CN108351242A - 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

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(10)。传感器装置(10)包括至少一个传感器壳体(14)。在传感器壳体(14)中接收有至少一个电子部件模块(30)，该电子部件模块具有至少一个用于感测流动特性的流动传感器(40)。电子部件模块(30)至少部分地被接收在电子部件室(20)中。在传感器壳体(14)内部还接收有至少一个湿度传感器(42)。传感器壳体(14)具有至少一个用于以流体介质的湿度加载湿度传感器(42)的进入开口(46)。电子部件室(20)相对于进入开口(46)是密封的。

Description

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、即液体和/或气体的流动特性的方法和装置。在此，流动特性原则上可以是任意可物理和/或化学测量的特性，所述特性对流体介质的流动进行定性或定量。在此，尤其可以涉及流动速度和/或质量流量和/或体积流量。

下面尤其参考所谓的热膜式空气质量流量计描述本发明，例如在Konrad Reif(编者)：机动车中的传感器(Sensoren im Kraftfahrzeug)，2010第1版，146至148页中所描述的那样。这类热膜式空气质量流量计通常基于具有可以被流动的流体介质流经的测量表面的传感器膜片的传感器芯片、尤其是硅传感器芯片。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，所述温度探测器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以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。热膜式空气质量流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装入到流动管中。该流动管例如可以是内燃机的进气管道。

为了可以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，可以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，该传感器装置具有带着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产生了优点，但是这些传感器装置仍然具有改进潜力。即通过具有作为压力平衡元件起作用的集成膜片的塑料框架保护在单独的电路板上的湿度传感器免受介质和机械作用的影响。为了确保湿度传感器接触测量介质，处于该湿度传感器上方的电子部件室盖设置有进入开口。湿度传感器具有湿度框架和与电子部件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部件室盖和湿度传感器之间的间隙或经过电子部件室盖中的排出孔到达电子部件室中并且也可以从该电子部件室中排出。尤其水分会例如通过结冰损害电子部件室中的电子构件。

发明内容

因此，本发明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已知的传感器装置的上述缺点并且该传感器装置尤其构造成用于保护电子部件室免受侵入的介质、尤其水分的影响，并且同时建立环境与湿度传感器的连接。

关于可以被定性地和/或定量地感测的至少一个待感测的流动特性，例如可以参考上面对现有技术的说明。该流动特性尤其可以是流体介质的流动速度和/或质量流量和/或体积流量。流体介质尤其可以是气体，优选空气。传感器装置尤其可以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。然而，其他的应用领域原则上也是可行的。

根据本发明的用于感测流体介质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，在本发明的框架内，传感器壳体应理解为一件式或多件式的装置，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免受机械作用的影响并且优选也免受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，该插接式探测器可以被装入到流动的流体介质中，其中，可以考虑可更换的或者永久的装入。插接式探测器例如可以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，插接式探测器可以被装入到该开口中。插接式探测器和传感器壳体尤其可以至少部分地由塑料材料制成，例如借助于注塑成型方法。

在传感器壳体中接收具有用于感测流动特性的至少一个流动传感器的至少一个电子部件模块。在此，在传感器壳体中的接收应理解为：电子部件模块应至少部分地、优选完全地由传感器壳体围绕。电子部件模块至少部分地布置在传感器壳体的至少一个电子部件室中。在本发明的框架内，电子部件室应理解为在传感器壳体内部的部分或完全封闭的室，该室在至少一个方向上通过传感器壳体封闭。电子部件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的凹陷部，例如方形凹陷部。例如为了装配而可进入电子部件室中(如接下来还详细阐述)，例如从表面出发，并且可以通过至少一个封闭元件、例如至少一个电子部件室盖永久地或者可逆地封闭。

在此，流动传感器原则上应理解为任意的传感器元件，该传感器元件构型成用于感测至少一个流动特性。流动传感器尤其可以是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，该测量表面可以由流动的流体介质流经。例如至少一个加热元件和至少两个温度探测器处于该传感器表面上，其中，如上面所描述的那样，由借助于温度探测器测量的温度廓线的不对称性可以推断出至少一个流动特性。所述至少一个流动传感器例如可以布置在电子部件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。电子部件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，该操控和/或分析处理电路设置成用于操控流动传感器和/或接收流动传感器的信号。与此相应，电子部件模块例如可以具有至少一个电路载体。此外，电子部件模块尤其可以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部件室中，并且传感器载体可以从电子部件室出来伸入到流体介质中。特别优选的是，传感器壳体具有至少一个可由流体介质穿流的通道，其中，电子部件模块的承载流动传感器的传感器载体从电子部件室伸到传感器壳体中的至少一个可由流体介质穿流的通道中。所述至少一个通道尤其可以一件式地构型，然而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路通道，其中，传感器载体优选伸入到旁路通道中，这如基本上由现有技术已知的那样。电子部件模块的电路载体尤其可以包括电路板，该电路板被独自使用或该电路板例如也装配在机械载体、例如呈冲压弯曲件形式的底板上，该底板可以用金属材料制造。传感器载体可以与电路载体直接连接或也可以与载体部件、例如与底板连接，例如，其方式为，将传感器载体注塑成型到底板上。其他构型原则上也是可行的。因此例如可考虑的是，用电路板材料制造电子部件模块，其中，电路载体和传感器载体都用电路板材料制造，优选由一部分电路板材料制造。而替代地或者附加地，也可行的是，将由现有技术已知的注塑成型的电路板作为电子部件模块使用，例如将注塑成型的电路板使用在一个或多个所谓的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应理解为这样的布置，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围绕。湿度传感器原则上应理解为设置成用于感测流体介质的湿度的任意传感器元件。在此，例如考虑电阻式和/或电容式传感器元件，如由现有技术已知的那样。这类湿度传感器的示例由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在本发明的框架内使用。

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开口。在此，电子部件室相对于进入开口被密封。由此，流体介质可以达到湿度传感器，而不达到达电子部件室中。相应地，确保了针对侵入的流体介质、尤其是可能导致结冰危险的增多的水分的提高的安全性。

如上面所提及的那样，传感器壳体优选具有至少一个电子部件室盖，其中，电子部件室盖构造成用于封闭电子部件室，其中，开口构造在电子部件室盖中。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气而言至少部分可渗透的膜片和一框架来限界。在电子部件室中可以设置有凝胶，其中，凝胶至少部分地覆盖电子部件模块。优选地，凝胶被固化，使得该凝胶不再能流动并且保护电子部件模块。电子部件室盖可以具有朝着电子部件室的方向伸出的突出部，其中，突出部限界开口，其中，突出部伸入到凝胶中。由此电子部件室被附加地密封。替代地，在开口与湿度传感器之间可以布置有密封元件。密封元件优选这样布置在电子部件室盖与室之间，使得密封元件围绕开口。电子部件模块可以具有湿度传感器。电子部件模块可以如上面所提及的那样具有电路载体，其中，湿度传感器布置在电路载体上。电子部件模块可以如上面所提及的那样包括传感器载体，其中，传感器载体承载流动传感器并且从电子部件室伸到传感器壳体中的至少一个可由流体介质穿流的通道中，其中，流动传感器和湿度传感器布置在电子部件模块的同一侧上。

进入开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。其他构型也是可行的。

此外，传感器装置也可以包括一个或者多个用于感测流体介质的至少一个其他物理和/或化学特性的其他传感器元件。此外，传感器装置尤其可以具有至少一个温度探测器，尤其是至少一个布置在传感器壳体的外侧上的温度探测器。温度探测器例如可以这样布置在传感器壳体的外侧上，使得该温度探测器布置在与湿度传感器相对置的一侧上。然而，其他构型原则上也是可行的。温度探测器尤其可以布置在传感器壳体的侧壁上的至少一个凹陷部中。温度探测器尤其可以包括至少一个温度相关的电阻。替代地或附加地，也可以使用其他类型的温度探测器。温度探测器尤其可以裸露地被流动的流体介质流经，即，不被传感器元件的传感器壳体围绕。温度探测器尤其可以通过力锁合和/或形状锁合与传感器壳体连接，例如，其方式是，温度探测器的输入导线与传感器壳体的外壁压紧或以其他方式连接。温度探测器的输入导线尤其可以被引入到传感器壳体的内部并且在那里例如与电子部件模块连接和/或与传感器装置的插接连接器连接。原则上可以考虑不同的其他构型。

此外，传感器装置例如可以具有压力传感器。在此，压力传感器原则上理解为任意的设置成用于感测流体介质的压力的传感器元件。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。然而也可替代地或附加地使用其他类型的压力传感器，例如直接基于一个或多个应变测量片或类似压力传感器元件的应用的压力传感器。

附图说明

本发明的其他可选的细节和特征由下面对图中示意性示出的优选实施例的描述得出。

附图示出：

图1根据本发明的用于感测流体介质至少一个流动特性的传感器装置的分解示图，

图2根据本发明的第一实施方式的传感器装置的横截面视图，

图3根据第二实施方式的传感器装置的横截面视图，

图4根据第三实施方式的传感器装置的横截面视图，

图5根据第四实施方式的传感器装置的横截面视图，以及

图6根据第五实施方式的传感器装置的横截面视图。

具体实施方式

图1示出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接式探测器12。插接式探测器12可以装入到、例如可逆地插入或永久安装到流动的流体介质、例如吸入空气质量流中。插接式探测器12包括传感器壳体14。在传感器壳体14中接收有通道区域16和具有进入到传感器壳体14中的电子部件室20的电子部件区域18。通道区域16可以由旁路通道盖22封闭。在旁路通道盖22中构造有可由流体介质穿流的通道24。通道24具有主通道26和从该主通道分岔出的旁路通道28。

在电子部件室20中接收有电子部件模块30。电子部件模块30具有带操控和/或分析处理电路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，电子部件模块30具有呈注塑成型到底板36上的翼状件形式的传感器载体38。传感器载体38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接收在传感器壳体14内部。因此，湿度传感器42布置在电子部件模块30的电路载体32上。传感器载体38、底板36和电路载体32形成电子部件模块30，该电子部件模块可以附加地包括操控和/或分析处理电路34。除了传感器载体38以外附加地，还有电路载体32的电子部件和操控和/或分析处理电路34被粘接到底板36上。流动传感器40、湿度传感器42和操控和/或分析处理电路34通常通过键合连接相互连接。如此形成的电子部件模块30例如被粘接到电子部件室20中。

此外，传感器装置10具有电子部件室盖44。电子部件室盖44构造成用于封闭电子部件室20。在此，可以永久地或可逆地进行封闭。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的进入开口46。进入开口46构造在电子部件室盖44中。如在图1中所示出的那样，流动传感器40和湿度传感器42布置在电子部件模块30或电路载体32的同一侧上。换言之，流动传感器40和湿度传感器42共同布置在电子部件模块30或电路载体32的同一侧上。

图2示出根据可行的第一实施方式的传感器装置10的横截面视图。如在图2中所示，湿度传感器42具有至少一个测量腔48。测量腔48通过至少一个对于湿气而言至少部分可渗透的膜片50和框架52来限界。湿度传感器42可以构型为湿度模块54或包含在湿度模块54中。在电子部件室20中设置有凝胶56。凝胶56覆盖电子部件模块30并且尤其至少部分地覆盖电路载体32。在此，凝胶56例如借助热处理或借助紫外线固化，并且因此不再能流动。电子部件室盖44具有朝着电子部件室20的方向伸出的突出部58。突出部58例如构造为密封剑状部。突出部58限界进入开口46。在此，突出部58伸入到凝胶56中。换言之，突出部58侵入到凝胶56中。在此，凝胶56保护传感器装置10的电子部件。电子部件室盖44设置用于机械保护。侵入到凝胶56中的突出部58密封湿度传感器42通向电子部件室20的直接测量环境。由此提高了对已安装的电子元部件的针对介质的保护，并且通过清楚地限界湿度测量环境而提高湿度传感器42的响应时间。

图3示出根据可行的第二实施方式的传感器装置10的横截面视图。下面仅描述与前述实施方式的区别，并且相同的构件设有相同的参考标记。在第二实施方式的传感器装置中，在进入开口46与湿度传感器42之间布置有密封元件60。在第二实施方式的传感器装置10中，密封元件60是粘接剂胶瘤62。更准确地说，密封元件60或粘接剂胶瘤62这样布置在电子部件室盖44与湿度传感器42的框架52之间，使得密封元件60或粘接剂胶瘤62围绕进入开口46。

图4示出根据可行的第三实施方式的传感器装置10的横截面视图。下面仅描述与前述实施方式的区别，并且相同的构件设有相同的参考标记。第三实施方式的传感器装置10是第二实施方式的传感器装置10的变型方案。在第三实施方式的传感器装置10中，密封元件60构造为抗介质的密封件64并且这样布置在电子部件室盖44与湿度传感器42的框架52之间，使得密封件64围绕进入开口46。在此，密封件64可以通过电子部件室盖44压抵框架52，以便如此获得足够的密封效果。

图5示出根据第四实施方式的传感器装置10的横截面视图。下面仅描述与前述实施方式的区别，并且相同的构件设有相同的参考标记。在第四实施方式的传感器装置10中，密封件64轴向地取向。换言之，密封件64至少部分地布置在框架52上方并且朝着电子部件室盖44指向。因此，电子部件室盖44将密封件64朝着框架52的方向按压。

图6示出根据本发明的第五实施方式的传感器装置。下面仅描述与前述实施方式的区别，并且相同的构件设有相同的参考标记。在第五实施方式的传感器装置10中，密封件64径向地取向。换言之，密封件64在侧面布置在框架52并且接触电子部件室盖44。由此实现侧面的密封效果。

原则上适用于所有所描述的实施方式的是：传感器装置10构造成用于感测流体介质的其他流动特性。如在图1中所示出的那样，传感器装置10例如还可以具有至少一个温度探测器66，该温度探测器构造成用于感测流体介质的温度。温度探测器66可以布置在传感器壳体14的外侧上。温度探测器66例如可以这样布置在传感器壳体14的与湿度传感器42相对置的外侧上。温度探测器66尤其可以布置在传感器壳体14的侧壁或背侧上的至少一个凹陷部中。如在图1中还示出的，传感器装置还可以具有壳体密封件68，该壳体密封件构造成用于相对流动管密封传感器壳体14。

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)中接收有至少一个电子部件模块(30)，该电子部件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，所述电子部件模块(30)至少部分地被接收在电子部件室(20)中，其中，在所述传感器壳体(14)内部还接收有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所述流体介质的湿度加载所述湿度传感器(42)的进入开口(46)，

其特征在于，

所述电子部件室(20)相对于所述进入开口(46)是密封的。

2.根据前一项权利要求所述的传感器装置(10)，其中，所述传感器壳体(14)还具有至少一个电子部件室盖(44)，其中，所述电子部件室盖(44)构造成用于封闭所述电子部件室(20)，其中，所述进入开口(46)构造在所述电子部件室盖(44)中。

3.根据前一项权利要求所述的传感器装置(10)，其中，所述湿度传感器(42)具有至少一个测量腔(48)，其中，所述测量腔(48)通过至少一个对于湿气而言至少部分能渗透的膜片(50)和一框架(52)来限界。

4.根据前一项权利要求所述的传感器装置(10)，其中，在所述电子部件室(20)中设置有凝胶(56)，其中，所述凝胶(56)至少部分地覆盖所述电子部件模块(30)。

5.根据前一项权利要求所述的传感器装置(10)，其中，所述电子部件室盖(44)具有朝着所述电子部件室(20)的方向伸出的突出部(58)，其中，所述突出部(58)限界所述进入开口(46)，其中，所述突出部(58)伸入到所述凝胶(56)中。

6.根据权利要求4所述的传感器装置(10)，其中，在所述进入开口(46)与所述湿度传感器(42)之间布置有密封元件(60)。

7.根据前一项权利要求所述的传感器装置(10)，其中，所述密封元件(60)这样布置在所述电子部件室盖(44)与所述框架(52)之间，使得所述密封元件(60)围绕所述进入开口(46)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述电子部件模块(30)具有所述湿度传感器(42)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述电子部件模块(30)具有电路载体(32)，其中，所述湿度传感器(42)布置在所述电路载体(32)上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其中，所述电子部件模块(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)并且从所述电子部件室(20)伸到所述传感器壳体(14)中的至少一个能够由所述流体介质穿流的通道(24)中，其中，所述流动传感器(40)和所述湿度传感器(42)布置在所述电子部件模块(30)的同一侧上。