CN108195502A - 一种发动机用传感器 - Google Patents

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周国方
谢锋
颜志红
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges

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Abstract

本发明公开了一种发动机用传感器，包括芯片、基座、电路板和接插件；所述芯片为内部具有空腔，且一端开口，一端封闭的结构，所述芯片的封闭端的外表面具有应变电路；所述芯片插接安装在所述基座中；所述芯片上的应变电路与所述电路板连接，所述电路板与所述接插件连接。本发明具有高精度、高稳定性、低温漂等优点。

Description

一种发动机用传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种发动机用传感器，尤其适合柴油共轨发动机用的传感器。
背景技术
柴油机电控燃油喷射系统（共轨系统）的发展经历了三代，分别为位置控制式、时间控制式和时间-压力控制式，共轨管道的压力一般达到135MPa-180MPa。满足“欧四”排放标准的第四代电控高压共轨系统主要有三大公司的研发和生产柴油机的电控高压共轨系统，分别是德国Bosch、日本Denso和美国的Delphi公司。
目前，国内高压共轨技术正处攻关阶段，但是共轨管中的轨压传感器研制方面尚无建树。第四代电喷共轨系统中要求的压力传感器的工作压力达到250MPa，在当前发展技术的限制下实现高温下超高压力的实时监控难度很大。德国Bosch公司使用的是超高压力薄膜压力传感器。
现有超高压力薄膜压力传感器，对于250MPa量程的传感器需要采用氩弧焊等大束流焊接工艺方法，而且需确保熔深达到1.5mm左右。一方面，高压柴油可能从存在细微缺陷的焊缝中雾化泄露出来，导致高压介质泄露的严重后果；另一方面，大束流焊接产生的高温，不仅会使薄膜电桥的阻值发生较严重的不平衡变化，可能还会导致薄膜性能参数退化，冲击高温引起的芯片材料和薄膜内应力，尽管通过再退火与低温时效处理可以大部分消除，但残余应力需要一年以上的自然释放过程，导致传感器在长时间内零点不能稳定。采用大束流焊接工艺方法完成弹性体与基座连接，在焊接过程中，高温易导致传感器失效，造成产品的成品率偏低。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种高精度、高稳定性、低温漂的发动机用传感器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种发动机用传感器，包括芯片、基座、电路板和接插件；所述芯片为内部具有空腔，且一端开口，一端封闭的结构，所述芯片的封闭端的外表面具有应变电路；所述芯片插接安装在所述基座中；所述芯片上的应变电路与所述电路板连接，所述电路板与所述接插件连接。
进一步地，所述芯片上的应变电路通过在芯片上直接淀积合金薄膜应变电阻而成。
进一步地，所述淀积合金薄膜应变电阻通过在芯片上通过离子束溅射镀膜，再通过光刻、刻蚀工艺制备。
进一步地，所述芯片开口端在径向方向上有凸起，所述芯片与所述基座之间的插接缝位于芯片的侧面。
进一步地，所述芯片与所述基座之间的插接缝焊接密封。
进一步地，还包括壳体，所述壳体一端安装在所述基座上，所述壳体的另一端安装所述接插件；所述电路板设置在所述壳体内。
进一步地，还包括支架和引线板；所述支架安装在基座上，所述电路板通过所述引线板固定安装在所述支架上。
进一步地，所述电路板为多个，多个电路板分层安装。
进一步地，所述芯片由合金材料一体成型制成。
进一步地，所述合金材料为钛合金、不锈钢、铌基合金中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的应变电路采用薄膜技术在耐蚀不锈钢芯片上直接淀积合金薄膜应变电阻而成，不需要硅油隔离，适合制造超高压传感器，应变电阻温度系数可低到ppm量级，耐冲击、振动、腐蚀等恶劣环境能力强。
2、本发明芯片与基座采用插接方式连接，插接缝位于芯片的侧面，再通过焊接方式对插接缝焊接，规避了焊缝承受超高压的状态，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明具体实施例结构示意图。
图例说明：1、芯片；2、基座；3、壳体；4、支架；5、引线板；6、电路板；7、接插件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例的发动机用传感器，包括芯片1、基座2、电路板6和接插件7；所述芯片1为内部具有空腔，且一端开口，一端封闭的结构，所述芯片的封闭端的外表面具有应变电路；所述芯片1插接安装在所述基座2中；所述芯片1上的应变电路与所述电路板6连接，所述电路板6与所述接插件7连接。芯片1由合金材料一体成型制成。优选为高弹性合金和恒弹性合金材料，合金材料为钛合金、或者不锈钢、或者铌基合金，进一步地优选为不锈钢材料。
在本实施例中，在使用状态时，芯片1封闭一端在压力的作用下发生形变，即向外凸起，此时，应变电路即可感知芯片1封闭端的形变情况，产生电信号，由电路板6进行处理，即可感知压力。
在本实施例中，芯片1上的应变电路通过在芯片1上直接淀积合金薄膜应变电阻而成。淀积合金薄膜应变电阻通过在芯片1上进行离子束溅射镀膜，再通过光刻、刻蚀工艺制备。通过采用薄膜技术在耐蚀不锈钢芯片上直接淀积合金薄膜应变电阻而成，不需要硅油隔离，适合制造超高压传感器，应变电阻温度系数可低到ppm量级，耐冲击、振动、腐蚀等恶劣环境能力强。并且采用薄膜技术制备的应变电路，通过退火及低温时效处理等处理工艺，能够有效的释放薄膜的残余，因此，传感器零点稳定，温漂小。
在本实施例中，芯片1开口端在径向方向上有凸起，芯片1与基座2之间的插接缝位于芯片1的侧面。芯片1与基座2之间的插接缝焊接密封。本实施例通过采用端面密封形式，由于芯片插装在基座中，插接缝在侧面，通过焊接方式进行焊接密封，焊缝不承受介质的压力，只承受螺纹坚固时的扭力。规避了焊缝承受超高压的状态，提高了系统的可靠性，提高了传感器的使用寿命。芯片1的封闭端的厚度可根据传感器的具体应用环境，即要测量的压力的大小来确定，压力越大，芯片1封闭端的厚度越大。因此，本实施例的传感器，焊缝设计深度只需要0.5mm即可以满足六方紧固M18螺纹的扭力要求。
在本实施例中，还包括壳体3，壳体3一端安装在基座2上，壳体3的另一端安装接插件7；电路板6设置在壳体3内。还包括支架4和引线板5；支架4安装在基座2上，电路板6通过引线板5固定安装在支架4上。电路板6为多个，多个电路板6分层安装。通过壳体3，可以对电路板进行有效的封装保护，提高传感器的传感寿命，也方便安装接插件7。对于需要多个电路板6的情形，如图1所示，第一个电路板6通过引线板5安装在支架4上，第二个电路板6通过引线板5安装在第一个电路板6上，通过增加电路板6的数量来降低电路板6的大小，再将电路板6的分层安装，解决了在有限空间内电路板6安装的问题。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种发动机用传感器，其特征在于：包括芯片（1）、基座（2）、电路板（6）和接插件（7）；所述芯片（1）为内部具有空腔，且一端开口，一端封闭的结构，所述芯片（1）的封闭端的外表面具有应变电路；所述芯片（1）插接安装在所述基座（2）中；所述芯片（1）上的应变电路与所述电路板（6）连接，所述电路板（6）与所述接插件（7）连接。
2.根据权利要求1所述的发动机用传感器，其特征在于：所述芯片（1）上的应变电路通过在芯片（1）上直接淀积合金薄膜应变电阻而成。
3.根据权利要求2所述的发动机用传感器，其特征在于：所述淀积合金薄膜应变电阻通过在芯片（1）上通过离子束溅射镀膜，再通过光刻、刻蚀工艺制备。
4.根据权利要求1至3任一项所述的发动机用传感器，其特征在于：所述芯片（1）开口端在径向方向上有凸起，所述芯片（1）与所述基座（2）之间的插接缝位于芯片（1）的侧面。
5.根据权利要求4所述的发动机用传感器，其特征在于：所述芯片（1）与所述基座（2）之间的插接缝焊接密封。
6.根据权利要求5所述的发动机用传感器，其特征在于：还包括壳体（3），所述壳体（3）一端安装在所述基座（2）上，所述壳体（3）的另一端安装所述接插件（7）；所述电路板（6）设置在所述壳体（3）内。
7.根据权利要求6所述的发动机用传感器，其特征在于：还包括支架（4）和引线板（5）；所述支架（4）安装在基座（2）上，所述电路板（6）通过所述引线板（5）固定安装在所述支架（4）上。
8.根据权利要求7所述的发动机用传感器，其特征在于：所述电路板（6）为多个，多个电路板（6）分层安装。
9.根据权利要求8所述的发动机用传感器，其特征在于： 所述芯片（1）由合金材料一体成型制成。
10.根据权利要求9所述的发动机用传感器，其特征在于：所述合金材料为钛合金、不锈钢、铌基合金中的任意一种。
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