CN110595681A - 一种传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种传感器，包括：本体结构，包括壳体及与壳体一端连接的连接器，壳体远离连接器的一端设有间隔设置的封闭空腔及开口流道，封闭空腔延伸至壳体外，以在壳体端面上形成一中空的针状突起；感温组件，包括载板及设置在载板上的感温元件，感温元件经封闭空腔伸入至针状突起内，载板上设有导通感温元件的导电通道；以及封装于壳体内的感压组件，包括压感探针及倒装置于压感探针上的压力敏感芯片，开口流道通向压力敏感芯片，压感探针和导电通道分别与连接器连接。本发明通过在传感器壳体内集成感温元件和压力敏感芯片，并在传感器壳体上做出满足温度和压力同时测量的结构设计，达到一种传感器同时测量温度和压力多个物理量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种传感器。
背景技术
传感器是工业自动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。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种传感器，以解决现有技术当中传感器只能测量单一物理量的技术问题。
根据本发明实施例当中的一种传感器，包括：
本体结构，包括壳体及与所述壳体一端连接的连接器，所述壳体远离所述连接器的一端设有间隔设置的封闭空腔及开口流道，所述封闭空腔延伸至所述壳体外，以在所述壳体端面上形成一中空的针状突起；
感温组件，包括载板及设置在所述载板上的感温元件，所述感温元件经所述封闭空腔伸入至所述针状突起内，所述载板上设有导通所述感温元件的导电通道；以及
封装于所述壳体内的感压组件，包括压感探针及倒装置于所述压感探针上的压力敏感芯片，所述开口流道通向所述压力敏感芯片，所述压感探针和所述导电通道分别与所述连接器连接，以利用所述连接器向外输出信号。
进一步地，所述感压组件还包括：
设有中心通孔的基座，压感探针一端与压力敏感芯片倒装焊接，另一端穿过所述中心通孔与所述连接器连接。
隔离介质，填充于所述中心通孔中，并将所述基座和所述压感探针连为一体。
进一步地，所述感压组件还包括：
填充介质，填充于所述压力敏感芯片、所述压感探针和所述隔离介质之间形成的间隙中。
进一步地，所述壳体内设有与所述开口流道相通的安装孔，所述感压组件通过焊接密封、胶接密封和O型圈密封当中的任一种封装形式封装于所述安装孔中。
进一步地，所述传感器还包括柔性电路板，所述压感探针和所述导电通道分别通过所述柔性电路板与所述连接器连接。
进一步地，所述壳体靠近所述连接器的一端设有插接槽，所述连接器插入于所述插接槽中。
进一步地，所述插接槽底部设有一压板，所述压感探针和所述载板穿过所述压板伸入至所述插接槽中。
进一步地，所述连接器一端的边缘向外延伸出至少一挤压部，所述挤压部挤压所述压板。
进一步地，所述感温元件通过导热介质紧靠所述针状突起的内壁。
进一步地，所述导热介质为填充于所述封闭空腔内的导热胶。
与现有技术相比：通过在壳体上开设封闭空腔及开口流道，并使封闭空腔延伸至壳体外以在壳体端面上形成一中空的针状突起，并将感温元件经封闭空腔伸入至针状突起内，且使开口流道通向压力敏感芯片，使用时，被测介质经开口流道流入压力敏感芯片处，压力敏感芯片感应被测介质的压力，且感温元件透过针状突起感应被测介质的温度，达到一种传感器同时测量温度和压力多个物理量的目的。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的传感器的立体分解图；
图2为本发明第一实施例中的壳体的立体图；
图3为本发明第一实施例中的感压组件的立体分解图；
图4为本发明第一实施例中的感温组件的立体图；
图5为本发明第一实施例中的连接器的立体图；
图6为本发明第一实施例中的传感器的装配截面图；
图7为本发明第二实施例中的感温组件与壳体的封装结构图；
图8为本发明第三实施例中的感温组件与壳体的封装结构图。
主要元件符号说明：
| 本体结构 | 10 | 感温组件 | 20 |
| 感压组件 | 30 | 柔性电路板 | 40 |
| 壳体 | 10a | 连接器 | 10b |
| 封闭空腔 | 11 | 开口流道 | 12 |
| 针状突起 | 111 | 插接槽 | 13 |
| 铆接翻边 | 131 | 凸块 | 121 |
| 密封材质 | 14 | 载板 | 21 |
| 感温元件 | 22 | 导电通道 | 23 |
| 导热介质 | 221 | 基座 | 31 |
| 压感探针 | 32 | 压力敏感芯片 | 33 |
| 隔离介质 | 34 | 填充介质 | 35 |
| 中心通孔 | 311 | O型圈 | 16 |
| 压板 | 17 | 挤压部 | 122 |
| 插接探针 | 123 | 安装孔 | 15 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图6，所示为本发明第一实施例中的传感器，包括本体结构10、以及设置在本体结构10内的感温组件20、感压组件30和柔性电路板40，其中：
本体结构10包括壳体10a及与壳体10a一端连接的连接器10b，壳体10a远离连接器10b的一端设有间隔设置的封闭空腔11及开口流道12，封闭空腔11延伸至壳体10a外，以在壳体10a端面上形成一中空的针状突起111，开口流道12的开口设置在壳体10a远离连接器10b一端的端面上，使被测介质可从壳体10a远离连接器10b一端的的端面处进入到开口流道12中。
具体地，壳体10a靠近连接器10b的一端设有插接槽13，插接槽13的开口边缘向外延伸出铆接翻边131，铆接翻边131为封闭的环形结构，连接器10b的外壁上向外凸起延伸出均匀分布的多个凸块121，连接器10b插入于插接槽13中，凸块121卡入插接槽13内并抵靠在铆接翻边131的内侧面上，从而形成铆接固定，以将插接槽13和壳体10a固定连接。凸块121为楔形块，便于卡入插接槽13内，凸块121与铆接翻边131抵靠的表面优选为平面。此外，在具体实施时，还可以在壳体10a和连接器10b的连接缝隙处设置密封材质14，该密封材质14可以为密封胶(如RTV)、密封圈等。在其它实施例当中，壳体10a与插接槽13之间还可以采用螺接、焊接、卡接等方式进行固定连接，例如还可以在插接槽13内设置内螺纹，在连接器10b的外壁上设置外螺纹，该内螺纹与该外螺纹螺接，以实现壳体10a与插接槽13的螺接固定。
另一方面，感温组件20包括载板21及设置在载板21上的感温元件22，感温元件22经封闭空腔11伸入至针状突起111内，载板21上设有导通感温元件22的导电通道23，导电通道23与连接器10b连接。导电通道23可以包括分别与感温元件22的正、负极连接的正极导电通道和负极导电通道，用于传递感温元件22感应温度而产生的电信号，从而实现温度测量。感温元件22可以为NTC(负温度系数热敏电阻器)、PTC(正温度系数热敏电阻器)等可测温元器件中的任意一种，导电通道可以为印刷在载板21上的印刷线路，或者也可以为在载板21涂覆导电材质所形成的导电路线。
为了保证感温元件22感测温度的可靠性，壳体10a或至少针状突起111由导热性较好的材质制成，例如金属材质。另外，感温元件22还可通过导热介质221紧靠针状突起111的内壁，从而使被测介质的温度能够快速传递到感温元件22上，进一步保证感测温度的可靠性。在具体实施时，导热介质221可以为导热胶，图1和图4中所示的导热介质221为液态导热胶凝固后形成的包裹在载板21和感温元件22上的固态导热胶。
另一方面，感压组件30封装于壳体10a内，感压组件30包括基座31、压感探针32、压力敏感芯片33、隔离介质34及填充介质35，压力敏感芯片33倒装置于压感探针32上，开口流道12通向压力敏感芯片33，基座31设有中心通孔311，压感探针32一端与压力敏感芯片33倒装焊接，另一端穿过中心通孔311与连接器10b连接，用于将压力敏感芯片33感应压力而产生的电信号传递给连接器10b，并经连接器10b将该电信号输出去，从而实现压力测量隔离介质34填充于中心通孔311中，并将基座31和压感探针32连为一体。填充介质35填充于压力敏感芯片33、压感探针32和隔离介质24之间形成的间隙中。
在具体实施时，基座31采用膨胀系数比较低的材质制成，如可伐合金或不锈钢，隔离介质34可以为玻璃材质，并通过烧结工艺烧结在中心通孔311中，以将基座31和压感探针32烧结为一体，玻璃材质的热膨胀系数小，可以耐受急剧温度变化，与油类及各种气体也具有良好的介质兼容性。填充介质35可以为具有高Tg的环氧树脂，用于保护压感探针32与压力敏感芯片33的焊接点，提高使用寿命，高Tg环氧树脂对焊点和芯片的应力小，在比较大的温度范围内可以保证焊点不开裂并且芯片不会由于应力产生精度漂移，该填料还可以耐受冷媒机油等多种介质。
在本实施例当中，壳体10a内设有与开口流道12相通的安装孔15，感压组件30通过O型圈密封的封装形式封装于安装孔15中，封装使用的O型圈16设置于基座31和安装孔15底部之间。此外，安装孔15与插接槽13底部相通，插接槽13底部设有一压板17，压感探针32和载板21穿过压板17伸入至插接槽13中。连接器10b一端的边缘向外延伸出至少一挤压部122，挤压部122挤压压板17，以挤压基座31，进而挤压O型圈16，以实现可靠密封，保证感压组件30封装的可靠性。
另一方面，柔性电路板40容置于插接槽13内，压感探针32和导电通道23分别通过柔性电路板40与连接器10b连接，以通过柔性电路板40将电信号传导给连接器10b，最终经连接器10b输出信号。具体地，连接器10b为插接式连接器，其上设有插接探针123，压感探针32、导电通道23和插接探针123分别与柔性电路板40焊接。
针对上述结构，本实施例还提出一种传感器制备方法，包括以下步骤：
S1：通过玻璃烧结工艺将基座、隔离介质(玻璃)和压感探针烧结成一个整体；
S2：将压力敏感芯片倒装置于压感探针上，并通过回流焊焊接固定于压感探针上；
S3：在压力敏感芯片、压感探针和隔离介质之间的间隙中填充填充介质(环氧树脂),并通过高温箱进行固化处理。
S4：将导热胶填充到壳体的封闭空腔中，并放入已焊接感温元件的载板，抽真空排除气泡后进烘箱固化；
S5：在壳体的安装槽内放入O型圈，再将经步骤S3制备得到的感压组件装入安装槽内并压在O型圈上。
S6：在壳体的插接槽内放置压板，并将载板和压感探针穿过压板；
S7：将柔性电路板通过焊点与接插件的插接探针焊接，并将柔性电路板通过焊点与压感探针以及载板的导电通道焊接；
S8：将接插件压入壳体的插接槽中，并在壳体和连接器的连接缝隙处点RTV胶并进行固化。
综上，本发明上述实施例当中的传感器10，通过在壳体10a上开设封闭空腔11及开口流道12，并使封闭空腔11延伸至壳体10a外以在壳体端面上形成一中空的针状突起111，并将感温元件22经封闭空腔11伸入至针状突起111内，且使开口流道12通向压力敏感芯片33，使用时，被测介质经开口流道12流入压力敏感芯片33处，压力敏感芯片33感应被测介质的压力，且感温元件22透过针状突起111感应被测介质的温度，信号最终从连接器10b中输出，达到一种传感器同时测量温度和压力多个物理量的目的。此外，通过将压力敏感芯片33倒装焊接，实现小型化封装，并且将封闭空腔11及开口流道12分隔设置，使壳体可以一体成型，并可缩小传感器头部直径，使传感器具有小型化特点。
请参阅图7，所示为本发明第二实施例中的传感器，本实施例当中的传感器与第一实施例当中的传感器的不同之处在于：
感压组件30通过O型圈密封的封装形式封装于安装孔15中，封装使用的O型圈16设置于基座31和安装孔15内壁之间。
需要指出的是，本发明第二实施例所提供的装置，其实现原理及产生的一些技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。
请参阅图8，所示为本发明第三实施例中的传感器，本实施例当中的传感器与第一实施例当中的传感器的不同之处在于：
感压组件30通过激光焊接密封或胶接密封的封装形式封装于所述安装孔15中，焊料或胶接剂可填充于基座31与安装孔15的内壁和/或底部之间。
需要指出的是，本发明第三实施例所提供的装置，其实现原理及产生的一些技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种传感器，其特征在于，包括：
本体结构，包括壳体及与所述壳体一端连接的连接器，所述壳体远离所述连接器的一端设有间隔设置的封闭空腔及开口流道，所述封闭空腔延伸至所述壳体外，以在所述壳体端面上形成一中空的针状突起；
感温组件，包括载板及设置在所述载板上的感温元件，所述感温元件经所述封闭空腔伸入至所述针状突起内，所述载板上设有导通所述感温元件的导电通道；以及
封装于所述壳体内的感压组件，包括压感探针及倒装置于所述压感探针上的压力敏感芯片，所述开口流道通向所述压力敏感芯片，所述压感探针和所述导电通道分别与所述连接器连接，以利用所述连接器向外输出信号。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述感压组件还包括：
设有中心通孔的基座，压感探针一端与压力敏感芯片倒装焊接，另一端穿过所述中心通孔与所述连接器连接。
隔离介质，填充于所述中心通孔中，并将所述基座和所述压感探针连为一体。
3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述感压组件还包括：
填充介质，填充于所述压力敏感芯片、所述压感探针和所述隔离介质之间形成的间隙中。
4.根据权利要求2或3所述的传感器，其特征在于，所述壳体内设有与所述开口流道相通的安装孔，所述感压组件通过焊接密封、胶接密封和O型圈密封当中的任一种封装形式封装于所述安装孔中。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括柔性电路板，所述压感探针和所述导电通道分别通过所述柔性电路板与所述连接器连接。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述壳体靠近所述连接器的一端设有插接槽，所述连接器插入于所述插接槽中。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述插接槽底部设有一压板，所述压感探针和所述载板穿过所述压板伸入至所述插接槽中。
8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述连接器一端的边缘向外延伸出至少一挤压部，所述挤压部挤压所述压板。
9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述感温元件通过导热介质紧靠所述针状突起的内壁。
10.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述导热介质为填充于所述封闭空腔内的导热胶。
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