CN108414030A - 一种温度-压力一体式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度‑压力一体式传感器，其包括顺次连接的电气连接件、压力传感器元件、基体组件，压力传感器元件与电气连接件之间设置有柔性调理电路板，压力传感器元件与柔性调理电路板电连接，柔性调理电路板连接有一导电延伸部，导电延伸部底端设置有温度传感器元件。柔性调理电路板与压力传感器单元、温度传感器单元的耦合实现了柔性调理电路对压力信号与温度信号的同时处理与转换，得到了温度、压力集成式传感器，结构简单、紧凑，便于安装于测试环境中，应用范围更广。导电延伸部由压力传感器元件、基体组件的外部安装并延伸至基体组件下方，解决了传统传感器穿线作业难以操作、效率低、容易损伤导线的问题易于组装，制作效率高。

Description

一种温度-压力一体式传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体地说涉及一种温度-压力一体式传感器。

背景技术

传感器是工业控制系统中的一种重要部件，用于感受被测量的信息并将被测量的信息按照一定规律转换为电信号或其它所需形式的信息输出，传统的传感器每种只能用于测量一种物理量，随着自动化监控技术日益发展，单一测量功能的传感器已无法满足需要，实际使用中，在一个位置往往需要同时测量多个参数，特别是温度和压力参数时常需要同时获取，如采用分立的温度传感器和压力传感器对参数进行单独测量，难以保证被测点位置的同一性，分别购买两种成本也较高。

为解决上述问题，温压一体传感器成为了行业的研究热点，温度传感器、压力传感器是传感器行业使用量最大的两种传感器，而且经常需要一同使用，温压一体传感器的出现解决了传统独立传感器占用空间大、测试数据不精确的问题。

如中国专利CN102980714公开了一种组合压力/温度的紧凑型传感器组件，该传感器组件设有中板组件，该中板组件包括至少一个盘形元件和中空探针元件，温度传感器元件安装于中空探针元件内，温度传感器元件的引出导线需通过中空探针元件并穿过中板组件到达凹口的中空容积部，并最终与电子电路的端子耦合在一起。这种传感器组件中，温度传感器元件导线的穿线作业效率很低，而且导线与端子耦合需要合适的工艺实现，这一过程可能会造成导线损伤，从而影响传感器的电气连接性能。另外，组成中板组件的盘型元件和中空探针元件需要分别加工成型后再组装，使得传感器制造工艺繁琐，同时也增加了传感器的制造成本。

专利EP2749855A2公开了一种传感器组件，传感器组件具有由塑料注模成型的防护罩，其用于将传感器组件安装并暴露于传感器所测量的介质中，该传感器组件安装尺寸较大，应用场合受到限制，另外，这种传感器组件中通过改变传感器探头长度来适应不同温度测量的要求，这意味着对不同测量场合需根据需求进行注模制作不同长度的传感器探头，制作复杂且成本高昂。

发明内容

为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种结构紧凑、尺寸小、易于组装、成本低廉的温度-压力一体式传感器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种温度-压力一体式传感器，其包括顺次连接的电气连接件、压力传感器元件、基体组件，所述压力传感器元件与所述电气连接件之间设置有柔性调理电路板，所述压力传感器元件与所述柔性调理电路板电连接，所述柔性调理电路板连接有一导电延伸部，所述导电延伸部由压力传感器元件顶端延伸至所述基体组件底端，所述导电延伸部底端设置有温度传感器元件。

作为优选，还包括壳体部件，所述壳体部件包括一容置腔和与所述容置腔连通的探针，所述容置腔用于容纳所述柔性调理电路板、压力传感器元件、基体组件和部分电气连接件，所述导电延伸部经压力传感器元件、基底组件延伸至所述探针内底部。

作为优选，所述压力传感器组件包括基座和设置于所述基座底面的感压膜，所述柔性调理电路板设置于所述基座顶面。

作为优选，所述基体组件包括圆柱形基体和设置于所述圆柱形基体底部的两个导流柱，所述导流柱具有沿轴向设置的通孔，用于将测试流体导向所述压力传感器元件，所述压力传感器元件设置于所述圆柱形基体顶部。

作为优选，所述圆柱形基体侧壁和底面设置有用于容置所述导电延伸部的竖直导向槽和水平导向槽；所述电气连接件具有与所述竖直导向槽相适配的卡接部，所述卡接部卡合于所述竖直导向槽。

作为优选，每个所述导流柱外壁设置有安装沟槽，所述安装沟槽内设置有第一密封圈；所述圆柱形基体与所述压力传感器元件之间设置有第二密封圈。

作为优选，所述壳体部件对应于所述导流柱的位置设置有用于安装所述导流柱的沉孔，所述沉孔底部设置有与所述沉孔连通的用于导入测试流体的流道。

作为优选，所述探针为底端封闭的中空圆柱形探针，所述探针外部设置有加强层，所述探针内底部设置有导热材料层，所述导热材料层包裹于所述温度传感器元件外部。

作为优选，所述导电延伸部与所述柔性调理电路板一体成型且可自由弯折，所述导电延伸部紧贴所述竖直导向槽和水平导向槽设置并向远离所述压力传感器元件的方向弯折、延伸，垂直于所述圆柱形基体底面中心处，所述导电延伸部通过一工字扣固定于所述水平导向槽。

作为优选，所述圆柱形基体侧壁还设置有两个安装卡槽，所述电气连接件具有与所述安装卡槽适配的卡接件，所述电气连接件与所述安装卡槽卡扣式连接。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的温度-压力一体式传感器，其包括顺次连接的电气连接件、压力传感器元件、基体组件，所述压力传感器元件与所述电气连接件之间设置有柔性调理电路板，所述压力传感器元件与所述柔性调理电路板电连接，所述柔性调理电路板连接有一导电延伸部，所述导电延伸部底端设置有温度传感器元件，所述导电延伸部由压力传感器元件顶端延伸至所述基体组件底端。其中柔性调理电路板与压力传感器单元、温度传感器单元的耦合实现了柔性调理电路对压力信号与温度信号的同时处理与转换，从而得到了温度、压力集成式传感器，其结构简单、紧凑，便于安装于测试环境中，应用范围更广。导电延伸部由压力传感器元件、基体组件的外部安装并延伸至基体组件下方，解决了传统传感器中穿线作业难以操作、效率低、容易损伤导线的问题，其易于组装，制作效率高。另外,中空圆柱形探针有效地防止了温度传感器元件暴露在被测介质中，特别是带有腐蚀性的测量介质。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例所述的温度-压力一体式传感器的分解示意图；

图2是本发明实施例所述的温度-压力一体式传感器的截面图；

图3是本发明实施例所述的温度-压力一体式传感器另一方向截面图；

图4是本发明实施例所述的温度-压力一体式传感器的组装示意图；

图5是本发明实施例所述的温度-压力一体式传感器中压力传感器元件与柔性调理电路板的示意图；

图6是本发明实施例所述的温度-压力一体式传感器未组装壳体部件时的示意图。

图中附图标记表示为：1-电气连接件；101-卡接部；102-卡接件；2-压力传感器元件；201-基座；202-感压膜；3-基体组件；301-圆柱形基体；302-导流柱；303-竖直导向槽；304-水平导向槽；305-工字扣；306-安装沟槽；307-第一密封圈；308-第二密封圈；309-安装卡槽；4-柔性调理电路板；401-导电延伸部；5-温度传感器元件；6-壳体部件；601-容置腔；602-探针；603-流道；604-加强层；605-导热材料层；606-螺纹接口。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种温度-压力一体式传感器，其是一种可同时测量压力信号与温度信号的传感器，所述一体式传感器如图1-6所示，包括由上至下顺次连接的电气连接件1、压力传感器元件2、基体组件3，所述压力传感器元件2与所述电气连接件1之间设置有柔性调理电路板4。

其中所述电气连接件1用于与其它机构实现电气连接所述电气连接件可根据需求定制，亦可为标准件，如图1所示，所述电气连接件1底部具有一容置空间，所述柔性调理电路板4设置于所述压力传感器元件2顶面、所述容置空间内，所述柔性调理电路板4由聚酰亚胺材料等合适材料制得，其具有高可靠性，质地柔软且具有一定韧度和强度，可自由弯折变形而不被损坏，所述柔性调理电路板4一体成型连接有一导电延伸部401，所述导电延伸部401材质与柔性调理电路板4本体一致，也为聚酰亚胺材料等合适材料，由于其具有一定韧性和强度，可按照设计需求自由弯折为一定形状，所述导电延伸部401底端设置有温度传感器元件5，所述温度传感器元件5可以为铂薄膜温度传感器，其通过贴片或其它可靠连接方式连接于所述导电延伸部401底端。本实施例所述的传感器通过将柔性调理电路板4与压力传感器元件2和温度传感器元件5耦合，实现了柔性调理电路板4对压力信号与温度信号的同时处理与转换，是一种可同时检测压力和温度信号的传感器。

如图1-2所示，所述压力传感器元件2包括一基座201，所述基座201底面(远离所述电气连接件的表面)设置有感压膜202，所述基座201为圆柱体形状，对应的感压膜202为圆形，感压膜所述柔性调理电路板4设置于所述基座201顶面，如图1所示，所述导电延伸部401贴覆所述基座201顶面、侧面向下弯折延伸。其中，所述压力传感器元件2可为陶瓷电容式传感器元件，亦可为陶瓷压阻式传感器元件或其他合适传感器元件。

如图1-4所示，所述基体组件3包括圆柱形基体301，所述圆柱形基体301底部设置有两个圆柱形导流柱302，所述圆柱形基体301和导流柱302可通过塑料注模成型制得，生产成本低廉。所述压力传感器元件2设置于所述圆柱形基体301顶部，所述圆柱形基体301对应于所述导流柱302的位置设置有通孔，所述导流柱302也为中空圆柱，具有沿导流柱302轴向设置的通孔，使得所述导流柱302与所述圆柱形基体201连通，为将测量介质导入圆形感压膜202提供了必要路径。

所述圆柱形基体301侧壁和底面设置有用于容置所述导电延伸部401的竖直导向槽303和水平导向槽304，所述导电延伸部401由基座201顶面延伸并折弯至基座201侧壁，然后贴覆于所述竖直导向槽303向下延伸至圆柱形基体301底面，弯折并贴覆水平导向槽304延伸至圆柱形基体301中心位置，再次弯折，竖直向下延伸，最终与所述圆柱形基体301底面垂直设置。所述竖直导向槽303、水平导向槽304的宽度尺寸与所述导电延伸部401相适配，将导电延伸部容纳与竖直导向槽303与水平导向槽304中，为充分固定所述导电延伸部401，还包括一与所述水平导向槽304向适配的工字扣305，所述工字扣305与所述水平导向槽304稍紧配合，使得导电延伸部可更紧密地安装于导向沟槽内折弯定型，不会随意晃动或掉落，配合后，工字扣305的底面与所述水平导向槽304外底面持平，并且，所述工字扣305可与圆柱形基体301同时注塑成型，无需单独开模或用其它方式加工成型，降低了生产成本。

为了将电气连接件1与基体组件3组装，所述电气连接件1具有与所述竖直导向槽303尺寸相适配的卡接部101，所述卡接部101与所述竖直导向槽303间隙配合，卡接部101与竖直导向槽303在导向槽深度方向的间隙至少可容纳所述导电延伸部401的厚度，卡接部101将导电延伸部401固定在竖直导向槽303内，进一步提高了导电延伸部401安装的稳定性。

所述圆柱形基体301侧壁还设置有两个安装卡槽309，所述电气连接件1具有与所述安装卡槽309相适配的卡接件102，所述卡接件102与所述安装沟槽309卡扣式连接，从而使电气连接件1与圆柱形基体301连接牢固。

由于所述传感器通常用来检测流体压力及温度，因此需保证传感器的密封性，为达到这一目的，每个所述导流柱302外壁开设有安装沟槽306，所述安装沟槽306内安装有第一密封圈307，所述圆柱形基体301顶部具有一容积部，所述容积部内安装有第二密封圈308，所述压力传感器元件2设置于所述第二密封圈308顶部(即所述第二密封圈设置于所述压力传感器元件2与圆柱形基体3之间)，起到测量介质的密封效果，防止测量介质进入压力传感器元件2和柔性调理电路板4对其造成破坏。

进一步地，还包括壳体部件6，所述壳体部件6包括一杯型容置腔601和与所述容置腔601连通的圆柱形中空探针602，所述容置腔601用于容纳整个柔性调理电路板4、压力传感器元件2、基体组件3和部分电气连接件1，所述导电延伸部401经压力传感器组件2、基底组件3由容置腔601延伸至中空探针602内底部。所述壳体部件6内、所述杯型容置腔601底部对应于所述导流柱302的位置设置有用于安装所述导流柱302的沉孔，所述沉孔为所述导流柱302提供了安装空间，并起到导向作用，所述沉孔底部设置有与所述沉孔连通的用于导入测量介质的流道603，所述流道603一端与外界连通、另一端通过沉孔与所述导流柱302连通。所述壳体部件6可以由不锈钢、铜等材质制成。

为提高传感器的使用寿命，所述探针602外部还可设置一层加强层604，所述加强层604为与所述壳体6和探针602一体加工成型的金属层，防止传感器跌落将探针602损伤，所述探针602与所述杯型容置腔601通过机加工方式一体成型，无需额外开注模或冲压模制造，制造工艺简单，且传感器外形尺寸得到有效缩减，占用空间更小。所述探针602内底部设置有导热材料层605，所述导热材料层605至少填充探针602内1/3的容量，且所述导热材料层605包裹于所述温度传感器元件5外部，所述导热材料层可由导热硅胶、导热陶瓷或导热金属制得本实施例中采用导热胶，导热胶固化后能充分填充探针内部。本实施例所述的封闭式探针有效地防止了温度传感器元件暴露在被测介质中，特别是带有腐蚀性的测量介质。

如图所示，所述壳体部件6还具有一螺纹接口606，所述螺纹接口606设置于所述容置腔601外底部，用于将传感器安装到设备上或其它测量系统中。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种温度-压力一体式传感器，其特征在于，包括顺次连接的电气连接件、压力传感器元件、基体组件，所述压力传感器元件与所述电气连接件之间设置有柔性调理电路板，所述压力传感器元件与所述柔性调理电路板电连接，所述柔性调理电路板连接有一导电延伸部，所述导电延伸部由压力传感器元件顶端延伸至所述基体组件底端，所述导电延伸部底端设置有温度传感器元件。

2.根据权利要求1所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，还包括壳体部件，所述壳体部件包括一容置腔和与所述容置腔连通的探针，所述容置腔用于容纳所述柔性调理电路板、压力传感器元件、基体组件和部分电气连接件，所述导电延伸部经压力传感器元件、基底组件延伸至所述探针内底部。

3.根据权利要求1或2所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，所述压力传感器元件包括基座和设置于所述基座底面的感压膜，所述柔性调理电路板设置于所述基座顶面。

4.根据权利要求3所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，所述基体组件包括圆柱形基体和设置于所述圆柱形基体底部的两个导流柱，所述导流柱具有沿轴向设置的通孔，用于将测试流体导向所述压力传感器元件，所述压力传感器元件设置于所述圆柱形基体顶部。

5.根据权利要求4所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，所述圆柱形基体侧壁和底面设置有用于容置所述导电延伸部的竖直导向槽和水平导向槽；所述电气连接件具有与所述竖直导向槽相适配的卡接部，所述卡接部卡合于所述竖直导向槽。

6.根据权利要求5所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，每个所述导流柱外壁设置有安装沟槽，所述安装沟槽内设置有第一密封圈；所述圆柱形基体与所述压力传感器元件之间设置有第二密封圈。

7.根据权利要求6所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，所述壳体部件对应于所述导流柱的位置设置有用于安装所述导流柱的沉孔，所述沉孔底部设置有与所述沉孔连通的用于导入测试流体的流道。

8.根据权利要求7所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，所述探针为底端封闭的中空圆柱形探针，所述探针外部设置有加强层，所述探针内底部设置有导热材料层，所述导热材料层包裹于所述温度传感器元件外部。

9.根据权利要求8所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，所述导电延伸部与所述柔性调理电路板一体成型且可自由弯折，所述导电延伸部紧贴所述竖直导向槽和水平导向槽设置并向远离所述压力传感器元件的方向弯折、延伸，垂直于所述圆柱形基体底面中心处，所述导电延伸部通过一工字扣固定于所述水平导向槽。

10.根据权利要求9所述的温度-压力一体式传感器，其特征在于，所述圆柱形基体侧壁还设置有两个安装卡槽，所述电气连接件具有与所述安装卡槽适配的卡接件，所述卡接件与所述安装卡槽卡扣式连接。