤其承载控制和/或分析电路，该控制和/或分析电路设置用于控制流动传感器和/或接收流动传感器的信号。与此相应，电子模块可以例如具有至少一个电路载体。此外，电子模块可以尤其具有至少一个传感器载体，该传感器载体与电路载体优选机械地连接。电路载体例如可以布置在传感器壳体的电子室中，并且传感器载体可以从电子室起伸出到流体介质中。特别优选的是，传感器壳体具有至少一个可由流体介质流过的流动通道，其中，电子模块的传感器载体(该传感器载体承载流动传感器)从电子室伸出到传感器壳体中的至少一个可由流体介质流过的流动通道中。该至少一个流动通道可以尤其单件式地构型，但是也可以具有至少一个主通道和至少一个从该主通道分岔的旁通通道，其中，传感器载体优选伸入到旁通通道中，这如基本上由现有技术已知的那样。
电子模块的电路载体可以尤其包括电路板，该电路板被独自使用或者该电路板例如也装配在机械载体上，例如呈冲压-弯曲件形式的底板上，该底板可以由金属材料制成。传感器载体可以与电路载体直接连接或者也可以与载体部件、例如与底板连接，其中，传感器载体被注塑成型到底板上。其他的构型原则上也是可能的。因此例如可考虑的是，由电路板材料制造电子模块，其中，电路载体和传感器载体都由电路板材料制成，优选由电路板材料的一部分制成。而替代地或者附加地，也可能的是，将由现有技术已知的注塑成型的电路板作为电子模块使用，例如将注塑成型的电路板使用在一个或者多个所谓的MID技术中(MID＝molded Interconnect device，模塑互连器件)。因此可考虑不同的构型。
此外，传感器装置具有至少一个湿度传感器。湿度传感器被接收在传感器壳体内部。而在传感器壳体内部的布置理解为以下布置，在该布置中，湿度传感器至少部分地、优选完全地由传感器壳体包围。湿度传感器原则上理解为任意的传感器元件，该传感器元件设置用于感测流体介质的湿度。在此例如考虑电阻的和/或电容的传感器元件，如由现有技术已知的那样。这种湿度传感器例如由Konrad Reif(编者)，2010第1版，第98-101页阐述。然而原则上也替代地或者附加地考虑其他类型的湿度传感器用于根据本发明的应用。
传感器壳体具有至少一个用于以流体介质的湿度加载湿度传感器的进入口。此外，传感器壳体具有至少一个用于将流体介质从电子室中排出的排出口。在电子室中设置凝胶。凝胶至少部分地覆盖电子模块。凝胶优选是固化的从而不再能流动。此外，传感器壳体具有至少一个向着电子室方向伸出的突出部。突出部伸入到凝胶中。突出部在此限界通道。该通道连接进入口和排出口。相应地，涌入到电子室中的流体介质通过通道被导向到排出口。
如上面所提及，传感器壳体优选具有至少一个电子室盖。电子室盖构造用于封闭电子室。电子室盖具有突出部。由此，当电子室通过电子室盖被封闭时，通道形成。在此，通道由电子室盖、突出部和凝胶分别在侧面限界。
进入口和/或排出口优选构造在电子室盖中。替代地或者附加地，进入口和/或排出口可以构造在传感器壳体自身中。突出部可以限界进入口和排出口。
电子模块可以具有湿度传感器。电子模块可以例如具有电路载体，其中，湿度传感器被布置在电路载体上。如上面所提及，电子模块可以包括传感器载体。传感器载体可以承载流动传感器并且从电子室伸入到传感器壳体中的至少一个可由流体介质流过的流动通道，其中，流动传感器和湿度传感器被布置在电子模块的同侧。电子模块例如具有控制和/或分析电路，其中，控制和/或分析电路被布置在电路载体上，其中，控制和/或分析电路和湿度传感器共同被布置在电路载体的一个侧面上。
通道可以构造用于湿度传感器的通风。通风在此理解为引起流体介质在从进入口到排出口的通道内部形成流动。这尤其可以由此引起：传感器壳体如此构造，使得当壳体被流体介质绕流时，在进入口区域出现比在排出口区域更高的静压强。在此，在进入口和排出口区域的静压强理解为从外部通过流体介质作用到进入口和排出口的各自横截面上的静压强，即，从传感器壳体的周围环境向着传感器壳体内部或者说通道内部方向上作用的静压强。
根据本发明，静压强理解为施加到每个面积上的力的比值，该面积与流体有关，该力与面积的大小成比例地作用。静压强例如根据公式Pstat.＝ρ×g×h求得，其中，ρ为流体的密度，g为重力加速度并且h为该面上的流体柱高度。
在本发明范围内，在进入口与排出口之间的压强差通过传感器壳体的结构措施来实现。因此可以例如通过进入口和排出口的横截面积、位置和形状的相应设计实现压强差。其他的结构措施，例如涡流器或者电子室盖的形状，可以引起流体在通道中从进入口到排出口的流动。
湿度传感器可以具有至少一个测量腔，其中，测量腔通过至少一个对于湿度而言至少部分可渗透的膜片和一个框架来限界。
进入口原则上可以具有任意的横截面，例如矩形和/或圆形和/或多边形横截面。其他的构型也是可能的。
突出部可以自身形成通道。电子室盖例如双壁式地构造，使得突出部形成通道。该实施方式可以在下述情况中使用，在该情况中认为，凝胶在固化时不形成平坦的表面。通过呈通道形式的突出部可以由此实现用于通道的规定的横截面比例。
此外，传感器装置也可以包括一个或者多个其他的、用于感测流体介质的至少一个其他物理的和/或化学的特性的传感器元件。此外，传感器装置尤其可以具有至少一个温度传感器，尤其是至少一个布置在传感器壳体外侧面上的温度传感器。温度传感器例如可以如此布置在传感器壳体外侧面上，使得该温度传感器在与湿度传感器对置的侧面上布置。然而其他的构型原则上也是可能的。温度传感器尤其可以被布置在传感器壳体的侧壁上的至少一个凹部中。温度传感器可以尤其包括至少一个与温度相关的电阻。替代地或者附加地，也可使用其他类型的温度传感器。温度传感器可以尤其自由地被流动的流体介质流过，即，不被传感器元件的传感器壳体包围。温度传感器可以尤其通过力锁合和/或形状锁合而与传感器壳体连接，其中，例如温度传感器的馈给导线与传感器壳体的外壁楔紧或者以其他方式连接。温度传感器的馈给导线可以尤其被引入到传感器壳体的内部并且在那里例如与电子模块连接和/或与传感器装置的插接连接器连接。原则上可考虑不同的其他构型。
此外，传感器装置可以例如具有压力传感器。在此压力传感器原则上理解为任意的传感器元件，该传感器元件设置用于感测流体介质的压力。在此，尤其可以涉及例如由Konrad Reif(编者)，2010第1版，第80-82页所阐述的压力传感器。然而其他类型的压力传感器也可替代地或者附加地使用，例如直接基于一个或者多个应变测量片或者类似压力传感器元件的使用的压力传感器。
附图说明
本发明的其他可选的细节和特征由接下来对优选实施例的阐述得出，该优选实施例在附图中示意性示出。
本发明示出：
图1根据本发明的用于感测流体介质的至少一个流动特性的传感器装置的爆炸示图，
图2传感器装置的横截面视图，和
图3传感器装置的俯视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于感测流动的流体介质的至少一个流体特性的传感器装置10的分解视图。传感器装置10在本实施例中构型为热膜空气质量测量计并且包括插入式传感器12。插入式传感器12可以置入到流体介质的、例如吸入空气质量流的流动中，例如可以可逆地插入或者永久安装到进气管中。插入式传感器12包括传感器壳体14。在传感器壳体14中接收通道区域16和具有进入到传感器壳体14的电子室20的电子区域18。通道区域16可以由旁通通道盖22封闭。在旁通通道盖22中构造有可由流体介质流过的流动通道24。流动通道24具有主通道26和由其分支的旁通通道28。
电子模块30被接收在电子室20中。电子模块30具有含控制和/或分析电路34的电路载体32，该电路载体例如可以被接收在底板36上。此外电子模块30具有呈注塑成型到底板36上的翼的形状的传感器载体38。传感器载体38伸入到旁通通道28中。流动传感器40以热膜空气质量测量计芯片的形式被嵌入到传感器载体38中。
此外，传感器装置10具有湿度传感器42。湿度传感器42被接收在传感器壳体14内部。因此湿度传感器42被布置在电子模块30的电路载体32上。传感器载体38、底板36和电路载体32形成电子模块30，该电子模块可以附加地包括控制和/或分析电路34。除了传感器载体38外附加地还有电路载体32的电子器件和控制和/或分析电路34被粘接到底板36上。流动传感器40、湿度传感器42和控制和/或分析电路34通常通过键合相互连接。如此形成的电子模块30例如被粘接到电子室20中。
此外，传感器装置10具有电子室盖44。电子室盖44构造用于封闭电子室20。在此可以永久地或者可逆地进行封闭。此外，传感器装置10具有至少一个用于以流体介质的湿度加载湿度传感器42的进入口46。进入口46构造在电子室盖44中。此外，传感器装置10具有至少一个用于将流体介质从电子室20中排出的排出口48。排出口48同样构造在电子室盖44中。进入口46和排出口48相互间隔开地布置。进入口46和排出口48例如被布置在电子室盖44的相对置的纵侧面上。
图2示出传感器装置10横截面视图。如在图2中所示，湿度传感器42具有至少一个测量腔50。测量腔50通过至少一个对于湿气而言至少部分可渗透的膜片52和一个框架54来限界。湿度传感器42可以构型为湿度模块56或者包含在湿度模块56中。凝胶58设置在电子室20中。凝胶58覆盖电子模块30并且尤其至少部分地覆盖电路载体32。在此凝胶58例如借助热处理或者借助紫外线被固化，从而不再能流动。传感器装置10具有向着电子室20方向伸出的突出部60。电子室盖44尤其具有突出部60。突出部60例如构造为密封剑状物。在此突出部60伸入到凝胶58中。换言之，突出部60刺入到凝胶58中。凝胶58在此保护了传感器装置10的电子器件。电子室盖44设置用于机械保护。
图3示出传感器装置10的俯视图。出于图示的原因，透明地示出电子室盖44，其中，只示出突出部60的固定轮廓。突出部60限界了通道62。通道62连接进入口46和排出口48。相应地，涌入到电子室20中的流体介质可以在排出口48区域再次在通道62内部离开电子室20。由此湿度传感器42可以被通风。如从图3可看出，突出部60限界进入口46和排出口48。
如在图1中示出，流动传感器40和湿度传感器42被布置在电子模块30的同侧64上。换言之，流动传感器40和湿度传感器42共同被布置在电子模块30的同一个侧面64上。湿度传感器42和控制和/或分析电路34尤其共同地被布置在电路载体32的侧面66上。
传感器装置10可以构造用于感测流体介质的其他流动特性。此外，如在图1中所示，传感器装置10例如还可以具有至少一个温度传感器68，该温度传感器构造用于感测流体介质的温度。温度传感器68可以被布置在传感器壳体14的外侧面上。例如温度传感器68可以如此布置在传感器壳体14的与湿度传感器42对置的外侧面上。温度传感器68尤其可以布置在至少一个在传感器壳体14的侧壁或者说背侧上的凹部中。此外，如在图1中所示，传感器装置还可以具有壳体密封件70，该壳体密封件构造用于传感器壳体14相对于流动管的密封。

Claims (10)

1.传感器装置(10)，用于感测流体介质的至少一个流动特性，所述传感器装置包括至少一个传感器壳体(14)，其中，在所述传感器壳体(14)中接收至少一个电子模块(30)，该电子模块具有至少一个用于感测流动特性的流动传感器(40)，其中，所述电子模块(30)至少部分地被接收在电子室(20)中，其中，在所述传感器壳体(14)内部还接收至少一个湿度传感器(42)，其中，所述传感器壳体(14)具有至少一个用于以流体介质的湿度加载所述湿度传感器(42)的进入口(46)，其特征在于，所述传感器壳体(14)还具有至少一个用于将流体介质从所述电子室(20)中排出的排出口(48)，其中，在所述电子室(20)中设置凝胶(58)，其中，所述凝胶(58)至少部分地覆盖所述电子模块(30)，其中，所述传感器壳体(14)具有至少一个向着所述电子室(20)方向伸出的突出部(60)，其中，所述突出部(60)伸入到所述凝胶(58)中，其中，所述突出部(60)限界至少一个通道(62)，其中，所述通道(62)连接所述进入口(46)和所述排出口(48)。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(10)，其中，所述传感器壳体(14)具有电子室盖(44)，其中，所述电子室盖(44)构造用于封闭所述电子室(20)，其中，所述电子室盖(44)具有所述突出部(60)。
3.根据权利要求2所述的传感器装置(10)，其中，至少所述进入口(46)和/或所述至少一个排出口(48)在所述电子室盖(44)中和/或在所述传感器壳体(14)中构造。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述突出部(60)限界所述进入口(46)和所述排出口(48)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述电子模块(30)具有所述湿度传感器(42)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述电子模块(30)具有电路载体(32)，其中，所述湿度传感器(42)被布置在所述电路载体(32)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述电子模块(30)包括传感器载体(38)，其中，所述传感器载体(38)承载所述流动传感器(40)并且从所述电子室(20)伸出到所述传感器壳体(14)中的可由所述流体介质流过的流动通道中，其中，所述流动传感器(40)和所述湿度传感器(42)被布置在所述电子模块(30)的同一侧面(64)上。
8.根据权利要求7所述的传感器装置(10)，其中，所述电子模块(30)具有控制和/或分析电路(34)，其中，所述控制和/或分析电路(34)被布置在所述电路载体(32)上，其中，所述控制和/或分析电路(34)和所述湿度传感器(42)共同被布置在所述电路载体(32)的一个侧面(66)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述通道(62)构造用于所述湿度传感器(42)的通风。
10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述湿度传感器(42)具有至少一个测量腔(50)，其中，所述测量腔(50)通过至少一个对于湿气而言至少部分可渗透的膜片(52)和一个框架(54)来限界。
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