CN1173634A - 物理量传感器的特性调整装置及热气流测量仪 - Google Patents

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Abstract

除电源端子、接地端子、输出端子等之外,还将调整端子引出装有并保护电路的壳体,从而可以调整传感器的输出特性或敏感元件的控制量。另外,把调整端子设置于有如电源端子、接地端子、输出端子等端子的连接器壳体中,可以防止杂质与调整端子接触,使端子具有防水功能,从而防止由于传感器实际应用时相关的连接器安装到所述连接器上引起的腐蚀。

Description

物理量传感器的特性调整装置及热气流测量仪
本发明涉及一种检测各种物理量的传感器，特别涉及一种具有调整传感器输出特性或敏感元件控制状态的功能的传感器。
关于通过在调整端子施加电信号调整传感器的输出特性的现有技术，有一种公开于日本特许公开5-340958的加速传感器。该加速传感器中有带有灵敏度调整单元和零点调整单元的加速检测处理电路，而且调整单元能够改变灵敏度的基本输出特性。调整单元由多个电阻和开关组合而成，且开关的开-关操作由从外部进行的芯片校正(on-chip trimming)来进行。
按上述的现有技术，能使调整开关进行开-关的调整端子设置在电路板上，在产品的制造工艺中，在调整了输出特性后，还要进行将凝胶填充到其内有电路板的壳体中的工艺和为粘结盖板及使凝胶、盖板粘结剂固化的加热处理工艺。最终产品的输出特性随因该工艺引起的输出特性变化而改变。
而且，为了使内燃机的气流测量仪器的尺寸小、重量轻且成本低，最好是使气流敏感单元与其内装有电路板的壳体成一体，且在接插并安装壳体时将传感器定位于内燃机的空气流入通道中。由于采用实际上通过空气流过流量敏感单元进行调整工作，所以，在基本上完成了壳体和流量敏感单元制做成一体后，要在相当于空气流入通道的装备上安装气流测量仪器，并通过使空气精确地流入从该装备的外部进行调整工作。能进行这种调整工作的装置是必需的。
具体地，在热气流测量仪中，可以将敏感元件的尺寸做得较小，并且需将敏感元件与电路电连接，以控制敏感元件并进行输出。因此，可以提供尺寸小、成本低的气流测量仪，其中气流敏感单元与装有含电路的壳体成一体。然而，由于电路也位于空气流入通道中，实际上使空气流过气流敏感单元进行调整工作时，从空气流入通道外部进行调整工作。能进行这种调整工作的装置是必需的。而且，从各种性能和可靠性的观点出发将敏感元件设置于辅助通道中时，考虑到要使仪器的尺寸小且成本低，所以应借助于在壳体中形成辅助通道并由壳体的盖板形成辅助通道来减少零部件的数量。然而，考虑到辅助通道的形状变化对输出特性的影响，所以在形成了辅助通道后，必须通过实际的空气流进行调整，而且还需要有能从外部进行调整的装置。
本发明的目的是提供一种高精度的传感器，可以在最后工艺步骤中进行特性调整。
本发明的另一目的是提供一种低成本的传感器，其中的敏感元件和电路成一体，以减少零部件数量、尺寸和重量，并且可以容易地进行传感器的特性调整。
本发明的再一目的是提供一种传感器，该传感器特别适用于实际应用的环境，且可以在将传感器置于实际应用的环境中时进行特性调整。
按本发明，例如，可以在制造作为成品的器件的最后生产工艺步骤中进行输出特性的调整，并且可以抑制由于如填充凝胶和粘结盖板这些工艺引起的输出特性改变而造成的产品发生变化。
为了解决上述问题，除了一般传感器中具有的电源、接地和输出端外，在其内装有电路的壳体外部还提供有传感器的输出特性调整端子或敏感元件的控制量调整端子。
另外，为了防止如端子腐蚀或由于在传感器的实际应用环境中与导电材料接触引起的短路等问题，可将调整端子上覆盖有粘结剂或类似的材料，或将调整端子设置在装有电源、接地和输出端的连接器壳体内，以防止杂质与该端子接触，并使连接器壳体在与相关的连接器相连的实际应用中变为防水设施。在这种情况下，将调整端子设置在相对于连接器深度方向比电源端子等低(深)的位置，这样便可以防止电源端子等与其它物品接触，例如与调整工作期间的探针接触或在与有关的连接器相连时与之接触。另外，将调整端子设置于连接器壳体底上的孔中，便可以更有效地防止调整工作期间发生电短路。
图1是展示本发明一个实施例的传感器的侧剖图。
图2是展示沿图1中的线II-II的平面剖开的传感器的示意图。
图3是展示从图2的箭头III看的传感器的外观视图。
图4是展示本发明的一个实施例的电路结构的示意图。
图5是展示本发明的另一实施例的电路结构的示意图。
图6是展示本发明再一实施例的电路结构的示意图。
图7是从箭头III看本发明另一实施例的传感器的外观视图。
图8是沿图7的VIII-VIII线的平面剖开的传感器的示意图。
图9是展示本发明又一实施例的侧剖图。
图10是展示图9的传感器的侧剖图。
图11是展示从图10的箭头XI看的传感器的外观视图。
图12是展示应用了本发明的控制系统的实施例的示图。
下面将结合图1-12描述本发明的实施例。按本发明，示出热气流测量仪作为典型的实施例。由于其它各种物理量传感器基本上与热气流测量仪相同，只是它们的敏感元件和设置方法不同，因此，这里将略去其它类型的实施例。
图1是展示本发明的热气流测量仪的实施例的侧剖图。图2是展示沿图1中的II-II线平面剖开的热气流测量仪的示意图。图3是从上部看热气流测量仪的外观视图。
电路4粘结并固定在金属基座6上，且被包围在也粘结并固定于金属基座6上或以接插的形式与金属基座6成一体的壳体5中。
壳体5为与连接器端子2、调整端子1及敏感元件端子9的金属部件插成一体的塑料件(金属基座6也可以是插件形式，如上所述)。除装载并保护电路4的作用外，壳体5还与辅助通道13、连接器壳体3、固定凸缘10等构成一体。因此，电路4被装在由金属基座6作底、壳体5作侧壁的盒形体中，调整端子1及连接器端子2从装有电路4的盒形体内侧穿入连接器壳体3的内部。用金属线8连接壳体5内侧端附近的端子与电路4，使电路4与连接壳体3内的调整端子1及连接器端子2电连接。同样，传感元件端子9从装有电路4的盒形体内侧穿入辅助通道13中。用金属线8连接壳体5内侧另一端附近的端子与电路4，并在辅助通道13侧端部分的传感元件端子9上焊接加热电阻11和温度补偿电阻12，使加热电阻11和温度补偿电阻12与电路4电连接。然后，在装有电路4的盒形体内填充硅胶19，并粘结盖板7以密封电路4(实际上，在空气被加热膨胀时，盒形体仅通过排泄残留于壳体5内空气的通气孔18向连接器壳体3内侧敞开)。另外，除连接器端子2、调整端子1和敏感元件端子9外的端子皆是电绝缘的。另外，通过粘结盖板7完成辅助通道13，该通道以壳体5打开的上端作进气口13a，以在壳体5和盖板7内钻的方形孔作为出气口13b。该实施例形成这种如图所示弯曲的复杂形状的辅助通道13的原因在于，这种结构能有效地防止敏感元件出故障，抑制气流扰动并减少由于脉动造成的感测错误，因此，该结构适用于内燃机的流入气感测。该组件插进并安装于主体14外壁表面上的孔中，使辅助通道13的进气口13a和出气口13b定位于主通道15内，与壳体5形成为一体的固定凸缘10用螺丝16固定在主体14上。这样，便完成了这种结构的热气流测量仪。
使用该结构，可以减少零部件数量，并可使成本大为降低。而且，即使辅助通道使用有弯部的复杂结构，壳体5也可以容易通过塑料成形来形成，并且尺寸可以制做的很小、重量较轻、零部件数量较少、且成本较低。另外，该热气流测量仪可以插入并安装于现有例如空气净化器等进气系统的构件中，并且不用安装上述的主体。
所测的空气流速是流过主体14的主通道15中主流动方向上的空气总流速。总流速是根据设置于辅助通道13内的加热电阻11辐射的热量来检测的，其中主通道中流动的部分空气流过辅助通道13。因此，由于测量的精度受产品间差异的影响，如加热电阻11结构的差异、通道形状的差异、电路的元件差异等，因此，必须分别调整产品的输出特性。
在调整端子设置于电路上时或通过现有技术中的电阻激光修正等进行特性调整时，不可能象本发明那样在完成了热气流测量仪结构后进行调整。相应地，在粘结盖板7之前暴露电路4无助于进行调整。因此，由于在进行了调整后，需要填充硅胶19、粘结盖板和使它们热固定于装有电路4的壳体5的盒形主体的工艺步骤，因这些工艺步骤引起的特性改变是引起使产品退化的产品间差异的因素。然而，按本发明，由于特性调整可以在完成了结构后通过在设置于连接器壳体中的调整端子1加电信号进行，所以，调整工作可以在最后工艺步骤中进行，从而可以避免调整后特性变化。而且，由于可以避免流量检测(shipping inspection)，或在调整期间进行流量检测，所以容易进行检测工艺。
另外，热气流测量仪中，需通过实际流动的空气进行特性调整。具体地，按该实施例，最好在将产品安装于主体14上的情况下，使空气流过主通道15，对产品的最终结构进行特性调整。因此，按常规技术，象本实施例那样具有装于主体14内的电路4的结构很难通过空气流过主通道15来进行调整。然而，根据本发明，如上所述，利用设置于主体14外的连接器壳体3内的调整端子1，可以容易地进行调整。而且，在热气流测量仪中，为了能根据加热电阻向空气辐射的热量测量空气流速，由电路4加热控制加热电阻11，以使之与温度补偿电阻12间保持恒定的温度差。由于产品间热量的差异，还需要调整电路4。按本发明，还可以容易地调整这种敏感元件的控制量，如上所述。
在实际调整过程中，连接器端子2和线路调整设备需电连接，以便驱动热气流测量仪测量其输出，且调整端子1和线路调整设备也需要电连接，以便给调整端子1加电信号。由于这些连接仅是暂时用于调整工作，所以调整工作通常由给被压到各端子上的线路调整设备的探针加压来进行。按该实施例，由于所有端子皆设置于连接器壳体3内，所以，容易通过把所有探针向同一方向压下来进行连接。然而，相反，由于在一个窄空间内有许多端子，所以端子和探针间可能发生错误的接触。因此，把调整端子1设置在连接器壳体3的较深部位，这样电源探针便可以不抵达调整端子1，除此之外，还将调整端子1设置在连接器壳体3的底表面上形成的孔中，这样只有顶端直径小于孔径的探针才能与调整端子1连接。而且，通过使调整端子的探针外围绝缘，可以避免与连接器端子2或其它探针接触引起的电短路。
在实际应用的热气流测量仪中，由于要使相关的连接器与连接器端子2相连，及使相关的连接器与连接器壳体3相连，连接器壳体内通常是防水的，所以可以防止调整端子1腐蚀和与其它端子电短路的问题。
下面将结合图4至6说明根据本发明的电路结构。
按图4所示的实施例，由利用多路调制器105加到调整端子100上的电信号给传输系统通电，从而利用输出特性调整电路104和控制量调整电路102进行输出特性的调整和敏感元件控制量的调整。
电路4可以大致分成控制电路101、输出处理电路103和多路调制器105。控制电路101与设置于辅助通道13中的加热电阻11和温度补偿电阻12电连接。而且，控制电路101具有控制量调整电路102。输出处理电路103是用于将由控制电路101获得的电信号转换成预定的输出信号的电路，该电路具有输出特性调整电路104。电源端子106、输出端子107和接地端子108皆设置于连接器壳体3中，并与外部单元相连。
与图4不同的是，图5的实施例中没有多路调制器，但能仅从电路4外部调整输出特性。
电路4可大致分为控制电路101和输出处理电路103，且输出处理电路具有输出特性调整电路104。输出特性调整电路104是能够通过进行开-关转换调整输出特性的电路，开-关转换可以通过给调整端子100加电信号进行。调整端子100延伸到电路4外，这样便可以从装有并保护电路4的壳体外部加电信号。
按图6的实施例，输出处理是由微处理器(CPU)111进行的。电路4可大致分为控制电路101、A/D转换器110、CPU 111、存储器112和界面113。与图4和图5的实施例一样，控制电路101与加热电阻11及温度补偿电阻12电连接，控制不仅可以是模拟控制，而且可以是数字控制。A/D转换器110把控制电路101的电信号转换成数字信号。CPU 111根据存储在存储器112中的数据计算处理数字信号，以将该数字信号转换成适当的信号，利用界面电路113，将输出信号作为与接收该信号的外部单元匹配的信号输出。
因此，按该实施例，通过在存储器中存储最佳数值进行特性调整。
当图5所示的电路结构中输出特性调整的清晰度增强时，调整端子的数量要增加。因此，从空间的观点看，这变得很难象图1至图3所说明的那样在连接器壳体内设置所有调整端子。因此，下面将结合图7和图8说明把调整端子设置于连接器外部的实施例。由于热气流测量仪的结构与图1和2的实施例相同，因而这里不再对该测量仪进行说明。
图7是从箭头III看传感器的外观示图，图8是沿图7中的线VIII-VIII平面所取的剖面图。连接器端子2设置于连接器壳体3内，调整端子1与固定凸缘10上表面上的下压部分21对准并设置于其中。因此，在该实施例中，可以在构成了热气流测量仪后通过在调整端子1上加电信号进行特性调整。在调整端子设置于连接器壳体中时，调整端子1是防水的，并且可以通过在具体应用时与有关连接器连接避免与其它部件接触。然而，由于在该实施例中调整端子设置在连接器壳体3外，所以即使在与有关连接器连接时也暴露出调整端子1。因此，用粘结剂20填充压下部分21，从而用粘结剂20涂敷调整端子1，这样使调整端子防水，并且避免与其它部件接触。可以采用由另一部件覆盖调整端子的方法，或由绝缘体覆盖调整端子的方法，代替使用粘结剂20。
下面将结合图9-图11说明传感器设置于周围环境密封的部分中的实施例。
图9是展示设置于空气净化器内的热气流测量仪的情况的空气净化器的侧剖图，图10是展示图9的热气流测量仪的侧剖图。图11是展示从箭头XI看图10的热气流测量仪的外观示图。
热气流测量仪210插进与空气净化器清洁侧壳体27成一体的内风道31中，以使辅助通道13的进气口13a和出气口13b定位于内风道31的内部。空气过滤器29固定在空气净化器清洁侧壳体27和空气净化器污物侧壳体26之间，并且进气风道25安装在空气净化器污物侧壳体26上，连接风道30安装在空气净化器清洁侧壳体27内风道31的出口处，内燃机设置在连接风道30的出口处。因此，主气流方向17示出的流进空气从进气风道25流到空气净化器污物侧壳体26内，且通过空气过滤器29从空气净化器清洁侧壳体27流到内风道31中。这里，内风道31相当于热气流测量仪210的主通道15，流入主通道15的空气部分流到辅助通道13中，然后通过连接风道30进入内燃机。
在该实施例的热气流测量仪中，固定敏感元件端子9的固定件32与金属基座6成一体，辅助通道构件33设置成使加热电阻11和温度补偿电阻12置于辅助通道13内。电路4固定在金属基座6的上表面上，壳体5也固定在金属基座6的上表面上，以便装载电路4。电路4与敏感元件端子9及引线框34由金属线8电连接，引线框34延伸到壳体5外，以便与线束22连接，连接器24设置在线束22相反的端部。连接器24由装有连接器端子2和调整端子1的连接器壳体3构成，连接器端子2和调整端子1通过线束22、引线框34及金属线8与电路4电连接。因此，与上述实施例相同，可以在把盖板7固定到壳体5上并完全覆盖了电路4后，通过在调整端子1上加电信号进行特性调整。
而且，在该实施例中，尽管热气流测量仪210固定到内风道31上，设置于具有空气过滤器29和空气净化器污物侧壳体26的空气净化器200中，但连接器24仍引出到空气净化器200外。另一方面，空气净化器清洁侧壳体27的连接器引出孔35由设置在线束22中间的橡胶套23密封。因此，根据本实施例，甚至在传感器即热气流测量仪210以密封的方式应用，即处于空气净化器200内部，这种情况下，也可以通过把电信号加到引出到外部的连接器24的调整端子1进行特性调整。而且，可以在实际应用的条件下进行调整，即，在将其安装于空气净化器200中后进行调整。
最后，结合图12说明应用本发明的热气流测量仪的电控燃料注入式内燃机的实施例。
从空气净化器200进入的流入空气201通过热气流测量仪主体202、风道203和具有节流阀主体204和供应燃料的注入器205的进气管道206被吸入到发动机气缸207中。另一方面，由发动机气缸207产生的排出气体208通过排气管道209排放出去。
热气流测量仪210的电路输出的气流信号、节流阀角传感器211输出的节流阀开启信号、设置在排气管道209上的氧气传感器212输出的氧浓度信号、及发动机旋转速度传感器213输出的旋转速度信号皆输入到控制单元214，控制单元214根据计算处理获得的最佳燃料注入速率条件输出如闲置状态的控制阀打开等信号，以控制注入器205和闲置状态空气控制阀215。
根据本发明，由于可以在最后工艺步骤进行传感器的特性调整，所以可以提供高精度的传感器，并且由此可以防止在调整后的如凝胶填充、盖板粘结、热密接工艺等常规传感器工艺步骤中特性发生改变。而且，由于敏感元件和电路成一体，减少了零部件数量、尺寸和重量，所以可以提供低成本传感器，还可以容易地进行传感器的特性调整。另外，由于可以在把传感器设置于应用环境中的情况下进行特性调整，所以可以提供适于实际应用环境的传感器。

Claims (23)

1.一种物理量传感器特性调整装置，所述传感器具有用于探测各种物理量的敏感元件和与所述敏感元件电连接的电路，所述电路用于处理所述敏感元件的作为电信号的控制或探测量，所述装置包括：
设置于所述电路中的调整电路，用于调整输出特性或调整敏感元件的控制量或探测量；
其内装载所述电路的壳体；及
与所述调整电路电连接且置于所述壳体中的调整端子；
其中给所述调整端子加电信号来可以调整输出特性或控制量。
2.根据权利要求1的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，调整后，在所述调整端子上覆盖另一材料或粘结剂，使之与外界电绝缘。
3.根据权利要求1的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，所述调整端子设置在连接器壳体外部附近，所述连接器壳体中装有连接器端子、电源端子、接地端子等，所述连接器端子作为输出端子用于将所述电路的输出信号传输到外部设备，电源端子用于连接电源或接公共地端。
4.根据权利要求1的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，所述调整端子设置于连接器壳体内，所述连接器壳体中装有连接器端子、电源端子、接地端子等，所述连接器端子作为输出端子用于将所述电路的输出信号传输到外部设备，电源端子用于连接电源或公共接地端。
5.根据权利要求4的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，所述调整端子位于从所述连接器壳体开口端算起比所述连接器端子更远(深)的位置。
6.根据权利要求5的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，所述调整端子位于所述连接器壳体底上的孔内。
7.根据权利要求4的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，所述连接器壳体在与相关连接器连接时变成防水结构，使连接器壳体内部具有防水功能。
8.根据权利要求3的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，嵌理所述连接器端子和所述调整端子，使所述壳体与所述电路壳体形成为一体结构。
9.根据权利要求1的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，在所述调整电路和所述调整端子之间设置多路调制器。
10.根据权利要求1的物理量传感器特性调整装置，其特征在于，可以在把所述电路安装于所述壳体中后，在所述调整端子上加电信号来调整输出特性或控制量。
11.一种包含有如权利要求1的特性调整装置的物理量传感器。
12.一种包含有如权利要求1的特性调整装置的气流测量仪。
13.一种包含有如权利要求1的特性调整装置的热气流测量仪，该测量仪用于探测内燃机的流入空气的流速。
14.一种热气流测量仪，该测量仪包括：设置于辅助通道中的至少一个加热电阻，所述辅助通道中流过通过内燃机的进气端通道流入的部分空气；电路，用于控制所述加热电阻的加热温度，及根据加热电阻向空气辐射的热量输出对应于通过进气端通道流入的空气的流速的信号，所述电路包括调整输出特性的输出特性调整电路或调整设置于所述电路中的所述加热电阻的加热状态的控制调整电路、及装载所述电路的壳体，所述壳体外部还具有与所述调整电路电连接、用于将电信号传输到所述调整电路的调整端子；及下述各端子中的至少一个，与所述电路和外部装置连接、用于传输所述电路的输出信号的输出端子，与电源连接的电源端子，与地电连接的接地端子；其中，在所述壳体插进并固定于所述进气端通道壁表面上的孔中使所述辅助通道定位于进气端通道中时，所述调整端子和所述连接器端子位于进气端通道外部。
15.根据权利要求14的热气流测量仪，其特征在于，调整后，在所述调整端子上覆盖另一材料或粘结剂，使之与外界电绝缘。
16.根据权利要求14的热气流测量仪，其特征在于，所述连接器端子和所述调整端子装在连接器壳体中，所述连接器壳体与其中装有所述电路的壳体成一体。
17.根据权利要求14的热气流测量仪，其特征在于，所述连接器端子和所述调整端子装在与所述壳体分开的连接器壳体中，所述连接器壳体与所述壳体由铅护皮线连接。
18.根据权利要求16的热气流测量仪，其特征在于，所述调整端子位于从所述连接器壳体开口端算起比所述连接器端子更远或更深的位置。
19.根据权利要求17的热气流测量仪，其特征在于，所述调整端子位于从所述连接器壳体开口端算起比所述连接器端子更远或更深的位置。
20.根据权利要求18的热气流测量仪，其特征在于，所述调整端子设置于所述连接器壳体底上的孔中。
21.根据权利要求19的热气流测量仪，其特征在于，所述调整端子设置于所述连接器壳体底上的孔中。
22.根据权利要求14的热气流测量仪，其特征在于，在所述调整电路和所述调整端子之间设置有多路调制器。
23.一种采用了如权利要求14的热气流测量仪的内燃机控制系统。
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Granted publication date: 20041201