CN108918019B - 一种用于dpf尾气处理系统的压差传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于DPF尾气处理系统的压差传感器，包括压力测量单元、电路后处理单元、壳体结构单元和密封单元；所述压力测量单元设置在壳体结构单元内，电路后处理单元设置在压力测量单元上，密封单元设置在压力测量单元的底部。本发明通过双电容分别对DPF高压侧与低压侧进行测量，通过调理芯片计算输出压力差。陶瓷电容压力传感器具有平膜结构，无气孔，感压面积大，耐高温、抗腐蚀等优点，规避了现有MEMS压差方案的密封工艺要求高、MEMS进气孔容易堵塞，耐腐蚀性差等缺点。同一基体上同侧双电容的设计与实施方案具有创新性；扩展开来，本专利所述方案不止可用于DPF也可用于类似的滤网拥堵程度判断。
Description
技术领域
本发明涉及一种压差传感器，特别涉及一种用于DPF尾气处理系统的压差传感器，属于传感器技术领域。
背景技术
柴油机颗粒物过滤器(DPF)是用来从柴油发动机尾气中除去柴油为颗粒物或油烟而设计的装置。DPF能够有效地净化柴油机尾气排放中大部分颗粒物，过滤器滤芯的堵死程度直接影响DPF的性能。并且发动机控制单元(ECU)还可以根据DPF中颗粒物聚集程度动态调整燃烧工况。压差传感器用于测量颗粒物过滤器DPF两端的压力差。通过压力差的测量来表征DPF滤芯的堵塞程度。
现有的DPF压差传感器主要采用扩散硅MEMS压力传感器，通过凝胶保护的硅压阻膜片直接测量DPF两端压力差方式实现。但因为尾气中环境恶劣，存在颗粒物，而该方案基于MEMS芯片技术，芯片自身气孔较小，长期使用容易堵塞；另尾气具有温度高、不纯净、有腐蚀性的特点，而MEMS芯片通常需要从压焊点PAD处采用金丝焊线连接到后处理电路，需要对焊点及金丝进行保护，该方案本身增加了失效风险，且需要较高的代价实现额外的保护。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于DPF尾气处理系统的压差传感器，该传感器采用平膜结构，压力测量单元内无气孔，高压端与低压端检测面位于压力测量单元的同一侧，感压面积大且耐高温和抗腐蚀。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，一种用于DPF尾气处理系统的压差传感器，包括压力测量单元、电路后处理单元、壳体结构单元和密封单元；所述压力测量单元设置在壳体结构单元内，电路后处理单元设置在压力测量单元上，密封单元设置在压力测量单元的底部；
—所述压力测量单元为压力传感器，该压力测量单元内无气孔，所述压力传感器包括从上至下依次设置的上基板、支撑结构和下基板；所述上基板和支撑结构上贯穿设置有电容引脚，且电容引脚依次穿过上基板和支撑结构；
—所述电路后处理单元包括用于承载和连接元器件的电路板、信号调理芯片、调理芯片外围电子元器件、陶瓷电容连接焊盘以及外壳插针连接焊盘；所述陶瓷电容连接焊盘供电容引脚穿过，并将压力测量单元的原始信号传递至电路后处理单元；所述外壳插针连接焊盘与壳结构单元的外壳插针连接，用于将电路后处理单元的输出信号传递至壳体接插件；
—所述壳体结构单元包括主外壳、盖子、外壳插针；主外壳上设置有高压进气端口和低压参考端进气端口，其内部设置有高压进气密封区域和低压参考端密封区域，位于高压进气密封区域的侧边设置有电容固定结构，位于低压参考端密封区域的侧边设置有电路板焊接区域；所述外壳插针设置在电路板焊接区域上，并与外壳插针连接焊盘焊连；所述盖子盖设于主外壳上；
—所述密封单元由橡胶圈或橡胶垫与耐高温密封胶组合构成，用于在压力测量单元与高压进气密封区域和低压参考端密封区域之间分别形成气密性密封。
作为优选，所述电容引脚与上基板和支撑结构之间的缝隙通过导电银浆进行填充和固定。
作为优选，
—所述上基板包括陶瓷基板以及陶瓷基板背面图形化的高压端采样电极和低压端采样电极；
—所述支撑结构上设置有高压敏感区空腔和低压敏感区空腔；
—所述下基板包括下基板主体和图形化的激励电极；且，
所述上基板上的高压端采样电极与支撑结构上的高压敏感区空腔、下基板上的图形化的激励电极一起构成高压力检测电容；
所述上基板上的低压端采样电极与支撑结构的低压敏感区空腔、下基板上的图形化的激励电极一起构成低压力检测电容；
所述电容引脚通过导电银浆分别连接高压端采样电极、低压端采样电极和图形化的激励电极并将其引出。
作为优选，所述压力传感器为无气孔结构的平膜陶瓷电容式压力传感器。
作为优选，所述支撑结构采用玻璃浆料烧结形成。
作为优选，所述压力测量单元的高压端与低压端的压力检测面位于压力测量单元的同一侧。
作为优选，所述压力测量单元的高压敏感区空腔和低压敏感区空腔与壳体结构单元的高压进气密封区域和低压参考密封区域的大小尺寸相适应。
本发明的有益效果：本发明通过位于压力测量单元同一侧的双电容分别对DPF的高压侧与低压侧压力进行测量，通过调理芯片对电容差值进行信号调理后输出相应的信号反应压力差。陶瓷电容压力传感器具有平膜结构、无气孔、感压面积大、耐高温、抗腐蚀等优点，规避了现有MEMS压差方案的密封工艺要求高、MEMS进气孔容易堵塞，耐腐蚀性差等缺点。
同一基体上同侧双电容的设计与实施方案具有创新性；扩展开来，本专利所述方案不止可用于DPF，也可用于类似的滤网拥堵程度判断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明压差传感器的剖面图；
图2为本发明压差传感器的分解图；
图3为本发明壳体结构单元的结构示意图；
图4为本发明电路后处理单元的结构示意图；
图5为本发明压力测量单元的分解图；
图6为图5的整体结构示意图；
图7为图5上基板的背面视图；
图8为图5支撑结构的俯视图；
图9为图5下基板的俯视图；
图中：11.压力测量单元，111.电容引脚，112.导电银浆，113.上基板，1131.陶瓷基板，1132.高压端采样电极，1133.低压端采样电极，114.支撑结构，1141.高压敏感区空腔，1142.低压敏感区空腔，115.下基板，1151.下基板主体，1152.图形化的激励电极；
21.电路后处理单元，211.电路板，212.信号调理芯片，213.调理芯片外围电子元器件，214.陶瓷电容连接焊盘，215.外壳插针连接焊盘；
31.壳体结构单元，311.主外壳，3111.高压进气端口，3112.低压参考端进气端口，3113.高压进气密封区域，3114.低压参考端密封区域，3115.电容固定结构，3116.电路板焊接区域，312.盖子，313.外壳插针；41.密封单元；
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-图2所示，本发明公开了一种用于DPF尾气处理系统的压差传感器，包括压力测量单元11、电路后处理单元21、壳体结构单元31和密封单元41；所述压力测量单元11设置在壳体结构单元31内，电路后处理单元21设置在压力测量单元11上，密封单元41设置在压力测量单元11的底部。
如图5-6所示，
—所述压力测量单元11为压力传感器，所述压力传感器包括从上至下依次设置的上基板113、支撑结构114和下基板115；所述上基板113和支撑结构114上贯穿设置有电容引脚111，且电容引脚111依次穿过上基板113和支撑结构114；压力测量单元11将压力变化的信号通过电容引脚111输出。
如图4所示，
—所述电路后处理单元21包括用于承载和连接元器件的电路板211、信号调理芯片212、调理芯片外围电子元器件213、陶瓷电容连接焊盘214以及外壳插针连接焊盘215；所述陶瓷电容连接焊盘214供电容引脚111穿过，并将压力测量单元11的原始信号传递至电路后处理单元21；所述外壳插针连接焊盘215与壳结构单元31的外壳插针连接，用于将电路后处理单元21的输出信号传递至壳体接插件。所述电路后处理单元21对压力测量单元11的输出信号进行转换、放大、线性化等调理，根据后级系统要求对压差信号进行输出，如实现零点到满量程对应的0.5V～4.5V模拟电压的输出。
如图2-3所示，
—所述壳体结构单元31用于对壳体内的压力测量单元和电路后处理单元的安装位置进行定位，其包括主外壳311、盖子312、外壳插针313；主外壳311上设置有高压进气端口3111和低压参考端进气端口3112，其内部设置有高压进气密封区域3113和低压参考端密封区域3114，位于高压进气密封区域3113的侧边设置有电容固定结构3115，位于低压参考端密封区域3114的侧边设置有电路板焊接区域3116；所述外壳插针313设置在电路板焊接区域3116上，并与外壳插针连接焊盘215焊连；所述盖子312盖设于主外壳311上；所述盖子312与主壳体311之间的固定可使用但不限于硅胶或者环氧树脂胶。
如图1-2所示，
—所述密封单元41由橡胶圈或橡胶垫与耐高温密封胶组合构成，用于在压力测量单元11与高压进气密封区域3113和低压参考端密封区域3114之间分别形成气密性密封。所述密封单元41包括但不限于O型圈、橡胶垫、密封胶。
所述电容引脚111与上基板113和支撑结构114之间的缝隙通过导电银浆112进行填充和固定。
如图7-9所示，
—所述上基板113包括陶瓷基板1131以及陶瓷基板背面图形化的高压端采样电极1132和低压端采样电极1133；
—所述支撑结构114上设置有高压敏感区空腔1141和低压敏感区空腔1142；
—所述下基板115包括下基板主体1151和图形化的激励电极1152；且，
所述上基板113上的高压端采样电极1132与支撑结构114上的高压敏感区空腔1141、下基板115上的图形化的激励电极1152一起构成高压力检测电容；
所述上基板113上的低压端采样电极1133与支撑结构114的低压敏感区空腔1142、下基板115上的图形化的激励电极1152一起构成低压力检测电容；
所述电容引脚111通过导电银浆112分别连接高压端采样电极1132、低压端采样电极1133和图形化的激励电极1152并将压力变化的信号引出。
本发明通过双电容分别对DPF高压侧与低压侧压力进行测量，通过调理芯片对电容差值进行信号调理后输出相应的信号反应压力差。陶瓷电容压力传感器具有平膜结构、无气孔、感压面积大、耐高温、抗腐蚀等优点，规避了现有MEMS压差方案的密封工艺要求高、MEMS进气孔容易堵塞，耐腐蚀性差等缺点。
同一基体上同侧双电容的设计与实施方案具有创新性；扩展开来，本专利所述方案不止可用于DPF也可用于类似的滤网拥堵程度判断。
所述压力传感器为无气孔结构的平膜陶瓷电容式压力传感器；所述支撑结构114采用玻璃浆料烧结形成。
所述压力测量单元11的高压端与低压端的压力检测面位于压力测量单元的同一侧。所述压力测量单元11的高压敏感区空腔1141和低压敏感区空腔1142与壳体结构单元31的高压进气密封区域3113和低压参考密封区域3114的大小尺寸相适应。
所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种用于DPF尾气处理系统的压差传感器，其特征在于，包括压力测量单元(11)、电路后处理单元(21)、壳体结构单元(31)和密封单元(41)；所述压力测量单元(11)设置在壳体结构单元(31)内，电路后处理单元(21)设置在压力测量单元(11)上，密封单元(41)设置在压力测量单元(11)的底部；
—所述压力测量单元(11)为压力传感器，所述压力传感器包括从上至下依次设置的上基板(113)、支撑结构(114)和下基板(115)；所述上基板(113)和支撑结构(114)上贯穿设置有电容引脚(111)，且电容引脚(111)依次穿过上基板(113)和支撑结构(114)；
—所述电路后处理单元(21),所述电路后处理单元（21）对压力测量单元（11）的输出信号进行转换、放大、线性化调理，根据后级系统要求对压差信号进行输出；
—所述壳体结构单元(31)包括主外壳(311)、盖子(312)、外壳插针(313)；主外壳(311)上设置有高压进气端口(3111)和低压参考端进气端口(3112)，其内部设置有高压进气密封区域(3113)和低压参考端密封区域(3114)，位于高压进气密封区域(3113)的侧边设置有电容固定结构(3115)，位于低压参考端密封区域(3114)的侧边设置有电路板焊接区域(3116)；所述外壳插针(313)设置在电路板焊接区域(3116)上；
—所述密封单元(41)由橡胶圈或橡胶垫与耐高温密封胶组合构成，用于在压力测量单元(11)与高压进气密封区域(3113)和低压参考端密封区域(3114)之间分别形成气密性密封；
—所述上基板(113)包括陶瓷基板(1131)以及陶瓷基板背面图形化的高压端采样电极(1132)和低压端采样电极(1133)；
—所述支撑结构(114)上设置有高压敏感区空腔(1141)和低压敏感区空腔(1142)； —所述下基板(115)包括下基板主体(1151)和图形化的激励电极(1152)；且，
所述上基板(113)上的高压端采样电极(1132)与支撑结构(114)上的高压敏感区空腔(1141)、下基板(115)上的图形化的激励电极(1152)一起构成高压力检测电容；
所述上基板(113)上的低压端采样电极(1133)与支撑结构(114)的低压敏感区空腔(1142)、下基板(115)上的图形化的激励电极(1152)一起构成低压力检测电容；
所述电容引脚(111)通过导电银浆(112)分别连接高压端采样电极(1132)、低压端采样电极(1133)和图形化的激励电极(1152)并将其引出。
2.根据权利要求1所述的用于DPF尾气处理系统的压差传感器，其特征在于，所述电容引脚(111)与上基板(113)和支撑结构(114)之间的缝隙通过导电银浆(112)进行填充和固定。
3.根据权利要求1或2所述的用于DPF尾气处理系统的压差传感器，其特征在于，所述电路后处理单元(21)包括用于承载和连接元器件的电路板(211)、信号调理芯片(212)、调理芯片外围电子元器件(213)、陶瓷电容连接焊盘(214)以及外壳插针连接焊盘(215)；所述陶瓷电容连接焊盘(214)供电容引脚(111)穿过，并将压力测量单元(11)的原始信号传递至电路后处理单元(21)；所述外壳插针连接焊盘(215)与壳体结构单元(31)的外壳插针连接，用于将电路后处理单元(21)的输出信号传递至壳体接插件；
所述外壳插针(313)与外壳插针连接焊盘(215)焊连；所述盖子(312)盖设于主外壳(311)上。
4.根据权利要求1所述的用于DPF尾气处理系统的压差传感器，其特征在于，所述压力传感器为无气孔结构的平膜陶瓷电容式压力传感器。
5.根据权利要求1所述的用于DPF尾气处理系统的压差传感器，其特征在于，所述支撑结构(114)采用玻璃浆料烧结形成。
6.根据权利要求1所述的用于DPF尾气处理系统的压差传感器，其特征在于，所述压力测量单元(11)的高压端与低压端的压力检测面位于压力测量单元的同一侧。
7.根据权利要求1所述的用于DPF尾气处理系统的压差传感器，其特征在于，所述压力测量单元(11)的高压敏感区空腔(1141)和低压敏感区空腔(1142)与壳体结构单元(31)的高压进气密封区域(3113)和低压参考端密封区域(3114)的大小尺寸相适应。
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