CN106969790B - 用于感测流体介质的至少一个流动特性的传感器装置 - Google Patents

用于感测流体介质的至少一个流动特性的传感器装置 Download PDF

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Abstract

用于感测流体介质流动特性的传感器装置，其包括传感器壳体。传感器壳体包括电子部件室。在电子部件室中接收电子模块，其具有用于感测流动特性的流动传感器。在传感器壳体中还接收用于感测温度的温度探测器。传感器壳体还具有插头区域。在插头区域中接收用于电连接电子模块的插头区域导电轨。电子模块借助于温度探测器导电轨与所述温度探测器电连接。温度探测器导电轨至少部分地相互叠置和/或插头区域导电轨分别具有第一连接区段，第一连接区段分配给所述电子模块，温度探测器导电轨分别具有第二连接区段，第二连接区段分配给所述电子模块，第一连接区段和第二连接区段相互平行地延伸，第二连接区段比第一连接区段短。

Description

用于感测流体介质的至少一个流动特性的传感器装置
技术领域
本发明涉及用于感测流体介质的至少一个流动特性的传感器装置。
背景技术
由现有技术已知多种用于确定流体介质的、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/或可化学地测量的特性，这些特性对流体介质的流动进行定性或者定量。在此特别涉及流动速度和/或质量流量和/或体积流量。
接下来特别参考所谓的热膜空气质量测量计阐述本发明，所述热膜空气质量测量计例如在Konrad Reif(编者)：Sensoren im Kraftfahrzeug(机动车中的传感器)，2010第1版，第146-148页中阐述。这种热膜空气质量测量计通常基于传感器芯片、尤其硅传感器芯片，该传感器芯片具有测量表面，流动的流体介质可以流过该测量表面。所述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，它们例如布置在传感器芯片的测量表面上。由温度探测器所感测的温度曲线的不对称性可推导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的流动影响。热膜空气质量测量计通常构型为插接式探测器，该插接式探测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，在许多情况下期望的是，能够提供关于流体介质的其他信息。因此例如在DE 102012 200 147 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，该传感器装置附加地具有用于感测流体介质温度的温度探测器。
虽然通过这种传感器装置带来优点，但是这些传感器仍然具有改进潜力。例如，电子模块一般具有分析处理电子部件，所述分析处理电子部件例如通过导体梳和键合连接也与温度探测器连接。在电磁辐射的作用下，温度探测器会变热并且导致温度信号的偏差。
发明内容
相应地，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，所述传感器装置至少很大程度上避免已知传感器装置的上述缺点，并且其温度信号尤其对电磁辐射不敏感，并且所述传感器装置同时能够成本有利地制造。
关于能够被定性地和/或定量地感测的至少一个待感测的流动特性，例如可以参考现有技术的上述描述。所述流动特性尤其涉及流体介质的流动速度和/或质量流量和/或体积流量。所述流体介质尤其可以涉及气体、优选涉及空气。所述传感器装置尤其能够用在机动车技术领域中，例如用在内燃机的进气管道中。但其他的应用领域原则上也是可能的。
所述传感器装置包括至少一个传感器壳体。在本发明的框架内，“传感器壳体”理解为一件式的或者多件式的装置，所述装置至少很大程度上使该传感器装置与外界隔绝，并且至少很大程度上保护所述传感器装置免受机械作用的影响并优选也免受其他类型的作用、例如化学作用和/或潮湿作用的影响。所述传感器壳体尤其可以包括至少一个插接式探测器或者构型为插接式探测器，其中，该插接式探测器能够被置入到流动的流体介质中，其中，可以设想可更换地置入或者永久地置入。所述插接式探测器例如可以伸入流动的流体介质的流动管中，其中，该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，所述单独的构件例如具有一个开口，插接式探测器能够被插入到所述开口中。插接式探测器和流动壳体尤其可以至少部分地由塑料材料例如借助于注塑成型方法制造。
在所述传感器壳体中接收有至少一个电子模块，所述至少一个电子模块具有用于感测流动特性的至少一个流动传感器。在传感器壳体中接收在此要理解为，电子模块应该至少部分地、优选完全地被传感器壳体包围。电子模块尤其可以如后面还会详细描述的那样布置在传感器壳体的电子部件室中，所述电子部件室例如可以构型为传感器壳体中的空腔并且所述电子部件室优选能够构型为能够被至少一个电子部件室盖或其他的封闭装置封闭。
流动传感器在此原则上要理解为任意的传感器元件，所述传感器元件构型成用于感测所述至少一个流动特性。所述流动传感器尤其可涉及例如上述类型的至少一个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硅芯片，所述硅芯片具有测量表面，流动的流体介质可以流过所述测量表面。例如，至少一个加热元件和至少两个温度探测器可以位于该传感器表面上，其中，如上所述，由借助温度传感器测得的温度曲线的不对称性可推导出所述至少一个流动特性。所述至少一个流动传感器例如可以布置在电子模块的传感器承载件上，所述传感器承载件伸入到流动的流体介质中。
所述电子模块尤其可以一件式地构型，并且尤其可以承载操控和/或分析处理电路，所述操控和/或分析处理电路设置用于操控流动传感器和/或接收流动传感器的信号。相应地，电子模块例如可以具有至少一个电路承载件。此外，电子模块尤其可以具有所述至少一个传感器承载件，所述至少一个传感器承载件与该电路承载件优选以机械方式连接。电路承载件例如可以布置在传感器壳体的电子部件室中，而传感器承载件可以从该电子部件室向外伸入到流体介质中。特别优选的是，该传感器壳体具有至少一个可被流体介质流过的通道，其中，电子模块的承载流动传感器的传感器承载件从电子部件室伸入到传感器壳体中的所述可被流体介质流过的通道中。所述至少一个通道尤其可以一件式地构型，但是也可以具有至少一个主通道和至少一个从所述主通道分出去的旁路通道，其中，传感器承载件如原则上由现有技术已知的那样优选伸入到旁路通道中。
所述电子模块的电路承载件尤其可以包括电路板，所述电路板单独使用或者例如也可安装在机械承载件例如冲压弯曲部件上，所述机械承载件例如由金属材料制成。传感器承载件可以与电路承载件直接连接或者也可与承载件部分例如在冲压弯曲部件中连接，其方式例如是：将传感器承载件注塑成型到该冲压弯曲部件上。原则上其他的构型也是可能的。例如可以设想的是，电子模块由电路板材料制造，其中，电路承载件以及传感器承载件都由电路板材料制造，优选由一块电路板材料制造。替代地或者附加地也仍可能的是，将由现有技术已知的注塑电路板、例如以一个或者多个所谓的MID(MID＝moudedinterconnect device)技术注塑成型的电路板用作电子模块。可以设想不同的构型。
所述传感器壳体还具有插头区域。“插头区域”在此要理解为传感器壳体的以下区域：所述区域构造用于与电插头连接或者接触。为了该目的，在该插头区域中接收有例如构造为插头引脚的插头区域导电轨(Leiterbahn)，以便电连接电子模块。
传感器装置还具有温度探测器，尤其是布置在传感器壳体的外侧上的至少一个温度探测器。温度探测器可以布置在传感器壳体的侧壁上的至少一个凹部中。温度探测器尤其可包括至少一个与温度相关的电阻。替代地或者附加地，也能使用其他类型的温度探测器。温度探测器尤其可自由地被流动的流体介质流过，也就是说，并未被传感器元件的传感器壳体包围。该温度探测器尤其可通过力锁合和/或形状锁合与传感器壳体连接，其方式例如是：温度探测器的引线与传感器壳体的外壁楔接或者以其他方式连接。温度探测器的引线尤其可伸入传感器壳体内并在那里例如与电子模块连接和/或与传感器装置的插接件连接。原则上可以设想不同的其他构型。
电子模块还具有温度探测器导电轨，电子模块借助于所述温度探测器导电轨与温度探测器电连接。温度探测器导电轨可以布置成至少部分地相互叠置。温度探测器导电轨对温度信号的电磁相容性起主要影响。温度探测器导电轨张开一个面积。该面积的大小对由电磁辐射引起的干扰的耦入而言是重要的，从而对在温度探测器导电轨中产生的电流而言是重要的。感应引起的该电流导致温度探测器变热。通过根据本发明地将温度探测器导电轨布置成至少部分地相互叠置，使张开的面积最小化，从而降低由电磁辐射引起的干扰。
替代地或者附加地，所述插头区域导电轨分别具有第一连接区段，所述第一连接区段分配给电子模块并且可以与电子模块电连接，例如借助于键合线电连接。替代地或者附加地，所述温度探测器导电轨可以分别具有第二连接区段，所述第二连接区段分配给电子模块并且与电子模块借助于例如键合线电连接。第一连接区段和第二连接区段可以相互平行地延伸。在此设置，第二连接区段比第一连接区段短。第二连接区段或者第一连接区段的所述长或者短在此在平行的延伸方向上确定。因此，在电子模块的键合焊盘(Bondpads)附近实现插头的以及温度探测器的导体梳平行地布置。在电磁辐射的情况下，干扰从插头区域导电轨传导
Figure GDA0002654812090000051
到温度探测器导电轨上。通过使平行的导体梳延伸尺度(Leiterkammführung)尽可能短，可以避免干扰的传导。
所述插头区域导电轨中的一个插头区域导电轨的第一连接区段和所述温度探测器导电轨中的一个温度探测器导电轨的第二连接区段可以彼此相邻地布置。所述一个插头区域导电轨的第一连接区段相对于所述一个温度探测器导电轨的第二连接区段的间距可以大于这些插头区域导电轨和/或这些温度探测器导电轨相互之间的间距。通过插头区域导电轨之间的较大的间距可以避免干扰的传导。插头区域可以通过壁与电子部件室分隔，其中，插头区域导电轨以第一连接区段穿过该壁并且温度探测器导电轨以第二连接区段穿过该壁。电子模块可以具有底板。该底板可以由导电材料例如金属制造，其中，底板和温度探测器导电轨布置成至少部分地相互叠置。换句话说，底板和温度探测器导电轨在投影到一个共同的平面上时至少部分地重叠。底板在此可以与固定参考电位例如传感器地电位连接。
传感器壳体可以如上所述的那样具有电子部件室盖。该电子部件室盖可以构造用于封闭电子部件室。该电子部件室盖可以至少部分地由导电材料制造。例如，电子部件室盖由导电塑料制造。也可以通过将金属小板放在电子部件室盖中来建立导电能力。电子部件室盖和温度探测器导电轨可以布置成至少部分地相互叠置。换句话说，如果将电子部件室盖和温度探测器导电轨投影到一个共同的平面上，则它们部分地重叠。电子部件室盖可以与固定参考电位例如传感器地电位连接。温度探测器优选布置在电子部件室之外。
附图说明
从后面对优选实施例的说明可得到本发明的其他可选的细节和特征，所述优选实施例在附图中示意地示出。
附图示出：
图1：根据本发明的传感器装置的分解图，该传感器装置用于感测流体介质的至少一个流动特性；
图2：根据第一实施方式的导电轨的俯视图；
图3：根据第二实施方式的导电轨的立体图；
图4：根据第三实施方式的导电轨的立体图；
图5：根据第四实施方式的电子模块的俯视图；
图6：根据第四实施方式的电子模块的仰视图；
图7：根据第五实施方式的电子模块的立体图；
具体实施方式
图1示出了根据本发明的传感器装置10的分解图，该传感器装置用于感测流体介质的至少一个流动特性。该传感器装置10在该实施例中构型为热膜空气质量测量计并且包括插接式探测器12，所述插接式探测器能够被置入到流体介质流例如吸入空气中，例如能够以可逆的方式被插入到或者永久地安置到吸入管中。所述传感器装置包括传感器壳体14。在该传感器壳体14内接收有通道区域16和电子部件区域18，所述电子部件区域具有进入传感器壳体14中的电子部件室20。通道区域16能够被旁路通道盖22封闭。在该旁路通道盖22中构造有可被流体介质流过的通道24。该通道24又具有主通道26和从其分出去的旁路通道28。在电子部件室20中接收有电子模块30，所述电子模块包括带有操控和/或分析处理电路34的电路承载件32，所述电路承载件例如能够被接收在底板36上。电子模块30还包括呈注塑成型到底板36上的翼部形式的传感器承载件38，所述传感器承载件伸入到旁路通道28中。呈热膜空气质量测量计芯片形式的流动传感器40被嵌入到传感器承载件38中。因此，传感器承载件38和底板36构成电子模块30的一个单元。除了流动传感器40之外，还将电路承载件32的电子部件以及操控和/或分析处理电路34的电子部件粘接到底板36上。流动传感器40和操控和/或分析处理电路34一般通过键合连接来相互连接。这样形成的电子模块30例如被粘接到电子部件室20中并且整个插接式探测器12被电子部件室盖42封闭。
传感器装置10还具有温度探测器44。该温度探测器构造用于感测流体介质的温度并且就图1的图示而言布置在传感器壳体12的下侧面46上。温度探测器44在此被接收在传感器壳体14的内部，但是能经受(aussetzbar)流体介质。传感器壳体14还具有插头区域48。该插头区域48构造用于借助于未详细示出的插头来电接触。插头区域48邻接电子部件室地位于电子部件室20的与通道24对置的一侧中。插头区域48能够借助于例如控制装置的插头来电接触。
图2示出根据第一实施方式的导电轨的布置的立体图。示出的是插头区域48中的插头区域导电轨50，所述插头区域导电轨被接收在电子模块30中以与该电子模块电连接。此外，示出温度探测器导电轨52。电子模块30借助于温度探测器导电轨52与温度探测器44电连接。插头区域导电轨50分别具有第一连接区段54，所述第一连接区段被分配给电子模块30。温度探测器导电轨52具有第二连接区段56，所述第二连接区段分配给电子模块30。第一连接区段54和第二连接区段56相互平行地延伸。温度探测器导电轨52分别具有面向温度探测器44的区段58，在所述区段上温度探测器导电轨与温度探测器44连接，并且具有中间区段60。该中间区段60在此位于第二连接区段56和面向温度探测器44的区域58之间。在第一实施方式的导电轨中，温度探测器导电轨52布置成至少部分地相互叠置。更准确地说，这些温度探测器导电轨布置成在中间区段60中至少部分地相互叠置。
图3示出根据第二实施方式的导电轨的布置。下面仅仅描述与之前实施方式的区别并且相同的构件设有相同的附图标记。在第二实施方式的导电轨中，第二连接区段56比第一连接区段54短。优选地，在此，将第二连接区段56和第一连接区段54的平行延伸尺度在技术可实现的范畴内尽可能短地实现，也就是说，将第二连接区段56在技术可实现的范畴内尽可能短地构造。第二连接区段56应该在技术可实现的范畴内尽可能短地构造。第二连接区段56的最小长度由必要尺寸得出，以便借助于键合线将操控和/或分析处理电路34与温度探测器导电轨52连接。
图4示出根据第三实施方式的导电轨的布置的立体图。下面仅仅描述与之前实施方式的区别并且相同的构件设有相同的附图标记。如在图4中可以看出的那样，所述插头区域导电轨50中的一个插头区域导电轨的第一连接区段54和所述温度探测器导电轨52中的一个温度探测器导电轨的第二连接区段56彼此相邻地布置。所述一个插头区域导电轨50的第一连接区段54到所述一个温度探测器导电轨的第二连接区段56的间距62大于这些插头区域导电轨50的和/或这些温度探测器导电轨52的相互间距。因此，与传统的传感器相比，温度探测器导电轨52与插头区域导电轨50隔开较远的间距。
图5示出根据第四实施方式的电子模块30的立体视图。下面仅仅描述与之前实施方式的区别并且相同的构件设有相同的附图标记。第四实施方式实现电磁相容性的进一步改进。底板36由导电材料例如金属制造。底板36和温度探测器导电轨52布置成至少部分地相互叠置。
图6示出第四实施方式的电子模块30的仰视图。可以看出的是，温度探测器导电轨52和底板36搭接。由此，温度探测器导电轨52被遮蔽。底板36在此与固定参考电位64例如传感器地电位连接。
图7示出根据第五实施方式的电子模块30的立体图。下面仅仅描述与之前实施方式的区别并且相同的构件设有相同的附图标记。如在第四实施方式中那样的遮蔽可以类似地以下述方式实现：电子部件室盖42至少部分地由导电材料例如导电塑料制造，并且电子部件室盖42和温度探测器导电轨52至少部分地相互叠置。由此，温度探测器导电轨52被遮蔽。在这里，电子部件室盖42也与固定参考电位64例如传感器地电位连接。

Claims (10)

1.一种传感器装置(10)，其用于感测流体介质的至少一个流动特性，该传感器装置包括传感器壳体(14)，其中，所述传感器壳体(14)包括至少一个电子部件室(20)，其中，在所述电子部件室(20)中接收有至少一个电子模块(30)，所述至少一个电子模块(30)具有用于感测流动特性的至少一个流动传感器(40)，其中，在所述传感器壳体(14)中还接收有用于感测所述流体介质的温度的至少一个温度探测器(44)，其中，所述传感器壳体(14)还具有插头区域(48)，其中，在所述插头区域(48)中接收有用于电连接所述电子模块(30)的插头区域导电轨(50)，其中，所述电子模块(30)借助于温度探测器导电轨(52)与所述温度探测器(44)电连接，
其特征在于，所述温度探测器导电轨(52)布置成至少部分地相互叠置；和/或，所述插头区域导电轨(50)分别具有第一连接区段(54)，所述第一连接区段分配给所述电子模块(30)，所述温度探测器导电轨(52)分别具有第二连接区段(56)，所述第二连接区段分配给所述电子模块(30)，其中，所述第一连接区段(54)和所述第二连接区段(56)相互平行地延伸，所述第二连接区段(56)比所述第一连接区段(54)短。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(10)，其中，所述插头区域导电轨(50)中的一个插头区域导电轨的第一连接区段(54)和所述温度探测器导电轨(52)中的一个温度探测器导电轨的第二连接区段(56)彼此相邻地布置，其中，所述一个插头区域导电轨(50)的第一连接区段(54)相对于所述一个温度探测器导电轨(52)的第二连接区段(56)的间距(62)大于所述插头区域导电轨(50)的和/或所述温度探测器导电轨(52)的相互间距。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述温度探测器导电轨(52)还分别具有一个面向所述温度探测器(44)的区段(58)和一个中间区段(60)，其中，所述中间区段(60)位于所述第二连接区段(56)和所述面向所述温度探测器(44)的区段(58)之间，其中，所述温度探测器导电轨(52)布置成在所述中间区段(60)中至少部分相互叠置。
4.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述插头区域(48)通过壁与所述电子部件室(20)分隔，其中，所述插头区域导电轨(50)以所述第一连接区段(54)穿过所述壁并且所述温度探测器导电轨(52)以所述第二连接区段(56)穿过所述壁。
5.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述电子模块(30)具有底板(36)，其中，所述底板(36)由导电材料制造，其中，所述底板(36)和所述温度探测器导电轨(52)布置成至少部分地相互叠置。
6.根据权利要求5所述的传感器装置(10)，其中，所述底板(36)与固定参考电位连接。
7.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述传感器壳体(14)具有电子部件室盖(42)，其中，所述电子部件室盖(42)构造用于封闭所述电子部件室(20)，其中，所述电子部件室盖(42)至少部分地由导电材料制造，其中，所述电子部件室盖(42)和所述温度探测器导电轨(52)布置成至少部分地相互叠置。
8.根据权利要求7所述的传感器装置(10)，其中，所述电子部件室盖(42)与固定参考电位连接。
9.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述温度探测器(44)布置在所述电子部件室(20)之外。
10.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述电子模块(30)具有传感器承载件(38)，其中，所述传感器承载件(38)承载所述流动传感器(40)并且从所述电子部件室(20)突出到所述传感器壳体(14)中的能够被所述流体介质流过的至少一个通道(24)中。
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