CN107290099A - 压力传感器、用于压力传感器的插塞件和制造插塞件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压力传感器，其包括：壳体；以及感测元件，所述感测元件设置在所述壳体中；其中在所述壳体中形成有连通通路，所述感测元件通过所述连通通路与所述壳体的外部流体连通，并且其中所述压力传感器还设置有补偿结构，当通过所述连通通路进入所述壳体的液体出现体积膨胀而导致接触力增大时，所述补偿结构补偿所述体积膨胀。本发明还涉及用于压力传感器的插塞件以及形成插塞件的方法。本发明的技术方案能够在容纳于压力传感器内的液体冻结而体积增大时补偿这种体积增大，从而防止压力传感器各部件的损坏。

Description

压力传感器、用于压力传感器的插塞件和制造插塞件的方法
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体地，本发明涉及一种压力传感器，该压力传感器主要用于测量液体的压力，尤其是用于测量例如尿素水溶液的压力。
本发明还涉及用于这种压力传感器的插塞件以及制造该插塞件的方法。
背景技术
利用压力传感器测量液体的压力是众所周知的。在测量过程中，通常压力传感器需要接触待测量的液体，具体地，液体进入压力传感器并接触感测元件，由此测量得到液体的压力。
在某些环境中，进入压力传感器的液体可能会由于例如温度降低而冻结，液体冻结成固体通常会导致体积的膨胀，这可能导致压力传感器的部件的损坏，尤其是与液体接触的部件的损坏，例如导致感测元件损坏。
众所周知，在工业应用中可能会产生大量的污染排放物，例如在车辆中，可能产生大量的含有氮氧化物(NOx)的废气。为了减少这样的排放污染，发展出了许多降低排放的技术。选择性催化还原(SCR，selective catalytic reduction)就是其中被广泛使用的一种。
在大多数选择性催化还原系统中，通常采用尿素水溶液(AUS，aqueous ureasolution)作为工作介质，例如采用32.5％的尿素水溶液来降低氮氧化物含量。在现今的选择性催化还原系统中，通常还会采用尿素压力传感器(UPS，urea pressure sensor)来监测尿素水溶液的压力，以确保选择性催化还原系统的正常运行。在操作过程期间，尿素压力传感器的一部分(例如感测元件)与尿素水溶液接触，由此测量尿素水溶液的压力。
然而，对于选择性催化还原系统而言，一个关键的技术问题在于，在大约-11℃或更低的温度下，尿素水溶液会冻结。冻结后的尿素水溶液体积增大，结果显著地增大了与尿素压力传感器的例如感测元件的接触力，这可能导致尿素压力传感器的与尿素水溶液接触的部件(例如感测元件)损坏。
在应用选择性催化还原系统的环境中，例如在选择性催化还原系统用于车辆中的情况下，很容易遇到-11℃或更低的温度。在这种情况下，如何应对尿素水溶液的冻结对于选择性催化还原系统的正常运行而言是一个极大的挑战。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种压力传感器，尤其是尿素压力传感器，以克服上述现有技术中存在的问题。
本发明的一个目的在于提供一种压力传感器，其能够在容纳于压力传感器内的液体冻结而体积增大时补偿这种体积增大，从而防止压力传感器各部件的损坏。
本发明的另一个目的在于提供一种压力传感器，其能够控制容纳于压力传感器内的液体的冻结顺序，从而防止压力传感器各部件的损坏。
本发明的又一个目的在于提供一种压力传感器，其采用多种辅助手段来补偿压力传感器内液体冻结时的体积增大。
本发明的又一目的在于提供用于压力传感器的插塞件以及制造该插塞件的方法。
本发明的上述和其它目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供一种压力传感器，其包括：
壳体；以及
感测元件，所述感测元件设置在所述壳体中；
其中在所述壳体中形成有连通通路，所述感测元件通过所述连通通路与所述壳体的外部流体连通，并且
其中所述压力传感器还设置有补偿结构，当通过所述连通通路进入所述壳体的液体出现体积膨胀而导致接触力增大时，所述补偿结构补偿所述体积膨胀。
在压力传感器的一个实施例中，所述补偿结构包括用以增大所述连通通路的体积的第一补偿结构和/或用以控制进入所述压力传感器的液体的冻结顺序的第二补偿结构。
在压力传感器的一个实施例中，所述第一补偿结构包括插塞件，所述壳体形成有压力管，其中所述插塞件可拆卸地配合在所述壳体的压力管中。
在压力传感器的一个实施例中，所述插塞件形成有通孔，所述通孔构成所述连通通路的至少一部分；或者所述插塞件的周边上形成有通槽，所述通槽构成所述连通通路的至少一部分；或者所述压力管的内壁上形成有凹槽，所述凹槽与所述插塞件配合以构成所述连通通路的至少一部分。
在压力传感器的一个实施例中，所述插塞件的用以构成所述连通通路的部分能够弹性变形，以改变所述连通通路的体积。
在压力传感器的一个实施例中，所述插塞件的内部形成有封闭的腔室。该腔室在插塞件的模制成型过程期间有利于插塞件的成型。此外，该腔室有助于形成连通通路的部分的变形而有利于补偿压力传感器内液体的体积膨胀。
在压力传感器的一个实施例中，在所述腔室的靠近所述感测元件的一端设置有腔室覆盖物。该腔室覆盖物在插塞件的模制成型过程期间有助于防止成型材料进入腔室。
在压力传感器的一个实施例中，所述腔室覆盖物被构造成有助于所述插塞件配合在所述壳体的压力管中。例如腔室覆盖物是刚性的或半刚性的，例如可以由刚性或半刚性材料制成，有助于在插塞件和压力管之间形成一定的过盈配合。
在压力传感器的一个实施例中，所述第二补偿结构被配置成用以控制进入所述压力传感器的液体的冻结顺序，以使靠近所述感测元件的液体比远离所述感测元件的液体先冻结。
在压力传感器的一个实施例中，所述第二补偿结构包括在所述感测元件和所述壳体的压力管之间形成的空腔，所述空腔与所述连通通路流体连通。
在压力传感器的一个实施例中，所述空腔的表面积-体积比大于所述连通通路的表面积-体积比。
在压力传感器的一个实施例中，所述空腔的表面积-体积比与所述连通通路的表面积-体积比的比在1.25:1至3:1之间的范围内。
在压力传感器的一个实施例中，所述空腔的表面积-体积比与所述连通通路的表面积-体积比的比为大约2:1。
在压力传感器的一个实施例中，形成所述空腔的材料的平均导热率大于形成所述连通通路的材料的平均导热率。
在压力传感器的一个实施例中，形成所述空腔的材料的平均导热率与形成所述连通通路的材料的平均导热率的比为大约35:1或更大。
在压力传感器的一个实施例中，所述壳体的压力管形成有向内延伸的凸缘，所述凸缘处于所述感测元件和所述连通通路之间，所述凸缘形成有连通孔，所述连通孔构成所述连通通路的一部分。
在压力传感器的一个实施例中，所述连通通路是细长形的，在减小容纳的液体的体积的同时，还有利于连通通路的变形。
在压力传感器的一个实施例中，所述补偿结构还包括能够变形以保持所述压力传感器内的液体体积的第三补偿结构，所述第三补偿结构包括安装构件，所述安装构件设置在所述壳体的外侧面上，所述安装构件具有弹性，使得在所述压力传感器由于液体体积膨胀而受到力的作用时，所述安装构件能够弹性变形以保持所述压力传感器内的液体体积。
本发明还提供一种用于压力传感器的插塞件，所述压力传感器包括壳体和感测元件，所述壳体形成有压力管，所述感测元件设置在所述壳体中，其中在所述压力管中形成有连通通路，所述感测元件通过所述连通通路与外部流体连通；其特征在于，所述插塞件可拆卸地配合在所述壳体的压力管中，当通过所述连通通路进入所述壳体的流体出现体积膨胀而导致接触力增大时，所述插塞件补偿所述体积膨胀。
在插塞件的一个实施例中，所述插塞件形成有通孔，所述通孔构成所述连通通路的至少一部分；或者所述插塞件的周边上形成有通槽，所述通槽构成所述连通通路的至少一部分。
在插塞件的一个实施例中，所述插塞件的用以构成所述连通通路的部分能够弹性变形，以改变所述连通通路的体积。
在插塞件的一个实施例中，所述插塞件的内部形成封闭的腔室。该腔室在插塞件的模制成型过程期间有利于插塞件的成型。此外，该腔室有助于形成连通通路的部分的变形而有利于补偿压力传感器内液体的体积膨胀。
在插塞件的一个实施例中，在所述插塞件的靠近所述感测元件的端部处，围绕所述通孔形成有从所述插塞件向外伸出的环形突出部。
在插塞件的一个实施例中，在所述腔室内，形成有沿着所述插塞件的轴向和径向延伸的多个肋部。
在插塞件的一个实施例中，在所述腔室的靠近所述感测元件的一端设置有腔室覆盖物。该腔室覆盖物在插塞件的模制成型过程期间有助于防止成型材料进入腔室。
在插塞件的一个实施例中，所述腔室覆盖物被构造成有助于所述插塞件配合在所述壳体的压力管中。例如腔室覆盖物是刚性的或半刚性的，例如可以由刚性或半刚性材料制成，有助于在插塞件和压力管之间形成一定的过盈配合。
在插塞件的一个实施例中，所述通孔、通槽或凹槽是细长形的，在减小容纳的液体的体积的同时，还有利于连通通路的变形。
在插塞件的一个实施例中，形成所述插塞件的材料的导热率小于形成所述感测元件和所述压力管的材料的平均导热率。
本发明还涉及一种制造上述插塞件的方法，所述方法包括：
A、一次成型步骤：利用弹性体材料模制在内部具有封闭空腔的主体；
B、覆盖步骤：将腔室覆盖物放置在封闭空腔上，以覆盖该封闭空腔；
C、二次成型步骤：将二次成型原料模制在腔室覆盖物上。
在方法的一个实施例中，所述方法还包括熔合步骤：将一次成型的主体与二次成型的部分熔合，形成完整的壳体和密封的封闭空腔。
在方法的一个实施例中，在一次成型步骤中，在封闭空腔内形成沿着插塞件的轴向和径向延伸的多个肋部。
在方法的一个实施例中，在一次成型步骤中，在主体中形成贯穿的通孔，或者在主体的周边上形成通槽。
在方法的一个实施例中，在二次成型步骤中，在主体的上端部处，围绕所述通孔形成从主体向外伸出的环形突出部。
在方法的一个实施例中，该二次成型原料为大致环形形状，围绕所述通孔设置。
根据本发明的压力传感器、用于压力传感器的插塞件和制造插塞件的方法所获得的技术效果是显著的：
(1)通过构成连通通路的部分可以变形以改变连通通路的体积、控制空腔内容纳的液体的冻结顺序、设置具有弹性的安装凸缘等，可以补偿液体冻结之后的体积膨胀，避免感测元件等的损坏，即使在最严酷的封闭式冻结(液体充满完全封闭的传感器空间的情况下的冻结)下，也能够有效地补偿液体冻结之后的体积膨胀，防止压力传感器各部件的损坏；
(2)插塞件可以适用于不同的应用要求(温度、介质、压力等)，从以上的描述可以看到，插塞件可以根据不同的应用要求来选择材料、导热率等；
(3)刚性的覆盖物可以提供有利的配合，简化了结构；
(4)塑料凸缘或金属片凸缘对液体冻结时的体积膨胀也可以提供一定程度的补偿；
(5)插塞件具有一定的灵活性和通用性，能够用于不同构造和尺寸的应用，从以上的描述可以看到，插塞件是安装到压力管中的单独的部件，由此在压力传感器尺寸和构造不同的应用场合，可以灵活地选用插塞件，并且一个插塞件可以用于具有相同尺寸的其它压力传感器，具有一定的通用性；
(6)插塞件可以作为可选的附件，而不需要专门的设计。
附图说明
通过结合附图参考本发明实施例的以下说明，本发明的上述和其它特征将会变得更加明显，并可更好地理解本发明，其中：
图1A为根据本发明实施例的压力传感器的分解透视图；
图1B为根据本发明实施例的压力传感器的透视图；
图1C为根据本发明实施例的压力传感器的仰视分解透视图；
图1D为根据本发明实施例的压力传感器的仰视透视图；
图2A为根据本发明实施例的插塞件的透视图；
图2B为根据本发明实施例的插塞件的横截面图；
图2C为根据本发明实施例的插塞件的纵向截面图；
图3为根据本发明实施例的压力传感器的截面图；
图4A-4D为根据本发明另一个实施例的压力传感器及其插塞件的示意图；
图5A-5B为根据本发明另一个实施例的压力传感器及其插塞件的示意图；
图6A为在根据本发明实施例的压力传感器中冻结的液体的大致形状的示意图；
图6B为在根据本发明实施例的压力传感器中冻结的液体的大致形状的示意图；
图7A-7D为根据本发明实施例的形成插塞件的步骤的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的实施例。
根据本发明的实施例，提供一种压力传感器，其主要用于测量液体的压力，在液体冻结时，尤其是在液体进行封闭式冻结的情况下，能够保持压力传感器的各部件不被损坏。例如，在车辆中，为了降低废气排放物中的氮氧化物，通常采用选择性催化还原系统，在选择性催化还原系统中通常采用尿素水溶液作为工作介质。本发明的压力传感器可以应用于这种选择性催化还原系统，作为尿素水溶液压力传感器，即使在严酷的封闭式冻结的情况下，压力传感器也不会损坏。当然，本发明的压力传感器并不限于上述应用。
实际上，本领域技术人员可以理解，上述尿素水溶液仅仅只是示例性的，本发明的压力传感器可以用于测量各种液体的压力。
图1A-1D分别示出了根据本发明实施例的压力传感器1的分解透视图、透视图、仰视分解透视图和仰视透视图。
如图所示，根据本发明实施例的压力传感器1整体上包括壳体100和感测元件200(在图1A-1D中未示出，可参考图3)。感测元件200安装在壳体100中。
图3示出了根据本发明实施例的压力传感器1的截面图。结合图3，壳体100的上部部分形成有壳体腔110，在图示的实施例中，该壳体腔110为大致圆柱形，但并不限于此，本领域技术人员可以理解，壳体腔也可以为例如长方体、正方体、锥形以及其它规则或不规则形状。感测元件200容纳在该壳体腔110中，在操作过程中，该感测元件200与液体(例如尿素水溶液)接触，用以感测液体的压力。
在大多数情况下，感测元件200固定地设置在壳体100中，也就是感测元件200相对于壳体100是固定不动的，配合其它部件形成刚性封闭构造。在图示的实施例中，感测元件200刚性地固定到壳体腔110内。
压力传感器1还包括电气连接件400，该电气连接件400设置在感测元件200上并且与感测元件200电气连接，以传递感测元件200感测的压力信号。
壳体100的下部部分形成有压力管120，在图示实施例中，该压力管120也为大致圆柱形，但并不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要选择其它的压力管形状，包括但不限于长方体、正方体、锥形等。压力管120的尺寸小于壳体腔110的尺寸，由此在压力管120和壳体腔110之间形成肩部130。感测元件200邻近该肩部130定位。
在优选的实施例中，为了防止液体(例如尿素水溶液)在壳体腔110中穿过感测元件200泄露到电气连接件400处，在感测元件200和肩部130之间可以设置有内部密封件201。
在压力管120中形成有连通通路，感测元件200通过该连通通路与外部流体连通。在压力传感器1操作期间，压力传感器1与待测量的液体接触。待测量的液体的一部分进入压力传感器1以接触感测元件200，由此感测元件200能够测量液体的压力。具体地，液体经由连通通路进入压力传感器1而接触感测元件200，由此在压力传感器1操作期间，在连通通路中存在液体，并且液体与感测元件200接触以测量液体的压力。
在一个实施例中，压力管120自身可以形成连通通路，待测量的液体通过压力管120直接进入压力传感器而与感测元件200接触。在其它实施例中，可以通过另外的结构来形成所述连通通路，这将在下文中进一步详细描述。
当压力传感器1的操作环境发生变化时，例如当温度降低时，待测量的液体可能会冻结(例如结冰)，本领域技术人员可以理解，液体的冻结通常导致例如膨胀和体积增大。而这种体积增大极有可能损坏与液体相接触的部件，例如感测元件200，从而造成压力传感器损坏。
由此，根据本发明的实施例，压力传感器1还设置有补偿结构，当通过连通通路进入压力传感器1的液体出现体积变化时，该补偿结构补偿这种体积变化。例如，如上所述，当待液体的液体由于温度降低而冻结时，体积膨胀，此时压力传感器1的补偿结构可以补偿这样的体积膨胀，避免与液体接触的部件的损坏。当然，本领域技术人员应当理解，上述温度降低导致体积变化仅仅是示例性的，本发明的压力传感器中的补偿结构也可以用于补偿由于其它原因导致的液体体积变化。
根据本发明的原理，补偿结构可以具有多种形式，至少可以包括用以改变(例如增大)连通通路的体积的第一补偿结构、控制进入压力传感器的液体的冻结顺序的第二补偿结构和/或能够变形以保持压力传感器内液体体积的第三补偿结构。这些补偿结构虽然结构和原理上稍有不同，但是都是用于在进入压力传感器的液体出现体积变化时补偿这种体积变化。以下将详细描述这些示例性的补偿结构，本领域技术人员能够理解，这些补偿结构既可以单独起作用，也可以组合起来以获得更好的补偿效果。同时，本领域技术人员还应当理解，这些补偿结构仅仅只是示例性的，而非限制性的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以想到其它的补偿形式。
在本发明的实施例中，第一补偿结构可以包括插塞件300，以下详细描述插塞件300作为补偿结构的实施例。
插塞件300可拆卸地配合在壳体100的压力管120内，插塞件300的形状与压力管120的形状大致相匹配，即在图示的实施例中，插塞件300也为大致圆柱形，但并不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要选择其它的压力管形状，包括但不限于长方体、正方体、锥形等。
图2A-2C分别示出了根据本发明实施例的插塞件300的透视图、横截面图和纵向截面图。插塞件300具有第一端部311、第二端部312以及在第一端部311和第二端部312之间延伸的外侧壁301，第一端部311、第二端部312和外侧壁301构成大致圆柱形。
插塞件300形成有通孔303，该通孔303沿着插塞件300的轴向延伸。通孔303构成所述连通通路的至少一部分，待测量的液体经由通孔303进入压力传感器1而与感测元件200接触。在一个实施例中，连通通路完全由通孔303构成，这样液体直接通过通孔303进入压力传感器1。在其它实施例中，通孔303可以和其它的结构一起构成连通通路，这将在下文中进一步描述。
在图示的实施例中，插塞件300的中心处形成有通孔303，然而，这仅仅是示例性的，本领域技术人员可以理解，通孔303的位置并不限于位于插塞件300的中心，其也可以位于插塞件300的其它位置，例如偏离插塞件300的纵向轴线。通孔303的位置可以根据实际需要进行选择。
插塞件300的用以构成连通通路的部分能够弹性变形，从而在通过连通通路(具体地，穿过插塞件300)进入压力传感器1的液体出现体积变化(例如压力传感器内的液体由于冻结而体积膨胀)时，插塞件300的这个部分进行弹性变形，以改变连通通路的体积，从而补偿这种体积变化。
形成通孔303的孔壁302处于外侧壁301内侧，孔壁302和外侧壁301在第一端部311和第二端部312处连接，以在孔壁302和外侧壁301之间形成中空的、封闭的腔室304。也就是，插塞件300的内部形成有封闭的腔室304。内部形成的这种封闭腔室的一个主要作用在于容纳连通通路的弹性变形，例如在本实施例中用于容纳通孔303的变形。
举例而言，针对例如图3的实施例，当液体由于冻结而体积增大时，处于通孔303中的液体的体积增大，此时孔壁302能够弹性变形，例如在图示取向中沿插塞件的径向方向变形，增大通孔303的体积，继而增大通孔303能够容纳的液体的体积，从而补偿液体的体积增大。在孔壁302发生变形时，腔室304可以容纳这种变形，从而可以进一步使得孔壁302能够更容易且更快速地变形。
在优选的实施例中，封闭的腔室304可以围绕连通通路形成，例如围绕通孔303形成，以方便容纳孔壁302的变形。
在插塞件成型期间，为了方便外侧壁和孔壁的模制和脱模，在腔室304内，在孔壁302和外侧壁301之间连接有沿着插塞件300的轴向和径向延伸的多个肋部305。这些肋部305可以绕着孔壁302对称地分布，以方便插塞件的成型，该操作可以采用本领域中已知的方法，在此不再详细描述。
如图2C所示，在腔室304内，在腔室304的靠近感测元件200的一端，即在第一端部111和肋部305之间，设置有腔室覆盖物307，设置该腔室覆盖物307的一个目的在于，在插塞件成型期间避免成型材料进入腔室。
结合参考图3，当插塞件300配合在压力管120中时，插塞件300的第一端部311靠近感测元件200定位，第二端部312远离感测元件200定位。在这种情况下，如图3所示，通孔303相对于感测元件200大致垂直地定位，感测元件200通过该通孔303与压力传感器的外部连通。
在感测元件200和压力管120之间形成有空腔202，具体到图3的实施例，在感测元件200、壳体100与插塞件300之间形成有空腔202，该空腔202与通孔303连通。当压力传感器1安装在例如选择性催化还原系统中时，液体经由通孔303进入空腔202，由此与感测元件200相接触，从而压力传感器能够测量液体的压力。然而，本领域技术人员可以理解，空腔202并不是必须的，液体在通过通孔303之后可以直接与感测元件200接触。空腔的设置是另一种形式的补偿结构，这将在下文中详细描述。
根据本发明的实施例，形成通孔303的孔壁302能够变形，以改变通孔302的体积。在一个实施例中，孔壁302由可弹性变形的材料形成，例如但不限于由橡胶、塑料或热塑性材料形成。这样，当环境温度处于-11℃或更低的温度下时，待测量的液体(例如尿素水溶液)会冻结，由此，通孔303和空腔202中的液体的体积增大。如果插塞件300也为刚性结构，那么膨胀的液体对感测元件200施加增大的接触力，由此可能导致至少感测元件200的损坏。实际上，压力传感器的与液体接触的各部件都有可能由于接触力增大而损坏。在本发明的实施例中，孔壁302能够变形，这样，在液体会冻结而体积增大的情况下，孔壁302变形，增大通孔303的体积，即增大了通孔303中容纳的液体的量，由此补偿了液体由于冻结而导致的体积增大，防止由于接触力增大而导致的压力传感器的各部件的损坏。
根据以上的描述可以看到，即使在上述刚性封闭构造的情况下(也就是可能导致封闭式冻结)，插塞件的构造也能够补偿液体的体积增大，从而防止压力传感器的各部件的损坏。
针对一个具体实施例，请参考图3，在该实施例的构造下，当液体冻结时，液体的体积增大会导致向感测元件200施加沿轴向的接触力，然而，由于感测元件200的刚性连接且孔壁302能够变形，所以此时液体体积增大会首先挤压孔壁302而导致孔壁302沿径向变形，此时，由于插塞件300中具有腔室304，使得孔壁302能够沿径向向外变形，从而使得通孔303的体积增大，以补偿液体的体积增大，防止压力传感器的各部件尤其是感测元件200的损坏。
当然，液体体积增大时所施加的接触力以及孔壁相应的变形并不限于上述具体构造，即在其它应用中不一定是向感测元件施加轴向接触力和孔壁进行径向变形。实际上，根据本发明，当液体体积增大时，只要孔壁变形以使得通孔的体积增大，能够补偿液体的体积增大，就可以防止压力传感器的各部件的损坏。
此外，通孔303可以形成为是细长形的，在减小容纳的液体的体积(继而可以减小液体冻结时的体积增大)的同时，还有利于孔壁302的变形。
图4A-4D示出了根据本发明另一个实施例的压力传感器及其插塞件。
该实施例的主体结构与图3所示的大致类似，不同之处主要在于插塞件300的用于构成连通通路的部分。因此，图4A-4D的实施例中与图3的实施例相同的部分在此不再详细描述，而仅仅描述与图3的实施例不同的部分。
在图4A-4D的实施例中，插塞件300的周边上形成有通槽351，该通槽351构成所述连通通路的至少一部分。该通槽351也是细长形的，在减小容纳的液体的体积的同时，还有利于通槽351的变形。
在进一步的实施例中，在插塞件300的一端上，例如在插塞件300的靠近感测元件200的端部上，设置有倾斜部352，结合图4D可以看到，该倾斜部352也构成连通通路的一部分，液体经由通槽351和倾斜部352进入压力传感器1而与感测元件200接触。
然而，本领域技术人员应当理解，该倾斜部并不是必须的，其结构只是为了便于与通用的压力管配合。
图5A-5B示出了根据本发明另一个实施例的压力传感器及其插塞件。
该实施例示出了另一种形式的补偿结构。在压力管120的内壁上形成有凹槽125。此时，插塞件300可以不设置有通孔或通槽。实际上，在这种情况下，插塞件300自身与凹槽125配合即可形成连通通路的至少一部分。如图5B所示，液体经由凹槽125进入压力传感器而与感测元件200接触。
凹槽125优选地也可以是细长形的，在减小容纳的液体的体积的同时，还有利于插塞件300的与凹槽125配合的部分的变形。
以下详细描述本发明的另一种补偿结构，即第二补偿结构，该第二补偿结构被配置成用以控制进入压力传感器的液体的冻结顺序，使靠近感测元件的液体臂远离感测元件的液体先冻结。这样，感测元件附近的液体先行冻结，所造成的体积膨胀使部分液体从连通通路排出，于是在压力传感器内的液体和冻结的液体的体积没有增大，不会破坏压力传感器的与液体接触的部件。同时，感测元件附近的液体先行冻结，冻结后的液体此时对感测元件形成保护作用，后续液体冻结所造成的体积膨胀不会对感测元件产生影响，进一步防止感测元件由于体积膨胀而被破坏。
该第二补偿结构包括在感测元件200和压力管120之间形成的空腔202，该空腔202与连通通路流体连通，空腔202的表面积-体积比大于连通通路的表面积-体积比。
为了进一步防止液体冻结时体积增大对压力传感器各部件的损坏，可以考虑控制压力传感器内容纳的液体的冻结顺序。例如，在首先使空腔202中的液体冻结，然后通孔303中的液体再冻结的情况下，可以进一步减小液体冻结时对传感器各部件的影响。
具体地，结合参考图6A和6B，其示出了液体在图3所示的结构中冻结时形成的冻结部分的示意图。
当液体在图3所示的结构中冻结时，所形成的冻结部分可以分为两个部分，第一冻结部分501和第二冻结部分502。第一冻结部分501是在空腔202中冻结的液体部分，第二冻结部分502是在通孔303中冻结的液体部分。因此，第一冻结部分501的形状与空腔202的形状相对应，第二冻结部分502的形状与通孔303的形状相对应。在这种情况下，图6A和6B所示的形状实际上也是空腔202和通孔303的形状。
为了简化说明，以图3所示的空腔202和通孔303的构造为例来说明如何控制液体的冻结顺序。
第一冻结部分501和第二冻结部分502均为大致圆柱形。假设第一冻结部分501的半径为R，高度为x，那么第一冻结部分501的表面积为2·πR2+2πR·x，体积为πR2·x，则第一冻结部分501的表面积-体积比为：
同样，假设第二冻结部分502的半径为r，高度为h，那么第二冻结部分502的表面积为2·πr2+2πr·h，体积为πr2·h，则第二冻结部分502的表面积-体积比为：
在大多数的传感器应用中，上面两个式子中虚线方框部分受限于传感器的尺寸设计而可以认为是定值，而一般情况下R<h，因此，通过设计x和r的尺寸，例如使得x<r，那么可以使得第一冻结部分501的表面积-体积比大于第二冻结部分502的表面积-体积比。而如果使得x远小于r，那么可以使得第一冻结部分501的表面积-体积比远大于第二冻结部分502的表面积-体积比，即
相对应地，空腔202的表面积-体积比大于通孔303的表面积-体积比，或者空腔202的表面积-体积比远大于通孔303的表面积-体积比。
在一般的压力传感器中，R可以为大约1至15，r可以为大约0.2至5，r可以为大约0.25至15，h可以为0.5至20。在这样的传感器中，空腔202的表面积-体积比与通孔303的表面积-体积比的比优选地可以在1.25:1至3:1之间的范围内，即可较好地控制液体的冻结顺序。
在具体的实施例中，R可以选择成4.5，x可以选择成0.5，r可以选择成1，h可以选择成10，这样，空腔202的表面积-体积比与通孔303的表面积-体积比的比接近大约2:1。
表面积-体积比可以作为单位体积(质量)的液体传热(降温)快慢的量度，数值越大，传热越快，就越早冻结(在不考虑接触界面的热传导系数差异的前提下)。因此，通过上述设计，可以使得空腔202中的液体首先冻结，也就是靠近感测元件200的液体首先冻结，然后通孔303中的液体再冻结。
在空腔202中的液体首先冻结的情况下，此时由于冻结而导致的体积增大由于通孔303中的液体未冻结而得到一定的补偿，使得空腔202的体积不会增大，因此，冻结的液体不会对例如感测元件200施加增大的接触力，从而防止压力传感器的各部件的损坏。
以上是针对图3的实施例描述了补偿结构用于控制冻结顺序而补偿液体冻结时的体积增大。本领域技术人员可以理解，上述用于控制冻结顺序的补偿结构同样可以适用于其它的实施例，例如对于图4A-4D和5A-5B的实施例，空腔202的表面积-体积比大于通槽351的表面积-体积比，大于凹槽125的表面积-体积比，均可以获得上述技术效果。而在压力管120设置有凸缘121且凸缘121设置有连通孔126的情况下，空腔202的表面积-体积比大于通孔303、通槽351或凹槽125加上连通孔126的表面积-体积比，同样可以获得上述技术效果。
除了通过配置空腔的表面积-体积比大于连通通路的表面积-体积比来控制冻结顺序之外，或者作为配置空腔的表面积-体积比大于连通通路的表面积-体积比来控制冻结顺序的替代方案，在优选的实施例中，通过压力传感器各部件的材料选择，也可以控制压力传感器内容纳的液体的冻结顺序。具体地，使得空腔的导热率大于连通通路的导热率可以控制液体的冻结顺序。
在本文中，空腔的导热率指的是空腔的与液体接触的部分的平均导热率(也就是形成空腔的材料的平均导热率)，连通通路的导热率指的是连通通路中与液体接触的部分的平均导热率(也就是形成连通通路的材料的平均导热率)。
例如，通过材料的选择，使得空腔202附近的部件的平均导热率大于通孔303附近的部件的平均导热率。这样，空腔202附近的部件的导热率大，传热快，使得空腔202中的液体首先冻结，通孔303附近的部件的导热率小，传热慢，使得通孔303中的液体后冻结，因此，同样可以控制压力传感器内容纳的液体的冻结顺序，获得上述技术效果。
具体地，针对本发明的一个实施例，例如图3所示的实施例，形成感测元件200和壳体100的材料的平均导热率大于形成插塞件300的材料的导热率，或者说是形成插塞件300的材料的导热率小于形成感测元件200和壳体100的材料的平均导热率。例如，感测元件200和壳体100可以由金属或导热率较高的塑料形成，或者可以由陶瓷或半导体材料形成，而插塞件300由导热率较低的橡胶或塑料制成。在存在密封件201的情况下，该密封件由例如橡胶制成。
这样，形成空腔的部分的材料的平均导热率高于形成连通通路的部分的材料的平均导热率。
在一个具体实施例中，与液体接触的部分的材料选择如下。感测元件200由陶瓷制成，密封件201由橡胶制成，压力管102由金属制成，插塞件300由橡胶制成，这样，形成空腔的部分的材料的平均导热率与形成连通通路的部分的材料的平均导热率的比为大约35:1，即空腔的平均导热率与连通通路的平均导热率的比为大约35:1。在这种情况下足以保证感测元件附近的液体先冻结。而如果空腔的平均导热率与连通通路的平均导热率的比大于35:1，则更加易于保证感测元件附近的液体先冻结，而防止感测元件的损坏。
从上面的描述可以看到，空腔202形成在感测元件200、壳体100与插塞件300之间，也就是插塞件300的一部分用来形成空腔202，在图3的实施例中，插塞件300的第一端部311的表面用来形成空腔202的一部分。
在这种情况下，空腔202内的液体有一部分与插塞件300的第一端部311接触，因此这部分的冻结速度受到插塞件300的材料的影响而变得较慢。为了进一步增强上述控制冻结速度所产生的技术效果，可以考虑采用以下的措施。
壳体100的压力管120形成有向内延伸的凸缘121，该凸缘121处于感测元件200与连通通路之间，在凸缘121中形成有连通孔126，该连通孔126构成连通通路的一部分。例如，在上述实施例的情况下，液体经由通孔303、通槽351或凹槽125进入压力传感器1，进而穿过凸缘121中的连通孔126，而与感测元件200接触。
在插塞件300形成有通孔303的情况下，在插塞件300的第一端部311处，围绕通孔303形成有从第一端部311向外伸出的环形突出部306。
该凸缘121围绕插塞件300的环形突出部306覆盖插塞件300的第一端部311。这样，环形突出部306和凸缘121取代之前的第一端部311来形成空腔202的一部分。这样，在操作过程，空腔202内的液体与插塞件300接触的部分大大减少。
然而，上述环形突出部并不是必须的，在没有环形突出部306的情况下，凸缘121覆盖插塞件300，如图4D和5B所示。
凸缘121可以由导热率较高的材料形成，例如由金属或导热率较高的塑料形成。由此进一步提高与空腔202内的液体接触的部分的导热率，从而进一步增强了控制冻结速度所产生的技术效果。
当然，增强控制冻结速度的效果并不限于以上的措施，还可以采用其它的方式。例如，为了减小插塞件的与空腔内的液体接触的部分，插塞件在第一端部可以采用两件式设计，即在插塞件的第一端部处，围绕通孔形成有从第一端部向外伸出的环形突出部，同时提供例如金属覆盖物，围绕该环形突出部覆盖插塞件的第一端部并固定地连接到该第一端部。
在插塞件由例如橡胶制成的情况下，由于橡胶具有弹性，在插塞件配合到壳体的压力管内时，插塞件可能由于其弹性而在一定程度上存在从压力管脱落的可能性。为此，腔室覆盖物307是刚性的或半刚性的，例如可以由刚性或半刚性材料制成，包括但不限于橡胶、塑料、金属、陶瓷灯。刚性的或半刚性的腔室覆盖物307抵靠外侧壁301并向该外侧壁301施加向外的径向力而挤压外侧壁301，这样，在插塞件300可拆卸地配合到压力管120中时，这样的结构可以在插塞件300和压力管120之间形成一定的过盈配合，以有助于插塞件300紧密地配合在壳体100的压力管120中，从而显著降低插塞件从压力管中脱落的风险。在这种情况下，不需要额外的配合结构来确保插塞件与压力管的紧密配合。
除了以上第一和第二补偿结构之外，本发明的实施例还可以具有其它的补偿结构，例如第三补偿结构。该第三补偿结构可以包括安装构件，该安装构件用于将压力传感器安装到其所应用的环境中。
安装构件设置在压力传感器的壳体的外侧面上，安装构件具有弹性，使得在压力传感器受到力的作用(例如由于进入压力传感器的液体冻结导致的体积膨胀对压力传感器施加的力)时，安装构件能够弹性变形，以保持压力传感器内的液体体积不变。
安装构件可以采用多种形式，只要其能够弹性变形，以例如补偿液体冻结导致的体积膨胀即可。例如，安装构件可以采用安装凸缘的形式，以下将以安装凸缘为例子来详细描述本发明的第三补偿结构，但是本领域技术人员可以理解，本文所述的安装构件并不限于安装凸缘。
如图所示，在优选的实施例中，在壳体100的外侧面上设置有安装凸缘140以用作第三补偿结构，例如，在壳体100的壳体腔110的外侧面上设置有安装凸缘140。该安装凸缘140具有弹性，可以由弹性体制成，例如可以由弹性塑料或金属片制成，使得在压力传感器1受到力的作用时，安装凸缘140能够弹性变形。
安装凸缘140上形成有安装孔141，压力传感器通过安装凸缘140上的安装孔141，经由紧固件而安装到例如选择性催化还原系统上。当传感器内的液体冻结时，由于液体的体积增大而在传感器内产生增大的接触力，由于安装凸缘140能够弹性变形，所以在接触力增大的情况下，安装凸缘140可以弹性变形，使得传感器能够沿着安装凸缘变形的方向位移，从而传感器内的液体在冻结而体积膨胀时部分地从传感器中移出，尽可能使留在传感器内的液体的体积保持不变，以部分地补偿液体冻结时体积增大所带来的影响，进一步减少或防止压力传感器各部分的损坏。
以下参考图7A-7D，描述根据本发明的用于形成插塞件的方法，图7A-7D为根据本发明实施例的形成插塞件的步骤的示意图。
根据本发明，还提供一种制造插塞件300的方法，该方法包括：
A、一次成型步骤：利用弹性体材料模制在内部具有封闭空腔的主体；
B、覆盖步骤：将腔室覆盖物放置在封闭空腔上，以覆盖该封闭空腔；
C、二次成型步骤：将二次成型原料模制在腔室覆盖物上。
根据优选的方案，上述方法还可以包括熔合步骤：将一次成型的主体与二次成型的部分熔合，形成完整的壳体和密封的封闭空腔。
以下具体针对例如图3的实施例，来解释上述方法的详细步骤。在图3的插塞件300的情况下，其形成步骤包括：
A、一次成型步骤：模制具有内部空腔313和通孔303的主体310，该主体310具有外侧壁301和形成通孔303的孔壁302，形成通孔303的孔壁302处于外侧壁301内侧，孔壁302和外侧壁301之间形成该内部空腔313。孔壁302和外侧壁301在下端部处连接。在孔壁302和外侧壁301之间连接有沿着插塞件300的轴向和径向延伸的多个肋部305。这些肋部305可以绕着孔壁302对称地分布，以方便插塞件的成型，该操作可以采用本领域中已知的方法，在此不再详细描述。
B、覆盖步骤：将腔室覆盖物307放置在主体310的上端部处，以覆盖内部空腔313。该腔室覆盖物307的一个目的在于，在插塞件成型期间避免成型材料进入腔室。腔室覆盖物307可以是刚性的，例如可以由刚性材料制成，以有助于插塞件300紧密地配合在壳体100的压力管120中。
C、二次成型步骤：将二次成型原料330在腔室覆盖物307上方模制到主体310的上端部处。该二次成型原料330为大致环形形状，围绕孔壁302和通孔303设置。
D、熔合步骤：将一次成型的主体与二次成型的部分熔合，形成完整的壳体和密封的内部空腔，即中空结构。熔合之后形成具有以上参考图2A-2C所述的结构的插塞件。
而针对例如图4A-4D的实施例，方法大致类似，不同之处在于，在一次成型步骤中，在主体的周边上形成通槽，而不是在主体中形成通孔。
进一步地，在设置有倾斜部352的情况下，在一次成型步骤、二次成型步骤和融合步骤中形成该倾斜部。
根据本发明的压力传感器、用于压力传感器的插塞件和制造插塞件的方法所获得的技术效果是显著的：
(1)通过构成连通通路的部分可以变形以改变连通通路的体积、控制空腔内容纳的液体的冻结顺序、设置具有弹性的安装凸缘等，可以补偿液体冻结之后的体积膨胀，避免感测元件等的损坏，即使在最严酷的封闭式冻结(液体充满完全封闭的传感器空间的情况下的冻结)下，也能够有效地补偿液体冻结之后的体积膨胀，防止压力传感器各部件的损坏；
(2)插塞件可以适用于不同的应用要求(温度、介质、压力等)，从以上的描述可以看到，插塞件可以根据不同的应用要求来选择材料、导热率等；
(3)刚性的覆盖物可以提供有利的配合，简化了结构；
(4)塑料凸缘或金属片凸缘对液体冻结时的体积膨胀也可以提供一定程度的补偿；
(5)插塞件具有一定的灵活性和通用性，能够用于不同构造和尺寸的应用，从以上的描述可以看到，插塞件是安装到压力管中的单独的部件，由此在压力传感器尺寸和构造不同的应用场合，可以灵活地选用插塞件，并且一个插塞件可以用于具有相同尺寸的其它压力传感器，具有一定的通用性；
(6)插塞件可以作为可选的附件，而不需要专门的设计。
本领域技术人员应当理解，虽然以上描述了多个实施例，但是这些实施例均属于本发明的整体构思范围内。在不存在明显矛盾的情况下，一个实施例的一个或多个技术特征可以有利地结合到其它的实施例中，而不会脱离本发明的范围。所有实施例中的技术特征可以进行删除和组合以形成新的实施例，这些新的实施例仍然处于本发明的范围内。
尽管已经将本发明作为示例性设计进行了描述，但还可以在本公开的精神和范围内对本发明进行修改。因此本发明旨在涵盖采用本发明一般原理的任何变型型式、用途或适应型式。

Claims (34)

1.一种压力传感器，其包括：
壳体；以及
感测元件，所述感测元件设置在所述壳体中；
其中在所述壳体中形成有连通通路，所述感测元件通过所述连通通路与所述壳体的外部流体连通，并且
其中所述压力传感器还设置有补偿结构，当通过所述连通通路进入所述壳体的液体出现体积膨胀而导致接触力增大时，所述补偿结构补偿所述体积膨胀。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述补偿结构包括用以增大所述连通通路的体积的第一补偿结构和/或用以控制进入所述压力传感器的液体的冻结顺序的第二补偿结构。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述第一补偿结构包括插塞件，所述壳体形成有压力管，其中所述插塞件可拆卸地配合在所述壳体的压力管中。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述插塞件形成有通孔，所述通孔构成所述连通通路的至少一部分；或者所述插塞件的周边上形成有通槽，所述通槽构成所述连通通路的至少一部分；或者所述压力管的内壁上形成有凹槽，所述凹槽与所述插塞件配合以构成所述连通通路的至少一部分。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述插塞件的用以构成所述连通通路的部分能够弹性变形，以改变所述连通通路的体积。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述插塞件的内部形成有封闭的腔室。
7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，在所述腔室的靠近所述感测元件的一端设置有腔室覆盖物。
8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述腔室覆盖物被构造成有助于所述插塞件配合在所述壳体的压力管中。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述第二补偿结构被配置成用以控制进入所述压力传感器的液体的冻结顺序，以使靠近所述感测元件的液体比远离所述感测元件的液体先冻结。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述第二补偿结构包括在所述感测元件和所述壳体的压力管之间形成的空腔，所述空腔与所述连通通路流体连通。
11.根据权利要求10所述的压力传感器，其特征在于，所述空腔的表面积-体积比大于所述连通通路的表面积-体积比。
12.根据权利要求11所述的压力传感器，其特征在于，所述空腔的表面积-体积比与所述连通通路的表面积-体积比的比在1.25:1至3:1之间的范围内。
13.根据权利要求11所述的压力传感器，其特征在于，所述空腔的表面积-体积比与所述连通通路的表面积-体积比的比为大约2:1。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的压力传感器，其特征在于，形成所述空腔的材料的平均导热率大于形成所述连通通路的材料的平均导热率。
15.根据权利要求14所述的压力传感器，其特征在于，形成所述空腔的材料的平均导热率与形成所述连通通路的材料的平均导热率的比为大约35:1或更大。
16.根据权利要求14所述的压力传感器，其特征在于，所述壳体的压力管形成有向内延伸的凸缘，所述凸缘处于所述感测元件和所述连通通路之间，所述凸缘形成有连通孔，所述连通孔构成所述连通通路的一部分。
17.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述连通通路是细长形的。
18.根据权利要求2-17中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述补偿结构还包括能够变形以保持所述压力传感器内的液体体积的第三补偿结构，所述第三补偿结构包括安装构件，所述安装构件设置在所述壳体的外侧面上，所述安装构件具有弹性，使得在所述压力传感器由于液体体积膨胀而受到力的作用时，所述安装构件能够弹性变形以保持所述压力传感器内的液体体积。
19.一种用于压力传感器的插塞件，所述压力传感器包括壳体和感测元件，所述壳体形成有压力管，所述感测元件设置在所述壳体中，其中在所述压力管中形成有连通通路，所述感测元件通过所述连通通路与外部流体连通；其特征在于，所述插塞件可拆卸地配合在所述壳体的压力管中，当通过所述连通通路进入所述壳体的流体出现体积膨胀而导致接触力增大时，所述插塞件补偿所述体积膨胀。
20.根据权利要求19所述的插塞件，其特征在于，所述插塞件形成有通孔，所述通孔构成所述连通通路的至少一部分；或者所述插塞件的周边上形成有通槽，所述通槽构成所述连通通路的至少一部分。
21.根据权利要求20所述的插塞件，其特征在于，所述插塞件的用以构成所述连通通路的部分能够弹性变形，以改变所述连通通路的体积。
22.根据权利要求21所述的插塞件，其特征在于，所述插塞件的内部形成封闭的腔室。
23.根据权利要求19所述的插塞件，其特征在于，在所述插塞件的靠近所述感测元件的端部处，围绕所述通孔形成有从所述插塞件向外伸出的环形突出部。
24.根据权利要求22所述的插塞件，其特征在于，在所述腔室内，形成有沿着所述插塞件的轴向和径向延伸的多个肋部。
25.根据权利要求22所述的插塞件，其特征在于，在所述腔室的靠近所述感测元件的一端设置有腔室覆盖物。
26.根据权利要求25所述的插塞件，其特征在于，所述腔室覆盖物被构造成有助于所述插塞件配合在所述壳体的压力管中。
27.根据权利要求20所述的插塞件，其特征在于，所述通孔、通槽或凹槽是细长形的。
28.根据权利要求19-27中任一项所述的插塞件，其特征在于，形成所述插塞件的材料的导热率小于形成所述感测元件和所述压力管的材料的平均导热率。
29.一种制造根据权利要求19-27中任一项所述的插塞件的方法，所述方法包括：
A、一次成型步骤：利用弹性体材料模制在内部具有封闭空腔的主体；
B、覆盖步骤：将腔室覆盖物放置在封闭空腔上，以覆盖该封闭空腔；
C、二次成型步骤：将二次成型原料模制在腔室覆盖物上。
30.根据权利要求23所述的方法，其中所述方法还包括熔合步骤：将一次成型的主体与二次成型的部分熔合，形成完整的壳体和密封的封闭空腔。
31.根据权利要求29所述的方法，其中在一次成型步骤中，在封闭空腔内形成沿着插塞件的轴向和径向延伸的多个肋部。
32.根据权利要求29所述的方法，其中在一次成型步骤中，在主体中形成贯穿的通孔，或者在主体的周边上形成通槽。
33.根据权利要求32所述的方法，其中在二次成型步骤中，在主体的上端部处，围绕所述通孔形成从主体向外伸出的环形突出部。
34.根据权利要求33所述的方法，其中该二次成型原料为大致环形形状，围绕所述通孔设置。
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