CN109313057B - 用于检测介质的高度的装置 - Google Patents

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Abstract

电容性高度传感器装置包括:‑由电绝缘材料制成的电路基板(20),所述电路基板根据高度感测轴线纵向地延伸;‑在所述电路基板(20)的感测区域(23)上的电极或电容元件的第一阵列,所述电极或电容元件的第一阵列包括在所述电路基板(20)的主表面处的彼此共面的至少一个第一系列的第一电极(J1至Jn);‑电路,所述电路包括与所述电路基板(20)的第二区域(24)相关联的电路部件;以及‑罩壳本体(14‑16),所述罩壳本体至少包括:感测部分(15),所述感测部分是电绝缘的且不透流体的并且至少涂布所述电路基板(20)的所述感测区域(23);以及安装部分(14,16),所述安装部分至少部分地涂布所述电路基板(20)的第二区域(24)并且被配置成用于在所述容器(1)的开口(6)处的不透流体的固定。感测部分(15)以及安装部分(14,16)的至少部分包括被包覆模制在电路基板(20)的至少部分上的至少一种材料(M)。电路基板(20)的第二区域(24)包含至少一个受限制的基板部分(30),所述受限制的基板部分所具有的基板宽度(Wr)小于感测区域(23)的基板宽度(W)。至少一个受限制的基板部分(30)的至少部分在安装部分(16)中轴向地延伸。

Description

用于检测介质的高度的装置
技术领域
本发明涉及用于检测通用介质(诸如,液体、流体物质、粉末状材料或者处于散装(bulk)状态的材料等)的高度的传感器装置。本发明已经特别地参考在车辆上使用的高度(level)传感器、优选地电容类型的高度传感器而被研发。
背景技术
上文引用的类型的高度传感器例如从WO 2015/181770 A中已知,权利要求1的前序部分是基于这种高度传感器。该已知的传感器平均而言是精确且可靠的。然而,将期望至少改进其在高度测量方面的精度和灵敏度。
发明内容
总体上,本发明所具有的目的是提供高度传感器装置,其生产起来简单并且便宜,但与被设计用于类似应用的已知装置相比,区别在于在高度测量方面增强的精度和灵敏度。
根据本发明,上文的目的和其他目的仍通过具有所附权利要求中指定的特性的高度传感器装置来实现,这些目的将在下文中更清楚地显现。权利要求构成了本文中所提供的与本发明有关的技术教导的组成部分。
附图说明
本发明的另外的目的、特性和优点将从参考附图进行的随后的描述中显现,所述附图纯粹是作为非限制性示例而提供的,并且在附图中:
- 图1是包括根据本发明的可能实施例的高度传感器装置的通用容器的剖视透视图;
- 图2和图3是根据本发明的可能实施例的高度传感器从不同角度的示意性透视图;
- 图4和图5是根据本发明的可能实施例的高度传感器装置从不同角度的分解透视图;
- 图6和图7是能够在根据本发明的可能实施例的高度传感器装置中使用的电路部件从不同角度的透视图;
- 图8是图6至图7中所图示的类型的电路部件的处于放大比例的细节;
- 图9至图11是能够用于获得根据本发明的可能实施例的高度传感器装置的模制设备在不同操作条件下的示意性图示;
- 图12是能够使用图9至图11的设备获得的传感器装置的一部分的示意性透视图;
- 图13、图14和图15分别是图12的装置的部分的示意性纵向截面、对应的细节和图12的装置的部分的示意性截面;
- 图16、图17和图18分别是与图13、图14和图15的视图类似、关于根据本发明的另外的可能实施例的传感器装置的部分的视图;
- 图19和图20分别是与图13和图14的视图类似、关于根据本发明的另外的可能实施例的传感器装置的一部分的视图;
- 图21和图22分别是根据已知技术的电路部件的正视图的示意性视图和使用这样的电路部件的高度传感器装置的示意性截面;
- 图23和图24是与图21和图22的示意图类似、但关于根据本发明的可能实施例的装置的示意图;
- 图25和图26是根据本发明的可能实施例的高度传感器装置的一些部件的局部分解视图;
- 图27是组装在一起的图25的部件的部分视图;
- 图28至图30是能够用于获得使用图25的部件的半成品的模制设备的示意性图示;
- 图31和图32分别是能够用图30中示出的半成品获得的传感器装置的示意性透视图和示意性局部截面;
- 图33和图34是能够用于获得能够在根据本发明的可能实施例的高度传感器装置中使用的半成品的模制设备的示意性图示;
- 图35是能够用图33至图34的设备获得的半成品的示意性透视图;
- 图36和图37是能够用于根据本发明的可能实施例的高度传感器装置中的部件从不同角度的示意性透视图;
- 图38和图39是根据变型实施例的与图36至图37的部件类似的部件从不同角度的示意性透视图;
- 图40是使用图36至图37的部件的半成品的部分和示意性透视图;
- 图41是使用图40的半成品的高度传感器装置的示意性透视图;
- 图42是图41的装置的示意性纵向截面图;
- 图43和图44分别是根据图42的线XLIII-XLIII和图43的线XLIV-XLIV的示意性截面;
- 图45和图46是能够用于根据本发明的另外的可能实施例的高度传感器装置中的相应半成品的部分和示意性透视图;
- 图47和图48是使用图46的半成品的高度传感器装置的示意性透视图;
- 图49是根据图47至图48的装置的示意性纵向截面;
- 图50和图51分别是根据图49和图50的线L-L和LI-LI的示意性截面视图;
- 图52是能够用于根据本发明的实施例的高度传感器装置中的电路部件的示意性透视图;
- 图53是使用与图52中示出的部件相同的类型的部件的半成品的示意性透视图;
- 图54是使用与图53中示出的半成品相同的类型的半成品的高度传感器装置的示意性透视图;
- 图55是能够用于生产图54的装置的模制设备的示意性图示;
- 图56是旨在图示根据本发明的可能实施例的高度传感器装置的电极连接的可能配置的部分和示意性图示;
- 图57是旨在例示根据图56的高度传感器装置的可能电路配置的部分和示意性图示;以及
- 图58是旨在图示根据本发明的可能实施例的高度传感器装置的电极连接的另外的可能配置的示意性图示。
具体实施方式
在本描述中提到“实施例”、“一个实施例”、“多种实施例”等等时旨在表明关于该实施例描述的至少一个特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此,可能存在于本描述的多种位置处的诸如“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在多种实施例中”等等的短语不一定指代同一实施例,而是相反可指代不同的实施例。此外,在本描述的上下文中限定的特定构形、结构或特性可按任何适当的方式被组合在一个或多个实施例中,其可甚至与所示出的实施例不同。本文中特别地参考图中的示例使用的附图标记和空间参考(诸如,“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“竖直”等)仅仅是为了方便起见而提供的,且因此不限定实施例的保护领域或范围。在图中,相同的附图标记用于标示彼此类似的或者技术上等同的元件。
在图1中,通用容器(特别地,机动车辆的储箱)作为整体由1标示。在本描述的随后的内容中,将假设:容器1(出于简单性也被称为“储箱”)优选地被设计成包含液体添加剂或还原剂并形成用于处理内燃机的废气的系统(由方框2示意性地示出)的部分。在多种实施例中,处理系统2是SCR类型的,其用于减少内燃机(例如,机动车辆的柴油发动机)的氮氧化物排放。因此,上述还原剂优选地是液体溶液,特别是尿素在蒸馏水中的溶液,诸如,通过商品名称AdBlue™而在商业上已知的尿素在蒸馏水中的溶液。在任何情况下,容器1均可用于其他目的和/或用于与汽车领域不同的领域中,并且可被设计成包含不同的液体物质,例如,燃料。
储箱1的主体1a可由任何材料制成,特别是对所包含的物质具有化学耐受性的材料,并且优选地是电绝缘的,例如,根据已知技术的合适的塑料材料,诸如,高密度聚乙烯(HDPE)。本身已知类型的加热器有可能与储箱1相关联,所述加热器用于例如在发生冻结的情况下加热储箱本身和/或其内容物。在图中通过由EH标示的方框来示意性地示出电加热器。在多种实施例中,一个这样的加热器EH有利地与根据本发明的传感器装置相关联或被集成在根据本发明的传感器装置中。
在所图示的示意性示例中,储箱具有上部部分3(例如,其上壁),在该上部部分处提供有用于补足液体溶液的开口3a。储箱1的下部部分4(例如,其底壁)具有出口开口5,溶液经由该出口开口离开或被抽出(例如,经由泵),以用于将液体供给到系统2。再次地,在下部部分4处,储箱1具有由6标示的第二开口,根据本发明的多种可能实施例的传感器装置的本体被密封地固定在该第二开口处。在多种优选实施例中,事实上,根据本发明的传感器装置将以这样的方式被安装在容器的下部部分中,使得其本体的外表面将至少部分地与液体物质接触,即使当该液体物质具有最小的高度时也是如此。
传感器装置(作为整体由10标示)包含高度感测部分11,所述高度感测部分被设计成在储箱1内至少部分地延伸,特别是根据高度感测轴线X延伸,该高度感测轴线优选地是基本上竖直的(但是,如果需要,可相对于竖直倾斜)。优选地,感测部分11的近端区域在储箱1内延伸到相对靠近底壁4的高度,以便能够检测储箱中的即使非常低的高度的存在。应注意到,代替被直接安装在储箱1的开口6处,根据本发明的装置10可提供另外的本体或部件、或可与另外的本体或部件相关联、或可被集成在另外的本体或部件中,所述另外的本体或部件被密封地安装在储箱的不同开口处,所述另外的本体或部件例如是在领域内被称为UDM(尿素递送模块)的类型的部件。
在图2和图3中,从不同角度单独地示出了根据可能实施例的传感器10。装置10具有罩壳本体,在所述罩壳本体中可识别:
- 连接和/或控制部分14,其用于将装置10电连接到外部系统(例如,车辆上车载的SCR系统的电子控制单元)和/或用于其控制;
- 感测部分15,所述感测部分是电绝缘的和不透流体的,并且主要(prevalently)属于感测部分11;以及
- 安装部分16,所述安装部分被配置成用于密封地联接和/或固定和/或定位在开口6处。
在多种实施例中,连接部分14包含大致中空的连接器本体14a,电端子17的相应部分17a在所述连接器本体中延伸。在多种实施例中,端子17(优选地,经由从金属条进行冲压或冲裁获得)与连接器本体14a一起提供用于将装置10外部连接到例如上述SCR系统的电子控制单元的接口。优选地,每个端子17具有:薄片(lamina)状的接触部分17a,所述接触部分被设计成被定位在连接器本体14a的腔内;以及受限制的(restricted)互连部分17b(例如,见图4),所述互连部分被设计成与存在于下文中所描述的电路板或基板上的相应接触元件(24a,图8)电联接和机械联接。
在多种实施例中,安装部分16在电连接部分14与感测部分15之间轴向地延伸,并且具有底壁,该底壁被设计成与被包含在储箱1中的液体接触,感测部分11从该壁突出。在多种实施例中,部分16限定凸缘部分18,其优选地设置有作为整体能够用于锚固装置10的本体的径向构造(formation)18a。在多种优选实施例中,部分16在其外周边表面处具有用于环形密封元件(例如,垫圈)的至少一个座19a,所述环形密封元件有可能还执行将传感器10相对于储箱弹性安装的功能。
在图4和图5中,经由部分分解视图从不同角度示出了根据本发明的可能实施例的传感器装置。在这些图中,由19标示的是上述密封环形元件或垫圈,例如,O形环,其被设计成被定位在被提供于安装部分16处的对应座19a中。
电子电路板或基板(作为整体由20标示)在图4和图5中也是部分地可见的,所述电子电路板或基板具有从安装部分16突出的对应的近端部分。在这些图中,由21和22标示的是两个本体部分或罩壳,它们被配置为单独的部分并且将被联接在一起,其中电路基板20的上述突出部分被设置在它们之间,以便至少部分地限定图3至图4的连接部分14。在该示例中,本体部分21整体地限定连接器本体14a,并且电端子17被集成在其中。如可特别地从图4了解到的,在多种实施例中,本体部分21限定腔21a,端子17的第二部分17b在所述腔内突出,所述端子被设计成与电路基板20电连接。
根据本发明的方面,装置10的本体的感测部分15以及安装部分16的至少一个部分由包覆模制在电路基板20的至少部分上的至少一种材料M制成。
图6、图7和图8是能够用于根据本发明的可能实施例的传感器装置中的电路板或基板20的不同视图。基板20由对于生产印刷电路来说合适的电绝缘材料制成(诸如像FR4或玻璃纤维类型的类似复合材料),或者再次由陶瓷材料或具有聚合物基础(base)的材料制成,优选地,可模制材料。被提供于基板20上的是电连接元件(诸如,导体或电路径)的至少部分和/或电高度感测和电子高度感测和/或控制部件(诸如,电极)的至少部分。
基板20根据高度感测轴线X在两端之间纵向地延伸,并且具有大致扁平或基本上二维的形状,其包含:两个相对的主表面20a和20b,所述相对的主表面在它们之间限定基板厚度T(图8);以及两个相对的纵向边缘20c、20d,所述纵向边缘在它们之间限定基板宽度W(图6和图7)。
在基板20中,可识别:感测区域23,所述感测区域属于装置10的感测部分11并且包含基板的远端;以及第二区域24,其出于简单性下文中被称为“控制区域”,所述第二区域包含基板的近端。主要与基板20的区域24相关联的是传感器10的电和电子处理和/或控制部件,其中端子17用于传感器10的外部电连接。
相反,主要与基板20的区域23相关联的是高度感测部件。更特别地,电容元件的至少一个第一阵列与区域23相关联,所述电容元件的第一阵列包括在基板的主表面20a(在此由20a标示的表面)处的至少一个第一系列的第一电极。上述电极(在该示例中数目为“n”,其中“n”等于22)中的一些在图6中由后面跟有数字的字母J标示,所述数字识别电极在对应系列中的位置。
在多种实施例中,上述系列的电极J彼此基本上等同,并且沿高度感测轴线X以预先限定的且优选地均匀的方式彼此间隔开。另一方面,根据未图示的可能实施例,与基板的一个表面相关联的电容元件阵列还可包含不同数目的电极系列,其中一个系列的电极与同一阵列的另一系列的电极具有不同的几何结构。
电极J由例如金属材料或金属合金的导电材料制成,并且与基板20的至少一个主表面20a、20b相关联。电极J优选地彼此共面,并且可呈例如被蚀刻或施加在基板20上的板或薄片的形式,或者由沉积在基板20上(例如,利用丝网印刷技术等等来实现)的导电层构成。在多种实施例中,基板20具有贯通孔,所述贯通孔包含导电材料以用于实现在被提供于基板的表面20a上的电极J与对应的导电连接路径和/或存在于表面20b上的其他可能电极(未示出)之间的电连接。
一般来说,并且如图8中所表明,被提供于基板20的感测区域23的至少一个表面上的电极J具有:至少两个相对的侧边缘,所述侧边缘在它们之间限定最大电极宽度Wj;以及两个相对的横向边缘,所述横向边缘在它们之间限定最大电极高度Hj。
在多种实施例中,并且如可从图6至图7以及图8视觉地了解的,在感测区域23处最大电极宽度Wj与基板宽度W之间的差异非常小,特别地小于彼此相邻的两个电极J的两个面对的横向边缘之间在感测轴线X的方向上的间隔或距离。为此目的,优选地,电极J在横向方向上延伸基本上遍及(throughout)整个基板宽度W,由此应理解的是,差异是最小的或为零,优选地在0 mm与1 mm之间,特别地在0.3 mm与0.6 mm之间。W与Wj的值之间的尽管最小的差异对于生产或切割电路基板20的目的来说仍可能是有用的,例如,在复杂形状和/或激光切割或用CNC(计算机数字控制)装置切割的情况下可能是有用的,在这些情况下优选的是留下尽管为最小的区域没有电极以便防止切割公差有可能也涉及上述电极J(即,防止切割公差有可能甚至以不一致的方式改变电极J的电容和/或电容或电场的对应测量)。
如将看到的,电极J的上述优先结构对于高度感测质量的目的是有利的。
区域24优选地被包括在基板20的近端与系列中的第一电极J(在此为电极J1)之间。以下情况落入本发明的范围内:属于装置的电路布置的电子控制和/或处理部件遍及整个基板20布置或布置在感测区域23内,即,在电极J附近和/或电极J之间。从这个角度来看,连接和/或控制区域也可基本上遍及基板20的整个长度延伸,其中其一部分与感测区域共有。
在多种实施例中,位于该区域24内的是属于装置10的测量和/或控制电路布置25至26的部件。这些部件优选地包含:至少一个控制单元或控制器(在图7中由25标示),例如,选自以下各者当中或包括以下各者当中的至少一者:微控制器、微处理器、CPU(中央处理单元)、DSP(数字信号处理器)、存储器、集成电路、运算电路、A/D转换器电路、电子开关电路;以及另外的有源和/或无源部件,诸如晶体管、MOSFET、电阻器、电容器、二极管等,其中一些被示意性地示出并由26标示。在所例示的情况下,控制器25被安装在基板20的与支承电极J的表面相对的表面20b上,但这决非旨在限制本发明的范围。当设想时,部件26也可在控制区域24中同样地被安装在基板20的主表面20a和20b中的一者或两者处。在多种实施例中,控制器25具有多个输入端(unput),电极J电连接到所述输入端。控制器25优选地包括至少一个处理和/或控制逻辑单元、存储器、以及输入端和输出端,其中输入端是模拟/数字类型。控制器可以是例如由Microchip Technology Inc.制造的通过代码PIC16F1517识别的微处理器、或者由Cypress Semiconductor Corporation制造的通过系列CY8C4200M的代码识别的微处理器。
如所提到的,导电路径(未示出)被提供于基板20的表面上或至少部分地在其内部,以用于连接多种电路部件(诸如,电极J、部件25和26、以及端子17)。优选地,基板20还具有金属化孔,以用于使不同的路径和/或被提供于基板的相对表面和/或内表面上的路径和/或电路部件彼此连接。在这方面应注意到,电路基板20可以是多层类型的,其中上述路径可甚至仅在内部,即,被制成在基板的内部层上,例如,仅留下电极J在外部。
在多种实施例中,根据本发明的装置包含至少一个另外的传感器,以用于检测除液体高度之外的至少一个另外的量。一个或多个另外的传感器可例如选自以下各者当中:温度传感器、压力传感器、质量传感器和被设计成用于检测流体的成分特性和/或化学物理特性的传感器(诸如,光学类型的传感器)。
在多种实施例中,除电极J之外,被安装在基板20上的还有一个或多个感测部件,特别地用于检测感兴趣的一个或多个另外的量。例如,在多种实施例中,装置10的电路布置包含至少一个温度传感器,特别地,具有可随温度改变的电阻的传感器,诸如,NTC或PTC类型的传感器。这样的传感器可被安装在如下当中的至少一者上:基板20的感测区域23的中间区域、远端区域和近端区域。在图7中示出的示例中,被安装在区域23中(特别地,被安装在基板的表面20b上)的是两个温度传感器27a和27b(在区域23本身的相对的端部区域中),所述温度传感器经由对应的导电路径连接到被提供于控制区域24中的电路布置。假设传感器10安装在图1中所图示的类型的储箱1中,则温度传感器27a能够用于检测液体的温度,特别是在靠近储箱底壁的区域中,而传感器27b可用于检测在中心区域中或在靠近储箱上壁的区域中的液体的温度,或者在储箱未完全填满的情况下检测存在于储箱的在液体上方的内部容积中温度,例如,空气的温度。图7中示出的类型的配置(特别地,具有两个温度传感器27a和27b)使得能够以图1的配置抑或以相对于图1的配置被倒置的配置(例如,通过在软件层面颠倒功能且特别是电极J和传感器27a、27b的功能)将传感器10安装在储箱1中。用于检测温度的传感器有可能被提供于基板的控制区域24中,特别地在装置10的本体的连接部分14内,例如,用于检测储箱1外部的环境温度。在多种实施例中,沿一系列电极J的发展提供多个温度传感器,其中的至少一个温度传感器位于电容元件阵列的两个端电极之间的中间位置中。
如可从图6至图8了解到的,根据本发明的方面,电路基板20的第二区域24包含至少一个受限制的基板部分(作为整体由30标示),所述受限制的基板部分具有小于感测区域23的宽度W(图23)的基板宽度Wr(图23)。
在上文的受限制部分30处,有可能提供电路部件26,如图7和图8中所例示。在多种实施例中,受限制部分30可被限定在这样的部分内:该部分所具有的宽度介于受限制部分30的宽度Wr与感测区域23的宽度W之间中间。这样的中间宽度部分(它的存在在任何情况下都必须被认为是可选的)在图6至图8中由30'标示。受限制部分也可遍及区域24的整个长度延伸。
根据本发明的方面,受限制的基板部分30的至少部分在装置本体的安装部分16(所述安装部分被包覆模制在基板20上)中轴向地延伸,这具有下文中将清楚地显现的优点。
图9至图11是根据本发明的可能实施例的用于包覆模制传感器装置10的本体的感测部分15以及安装部分16的至少部分的可能操作顺序的示意性图示。应注意到,在多种实施例中,装置10的本体还包含环形元件,例如,与提供感测部分15以及安装部分16的至少部分的包覆模制的材料M相关联的成形金属环。图9至图11图示了过程,在该过程中设想了使用由31标示的上述环。
在多种实施例中,环31用于提供用于密封元件的座的至少一部分,所述密封元件诸如是先前由19标示的垫圈。在这种类型的实施例中,并且如下文中解释的,环31被配置成在包覆模制的本体上轴向地移位,以使得能够在包覆模制的本体中限定被设计成保证用于垫圈19的良好的安置部分和良好的密封的圆形或筒形表面,特别是没有毛刺或浮凸(relief)(毛刺或浮凸通常存在于模具的两部分的闭合或联结区域处)的表面。为了有利于上述移位,环31优选地被成形为以便呈现至少一个凸出的(in relief)部分,诸如,径向或环形浮凸,可使用适当的设备在该部分上施加轴向推力。
另一方面,如将看到的,环31可甚至不存在,并且可借助于包覆模制的材料M来获得对应的形状。
最初参考图9,由41和42标示的是模具的两个部分,所述部分中的每者限定了对于形成装置的罩壳本体的上述部分15和16的外轮廓来说所必要的相应腔或型腔(impression)。这些型腔(仅其中一个部分地可见,由41a标示)还为了定位上述成形环31的目的而预先布置。
在多种实施例中,将环31定位在两个模具部分中的一者(在此为部分41)的型腔的对应区域中,并且然后将电路基板20定位在型腔41a本身内,其中对应的电路部件(J、24a、25、26以及可能地27a、27b)已经与该电路基板相关联,其中环31包围基板的控制区域24的至少一部分,特别地,该控制区域的受限制部分30。
在多种实施例中,在将基板20定位在模具中之前,基板20设置有另外的保护性屏障,例如,通过用聚合物或树脂的薄层来涂布(coat)至少其将被涂布有包覆模制材料M的部分来实现,该聚合物或树脂例如是被称为“保形涂层”的类型的,其特别地被设计成均匀地散布以便涂布基板20。因此,在多种实施例中,基板具有多层覆盖物,特别地包括施加到基板的第一保护性材料(例如,所引用的聚合物或树脂)的第一层、以及被模制在第一材料的第一层上的第二保护性材料的至少一个第二层。
模具部分41、42(特别地,对应的型腔)以这样的方式配置,使得基板的控制区域24的至少端部部分(图6至图8)将保持在型腔本身的外部,该端部部分在此为包含控制器25的部分,如例如在图10中清楚可见的。在多种实施例中,设备还包括另外的模具部分43,特别是可移动的插入件或滑架(carriage),该另外的模具部分设置有当设想了上述凸缘时对于产生至少传感器本体的凸缘18的径向构造18a的贯通孔来说必要的突出部43a。在所图示的非限制性示例中,滑架43的突出部43b还用于获得构造(下文中由32a标示)的轴向腔,在多种实施例中,其被利用来固定装置10的罩壳本体的另外的部件。
图10图示了模具闭合的状态,接着是联接滑架43,其中对应的突出部43a、43b分别被插入于部分41、42的通道41b、41c和41d中。在这之后,将对于形成感测部分15以及安装部分16的主要部分来说必要的塑料材料M注入模具中,在此环31也与该主要部分相关联。用于包覆模制的材料M可以例如是热塑性材料,或者是热固性材料。优选的材料是高密度聚乙烯(HDPE)、聚丁烯(PB)、聚丙烯(PP)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰胺(PA、PA6、PA66)和聚亚苯基硫化物(PPS)。
在优选实施例中,感测部分15处的材料M的厚度(即,感测部分的将基板20与高度待检测的介质隔离和分离的壁)具有在1 mm与2.4 mm之间、优选地在1.4 mm与1.8 mm之间、非常优选地在1.5 mm与1.6 mm之间的厚度。这些优先厚度防止了由于包覆模制的绝缘材料的尽管为最小的渗透性所导致的操作故障。在这种类型的配置中,还优选的是,电极J的高度Hj被包括在2.5 mm与3.5 mm之间,特别地,近似3 mm,并且在两个相邻电极J之间的间隔被包括在0.8 mm与1.2 mm之间,特别地,近似1 mm。
图11示意性地示出了重新打开模具的随后的步骤(注意,在该图中,滑架43仍被插入于模具部分41中,但仅出于解释滑架的操作定位的目的)。然后,能够从模具(即,从其部分41)中取出半成品,如图12中可见,所述半成品呈现为基本上包含部分地嵌入于提供装置本体的对应部分的材料M中的电路基板20。特别地,在所示出的示例中,包覆模制的部分包含:感测部分15,所述感测部分完全涂布基板的感测区域23(图6至图7);以及安装部分16,所述安装部分在此涂布基板的控制区域24的部分(图6和图7),该部分包含受限制部分30,并且在该示例中包括中间宽度部分30'的主要部分。相反,包覆模制的材料M留下控制区域24的剩余部分被暴露,该剩余部分在此包含中间宽度部分30'的最小部分。
如将了解的,在图12的半成品中,环31包围基板20的受限制部分30的一部分和包覆模制的材料M的对应部分(受限制部分被围绕在其中)两者。
从图12中示出的状态开始,环31然后朝向凸缘18轴向地平移。为了更好地理解这个方面,可参考图13和图19,图13图示了基本上对应于图12的状态的状态,图19中环31已经轴向地移位,直到与凸缘18接触。为了实现该移位并使环31保持就位,在图13中由19b标示的本体部分被包覆模制成外轮廓或直径基本上对应于本体部分的由环31外接的轮廓19a。
正如已经提到的,环31(且特别地,其内表面)的存在具有限定包覆模制的本体的基本上光滑且均匀的外轮廓或筒形表面(见图13的附图标记19a)的目的,密封垫圈将被定位在该外轮廓或筒形表面处:为此目的,在多种实施例中,环31的内筒形表面所具有的粗糙度Ra在0与3.2之间,优选地在0.4与1.2之间,非常优选地在0.7与0.9之间,特别地以便在垫圈19的座的上述外表面或轮廓上获得类似的粗糙度。
如将了解的,然后,从图12和图13的状态开始,环31以这样的方式向上移位到图19的位置,使得上述光滑表面将保持直接被暴露,使得上述垫圈能够安置在其上:如已经所述的,包含安置表面的座在图中由19a标示。然而,环31继续形成装置本体的部分,以有利于安装部分16在基板20的更窄部分(在此由受限制部分30示出)处的结构强度。
然而,正如已经提到的,环31的存在将被理解为是可选的,如例如从图16中显现的,其中用于密封垫圈的座19a完全由包覆模制的材料M限定。
在多种实施例中,包覆模制的材料M还限定至少固定部分,该固定部分朝向基板20的近端轴向地延伸超过安装部分,该固定部分能够被利用来锚固装置本体的一个或多个另外的部件。参考所例示的情况,由包覆模制的材料M形成的上述固定部分在图12中由32标示,并且相对于感测部分15从相对侧延伸超过凸缘18;在该示例中,该部分32限定了轴向构造32a,其优选地是轴向中空的,设置有横向通道32b。
在多种实施例中,可通过使一个或多个另外的本体部分与图12的半成品相关联来完成装置10的罩壳本体,特别地以便提供对应的连接部分14。为此目的,例如参考图2至图3的实施例,连接部分14包含图4和图5的本体部分21和22,所述本体部分联接在一起,其中基板20的控制区域24的至少一部分被设置在所述本体部分之间,其中本体部分中的一者(在此为部分21)限定连接器本体14a,端子17与所述连接器本体相关联,端子17被提供用于电连接到基板20上的电路部件。
在图2至图5的实施例的情况下,被设置在两个本体部分21与22之间的还有包覆模制的部分15至16的端部部分,且特别地,固定部分32的包含构造32a的至少一部分(见图5和图12)。
如可从图4注意到的,本体部分21限定腔21a,在所述腔内突出的是端子17的端部部分17b。为此目的,例如,本体部分21可由电绝缘塑料材料制成,所述电绝缘塑料材料被包覆模制在端子17上以便留下端子17的端部部分17a和17b被暴露。本体部分21同样限定了轴向座21b,该轴向座由设置有相应同轴孔的两个壁侧向地界定,所述同轴孔中的一者在图3和图4中由21c标示。
本体部分21以这样的方式被定位在图12的半成品上,使得图5和图12的构造32a被插入于座21b中,其中对应的横向孔32b与孔21c同轴。此外,在该定位之后,将端子的端部17b插入于被提供在基板20的控制区域24中的特意设计的接触元件中,这些接触元件在图8中由24a标示。在该示例中,这些元件24a包括基板20的金属化贯通孔,连接到所述金属化贯通孔的是先前提到的类型的相应导电路径(上述孔可由导电焊盘代替或与导电焊盘相关联)。然后,能够将端子的端部17b焊接在上述金属化孔(和/或上述导电焊盘)处(见图40,仅关于焊接操作),或者上述孔(和/或上述焊盘)可设置有通常已知的压配合类型的电连接(见图27,仅关于这种类型的连接)。替代性地,上述电连接可至少部分地是弹性类型的。为此目的,电接触件可与连接元件24a和/或端子17的端部17b相关联,所述电接触件至少部分地是弹性的。
然后,能够将本体部分21固定到图12的半成品,特别地,通过将螺钉S(见图4至图5)穿过孔21c拧紧来实现,其中该螺钉因此穿过构造32a的对应的横向孔32b。在未示出的变型中,作为螺钉的替代例,可提供固定销,或者提供用于部分21与32之间的相互接合的构件。有利地,腔21a可填充有保护性树脂,该保护性树脂优选地被设计成也涂布基板20的相应部分,特别地,以便提供关于来自外部的任何渗透和/或污染的密封。
接下来,本体部分21与本体部分22相关联,以便封闭部分21的腔21a,位于所述腔中的是基板的从包覆模制的材料M轴向地突出的部分24。在多种实施例中,因此,部分22提供了一种种类的用于封闭部分21的盖子,并且为此目的优选地在其面对本体部分21的表面上具有联接和/或密封元件22a(图5)。可例如通过将部分22胶合或焊接在部分21上来获得这两个部分之间的固定,该固定可以是密封式固定,不过不排除卡合动作(snap-action)固定或借助于另外的螺纹构件的固定。最后,在被提供于装置10的本体的安装部分16处的座19a中,可安装有环形密封元件或垫圈19。
在图13至图15中,经由对应的截面视图来示出图12的半成品,从中可注意到基板20如何被主要包封(englobe)于包覆模制的材料M中,这提供了呈单件的感测部分15和安装部分16以及对应的固定部分32。从图13中可特别地注意到受限制部分30如何被完全嵌入于包覆模制的材料M中。被限定在受限制部分30的两个轴向端处的台阶的存在(见图6至图8供参考)有利于将基板20作为整体锚固在包覆模制的本体内。
如已经所述的,图13图示了环31的非最终(non-definitive)位置,环31将被轴向地向上平移(如图13中看到的),优选地直到其支承在凸缘18上(见图19)。在该移位之后,用于图4至图5的密封环19的座19a被限定在环31的底部部分与安装部分16的在径向方向上突出的部分之间(见图19)。
在本身自主地为创新性的实施例中,即,还在没有电路基板20的上述受限制部分的情况下,高度传感器装置10包括在基板20的感测区域23上的电容元件的第二阵列,其中该第二阵列包括至少一个第二系列的第二电极,所述第二电极优选地彼此基本上等同、共面、并且沿高度感测轴线彼此间隔开,并且被提供于基板20的第二主表面20b处。这种类型的实施例示意性地图示于与图13至图15类似的图16至图18中以及与图13至图14类似的图19至图20中,其中上述第二电极由J’标示。
在多种实施例中,并且还在没有基板20的上述受限制部分的情况下,在基板20的表面20b处的第二电极J'相对于表面20a处的第一电极J处于交错的位置中,以高度感测轴线X作为参考。图16至图18中示出了这种类型的示例。这种种类的实施例使得能够显著提高传感器装置10的高度测量分辨率。为此目的,优选的是,在基板20的一个表面20b上的电极J'相对于存在于另一表面20a上的电极J在中间位置中延伸,且反之亦然。在图17的细节中可清楚地了解这样的特性。在这种类型的实施例中,电极J和J'优选地单独地连接到控制器25的相应输入端。优选地,电极J和J'具有等同的几何形状,或者具有不同的形状但是相等的表面尺寸,或者一般来说具有相等的电容。在该配置中,电极J'使得能够检测液体的介于能够仅通过电极J检测到的高度之间中间的高度。
图16使得能够还突出显示安装部分16的可能的替代性实施例,在这种情况下,安装部分没有金属环31,其中用于环形密封元件或垫圈19的座19a完全由包覆模制的材料M限定。
在多种实施例中,并且还在没有基板20的上述受限制部分的情况下,被提供于基板20的主表面上的至少一个第一电极J或每个第一电极J借助于电连接部分(诸如,金属化孔)连接到被提供于基板的另一主表面上的对应的第二电极J'。图19至图20中示出了这种种类的示例。这种类型的实施例使得能够在给定基板20的相同尺寸和/或电极J的布置的情况下增加(或加倍)表面(或电容或电场),且因此增加(或加倍)传感器装置10的灵敏度和分辨率。在这种种类的实施例中,每对电极J、J'连接到控制器25的相应输入端。优选地,与图16至图18的情况不同,电极J和J'在基板的两个表面20a和20b上处于镜像位置中,即,不相对于彼此交错。
在有利的实施例中,上述电连接部分延伸穿过电路基板20的相应贯通开口,例如,如在图20的细节中清楚可见的,其中上述部分中的一些由C标示。在这种类型的实施例中,连接部分C优选地包括填充基板20中的贯通孔的导电材料,每个孔的端部位于两个相对的电极J和J'处。根据其他实施例,相反,连接部分可被限定在基板的外表面上,例如,呈连接两个相对电极J和J'的导电路径或导线的形式,例如,骑跨基板20的纵向边缘。两个相对电极J和J'也可间接地彼此连接;即,上述电连接部分或金属化孔也可连接到相应的中间电路径或连接部,诸如基板内部的电路径。
图19还使得能够突出显示金属环31的最终优选位置,如已经解释的:在这种情况下,环31的上部部分基本上与凸缘18接触,并且密封环19的座19a被限定在环31的下端与安装部分16的加宽的下部部分之间。
与先前引用的已知技术相比,考虑到高度感测质量的增加,基板20的位于装置本体的安装部分16处的受限制部分30的存在特别有利于生产目的。
为了更好地理解这个方面,图21是根据WO 2015/181770 A的教导使用的类型的电路基板20”的在正视图中的示意性图示,而图22是再次根据WO 2015/181770 A的教导的高度传感器装置10”在它的如下状态中的在竖直截面中的示意性图示:其被安装于储箱上,所述储箱例如是与图1的储箱类似的储箱1。
如可注意到的,支承电极J”的基板20”关于其感测部分23”不呈现任何限制。换句话说,基板20”的宽度W”是恒定的,直到基板本身的在其近端处的被包含在控制区域24”中的加宽部分。
现参考图22的已知配置,其基本上等同于WO 2015/181770 A的已知配置,基板20”被插入于预制的传感器本体中,该传感器本体的感测部分15”是轴向地中空的并且具有内部纵向肋(不可见)以用于基板本身的定位。
此外,由G标示的树脂或凝胶被引入到感测部分15”中,其基本上具有填充存在于支承电极J”的基板20”与感测部分15”本身的内表面之间的间隙的功能。基板20”的控制区域24”的一部分穿过装置10”的本体的安装部分16”,其中限定了用于环形密封元件19”的对应座19a”。如可理解的,基板20”穿过安装部分16”被轴向地插入于感测部分15”内;即,其被插入使得其穿过被提供用于收容至少一个基板部分的部分14”。
环形密封元件19”的直径、且因此对应的座19a”的直径显然取决于被提供在储箱1中的贯通开口6的直径。座19a”的存在的后果是,部分16”和15”内部的腔的宽度不能大于某个值,该值远小于座19a”本身的底部的直径(即,小于所安装的密封元件的内直径,将从该内直径减去上面安置有密封元件的壁的厚度):事实上,出于结构原因,在任何情况下都有必要使得在座19a”处可获得装置本体的壁的最小厚度。出于这个原因,并且考虑到需要基板20”于部分16”和15”的腔中的上述轴向插入,基板的感测区域23”的宽度W”将必然不得不小于部分16”和15”本身的腔的宽度。因此,电极J”的宽度Wj”将被进一步减小。
相反,图23和图24以与图21和图22的视图类似的视图图示了处于如下状态中的根据本发明的可能实施例的基板20和装置10:它们被安装于储箱1上,所述储箱的开口6具有对应于图22的开口6的直径的直径。应注意到,为此目的,优选地,根据本发明的装置被预先布置成被安装在市场上已经可获得的储箱中(即,具有预先限定的附接或安装开口)中;即,其可与已知的装置互换。
如可从图23至图24与图21至图22之间的比较了解到的,由于受限制部分30的存在以及装置本体的部分15和16由被包覆模制在基板20上的材料M制成的事实,在给定储箱的开口6的相同直径的情况下、且因此相对于已知装置中提供的环19”和座19a”的直径给定环19和对应的座19a的相同直径的情况下,感测区域23可具有大于图22的已知装置10”中使用的基板20”的对应宽度W”的宽度W,在任何情况下都保证座19a处的足够的壁厚度。
考虑到电容类型的高度测量所基于的电容和/或电场强度以成正比例的方式取决于电极的表面,感测区域处的基板宽度W可大于已知技术的基板宽度W”的事实使得能够增加电极J的宽度Wj(图23)的尺寸,且因此增加电容和/或电场并且增加高度传感器装置10的灵敏度。此外,有利地,在多种实施例中,电极宽度Wj等于或大于受限制的基板部分30的宽度Wr(例如,见图23)。
此外,从图21中可注意到,被提供于已知基板20'上的电极J'是如何以这样的方式被确定大小使得对应的侧边缘被设置成与基板本身的纵向边缘相距相当远的距离,并且在任何情况下是如何以这样的方式被确定大小使得在感测区域23”中电极宽度Wj”与基板宽度W”之间的差异明显大于两个电极J”之间的距离,即,在两个电极J”的两个面对的横向边缘之间的距离。
另一方面,正如已经提到的,在本发明的多种实施例中,在感测区域23处电极宽度Wj与基板宽度W之间的差异是最小的,并且优选地小于两个电极J之间(即,在两个电极J的面对的横向边缘之间)的间隔或距离,该间隔或距离在任何情况下也保持是非常有限的,优选地被包括在0.8 mm与1.2 mm之间,特别地,近似1 mm。与已知装置相比,这使得能够进一步增加电极的宽度,且因此增加电容和/或电场以及装置的灵敏度。
在多种实施例(诸如,图24中所图示的实施例)中,包覆模制的材料M在区域23处的基板20的侧向表面(20c、20d)上的最小厚度(例如,1.5 mm至1.6 mm)等于或小于被包覆模制在受限制部分30处的上述侧向表面上(以及在中间宽度30'的可能部分中)的材料M的最小厚度。
在多种实施例中,用于垫圈19的座19a的深度“h”等于或接近垫圈本身的弦(chord)的直径“d”的近似3/4(其中由“弦”意指的是垫圈本体的截面,如图24中可见的);即,深度“h”的两倍(在受限制部分30的两侧处)近似为直径“d”的1.5倍(¾ + ¾)。从这个角度来看,在优选实施例中,可将受限制部分30的宽度限定为:
Wr ≤ W - (h ∙ 2) 或者 Wr ≤ W - (d ∙ 1.5)。
此外,应注意到,上文参考图22所描述的类型的已知的解决方案防止电路基板20”在其两个主表面上都装备有电极的可能性。事实上,在这些已知的解决方案中,出于生产原因,部分15”和16”的腔必须必要地呈现所谓的拔模角,即,被设计成允许在对形成内腔的模具部分没有任何损坏的情况下取出的略微倾斜的壁。其后果是,基板20”的主表面中的仅一者(即,支承电极J”的主表面)能够在轴向方向上为“直”的并且与部分15”的对应的内表面严格接触,从而致使另一”倾斜的“主表面实际上无法用于测量目的(用于补偿壁的这种倾斜,并且在任何情况下都提供正确的安置位置和基板朝向”直“感测壁的推力,现有技术通常设想在该倾斜壁上将提供轴向肋或浮凸,所述轴向肋或浮凸进一步增加了在基板与待检测流体之间的距离,因此致使在上述倾斜壁处不可能进行检测。
在多种实施例中,对基板20进行装备的电路布置的部件的至少部分位于控制区域24的可能在材料M的包覆模制过程中被涉及的中间区域中,特别是包含或包括受限制部分30的区域:例如,见图8,其中在部分30内提供了一系列部件26。在这种类型的实施例中,可证明有利的是,提供将至少部分地保护或至少部分地包围基板20的上述中间区域的保护性本体,优选地是管状本体或至少是外壳。以这种方式,限定感测部分15以及安装部分16的至少部分的材料M可被至少部分地包覆模制在上述保护性本体上,因此该保护性本体在包覆模制步骤的过程中至少执行对电路部件安全防护的功能,且优选地还执行对安装部分16的结构强化的功能。
在多种实施例中,上述保护性本体是外壳或管状本体,其优选地包括联接在一起的至少一个外壳或两个外壳。
图25图示了被设计成用于相互联接的两个外壳45和46的情况,其中,被设置在其之间的是设置有电路部件的上述中间区域,该中间区域对应于或包含受限制部分30的至少部分。为此目的,两个外壳45和46优选地设置有联接构件,诸如外壳46的销46a和座46b,所述销和座被设计成与外壳45的对应座和销联接。此外,图25突出显示了本体部分21,其集成了连接器本体14a和端子17并且具有相对于图4至图5的本体部分21略微修改的形状。在多种实施例中,部分21以及两个外壳中的至少一个(优选地,两个外壳两者)也被配置成相互联接。在图25至图26中所例示的情况下,为此目的,本体部分21限定了端座21e,该端座被配置成用于接收外壳45和46的对应的端部部分(也见图27)。有利地,在其他实施例中,本体部分21和外壳46由单件制成。
在多种实施例中,上述保护性本体(包括例如两个外壳45、46,或者仅一个外壳46,或者集成了本体21和外壳46的单件)由所具有的熔点高于260℃的聚合物或在任何情况下被设计成禁得起该温度的聚合物制成,特别地,以便禁得起在低于250℃的温度下将至少一种聚合物包覆模制在其上。为此目的,在多种实施例中,用于保护性本体(例如,外壳45至46,或者外壳46,或者还集成了外壳46的本体21)的材料选自以下当中:聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰胺共聚物(PA66)和聚亚苯基硫化物(PPS)。
出于组装的目的,例如,将两个外壳45和46联接在一起以形成上述管状本体,其中基板20的对应的中间区域被设置在两个外壳之间。因此所形成的管状本体45至46与本体部分21相关联,使得被定位在本体部分21本身的腔21a内的是基板20的近端区域,其中端子的部分17b一起联接在基板20的相应的接触元件24a中,如图27中所例示的,其中接触元件24a设置有压配合类型的连接部。显然,可经由焊接与施加导电材料(例如,锡)来产生接触元件24a与端子17的部分17b之间的连接。
接下来,将基板20的具有与之相关联的本体部分21和外壳45至46的部分插入于模具中,以用于施加至少一种聚合物或树脂,诸如,热塑性材料。所使用的材料优选地是这样的类型,即,具有低的熔点或聚合温度,特别是诸如不会损坏电子部件的转变温度(诸如,在180℃与240℃之间、优选地接近200℃的温度)。为此目的设计的热塑性材料可以是被限定为“热熔融(hot melt)”或“热熔胶(hot glue)”的类型。
图28中示意性地图示了这样的步骤,其中由50和51标示的是两个模具部分,部分50具有被成形用于收容本体部分21和外壳46的型腔,相反,部分51具有这样的型腔:该型腔被成形用于收容外壳45以及用于限定用上述聚合物或树脂获得的保护性覆盖物(下文中由52标示)的外轮廓。在闭合模具的部分50至51之后,注入到模具中的是对于形成上述覆盖物来说必要的材料(聚合物或树脂),该材料在下文中出于简单性被限定为“树脂”。图29中示意性地示出了该步骤,其中树脂由R标示。在该步骤中,注入的树脂R的一部分占据外壳45、46的内表面与基板20的对应部分之间的空的空间(即,它填充管状本体45至46),而树脂R的另一部分涂布基板20的在模具内的剩余部分,即,被收容在本体部分21内的部分。
以这种方式,在树脂R随后固化并重新打开模具(如图30中所例示)之后,基板20的近端区域被围绕在本体部分21与通过树脂R获得的覆盖物(作为整体由52标示)之间并受到保护,优选地,其中树脂R的一部分也占据管状本体45至46的内部,从而包围并保护基板的受限制部分30。
接下来,在从模具50至51中取出之后,可将图30中可见的半成品定位在另外的模具中,以用于实施对于形成罩壳部分15以及安装部分16的外部部分来说必要的材料M的进一步包覆模制,其中形态(modality)基本上与参考图9至图11所描述的形态类似(显然,使用以本身对于本领域技术人员来说清楚的方式相应地经修改的设备,其中模具部分设置有被设计成至少收容由外壳45和46形成的管状本体的型腔)。在该操作的过程中,被提供于基板20的受限制部分中的电路部件26尽管位于被包覆模制有材料M的区域内,但在任何情况下都既被涂层52的相应部分又被外壳45、46保护,且因此无法被包覆模制的材料M到达。
图31中例示了包覆模制操作的结果,其中所图示的装置10包括部分15和安装部分16,后者的外部以主要由先前提到的外壳处的包覆模制的材料M获得。可同样从图32来完全了解该结果,图32图示了与本体部分21被制成为单件的外壳46的情况(即,至少集成了连接器本体14a和/或电端子17的外壳46)。从该图中,可注意到连接部分14如何基本上由本体部分21和涂层52的第一部分形成,该涂层的第二部分位于外壳45与46之间,从而包围支承着部件26的受限制部分30,并由此防止包覆模制的材料M有可能到达这些部件。再次从图32中,同样可注意到外壳45、46的内轮廓如何优选地被成形(例如,借助于突出的部分)以有利于形成涂层52的树脂R的锚固和/或以致使外壳更加刚性和/或更加坚固。
为此目的,应考虑到的是,优选地,涂层52的材料R是相对弹性的或非刚性的,特别地以便防止电子部件上的机械应力,例如,在模制或包覆模制的步骤之后的收缩期间存在的应力。优选地,相反,感测部分15的本体的材料M相对更加刚性和/或在尺寸上更加稳定,特别地以便保证用于垫圈19的座19a的更大的尺寸稳定性。另外的内部刚性结构(优选地,由以甚至更加刚性的材料制成的外壳45、46中的至少一者形成)的存在对获得座19a的上述尺寸稳定性和/或总体结构刚度作出贡献。
根据优先配置(见图25至图32),涂层52由PA制成,本体21(或21、46)由PA66或PPA制成,保护性本体45、46中的至少一者由PPS制成,并且至少感测部分15的本体由HDPE制成。
因此将了解的是,在多种实施例中,基板20的至少一部分(诸如,中间部分30和/或受限制部分30和/或包括电子部件26的部分30)具有多层涂层或罩壳,其包括至少三个材料层,诸如,对应于由R或52、45和/或46、M或16标示的元件的材料层,特别是彼此不同和/或在不同步骤中模制的三个材料层。根据优选实施例,还可提供另外的层,其由以聚合物或树脂制成的上述薄涂层和保护层(优选为保形涂层类型的)示出,所述薄涂层和保护性层在材料M的包覆模制之前被施加在基板20的至少部分上。
同样将了解的是,根据本身自主地为创新性的其他方面,生产装置的方法可设想以下中的至少一者:
- 包覆模制至少一种聚合物M、R或者包覆模制至少两种不同的聚合物M、R的两个单独的步骤,特别地,在上述保护性本体45至46或46或21+46的至少一部分上;
- 包覆模制至少两种不同的材料或聚合物M、R,优选地,两种材料都具有被包括在180℃与240℃之间的熔融温度或模制温度或转变温度;以及
- 至少三个单独的模制和包覆模制步骤,诸如:
- 单独地模制上述保护性本体45至46或者46或者21+46,优选地用具有高于260℃的熔点的聚合物;
- 将第一聚合物R包覆模制在上述保护性本体的至少部分和/或基板20的至少部分上,所述第一聚合物优选地为具有低于250℃的熔点的聚合物;以及
- 将第二聚合物M包覆模制在上述保护性本体的至少部分和/或基板20的至少部分上,所述第二聚合物优选地为具有低于250℃的熔点的聚合物。
同样在这种情况下,基板的至少部分可在先前至少部分地涂布有先前所提到的类型的聚合物或树脂的薄保护性层。可例如经由喷涂、或者通过将基板20完全浸入包含处于流体状态的所讨论的聚合物或树脂的容器中来施加该薄保护性层。
根据未示出的其他实施例,与图25至图32的装置类似的装置可设想外壳或管状本体,该外壳或管状本体被成形用于遮盖(coat)基板20的近端区域和/或受限制部分30并将其隔离,即,被成形用于防止包覆模制的聚合物R有可能渗透到外壳或管状本体中(即,使得覆盖物52能够仅包覆模制在上述外壳或管状本体的外侧上)。
根据未示出的其他实施例,可通过提供模具来获得与图25至图32的装置类似的装置,该模具以不同方式被成形以获得在基板20的近端区域上和/或在受限制部分30上的覆盖物52的整个形状。在从模具中取出之后,保护性本体(例如,与由45至46或者46或21+46标示的保护性本体相同的类型的保护性本体)被安装在包括基板20和覆盖物52的半成品上。然后,可将半成品设置在另外的模具中,以用于实施对于形成感测部分15以及安装部分16的至少一个外部部分来说必要的材料M的进一步包覆模制。
在多种实施例中,可省除外壳45,仅保留与本体部分21联接或整体地形成的外壳46。图33至图35中例示了这样的情况。
在图33中可见模具部分50,其构思与图28至图30的模具部分50类似,其中对应的型腔50a被成形用于收容本体部分21和外壳46(或限定呈单件的本体21和外壳46的单个本体)。相反,在图34中由51’标示的第二模具部分具有被成形以限定由树脂R制成的保护性覆盖物52的外轮廓的型腔。所获得的半成品在图35中可见,从图35可了解到基板24的控制部分如何至少部分地涂布有覆盖物52的树脂R和/或至少部分地设置在覆盖物52的树脂R的至少部分与具有外壳45的本体部分21之间。
同样在这种情况下,可将从模具50至51’中取出的半成品(如可在图35中看到的)定位在另外的模具中,以用于实施对于形成罩壳部分15以及安装部分16的外部部分来说所必要的材料M的包覆模制,如上文刚刚描述的。
参考图28至图32以及图33至图35所例示的过程和结构使得即使在基板20的其中有可能安装有电子部件26的区域处也能够在不损坏电子部件的情况下实施包覆模制以用于获得装置本体的部分15和16,有可能使用具有高的尺寸收缩和/或高的熔点的材料来实施。如已经所述的,为此目的,借助于所描述的一个或多个外壳和保护性树脂R来保护上述区域。
如已经所述的,材料M可以是具有在190℃与230℃之间的熔点的高密度聚乙烯(HDPE),或者是具有类似熔点的一些其他材料,诸如,聚丁烯(PB)或聚丙烯(PP)。原则上,有可能使用具有更高的熔点(甚至在270℃与350℃之间)的材料,诸如,聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰胺(PA66)和聚亚苯基硫化物(PPS)。在这些情况下,基板20将由适当的耐热材料(例如,聚酰亚胺-PI)制成,如外壳45或外壳45至46的材料(例如,聚亚苯基硫化物-PPS)一样。
在多种实施例中,基板20可完全地或基本上完全地被嵌入于包覆模制材料M(优选地,热固性材料)中。然后,在这种类型的解决方案中,装置本体的部分14、15和16可由包覆模制的材料M制成,其中有可能添加其他辅助本体部分。
在这种类型的实施例中,可设想用于端子17的定位和/或支撑元件,该定位和/或支撑元件也将与包覆模制的材料相关联和/或至少部分地包封在包覆模制的材料中。例如,图36和图37图示了由60标示的这样的支撑件的可能实施例,其具有由塑料或聚合材料(例如,热固性材料,优选地相同的材料M,或聚亚苯基硫化物-PPS)制成的本体,所述塑料或聚合材料被包覆模制在端子17上,端子17优选地从金属条开始经由冲裁和/或变形操作获得。
在所图示的示例中,支撑件60的本体包含基本上彼此正交的两个壁61和62,端子的部分17a和17b分别从壁61和62正交地突出,它们被特意地成形。优选地,该布置还使得同一端子17的部分17a和17b基本上彼此正交,尽管不排除不同的取向。代替将支撑件60的本体的材料直接包覆模制在被成形的端子17上的做法是,还有可能在先前通过以下步骤来预先布置本体本身:在其壁61和62中形成合适的座和/或通道61a和62b,如图38和图39中所例示的,以用于随后安装端子17。上述座和/或通道61a和62b可包括用于端子17的定位和/或固定构件,例如,干涉配合类型的定位和/或固定构件,所述定位和/或固定构件被设计成使得能够保持(handle)包括支撑件60和端子17的半成品,特别是出于生产目的,直到在部分14的材料的包覆模制和/或焊接于支撑件20上之后的更完全的固定。
有利地,支撑件60可被成形为与已经图示的形状不同,例如,以还提供连接器本体14a。
在预先布置支撑件60之后,例如如图36至图37中可见的,将被成形的端部17b联接到基板20的区域24的对应的电连接孔或焊盘24a,如在图40中那样,因此产生必要的电连接。图40图示了在施加材料T(例如,锡)的情况下进行焊接的情况,但是,如已经所述的,其他机电连接形态是有可能的,例如压配合类型的机电连接。在上述连接之后,支撑件60的壁61和62分别基本上垂直和平行于基板20(如在图43中也可见的)。以这种方式,端子17的部分17a基本上平行于基板20。根据未示出的其他实施例,相反,端子17的部分17a可垂直于基板20。
接下来,将图40的半成品(即,具有端子支撑件60的基板20)设置在合适的模具中,该模具的部分限定相应的型腔,所述型腔被配置成用于限定装置本体的外轮廓。在多种实施例中,包覆模制的材料M选自热固性材料当中,所述热固性材料具有与热塑性材料相比可在更低的压力下被模制的特性并且具有与构成基板20的材料(其优选地为FR4)的热膨胀系数类似的热膨胀系数。作为使用热固性材料的替代,包覆模制的材料M可以是合适的树脂,例如环氧树脂,或为此目的设计的一些其他类型的聚合物。
在图41至图44中例示了可根据刚刚描述的内容获得的装置。在所例示的情况下,还提供了环31,但这是该解决方案的可选特性。装置本体的构形在图42至图44中示出的截面图中清楚可见,从中可注意到基板20如何几乎完全被嵌入于包覆模制的材料M中,所述包覆模制材料包含部分65,该部分包围基板本身的近端区域和端子支撑件60的至少部分,并且优选地还提供连接器本体14a,端子的部分17a在所述连接器本体内延伸。在这种类型的解决方案中,于是,还将电和/或电子部件25、26嵌入于包覆模制的材料M中,有可能在经由聚合物或树脂的薄保护性层(例如,保形涂层类型的)施加涂层之后进行,特别地,以限定多层覆盖物。
在多种实施例中,装置本体被包覆模制成以便基本上完全地涂布基板,然而留下其一个或多个有限区域被暴露,所述有限区域对于使得能够随后安装并电连接电互连元件(诸如,连接器)来说是必要的。当传感器10的同一配置必须设置有至外部系统的电连接的一些变型时,与图36至图44中所示出的解决方案相比,这种类型的解决方案是特别有利的。图45至图51中示意性地示出了从这种意义上来说的示例。
最初参考图45至图46,装置的本体主要通过在电路板20上包覆模制材料M(优选地,热固性材料或树脂)来制成。包覆模制的材料M包含部分65',该部分被设计成围绕基板本身的近端部分,留下对于产生电连接来说必要的其小区域被暴露。特别地参考图45,部分65'优选地被包覆模制成以便呈现第一开口65a,所述第一开口留下基板20的第一区域暴露,在本文中在基板20的支承控制器25的主表面处,电连接孔或焊盘24a的第一端位于该处。优选地,该开口65a被形成在由包覆模制的材料M限定的凹部或座65b内,有可能包含涂布控制器和/或电子电路的至少一部分的层65c。在所例示的情况下,材料M还限定具有对应构造32a的固定部分32。部分65'优选地被包覆模制成以便呈现第二开口,所述第二开口也留下基板20的第二区域暴露,在基板20的第二主表面处,连接孔24a的第二端位于该处。该第二开口在图46中由65d标示(注意,该图图示了端子已经被连接的状态)。在替代性实施例中,上述第一开口和第二开口可甚至不存在,例如,在经由压配合类型的连接部或其他电接片(tab)连接部将端子17连接到支撑件20的情况下,所述电接片连接部在先前被焊接到基板20并且从包覆模制材料M突出。
接下来,被安装在图45的座65b处的是将连接器本体14a与对应的端子17集成的本体部分21,如图47中所图示。部分21可具有与图4的机械连接布置类似的机械连接布置,即,具有轴向座(与图4中由21b标示的轴向座类似),所述轴向座由设置有相应同轴孔(与图4和图3中的由21c和21d标示的同轴孔类似)的两个壁侧向地界定,以用于根据先前已经描述的形态且因此借助于螺钉S或其他接合构件与构造32a(图45)联接。在将本体部分21定位在图45的座65b中之后,端子的部分17b连接到基板20的对应的连接元件24a以便提供压配合类型的连接,或者,如在图46中所例示的情况下那样,由于存在由包覆模制的材料M限定的开口65d,在基板20的相对表面处利用焊接来提供连接。接下来,可封闭开口65d,例如,经由进一步包覆模制或者通过施加填充开口65d的合适的密封树脂66,如图48中所例示的,或者经由特意提供的盖子。在施加盖子的情况下,在任何情况下都可在先前提供对树脂薄层的施加。
因此所获得的装置10在图49至图51中出现的截面视图中可见,其中可注意到在这种情况下包覆模制的材料M如何几乎完全限定围绕基板20的装置10的罩壳本体,并且因此限定其部分14、15和16与固定部分32和部分65'。除了可能的环31之外,由本体部分21示出唯一的另外的元件,该本体部分集成或限定了电连接器和树脂或盖子66。
在先前的图中,电极J、J'已经被示意性地示出为具有基本上为矩形的几何配置。然而,就如下而言该形状将不被认为是必要的:在多种实施例中,与基板20的一个或两个表面相关联的电极可具有不同的形状。
在本身自主地为创新性的实施例中,即,即使在没有电路基板20的受限制部分的情况下,替代矩形电极,也提供不同形状的或具有不规则轮廓的电极,诸如,至少在两个相对的侧向端处具有倒角(即,基本上在对应的横向侧或侧向侧中的至少一者处具有倒角的角)的电极和/或在相应的中间区域或中心区域中具有凹部或受限制部分的电极。图52至图54中例示了这种类型的实施例。
电极J中的一些的倒角在图53中由69和69'标示,而电极J中的一些的凹部在图52和图53中由75和75'标示。电极、倒角和凹部的形状在此经由线性拉伸(strech)来例示;然而,它们的轮廓可以是不同的,例如,经由弯曲拉伸或者弯曲与线性拉伸的组合或者复杂轮廓获得。
在多种实施例中,两个相邻电极J布置成使上述倒角的角处于镜像位置中,以便留下基板20的区域23的相应区域被暴露。在所图示的示例中,这些被暴露区域(其中的一些在图52中由15a'标示)具有近似三角形或梯形的形状;然而,电极J的上述锐边缘可以以不同形状被倒圆(rounded),例如,以弯曲轮廓被倒圆,以便界定基本上半圆形的区域15a'等等。在多种实施例中,电极J中的至少一些被成形以便限定相应的通道或凹部,诸如,在图52和图53中由75'标示的凹部,以便确定基板20的暴露区域的存在。
在本身自主地为创新性的实施例中,即,还在没有受限制部分30的情况下,电路基板20至少在其感测区域中具有多个贯通开口,优选地在区域本身的纵向方向上布置,并且非常优选地在上述方向上彼此对齐,其中所述贯通开口被包覆模制的材料M的相应部分占据,该包覆模制的材料将提供装置的罩壳本体的感测部分15。
图52中图示了这样的实施例的示例,其中上述开口中的一些(呈圆孔的形式)由70和71标示。开口70和71的存在使得能够明显改进在包覆模制步骤期间在熔融状态下注入模具中的材料M在所使用的模具部分的两个相对的型腔之间的流动。开口的存在同样改进了装置10的本体的部分15(其是纵向最广阔的部分)的固化材料M到电路基板20的固定,以有利于结构强度。
优选地,涂布和绝缘材料M的存在于开口70和71中的部分在基板20的相对表面20a和20b的材料之间提供了桥接部或连接部,并且改进了材料本身相对于上述表面20a和20b的固定。例如,上述桥接部或连接部对于如下是有用的:防止部分15的材料M有可能脱离和/或移动离开表面20a和20b和/或电极J;和/或防止部分15的材料M在表面20a和20b上的任何轴向移动或滑动,例如,在材料于不同温度下发生不同程度的膨胀之后。在这方面,应考虑到的是,由于温度引起的不同程度的膨胀(例如,部分15的材料M和基板20的材料的不同程度的膨胀)可能会导致脱离和/或相互滑动,诸如,以确定测量中的变更或误差(例如,还由于插入了尽管为最小的空气层,或者由于因材料M相对于基板20的反复微摩擦而导致电极和/或导电路径和/或电子部件的损坏)。
根据未示出的可能的变型,出于将包覆模制材料M更好地固定到基板20的目的和/或为了防止相互轴向移动,基板在其侧向表面20c和/或20d处具有座和/或浮凸。
正如已经提到的,在本身自主地为创新性的实施例中,即,还在没有电路基板20的受限制部分的情况下,并且在存在开口70、71的阵列的情况下,电极被成形为以便在上述孔处限定相应的通道或凹部。
例如,参考图52和图53,可注意到电极J如何在其横向侧的中间区域中限定相应的凹部,凹部的一些由75标示:如可注意到的,开口70部分地占据两个相邻电极J的面对的或镜像(specular)的凹部75。如将了解的,这些凹部75的存在还使得电极J能够在高度感测轴线的方向上保持充分靠近彼此,以有利于传感器装置的测量的灵敏度和分辨率。在每个电极J的两个横向侧上优选地存在凹部75使得有可能具有一系列几何上等同或镜像的电极,由此具有对应电容的一致性,即,每个电极处的电容或电场的检测的一致性。因此,即使在存在明显小于电极J的数量的开口70的数量的情况下,在任何情况下都优选的是,所有电极将设置有凹部75或者在任何情况下具有等同的表面。
在多种实施例中,诸如,在图52至图53中所例示的实施例中,被提供于基板中的开口的阵列包含彼此不同的第一开口70和第二开口71,特别地,第一开口70比第二开口71具有更小的通道直径或截面。当设想更大的开口71时,它们具有提供用于定位和/或定心包覆模制模具的元件的安置座或点的功能,如下文中所例示的。
出于这个原因,在优选实施例中,在其之间定位并提供有开口71的相邻电极在相应的横向面对的侧上具有凹部75',凹部75'比被提供于开口70处的凹部75更广阔。可参考电极J9和J10的面对的凹部75'(图52)以及电极J18和J19的面对的凹部75'(图53)从图52和图53来了解该构思。以这种方式,尽管存在更宽的开口71,但是该系列的电极J能够在感测轴线的方向上保持充分靠近,相隔基本上恒定的距离。
该系列的某些电极(在此为图52中的电极J9、J10、J18和J19)具有更宽的凹部75'的事实通过在电极本身上存在倒角69'来补偿,所述倒角以这样的方式比该系列的其他电极的倒角69更有限,使得该系列的所有电极在任何情况下都具有相同的有用表面。因此,换句话说,即使电极J9、J10、J18和J19与其他电极J1至J7、J11至J17和J10至J22具有在几何上不同的形状,所有电极J1至J22的表面也保持基本上相同,由此具有对应的电容或电场的一致性以及每个电极处的检测的一致性。
有利地设想了通过先前提到的倒角和/或凹部的存在而确定的被暴露区域的存在,以使得能够安置用于材料M的包覆模制的模具的适当定心和/或定位元件,其中这些元件被设计成严格来说在模制步骤(即,将材料注入模具中的步骤)期间后退。为了更好地理解这个方面,图55示意性地图示了可能的模制设备,其与图9至图11中所示出的设备类似。如可注意到的,在该示例中,两个模具部分41和42各自限定其中安装有可移动的插入件或插塞44的至少一个相应的壳体(假设关于两个模具部分41、42中的一者和两个插塞44中的一者不可见的上述元件与关于另一模具部分或滑架可见的元件以类似的方式制成)。
通道42d、42e被限定在每个壳体42f的底部上,插入件44的相应部分44a和44b接合在所述通道中,对应的定位和/或定心元件44'和44”分别从所述相应部分突出。在对应的模具部分41、42的型腔42a内,对应于每个定位和/或定心元件44'、44”的是对应的孔,这样的孔中的一些由42b、42c标示。
当两个模具部分在电路基板被设置在其之间的情况下闭合时(如在图10中那样),定位和/或定心元件44'、44”从型腔内的对应的孔42b、42c突出,从而支承在基板的两个表面的相应点上,相应点通过由15a'标示的被暴露区域和/或通过由电极J的凹部75'以及基板的对应贯通开口71确定的被暴露区域来示出:以这种方式,基板本身相对于面对两个模具部分的型腔42a而保持就位和/或居中。
在开始将材料M注入到模具41、42中之后,当型腔已经至少部分地填充有处于熔融状态的材料时,使插入件44略微后退,从而导致定位和/或定心元件44'、44”对应地后退,使得在任何情况下区域15a'也将被包覆模制材料覆盖,并且由凹部75'和开口71确定的被暴露区域将被填充有包覆模制材料。然而,在这些区域和孔中,包覆模制材料M可能更厚,例如,呈柱形或半柱形或环形部分的形式,诸如在图54中由15a和15a'标示的部分。
如果在包覆模制材料的这些更厚的部分中存在矩形电极的底层(underlying)部分(即,在没有诸如倒角69、被暴露区域15a'和由凹部75'确定的被暴露区域的电极轮廓改变的情况下),则上述电极部分将对电容性高度检测不敏感或不太敏感,准确地说是由于由上述柱形部分15a或环形部分15a'的包覆模制的材料确定的大的绝缘厚度导致的。换句话说,由于在具有被更大厚度的包覆模制的材料覆盖的电极部分的上述区域中的非线性检测,所以某些电极的有效表面(或电容或电场)将小于同一阵列的其他电极的有效表面(或电容或电场),由此具有更低或不同的灵敏度且因此具有更低的感测精度。再次,换句话说,未被更厚的部分15a、15a'覆盖的第一电极将具有第一电容或电场(其更高),而部分地被部分15a、15a'覆盖的第二电极将具有第二电容或电场(其更低):高度测量将因此在上述第二电极处被削弱。
另一方面,根据本文中所描述的解决方案,还在没有设想安置由44’、44”标示的类型的用于模具定心的元件的情况下,且因此还在没有设想存在材料M的增厚部分的情况下,向所有电极J提供通过倒角和/或凹部形成区别的轮廓的事实使得有可能在电有效表面或区域的高度处具有一系列相同或等同的电极,由此具有对应的电容或电场的一致性,即,在每个电极J处的检测的一致性。
电极J的有效表面或区域之间的这种一致性对于更正确地和方便地补偿电容或电场在多种温度下的改变的目的也可能是有用的。例如,通过在不同温度下检测具有预先限定表面的参考电极(诸如,靠近温度传感器27a的第一电极J1)的电容或电场的改变,有可能对具有与补偿电极J1的有效表面或区域相同的有效表面或区域的所有其他电极J的电容或电场的温度进行补偿(而对具有不同有效表面或区域的电极的补偿可能被削弱或者是有问题的)。
应注意到,参考图52,在多种实施例中,在感测区域23的远端处的最后一个电极J(电极Jn)具有与系列中的倒数第二个电极的取向类似的取向,即,在上述两个电极之间的镜像位置中没有任何倒角。然而,这使得能够在基板20的端部部分处限定两个对应区域15a',如果在该部分中也将设想增厚部分15a的话。
倒角69在两个相邻电极J之间的存在使得能够将电极保持为充分靠近以保证良好的高度测量分辨率,而不是必须将电极设置为相隔一距离而达到这样的程度以便在它们之间限定足够宽的区域,以用于在模制期间接收定位元件44'、44”或者在模制之后接收由15a、15a'标示的类型的罩壳增厚部分。此外,经由两个相邻电极的倒角69来限定区域15a'的事实使得能够最小化每个电极的有效表面的减小。如所解释的,传感器装置的灵敏度取决于电容或电场的值,电容或电场的值是电极的表面的函数:与电极的表面宽度减小的情况相比,在任何情况下在相邻电极对上提供倒角或凹部使得能够针对电极本身保持宽的表面。
不管电极J的具体构形如何,图52都旨在还图示在多种实施例中基板20的控制区域24如何能够包含甚至多于一个的受限制部分30。
在这种类型的配置中,基板20的被包括在两个受限制部分30之间的更宽部分(在此,在任何情况下,该更宽部分都比感测区域23具有更小的宽度)的存在使得能够进一步改进包覆模制的材料M到基板本身的锚固。
在多种实施例中,以这样的方式预先布置至少一个模具部分41、42,使得对应的型腔42a具有纵向通道(例如,与在图55中由42g标示的通道相同类型的通道),该通道在模具闭合的状态下在对应于基板20的纵向地对齐的贯通开口70、71的区域中延伸。上述通道有利于包覆模制材料在模具中的流动和上述开口的填充。此外,有利地,有可能限定材料M的增厚部分,该增厚部分提供本体部分15的一种种类的纵向肋部。这样的肋部在图54中由15b标示,其对于进一步强化装置本体的感测部分15是有用的。显然,这样的肋部也可被限定在本体部分15的相对侧(图54中不可见)处和/或在不同的位置中。
显然,电极、倒角和凹部可具有与图中所例示的形状不同的形状,条件是保留上文所阐述的构思。同样显而易见的是,参考图52至图54所描述的特性可被应用于所有实施例,先前参考图1至图51所描述的特性也可应用于所有实施例。
图53示意性地图示了通过向根据图52的电路基板20提供罩壳本体的对应部分(特别地,连接部分14)所获得的半成品,在此其以与已经参考图25至图30所描述的方式基本上类似的方式而获得,即,包含具有相关联的外壳45、46的本体部分21,由聚合物或树脂制成的保护件52被包覆模制在本体部分上。接下来,对于获得感测部分15和安装部分16来说必要的材料M被包覆模制在图53的半成品上,如可在图54中看到的,环形密封元件19也被安装在该安装部分中。
图54还图示了在多种可能的实施例中装置10的本体的安装部分16如何能够没有径向地突出的凸缘,其例如用于传感器装置在储箱的对应开口6处的卡合动作安装或者用密封剂或经由焊接安装。显然,同样在图54的情况下,可在具有对应凸缘的情况下获得部分16。
如先前所提到的,在多种实施例中,被提供于基板20的感测区域23上的电极连接到控制器25的相应输入端。图56是控制器25(例如,微控制器)的示意性图示,仅仅通过示例,该控制器包含“n”个信号输入端IN(在此数目为20个),经由先前提到的类型的对应导电路径CT连接到所述信号输入端的是一样多的电极J,电极J呈单个配置,即,不共同或并联连接到其他电极。
在多种实施例中,在输入端IN中的每个处检测电容或电场的值是以间接方式进行的,例如,基于电压的测量,或者通过将输入端处的电容转换为等效电阻、并且然后将经由等效电阻所测量的电流转换为数字计数。在这些情况下,优选地,控制器24的输入端IN是模拟输入端,并且控制器实施模数转换器或具有与之相关联的模数转换器。上述值在控制器24内被数字化,以在量化过程之后呈现纯数字或原始数据的形式;所检测到的值(和/或等同的值和/或经处理的值)可被存储在控制器25的存储器电路和/或装置的控制电路布置的存储器电路中。
在多种实施例中,采样或测量电路与每个输入端IN相关联,所述采样或测量电路包含可控开关和电容器(在此也被限定为采样开关和采样电容器)。可控开关能够在以下两者之间切换:第一位置,在该第一位置中,采样电容器连接到电压源;以及第二位置,在该第二位置中,电容器本身连接到相应的电极J(或连接到共同连接的多个电极J)。优选地,上述电压是直流电压,例如,被提供于基板20上的电路布置的供给电压。优选地,控制器25包括以下各者或具有与之相关联的以下各者:用于将与每次被考虑用于测量目的的输入端IN不同的输入端IN(即,对应的电极J)中的一者或多者电断开、或者将其接地的构件;以及用于使得可控开关从第一位置切换到第二位置以便以与和对应的电极J(或共同连接的成组电极J)相关联的电容值成比例的方式使采样电容器放电的构件。在实施方式中,可设想将与每次被考虑用于测量目的的输入端IN不同的所有输入端IN(或电极J)都接地。在可能的变型实施例中,代替接地的做法是,可将与被考虑用于测量目的的输入端IN不同的一个或多个输入端IN(即,对应的电极J)断开,或者将其连接到不同的预先限定的电压,即,不同的参考电压,优选地与每次被考虑用于电容测量目的的输入端IN或电极J上的电压不同的电势或电压(例如,介于正供给电压与接地、或者负电压或电势之间中间的电压)。
此外,控制器25具有用于确定当可控开关处于其第二位置中时输入端IN处的电压的构件,该电压示出与电极J(或与共同连接的成组电极J)相关联的电容。然后,控制器25具有控制构件或比较器,以用于将所确定的存在于输入端IN处的电压与至少对应的参考值或阈值进行比较,并由此推断液体是否面对电极J(或者共同连接的成组电极J中的至少一个电极)。在多种实施例中,使用与模数转换器相关联的采样保持电路来执行输入端IN的扫描或采样,并且进行每个电极J(或成组电极J)的电容的测量作为相对于上述电路的固有电容的测量的比较。
图57中示意性地图示了根据图56的配置(即,其中单个电极连接到控制器25的相应输入端IN)的传感器装置的操作的示意性示例。应注意到,仅仅是为了更清晰的要求,在该图中示出的是从上方安装的高度传感器装置,即,具有相对于图1的配置颠倒的配置。然而,对应的电极J是按与图56中相同的次序图示的,且因此其中电极J1被设置为最低,而电极Jn被设置为最高。同样在图57的配置中,提供了至少一个温度传感器,在此为被设置在对应于被设置为最低的电极J1的位置中的温度传感器27a,该温度传感器连接到控制器24的至少一个对应的输入端INTS;在该示例中,传感器27a还连接到合适的参考输入端或节点INREF
图57中可见的是储箱1,其中传感器的感测部分11在内部并且其中电极J1至Jn被包含在对应的感测部分15中,该感测部分15至少部分地浸没在由L标示的液体中(由于清晰性的原因,在此未示出基板20)。在所图示的示例中,控制器25的模拟输入端IN连接到多路器构件,该多路器构件在此由优选地实施在控制器本身中的多路器MTP示出,该多路器构件基本上作为电子选择器开关操作,与之相关联的是采样保持电路,所述采样保持电路例如包括保持电容器CHOLD和采样开关SS。开关SS能够在以下两者之间切换:第一位置,其用于连接到电压VDD(例如,控制器25的供给电压);以及第二位置,其用于连接到多路器MTP的输出端,即,连接到电极J的位置。
如已经所述的,电路布置或其控制器25可包括电子构件或开关,所述电子构件或开关用于将与每次连接到采样保持电路的输入端IN不同的一个或多个输入端IN(即,对应的电极J)断开或接地或连接到不同的电势。在图57的情况下,例如,多路器MTP被构建成以便每次将每个输入端IN切换到采样保持电路并且将其他输入端IN中的一者或多者(有可能是全部)切换到接地,如在图57中由接地符号GM示意性地示出的。如所提到的,代替接地的做法是,可设想使连接断开或者连接到不同的预先限定的电压(从这个角度来看,符号GM也可被理解为示出断开的连接或到上述预先限定的电压的连接)。
经由多路器MTP,输入端IN且因此电极J顺序地连接到开关SS。如已经所述的,当输入端IN中的每者通过多路器MTP连接到开关SS时,多路器也将其他输入端IN中的一者或多者断开或接地或连接到不同的预先限定的电压,优选地至少将对应于被设置为与每次连接到采样保持电路的电极J相邻或接近的电极J的输入端IN断开或接地或连接到不同的预先限定的电压。开关SS以与多路器MTP的操作同步的方式在以下各者之间周期地切换:第一位置,其用于对电容器CHOLD进行充电;以及第二位置,其用于将电容器本身连接到当前由多路器MTP选择的输入端IN,且因此连接到对应的电极J。在开关SS处于其第二位置中的情况下,在电容器CHOLD的电容和与所考虑的电极J(在此假设为是电极J1)相关联的电容之间基本上获得电荷平衡。换句话说,在这种电荷平衡的情况下,电容器CHOLD以与由电极J1和由电极J2限定的电容器的电容成比例的方式放电,所述电极J2与电极J1相邻并且接地或连接到上述不同的预先限定的电压(应考虑到的是,出于上述检测或放电的目的,其他邻近的电极J也可作出贡献,诸如所示出的电极J3(如果它接地或连接到不同的预先限定的电势),但该贡献以可忽略的方式作出并且因此出于更简单和更清楚地解释系统的操作的目的在本文中不予考虑)。因此,经由ADC,确定了电荷的量,即,电容器CHOLD的残余电压。然后,将示出以上电荷的数据(原始数据)与预先限定的参考值或阈值进行比较,以便推断所考虑的电极J1是否面对液体L。作为在接地情况下的配置的示例,当至少一对电极J面对液体L时,即,当感测电极J和接地或连接到不同电压的至少一个电极J面对液体时(例如,图57的电极J1和J2),与之相关联的是第一电容值,而否则(如在图57的电极Jn和Jn-1的情况下)与之相关联的是与第一值不同的第二电容值。
在电容器CHOLD的电荷与电极J1的电荷之间达到上述平衡之后,示出电容器两端和/或在输入端IN1处的电压的值的原始数据可基本上与先前存储在控制器25中的给定的参考阈值一致,或者大于或小于该给定的参考阈值。例如,在实施例中,可以以这样的方式对控制器25进行编程,使得在输入端IN处检测到等于预先限定的阈值或高于预先限定的阈值的电压或原始数据表明所考虑的电极面对液体L(如在电极J1的情况下那样)的事实,而在输入端IN处检测到低于阈值的电压或原始数据表明电极不面对液体的事实(如在电极Jn的情况下那样)。
如可了解到的,通过进行所描述的顺序采样,控制器25能够识别对应于储箱1中的液体至空气过渡部的两个电极J(在此为电极Jn-1和Jn):一旦已经检测到液体至空气过渡部的存在,控制器25就能够基于以下事实来推断液体的高度:两个电极J中与低于阈值的电压值相关联的电极是在空气中的第一个电极(或者相反,与等于或高于阈值的电压值相关联的电极是面对流体的最后一个电极)。为此目的,优选地在控制器25装备的程序或软件中和/或存储器构件中存储或预先限定这样的信息,其示出对应于每个电极J的位置的长度(高度)的值,或者示出在任何情况下在感测轴线X的方向上的在电极J之间的距离,以便能够根据预先限定的测量单元建立或计算高度。传感器装置的电子器件向外界传输或产生信号,特别地,经由其电连接器来进行,所述信号示出高度信息以及可能地关于每个电极的状态(诸如,在空气中或液体中的状态)的信息和/或由每个电极检测到的值和/或与之相关联的值。
将了解的是,还能够利用与上文例示的控制电路和方法不同的控制电路和方法获得参考图57所描述的操作,其构思对于本分支领域的技术人员来说是清楚的(例如,根据以本申请人的名义提交的WO2015/181770、WO2016/042456和WO2016/042459中的任一者的教导)。
在可能的变型实施例中,感测电极J包括:第一感测电极,所述第一感测电极连接到控制器25的相应输入端IN;以及第二感测电极,所述第二感测电极共同电连接或并联电连接到第一感测电极。图58中示意性地图示了这种类型的示例,其中上述第一电极的范围为从电极J4到电极J20,而第二电极的范围为从电极J21到电极Jn;在该示例中,电极J1至J3可以是参考电极。在图58的配置中,基本上有可能识别第一电极的第一子系列(其范围为从电极J4到电极J20)以及第二电极的第二子系列(其范围为从电极J21到电极Jn),这些电极基本上彼此并联连接。电极子系列的数目可显然不同。
在这种类型的实施例中,在控制器25中实施的上述控制构件或比较器被预先布置成用于将在对应于共同连接的两个电极(例如,并联的电极J4和J21)的输入端IN处所确定的电压与至少两个对应的参考阈值进行比较,以便推断液体是否面对第一感测电极(电极J4)和/或对应的第二感测电极(电极J21)。可基本上根据先前所描述的形态进行测量。在一个实施例中,将从测量获得的值与如下数目的阈值进行比较:所述阈值的数目等于共同连接的电极的数目增加1。于是,参考在此所考虑的并联的两个电极J的示例,可将所假设的值与三个预先限定的单独的阈值进行比较:等于第一阈值或在第一阈值的给定邻域内(例如,+/-40%)的值表明两个电极都不面对液体;等于第二阈值或在第二阈值的给定邻域内(例如,+/-40%)的值表明电极中的一者(其基于其物理位置已知)面对液体并且另一电极不面对液体;最后,等于第三阈值或在第三阈值的给定邻域内(例如,+/-40%)的值表明两个电极都面对流体。
应再次强调的是,关于根据本发明的装置的操作的计算和/或处理可全部或部分地在装置本身的外部进行或实施,即,不一定使用直接在基板20上的控制电路25、26和/或控制器25来进行或实施。事实上,控制电路布置可全部或部分地(显然,电极J除外)在外部电子电路(诸如,车辆上车载的电子控制单元)中实施。因此,可预先布置这样的外部电路,即,该外部电路包括构件,所述构件用于接收能够经由装置10的感测部分11获得的信号或数据并且用于处理信号以便实施高度感测功能或方法的至少部分。然后,在这种类型的实施方式中,根据本发明的装置可包括:在远程位置中的部分,诸如感测部分,其基本上对应于先前由11标示的部分;以及处理和/或控制部分,其例如被集成在电子控制单元中或电路中,其相对于感测部分与之相关联的容器被设置在远程位置中,并且被预先布置成用于自其接收必要的信号或数据。
在多种实施例中,传感器装置10的电子控制件被预先布置成用于传输和/或接收数据,优选地以串行格式,非常优选地经由串行接口或协议,诸如,SENT(单边半字节传输)协议或CAN(控制器区域网络)协议。优选地,经由连接部分14、特别地经由电端子17来执行数据的传输和/或接收。
所传输的数据或值可示出在经由电极J实施检测之后获得的高度信息(诸如,电容和/或阻抗和/或电场的值,和/或等同的或所计算的原始数据),和可能的另外的信息,诸如,温度值(例如,储箱中的液体的温度)和/或关于可能的故障状态的信息。所传输和/或接收的数据或值还可关于电极J中的至少一些,诸如,校准和/或阈值和/或参考值。装置10的控制器25可存储所传输和/或接收的数据或信息和/或处理操作的结果。
本发明的特性从前文的描述中清楚地显现,其优点同样清楚地显现,所述优点主要由所提出的高度传感器装置的构造的简单性、由其所包含的成本、以及由其精度和可靠性来示出。
显然,可由分支领域的技术人员对通过示例所描述的装置和方法作出众多改变,而不由此偏离如由所附权利要求限定的本发明的范围。
在未示出的可能实施例中,基板20的控制区域可比附图中由24标示的控制区域更短,和/或在其近端区域处没有加宽部分。在这些实施例中,装置的罩壳本体的围绕这种“更短”控制区域的部分可被配置成用于基本上执行先前所描述的本体部分14和16的功能(例如,这样的控制区域可基本上对应于在各个图中由30'标示的部分)。然而,在这些情况下,控制区域将足够长,以使得能够在罩壳本体的围绕控制区域的部分中提供对于在容器1的开口6处进行密封安装(包含可能的通过焊接进行的安装)来说必要的元件。此外,受限制的基板部分30可遍及基板20的控制区域的长度而轴向地延伸,或者多个受限制部分30(如在图52的情况下那样)可遍及其长度涉及控制区域。
已经特别地参考液体介质(特别地,基于尿素的添加剂)的高度检测描述了本发明,但是正如已经提到的,所描述的传感器可与不同的物质和材料相组合来使用,甚至是由于冻结而潜在地经受凝固的物质和材料。
在一些应用中,可能要求利用不同感测区域进行高度测量,每个感测区域具有不同的测量分辨率,这些感测区域位于传感器装置10的感测部分11的不同位置中:该要求例如导致沿基板的感测区域23来定位具有不同几何结构(在形状和大小方面)的电极,以保证在该给定区域中所要求的测量的分辨率或公差。在一些情况下,这种选择受到最小化控制器25的成本的要求的约束,控制器25的成本也与其输入端的数目以及因此其能够管理的电极的数目有关:出于这个原因,在一些应用中,在最大感测分辨率并非必要的区域(通常在两个极端处)中增加电极的大小可证明是有利的。从这个角度来看,根据可能的变型实施例,在基板20的感测区域23处被提供于该基板的主表面上或每个主表面上的电容元件的阵列可包括多个电极系列,这些电极系列在形状和/或大小方面彼此多样化。

Claims (19)

1.一种用于检测被包含在容器(1)中的介质(L)的高度的电容性高度传感器装置,所述电容性高度传感器装置(10)包括:
- 由电绝缘材料制成的电路基板(20),所述电路基板根据高度感测轴线(X)纵向地延伸,所述电路基板(20)具有:彼此相对的第一主表面(20a)和第二主表面(20b),所述第一主表面和所述第二主表面在它们之间限定基板厚度(T);以及两个相对的纵向边缘(20c,20d),所述纵向边缘在它们之间限定基板宽度(W),所述电路基板(20)具有第一纵向端和第二纵向端;
- 电极或电容元件的第一阵列,所述电极或电容元件的第一阵列在包含所述第一纵向端的所述电路基板(20)的感测区域(23)上,所述电极或电容元件的第一阵列包括在所述电路基板(20)的所述第一主表面(20a)处的彼此共面的至少一个第一系列的第一电极(J),所述第一电极(J)沿所述高度感测轴线(X)彼此间隔开;
- 电路,所述电路包括电路部件(17, 24a, 25, 26, 27a, 27b, CT),所述电路部件与所述电路基板(20)的第二区域(24)相关联,所述第二区域被轴向地包括在所述第二纵向端与所述第一系列的电极(J)之间;
- 罩壳本体(14-16),所述罩壳本体至少包括:
感测部分(15),所述感测部分是电绝缘的且不透流体的并且至少覆盖所述电路基板(20)的所述感测区域(23);以及
安装部分(16),所述安装部分至少部分地覆盖所述电路基板(20)的所述第二区域(24)并且被配置成用于在所述容器(1)的开口(6)处的不透流体的固定,
其中,所述感测部分(15)以及所述安装部分(16)的至少部分包括被模制在所述电路基板(20)的至少部分上的至少一种包覆模制的材料(M),
特征在于,所述电路基板(20)的所述第二区域(24)包含至少一个受限制的基板部分(30),所述受限制的基板部分具有减小的基板宽度(Wr),所述减小的基板宽度小于在所述感测区域(23)处在所述两个相对的纵向边缘(20c, 20d)之间限定的所述基板宽度(W);
所述至少一个受限制的基板部分(30)的至少部分在所述安装部分(16)中轴向地延伸,
所述安装部分(16)的所述至少一种包覆模制的材料(M)限定用于环形密封元件(19)的座(19a),所述座(19a)在对应于所述电路基板(20)的所述第二区域(24)的所述至少一个受限制的基板部分(30)的位置中。
2.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,其中,所述电路部件(17, 24a, 25,26, 27a, 27b, CT)包含电连接元件(24a, CT)、电端子(17)和控制单元(25)中的至少一者,所述控制单元具有多个第一输入端(IN),所述第一电极(J)电连接到所述第一输入端。
3.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,其中:
- 所述第一电极(J)具有:第一侧边缘和第二侧边缘,所述第一侧边缘和所述第二侧边缘彼此相对以在它们之间限定最大电极宽度(Wj);以及第一横向边缘和第二横向边缘,所述第一横向边缘和所述第二横向边缘彼此相对以在它们之间限定电极高度(Hj),所述第一电极(J)被设置成使得所述第一电极(J)中的一个的第二横向边缘面对所述第一电极(J)中的另一个的第一横向边缘,所述第一电极(J)中的所述一个和所述第一电极(J)中的所述另一个在所述高度感测轴线(X)的方向上彼此相邻,并且
- 所述第一电极(J)的所述最大电极宽度(Wj)与在所述感测区域(23)处在所述两个相对的纵向边缘(20c, 20d)之间限定的所述基板宽度(W)之间的差异小于在所述第一电极(J)中的所述一个的第二横向边缘与所述第一电极(J)中的所述另一个的第一横向边缘之间的距离。
4.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,其中,所述第一电极(J)各自具有第一侧边缘和第二侧边缘,所述第一侧边缘和所述第二侧边缘彼此相对,以在其之间限定最大电极宽度(Wj),并且其中,所述最大电极宽度(Wj):
- 比所述基板宽度(W)小0mm至1mm,所述基板宽度(W)在所述感测区域(23)处在电路基板(20)的所述两个相对的纵向边缘(20c, 20d)之间限定,和/或
- 等于或大于所述至少一个受限制的基板部分(30)的所述减小的基板宽度(Wr)。
5.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,所述传感器装置包括在所述电路基板(20)的所述感测区域(23)上的电极的第二阵列,所述电极的第二阵列包括在所述电路基板(20)的所述第二主表面(20b)处的彼此共面的至少一个第二系列的第二电极(J’),所述第二电极(J’)沿所述高度感测轴线(X)彼此间隔开。
6.根据权利要求5所述的电容性高度传感器装置,其中:
- 至少一个第一电极(J)或每个第一电极(J)借助于电连接部分(C)连接到至少一个对应的第二电极(J’),所述电连接部分至少部分地延伸穿过所述电路基板(20),或者至少部分地延伸越过所述电路基板(20)的一个所述纵向边缘(20c, 20d);或
- 在所述电路基板(20)的所述第二主表面(20b)上的所述第二电极(J')相对于在所述电路基板(20)的所述第一主表面(20a)上的所述第一电极(J)处于交错的位置中,以所述高度感测轴线(X)作为参考。
7.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,其中,所述电路部件(17, 24a, 25,26, 27a, 27b, CT)的至少部分被设置在所述电路基板(20)的所述第二区域(24)的至少部分地被保护性元件(45, 46)包围或保护的区域中,并且其中,所述安装部分(16)被至少部分地包覆模制在所述保护性元件(45, 46)上。
8.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,其中:
- 所述罩壳本体(14-16)具有电连接部分(14)以用于将所述电容性高度传感器装置(10)电连接到外部系统,所述安装部分(16)在所述电连接部分(14)与所述感测部分(15)之间轴向地延伸;并且
- 所述电连接部分(14)包含以下中的至少一者:
- 第一本体部分(21)和第二本体部分(22),所述第一本体部分和所述第二本体部分联接在一起,其中插入有包含所述第二纵向端的所述电路基板(20)的所述第二区域(24)的至少一部分和/或所述安装部分(16)的所述至少一种包覆模制的材料(M)的至少一部分(32);
- 第一本体部件(46)和第二包覆模制的本体部段(52),所述电路基板(20)的所述第二区域(24)的包含所述第二纵向端的至少一部分被设置在所述第一本体部分与所述第二本体部分之间,所述安装部分(16)的所述至少一种包覆模制的材料(M)的至少部分被模制在所述第一本体部件(46)和所述第二包覆模制的本体部段(52)中的至少一者上;以及
- 所述至少一种包覆模制的材料(M)的部分,所述至少一种包覆模制的材料(M)的部分被模制在所述电路基板(20)的所述第二区域(24)上。
9.根据权利要求8所述的电容性高度传感器装置,其中:
- 所述第一本体部分(21)限定连接器本体(14a),所述连接器本体具有相关联的电端子(17),所述电端子电连接到布置在所述电路基板(20)的所述第二区域(24)上的一些第一电路部件(24a, 25, 26);和/或
- 所述第二本体部分(52)包括第二包覆模制的材料(R),所述第二包覆模制的材料被模制在所述第一本体部分(21)上以及所述电路基板(20)的所述第二区域(24)的在所述第一本体部分(21)中延伸的至少一个区域上。
10.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,其中:
- 所述至少一种包覆模制的材料(M)完全围绕所述电路基板(20),和/或
- 所述电路基板(20)的至少一部分具有涂层,所述涂层包括至少一个薄保护性层,所述涂层至少部分地覆盖有所述至少一种包覆模制的材料(M)。
11.根据权利要求10所述的电容性高度传感器装置,其中:
- 电端子(17)与所述电路基板(20)相关联,所述电端子电连接到布置在所述电路基板(20)的所述第二区域(24)中的一些第一电路部件(24a, 25, 26,);并且
- 所述电端子(17)部分地嵌入于所述至少一种包覆模制的材料(M)的一部分中。
12.根据权利要求11所述的电容性高度传感器装置,其中,所述至少一种包覆模制的材料(M)至少部分地限定或包封电连接器本体(14a),所述电连接器本体用于所述电容性高度传感器装置的电连接,所述电端子(17)的未嵌入于所述至少一种包覆模制的材料(M)中的相应部分(17a)在所述电连接器本体(14a)内延伸。
13.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,其中,所述至少一种包覆模制的材料(M)围绕所述电路基板(20)的所述第二区域(24),从而在所述第二区域(24)处留下所述电路基板(20)的所述第一主表面(20a)和所述第二主表面(20b)中的至少一者的至少一个区域(65a, 65d)暴露,对应的覆盖元件(21, 66)与所述被暴露的区域相关联。
14.根据权利要求1所述的电容性高度传感器装置,其中,所述罩壳本体集成了环形元件(31),所述环形元件包围所述电路基板(20)的所述第二区域(24)的所述至少一个受限制的基板部分(30)的一部分、以及属于所述安装部分(16)的在所述电路基板(20)上的所述至少一种包覆模制的材料(M)的对应部分。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电容性高度传感器装置,所述传感器装置包含以下中的至少一者:
- 一个所述罩壳本体(14-16),所述罩壳本体至少部分地由被模制在所述电路基板(20)上的所述至少一种包覆模制的材料(M)制成以便以单件限定所述感测部分(15)和安装部分(16)的至少部分,所述安装部分被配置成用于在所述容器(1)的开口(6)处的不透流体的固定;
- 一个所述罩壳本体(14-16),所述罩壳本体至少部分地由被模制在所述电路基板(20)上的所述至少一种包覆模制的材料(M)制成以便至少部分地限定所述电容性高度传感器装置(10)的用于电连接的电连接部分(14)和/或安装部分(16)的至少部分;
- 一个所述第一系列的第一电极(J),所述第一系列的第一电极在至少一个侧端处设置有倒角或凹部(69, 69’);
- 一个所述第一系列的第一电极(J),所述第一系列的第一电极至少在相应的横向边缘的中间区域中设置有至少一个凹部或受限制部分(75, 75’);
- 一个所述电路基板(20),所述电路基板至少在其感测区域(23)中具有多个贯通开口(70, 70’),其中所述贯通开口(70, 70’)被所述至少一种包覆模制的材料(M)的相应部分占据;
- 一个所述第一系列的第一电极(J),所述第一系列的第一电极被成形为以便在被提供于所述电路基板(20)的所述感测区域(23)中的贯通开口(70, 70’)处限定相应的凹部或受限制部分(75, 75’);
- 一种所述至少一种包覆模制材料(M),所述包覆模制材料选自高密度聚乙烯(HD-PE)、聚丁烯(PB)、聚丙烯(PP)当中,或者选自聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰胺(PA66)、聚亚苯基硫化物(PPS)当中。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的电容性高度传感器装置,所述传感器装置包含以下中的至少一者:
- 一个或多个覆盖或保护元件(21, 45, 46, 14a),所述覆盖或保护元件被配置为单独的模制部件,所述覆盖或保护元件与所述电路基板(20)相关联并且至少部分地涂布有包覆模制的材料;
- 所述电路基板(20)的近端区域,所述近端区域被围绕并被保护在被配置为单独的模制部件(21, 45, 46)的至少一个本体部分和由被包覆模制在所述电路基板(20)上的材料制成的覆盖物(52)的至少部分之间;
- 所述电路基板(20)的被管状本体(45-46)包围的至少一部分,包覆模制的材料存在于所述管状本体内;
- 所述罩壳本体(14-16)的包括多个材料层(M, 45, 46, R)的至少一部分,所述多个材料层中的至少一层被至少部分地包覆模制在所述电路基板(20)上;
- 所述电路基板(20)的具有涂层的至少一部分,所述涂层包括至少三个材料层(R,45, 46, M);
- 罩壳本体(14-16),所述罩壳本体包括彼此不同的至少两种包覆模制的材料;以及
- 罩壳本体(14-16),所述罩壳本体包括用于涂布(52)所述电路基板(20)的至少一部分的第一材料,所述第一材料比用于涂布所述电路基板(20)的另一部分(15)的第二材料(M)更软。
17.一种用于获得电容性高度传感器装置的方法,所述电容性高度传感器装置用于检测被包含在容器(1)中的介质(L)的高度,所述方法包括:
i)提供由电绝缘材料制成的电路基板(20),所述电路基板根据高度感测轴线(X)纵向地延伸,所述电路基板(20)具有:彼此相对的第一主表面(20a)和第二主表面(20b),所述第一主表面和所述第二主表面在它们之间限定基板厚度(T);以及两个相对的纵向边缘(20c,20d),所述纵向边缘在它们之间限定基板宽度(W),所述电路基板(20)具有第一纵向端和第二纵向端;
ii)关联在包含所述第一纵向端的所述电路基板(20)的感测区域(23)上的电极或电容元件的第一阵列,所述电极或电容元件的第一阵列包括在所述电路基板(20)的所述第一主表面(20a)处的彼此基本上等同且共面的至少一个第一系列的第一电极(J),所述第一电极(J)沿所述高度感测轴线(X)彼此间隔开;
iii)使电路部件(17, 24a, 25, 26, CT)与所述电路基板(20)的第二区域(24)相关联,所述第二区域轴向地被包括在所述第二纵向端与所述第一系列的电极(J)之间;以及
iv)提供罩壳本体(14-16),所述罩壳本体至少包括:
感测部分(15),所述感测部分是电绝缘的且不透流体的并且至少覆盖所述电路基板(20)的所述感测区域(23);以及
安装部分(16),所述安装部分至少部分地覆盖所述电路基板(20)的所述第二区域(24)并且被配置成用于在所述容器(1)的开口(6)处的不透流体的固定,
其中,步骤i)包括:使所述电路基板(20)的所述第二区域(24)形成有至少一个受限制的基板部分(30),所述受限制的基板部分具有减小的基板宽度(Wr),所述减小的基板宽度小于在所述感测区域(23)处由所述两个相对的纵向边缘(20c, 20d)限定的所述基板宽度(W),
其中,步骤iv)包括:经由被模制在所述电路基板(20)的至少部分上的至少一种包覆模制的材料(M)来形成所述罩壳本体的所述感测部分(15)以及所述安装部分(16)的至少部分;
其中,步骤iv)进一步包括:形成所述安装部分(16)使得所述至少一种包覆模制的材料(M)限定用于环形密封元件(19)的至少一个座(19a),其中所述至少一个受限制的基板部分(30, 30')在所述安装部分(16)中轴向地延伸,所述至少一个座(19a)在所述至少一个受限制的基板部分(30)处。
18.一种用于检测被包含在容器(1)中的介质(L)的高度的电容性高度传感器装置,所述电容性高度传感器装置(10)包括:
- 由电绝缘材料制成的电路基板(20),所述电路基板根据高度感测轴线(X)纵向地延伸,所述电路基板(20)在感测区域(23)处具有基板宽度(W);
- 在所述电路基板(20)的感测区域(23)上的电极或电容元件的第一阵列,所述电极或电容元件的第一阵列包括在所述电路基板(20)的第一主表面(20a)处的至少一个第一系列的第一电极(J),所述第一电极(J)具有最大电极宽度(Wj);
- 连接和/或感测和/或控制电路(17, 24a, 25, 26, 27a, 27b, CT);以及
- 罩壳本体(14-16),所述罩壳本体包括用至少一种包覆模制的材料形成的至少一部分,所述至少一种包覆模制的材料被至少部分地模制在所述电路基板(20)上和/或所述电容性高度传感器装置(10)的其他部分或部件上,所述电容性高度传感器装置包含以下各者中的至少一者:
- 在所述电路基板(20)的所述感测区域(23)中的电极的第二阵列,所述电极的第二阵列包括在所述电路基板(20)的第二主表面(20b)处的彼此共面的至少一个第二系列的第二电极(J’),所述第二电极(J’)沿所述高度感测轴线(X)彼此间隔开,在所述电路基板(20)的所述第二主表面(20b)上的所述第二电极(J')相对于在所述电路基板(20)的所述第一主表面(20a)上的所述第一电极(J)处于交错的位置中,以所述高度感测轴线(X)作为参考;
- 一个所述第一系列的第一电极(J),所述第一系列的第一电极至少在两个相对的侧向端处设置有倒角(69, 69’);
- 一个所述第一系列的第一电极(J),所述第一系列的第一电极至少在相应的横向边缘的中间区域中设置有至少一个凹部或受限制部分(75, 75’);
- 一个所述电路基板(20),所述电路基板至少在其感测区域(23)中具有多个贯通开口(70, 70’),其中所述贯通开口(70, 70’)被所述至少一种包覆模制的材料(M)的相应部分占据;
- 一个所述第一系列的第一电极(J),所述第一系列的第一电极被成形为以便在被提供于所述电路基板(20)的所述感测区域(23)中的贯通开口(70, 70’)处限定相应的凹部或受限制部分(75, 75’);
- 一个所述第一系列的电极,其中所述第一电极(J)的所述最大电极宽度(Wj)与在所述感测区域(23)处的所述基板宽度(W)之间的差异小于在所述高度感测轴线(X)的方向上彼此相邻的两个第一电极(J)的两个面对的横向边缘之间的距离;
- 成形的金属环(31),所述成形的金属环包围所述罩壳本体的安装部分的所述至少一种包覆模制的材料(M)的相应部分,所述安装部分被配置成用于在所述容器(1)的开口(6)处的不透流体的固定;
- 一个或多个覆盖或保护元件(21, 45, 46, 14a),所述覆盖或保护元件被配置为单独的模制部件,所述模制部件与所述电路基板(20)相关联并且至少部分地涂布有包覆模制的材料;
- 所述电路基板(20)的近端区域,所述近端区域被围绕并被保护在被配置为单独的模制部件(21, 45, 46)的至少一个本体部分与由被包覆模制在所述电路基板(20)上的材料制成的覆盖物(52)的至少部分之间;
- 所述电路基板(20)的被管状本体(45-46)包围的至少一部分,包覆模制的材料存在于所述管状本体内;
- 所述罩壳本体(14-16)的包括多个材料层(M, 45, 46, R)的至少一部分,所述多个材料层中至少一层被至少部分地包覆模制在所述电路基板(20)上;
- 所述电路基板(20)的具有涂层的至少一部分,所述涂层包括至少三个材料层(R,45, 46, M);
- 罩壳本体(14-16),所述罩壳本体包括彼此不同的至少两种包覆模制的材料;
- 罩壳本体(14-16),所述罩壳本体包括用于涂布(52)所述电路基板(20)的至少一部分的第一材料,所述第一材料比用于涂布所述电路基板(20)的另一部分(15)的第二材料更软;以及
- 电路基板(20),所述电路基板由电绝缘材料制成并且在其上具有涂层,所述涂层包括薄保护性层,所述薄保护性层在所述电路基板(20)的导电材料与所述至少一种包覆模制的材料之间。
19.根据权利要求18所述的电容性高度传感器装置,所述电容性高度传感器装置还包含以下各者中的至少一者:
- 由电绝缘材料制成的一个所述电路基板(20),所述电路基板包含至少一个受限制的基板部分(30);
- 一个所述罩壳本体(14-16),所述罩壳本体由被模制在所述电路基板(20)上的所述至少一种包覆模制的材料(M)制成,所述至少一种包覆模制的材料基本上完全涂布所述电路基板(20);
- 一个所述罩壳本体(14-16),所述罩壳本体至少部分地由被模制在所述电路基板(20)上的所述至少一种包覆模制的材料(M)制成以便以单件限定感测部分(15)和安装部分(16)的至少部分,所述安装部分被配置成用于在所述容器(1)的开口(6)处的不透流体的固定;
- 一个所述罩壳本体(14-16),所述罩壳本体至少部分地由被模制在所述电路基板(20)上的所述至少一种包覆模制的材料(M)制成以便还至少部分地限定用于电连接所述电容性高度传感器装置(10)的电连接部分(14);
- 一种所述至少一种包覆模制的材料(M),所述包覆模制材料选自高密度聚乙烯(HD-PE)、聚丁烯(PB)、聚丙烯(PP)当中,或者选自聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰胺(PA66)、聚亚苯基硫化物(PPS)当中。
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