CN115096377A - 一种温度压力传感器及其感温组件的组装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度压力传感器及其感温组件的组装工艺，包括以下步骤：S1：玻璃烧结结构的制作，S2：注塑，S3：焊接NTC温敏电阻，S4：安装保护帽，在本发明中，用于固定两只NTC电阻焊接框架采用的是圆板状的不锈钢基体，且在不锈钢基体与NTC电阻焊接框架之间通过玻璃浆料实现两者的高温烧结固定，从而使传感器结构具有较高的可靠性，可以在长时间温度压力冲击下保持产品的性能不失效，故而可以有效的降低该位点出现泄漏的风险，而基于此结构的设计，可以使得在NTC电阻焊接框架底端连接NTC热敏电阻后，无需再进行注塑包覆的工艺操作，从而可以确保温度信号传输快，同时也避免了温度迟滞的问题。

Description

一种温度压力传感器及其感温组件的组装工艺

技术领域

本发明涉及一种敏感元件与传感器，尤其是一种温度压力传感器及其感温组件的组装工艺。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将其按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求；按照其测量的信息类型，可进一步细分为压力传感器、惯性传感器、温度传感器、气体传感器等等；而在一些应用场景，有时需要同时监测多个信号，因此，就要对多个传感元件进行组装或者集成；比如，在新能源车的热管理系统中，需要同时监测管道内部冷媒的温度和压力，就涉及到由感温元件和感压元件集成的温度压力传感器。

温度压力传感器中的感温元件通常采用NTC热敏电阻，NTC热敏电阻即负温度系数热敏电阻器，通常由2或3种金属氧化物组成，混合在类似流体的粘土中，并在高温炉内锻烧成致密的陶瓷结构，具有灵敏度高、响应速度快、阻值和B值（即NTC温度传感器器的材料常数，又即热敏指数）精度高、一致性互换性好、良好的绝缘密封性、抗机械碰撞、抗弯折能力、结构简单灵活等优点；另一方面，得益于氧化铝陶瓷材料优异的线弹性性能、耐腐蚀能力，温度压力传感器中的感压元件通常采用氧化铝陶瓷作为基体材料，从而使其具有线性度好、精度高、温度特性好、介质兼容性好等优点。

温度压力传感器在使用时，系统内的介质通常为液态冷媒或冷却液，因此必须保证温度压力传感器的密封性能，否则一旦发生液体泄漏，轻则造成产品失效，重则可能导致安全事故的出现；而温度压力传感器上存在两个主要的可能泄漏位点，其中一个是感压元件与外界液体介质接触的区域，该区域周边通常采用密封圈密封，在小于10MPa的应用场景中，泄漏风险并不高；另外一个泄漏位点是NTC热敏电阻的两个引脚。

目前，为了解决NTC热敏电阻两个引脚处可能的泄漏风险，一种解决方案是采用NTC热敏电阻二次注塑设计，即通过二次注塑工艺，将NTC热敏电阻的两个焊接引脚通过塑封结构包覆起来，以避免此处的泄漏，虽然这种方案可以有效解决泄漏的问题，但是受限于NTC热敏电阻二次封装结构，NTC热敏电阻与外界热交换缓慢，进而会造成温度信号传输迟滞等问题；而且，对NTC热敏电阻进行二次注塑，也可能会使NTC热敏电阻损坏，从而降低产品的良率和可靠性。

如发明（公开号：CN113776583A）公开了一种温度压力传感器的成型工艺，为了解决上述技术问题，采用的方案中，NTC热敏电阻未经二次注塑处理，温度信号传输相对较快，故而在一定程度上避免了温度迟滞的问题；然而，该方案中，为了确保温度压力传感器的压力源不会轻易泄漏，故而，在其成型工艺中，依然还需要将焊接有NTC的针脚支架放进NTC的覆膜支架模具内进行注塑形成覆膜支架的操作，因若无此操作，只简单的将第一针脚放入针脚支架的模具里注塑，形成的针脚支架则为简单的塑料产品，而第一针脚在此注塑产品内固定，则并不能具有较好的压力源防泄漏效果，因此，将焊接有NTC的针脚支架再次注塑的操作，依然不能彻底解决温度信号迟滞的问题。

发明内容

为了解决目前温度压力传感器存在的问题，比如NTC热敏电阻二次注塑方案中温度信号迟滞，以及泄露风险较高的问题，本发明提出了一种温度压力传感器及其感温组件的组装工艺，通过采用薄片形的不锈钢基体和两只NTC电阻焊接框架组合的结构并通过玻璃浆料实现两者的高温烧结固定的工艺，来确保得到的密封结构不会在反复受到冷热冲击时出现失效，从而可以有效的降低该位点出现泄漏风险，进而使得NTC热敏电阻在连接后无需再进行注塑包覆，从而可以确保温度信号传输快，也避免了温度迟滞的问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种温度压力传感器感温组件的组装工艺，包括以下步骤：

S1：玻璃烧结结构的制作，制作一组不锈钢圆板作为不锈钢基体，在不锈钢基体上开设有圆孔一和圆孔二，圆孔一位于不锈钢基体的中心且用于引入外界压力源，两组圆孔二位于圆孔一的两侧且用于插入两只NTC电阻焊接框架；

将两只NTC电阻焊接框架对应插入圆孔二中，在圆孔二内与NTC电阻焊接框架之间填入玻璃浆料，且经过高温烧结后，圆孔二处形成玻璃烧结结构；

此玻璃烧结结构采用的玻璃浆料的热膨胀系数与不锈钢相当，故在反复受到冷热冲击的时候，密封结构不会出现失效，可以有效的降低该位点出现泄漏风险；

S2：注塑，将S1中制作的玻璃烧结结构置于注塑模具中，注塑出塑料外壳，该塑料外壳包括位于不锈钢基体顶侧和底侧的注塑件上部和注塑件下部，NTC电阻焊接框架的顶端由注塑件上部伸出，且其底端的金属垫由注塑件下部伸出，注塑件上部设有用于放置感压组件的腔体一，注塑件下部保留有与圆孔一配合且用于引入外界压力源的引压孔，该塑料外壳、不锈钢基体、NTC电阻焊接框架组合后形成注塑结构件；

此注塑结构件由于是先将NTC电阻焊接框架与圆板状的不锈钢基板进行的定位固定，进而才进行的注塑操作，且采用的玻璃浆料完成的高温烧结固定可以具有较好的防泄漏效果，而通过注塑增加的塑料外壳并不会对于下一步骤中连接的NTC热敏电阻形成包覆，从而可以确保温度信号传输快，解决了温度迟滞的问题，同时亦能够满足防泄漏的效果；

S3：焊接NTC温敏电阻，将NTC温敏电阻的两个引脚，焊接至两只NTC电阻焊接框架上；

S4：安装保护帽，在注塑件下部安装保护帽，保护帽位于NTC温敏电阻外用于保护NTC电阻的侧面区域，且其下方为开放结构；因此不会对NTC温敏电阻与外界热量交换造成影响，也即不会造成温度信号的迟滞。

一种温度压力传感器，包括基于上述的一种温度压力传感器感温组件的组装工艺制作的感温组件，还包括有金属外壳、感压组件、FPC组件和接插件；

金属外壳的中部设用于引入外界压力源和安装感温组件的贯通孔，

金属外壳的一端设有外螺纹连接套，另一端设有腔体二，腔体二内用于放置感温组件的注塑结构件，感温组件中的保护帽的一端由外螺纹连接套内穿出；

感压组件放置于感温组件中的腔体一内，感压组件采用的敏感元件为陶瓷模组，

陶瓷模组的一端为感压面，与注塑结构件的腔体一相接触；

陶瓷模组的另一端为电气连接面，上方有四个端子；

陶瓷模组的四个端子，以及NTC温敏电阻两个引脚形成的两个端子，共计六个信号输入/输出端子；

该六个信号输入/输出端子，均为焊接在FPC组件上；

FPC是柔性印刷电路，上面通过贴片工艺，贴装有ASIC调理芯片以及其他必要的电子元器件，包括电容、电阻、二极管、三极管等；

FPC组件上方是接插件，且FPC组件和接插件通过焊接工艺实现电气连接；

接插件上方有四个插针引脚，作为最终的输入/输出端子，一端与外界连接，另一端与FPC组件连接；

四个引脚分别为电源正、地、压力输出信号、温度输出信号，用以实现感温组件、感压组件与外界的通讯。

优选的，金属外壳外螺纹连接套的一端，可以根据实际应用场景设计不同的螺纹接口，为了良好的密封效果，在腔体二和外螺纹连接套之间还设置有过渡连接区，过渡连接区外部用于套设搭配第一密封圈使用。

优选的，注塑结构件与金属外壳的接触部位，使用第二密封圈进行密封。

优选的，陶瓷模组与注塑结构件的腔体二之间通过第三密封圈进行密封。

优选的，对于表压温度压力传感器，在接插件上需要留有透气孔，并在透气孔上贴装防水透气膜，用以给内部感压组件提供大气压参考压力，同时，防止外界水汽通过透气孔进入传感器内部，导致电路失效。

优选的，对于绝压温度压力传感器，接插件上可以不留有透气孔。

优选的，金属外壳的材料为不锈钢或铝。

本发明的有益效果是：

1、在本发明中，用于固定两只NTC电阻焊接框架的采用的是圆板状的不锈钢基体，且在不锈钢基体与NTC电阻焊接框架之间通过玻璃浆料实现两者的高温烧结固定，从而使传感器结构具有较高的可靠性，可以在长时间温度压力冲击下保持产品的性能不失效，故而可以有效的降低该位点出现泄漏的风险，而基于此结构的设计，可以使得在NTC电阻焊接框架底端连接NTC热敏电阻后，无需再进行注塑包覆的工艺操作，从而可以确保温度信号传输快，同时也避免了温度迟滞的问题；

2、本发明中的玻璃烧结结构采用的玻璃浆料的热膨胀系数与不锈钢相当，故在反复受到冷热冲击的时候，密封结构不会出现失效，因此可以有效的降低该位点出现泄漏风险；而若将感压陶瓷元件直接与基体不锈钢进行烧结密封，此时，NTC热敏电阻的两个引脚与陶瓷上的金属垫实现电气连接，NTC热敏电阻两个引脚处的泄漏点，可以通过陶瓷/不锈钢烧结结构进行密封，然而，由于陶瓷和不锈钢的热膨胀系数相差较大，在产品长期使用过程中，存在陶瓷和金属之间烧结结构被破坏，密封失效的潜在风险，从而影响产品的可靠性，而且，在此情况下，为了满足陶瓷感压元件与NTC热敏电阻之间的连接，必须采用的较大的陶瓷感压元件，这会造成最终产品的尺寸较大，一方面会增加成本；另一方面，在一些对尺寸有要求的应用场景下也会面临使用限制；

3、本发明在采用玻璃烧结的基础上，还增加了密封圈密封的双重密封的方案，从而可进一步的确保密封效果，保证传感器不发生泄漏，来消除了所有理论上存在的泄漏位点，具有非常好的防泄漏功能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明中温度压力传感器感温组件的装配流程示意图；

图2本发明中温度压力传感器整体结构的爆炸示意图；

图中的标记：

601、NTC电阻焊接框架；602、不锈钢基体；603、玻璃浆料；604、圆孔一；605、塑料外壳；606、NTC温敏电阻；

2、第一密封圈；3、金属外壳；4、保护帽；5、第二密封圈；6、注塑结构件；7、第三密封圈；8、感压组件；9、FPC组件；10、防水透气膜；11、接插件。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种温度压力传感器感温组件的组装工艺，在本实施例中，包括以下步骤：

S1：玻璃烧结结构的制作，制作一组不锈钢圆板作为不锈钢基体602，在不锈钢基体602上开设有圆孔一604和圆孔二，圆孔一604位于不锈钢基体602的中心且用于引入外界压力源，两组圆孔二位于圆孔一604的两侧且用于插入两只NTC电阻焊接框架601；

将两只NTC电阻焊接框架601对应插入圆孔二中，在圆孔二内与NTC电阻焊接框架601之间填入玻璃浆料603，且经过高温烧结后，圆孔二处形成玻璃烧结结构；

此玻璃烧结结构采用的玻璃浆料603的热膨胀系数与不锈钢相当，故在反复受到冷热冲击的时候，密封结构不会出现失效，可以有效的降低该位点出现泄漏风险；

S2：注塑，将S1中制作的玻璃烧结结构置于注塑模具中，注塑出塑料外壳605，该塑料外壳605包括位于不锈钢基体602顶侧和底侧的注塑件上部和注塑件下部，NTC电阻焊接框架601的顶端由注塑件上部伸出，且其底端的金属垫由注塑件下部伸出，注塑件上部设有用于放置感压组件8的腔体一，注塑件下部保留有与圆孔一604配合且用于引入外界压力源的引压孔，该塑料外壳605、不锈钢基体602、NTC电阻焊接框架601组合后形成注塑结构件6；

此注塑结构件6由于是先将NTC电阻焊接框架601与圆板状的不锈钢基板进行的定位固定，进而才进行的注塑操作，且采用的玻璃浆料603完成的高温烧结固定可以具有较好的防泄漏效果，而通过注塑增加的塑料外壳605并不会对于下一步骤中连接的NTC热敏电阻形成包覆，从而可以确保温度信号传输快，解决了温度迟滞的问题，同时亦能够满足防泄漏的效果；

S3：焊接NTC温敏电阻606，将NTC温敏电阻606的两个引脚，焊接至两只NTC电阻焊接框架601上；

S4：安装保护帽4，在注塑件下部安装保护帽4，保护帽4位于NTC温敏电阻606外用于保护NTC电阻的侧面区域，且其下方为开放结构；因此不会对NTC温敏电阻606与外界热量交换造成影响，也即不会造成温度信号的迟滞。

实施例2

如图2所示，一种温度压力传感器，在本实施例中，是基于实施例1的进一步限定，其中该温度压力传感器包括实施例1中一种温度压力传感器感温组件的组装工艺制作的感温组件，还包括有金属外壳3、感压组件8、FPC组件9和接插件11；

金属外壳3的中部设用于引入外界压力源和安装感温组件的贯通孔，

金属外壳3的一端设有外螺纹连接套，另一端设有腔体二，腔体二内用于放置感温组件的注塑结构件6，感温组件中的保护帽4的一端由外螺纹连接套内穿出；

感压组件8放置于感温组件中的腔体一内，感压组件8采用的敏感元件为陶瓷模组，

陶瓷模组的一端为感压面，与注塑结构件6的腔体一相接触；

陶瓷模组的另一端为电气连接面，上方有四个端子；

陶瓷模组的四个端子，以及NTC温敏电阻606两个引脚形成的两个端子，共计六个信号输入/输出端子；

该六个信号输入/输出端子，均为焊接在FPC组件9上；

FPC是柔性印刷电路，上面通过贴片工艺，贴装有ASIC调理芯片以及其他必要的电子元器件，包括电容、电阻、二极管、三极管等；

FPC组件9上方是接插件11，且FPC组件9和接插件11通过焊接工艺实现电气连接；

接插件11上方有四个插针引脚，作为最终的输入/输出端子，一端与外界连接，另一端与FPC组件9连接；

四个引脚分别为电源正、地、压力输出信号、温度输出信号，用以实现感温组件、感压组件8与外界的通讯。

金属外壳3外螺纹连接套的一端，可以根据实际应用场景设计不同的螺纹接口，为了良好的密封效果，在腔体二和外螺纹连接套之间还设置有过渡连接区，过渡连接区外部用于套设搭配第一密封圈2使用。

注塑结构件6与金属外壳3的接触部位，使用第二密封圈5进行密封。

陶瓷模组与注塑结构件6的腔体二之间通过第三密封圈7进行密封。

对于表压温度压力传感器，在接插件11上需要留有透气孔，并在透气孔上贴装防水透气膜10，用以给内部感压组件8提供大气压参考压力，同时，防止外界水汽通过透气孔进入传感器内部，导致电路失效。

对于绝压温度压力传感器，接插件11上可以不留有透气孔。

金属外壳3的材料为不锈钢或铝。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种温度压力传感器感温组件的组装工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：玻璃烧结结构的制作，制作一组不锈钢圆板作为不锈钢基体（602），在不锈钢基体（602）上开设有圆孔一（604）和圆孔二，圆孔一（604）位于不锈钢基体（602）的中心且用于引入外界压力源，两组圆孔二位于圆孔一（604）的两侧且用于插入两只NTC电阻焊接框架（601）；

将两只NTC电阻焊接框架（601）对应插入圆孔二中，在圆孔二内与NTC电阻焊接框架（601）之间填入玻璃浆料（603），且经过高温烧结后，圆孔二处形成玻璃烧结结构；

S2：注塑，将S1中制作的玻璃烧结结构置于注塑模具中，注塑出塑料外壳（605），该塑料外壳（605）包括位于不锈钢基体（602）顶侧和底侧的注塑件上部和注塑件下部，NTC电阻焊接框架（601）的顶端由注塑件上部伸出，且其底端的金属垫由注塑件下部伸出，注塑件上部设有用于放置感压组件（8）的腔体一，注塑件下部保留有与圆孔一（604）配合且用于引入外界压力源的引压孔，该塑料外壳（605）、不锈钢基体（602）、NTC电阻焊接框架（601）组合后形成注塑结构件（6）；

S3：焊接NTC温敏电阻（606），将NTC温敏电阻（606）的两个引脚，焊接至两只NTC电阻焊接框架（601）上；

S4：安装保护帽（4），在注塑件下部安装保护帽（4），保护帽（4）位于NTC温敏电阻（606）外用于保护NTC电阻的侧面区域，且其下方为开放结构。

2.一种温度压力传感器，其特征在于，包括根据权利要求1所述的一种温度压力传感器感温组件的组装工艺制作的感温组件，还包括有金属外壳（3）、感压组件（8）、FPC组件（9）和接插件（11）；

所述金属外壳（3）的中部设用于引入外界压力源和安装感温组件的贯通孔，

所述金属外壳（3）的一端设有外螺纹连接套，另一端设有腔体二，所述腔体二内用于放置感温组件的注塑结构件（6），感温组件中的保护帽（4）的一端由外螺纹连接套内穿出；

所述感压组件（8）放置于感温组件中的腔体一内，感压组件（8）采用的敏感元件为陶瓷模组，

陶瓷模组的一端为感压面，与注塑结构件（6）的腔体一相接触；

陶瓷模组的另一端为电气连接面，上方有四个端子；

陶瓷模组的四个端子，以及NTC温敏电阻（606）两个引脚形成的两个端子，共计六个信号输入/输出端子；

该六个信号输入/输出端子，均为焊接在FPC组件（9）上；

FPC是柔性印刷电路，上面通过贴片工艺，贴装有ASIC调理芯片；

FPC组件（9）上方是接插件（11），且FPC组件（9）和接插件（11）通过焊接工艺实现电气连接；

接插件（11）上方有四个插针引脚，作为最终的输入/输出端子，一端与外界连接，另一端与FPC组件（9）连接；

四个引脚分别为电源正、地、压力输出信号、温度输出信号，用以实现感温组件、感压组件（8）与外界的通讯。

3.根据权利要求2所述的一种温度压力传感器，其特征在于，在腔体二和外螺纹连接套之间还设置有过渡连接区，过渡连接区外部用于套设搭配第一密封圈（2）使用。

4.根据权利要求2所述的一种温度压力传感器，其特征在于，在注塑结构件（6）与金属外壳（3）的接触部位，使用第二密封圈（5）进行密封。

5.根据权利要求2所述的一种温度压力传感器，其特征在于，所述陶瓷模组与注塑结构件（6）的腔体二之间通过第三密封圈（7）进行密封。

6.根据权利要求2所述的一种温度压力传感器，其特征在于，对于表压温度压力传感器，在接插件（11）上留有透气孔，并在透气孔上贴装防水透气膜（10）。

7.根据权利要求2所述的一种温度压力传感器，其特征在于，对于绝压温度压力传感器，接插件（11）上不留有透气孔。

8.根据权利要求2所述的一种温度压力传感器，其特征在于，所述金属外壳（3）的材料为不锈钢或铝。

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