CN1296168A - 压力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种压力传感器,包括一传感膜(12),要探测的液体压力作用在该传感膜的其中一个表面上。传感膜(12)的另一个相对表面被刚性地支承。传感膜是由一种非导电的弹性材料制成,在这种非导电的弹性材料中均匀埋入导电材料的微粒,并以这样的密度分布,即,液体压力对传感膜(12)的压缩能导致传感膜电阻率产生一可测量的变化。

Description

压力传感器
本发明涉及一种压力传感器，这种压力传感器包括一传感膜，该传感膜具有一个适合暴露于压力液体中的表面。
压力传感器具有各种类型，这取决于它们的应用领域。在汽车工程应用中，只考虑坚固型的压力传感器，这种传感器能在一个较宽的温度范围内可靠运行许多年之久，而它们的绝对传感精度却是次要的。大部分压力传感器的灵敏度是压力的一个函数，也就是为感应压力测量值的函数。一个弹性传感膜的一侧暴露于恒定参考压力下，另一侧暴露于待测的液体压力下，该弹性传感膜对压力偏差作出响应，该压力偏差可由一个相连接的电位器转换成一个电信号。限制开关根据传感膜在作为压力的一个函数的启动开关动作中的响应被直接或间接启动。在所有的情况中，都需要活动元件，这些活动元件长时间受震动、磨损和高温的影响，因此在这些情况下，传感膜两侧之间的液体分隔也是成问题的。
本发明提供一种压力传感器，这种压力传感器设计坚固、结构非常简单和尺寸大小很紧凑，因此它特别适合应用于汽车工程中，它不仅可形成一个与压力正比的测量变量，而且还以一个压力函数来控制开关动作。
根据本发明，传感膜被刚性地支承在它的相对表面上。传感膜是由一种非导电体的弹性材料制成的，在这种非导电体中埋入导电材料的微粒，使这些微粒均匀分布。液体压力造成对传感膜的压缩，从而导致传感膜的表面电阻或电阻率发生可测量的变化，这是因为导电材料的微粒相互移得更接近，使得邻近的微粒相互接触的可能性增大了。因此，根据本发明，压力传感器一点也不需要活动元件了，从而消除了与活动元件相关的一些问题，例如易于出故障、笨重、易磨损、制造成本高以及易发生泄露的问题。通过在两个相互间隔开的测点处形成的触点，能够确定出传感膜的表面电阻。为了产生一个与压力成正比的测量信号，采用一种桥接电路是很有利的。为了控制作为压力的一个函数的开关动作，适合用简单的差动放大器电路。
在本发明的优选实施例中，在传感膜的被刚性地支承的表面上具有两个测量触头(measurement contacts)，这种传感膜能确保液体的良好分隔。
优选的方案是，压力传感器的结构是基于传感膜的简单原理形成的，这种传感膜由一个支承块夹紧在环形元件之间，其间夹有密封环。
通过下面对压力传感器的一个实施例的描述，并结合附图，可以了解本发明的其它优点和特征。
图1是压力传感器的液体一侧的平面图；
图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的剖视图；
图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线的剖视图；
图4是沿图1中Ⅳ-Ⅳ线的剖视图；
图5是压力传感器基体侧的平面图；
图6是压力传感器的一个优选实施例的剖视图。
现参见图1至图5，图中表示出了一种压力传感器，其总体上由附图标记10表示，它包括作为主要功能元件的一个传感膜12，该传感膜12由一电绝缘弹性体制成，在该弹性体内埋有一种导电材料的微粒。导电微粒以这样的密度来进行设置，即这些微粒赋予传感膜一可测量的体电阻以及一表面电阻。在对膜进行压缩时，由于导电微粒被集拢在一起，由此增加了导电微粒互相接触的可能性，从而使体电阻或表面电阻减小并可测量出来。一种适合的弹性体是内部均匀分布地埋有导电微粒的硅橡胶。导电微粒的密度可以通过实验来确定，导电微粒的一些适合的例子有：镍、银、铜、或铜或玻璃的镀银微粒。
传感膜12是一个平面圆盘，它两个表面中的一个表面座落在一圆柱形支承块14上，传感膜12被这个支承块14刚性支承。在这个由电绝缘材料制成的支承块14中，嵌入两根触针16，触针16在靠近传感膜的一侧具有加宽的端部，并且这些端部与传感膜12完全接触，以便形成测量触点。触针16的相反的另一端从支承块突出，并为一接头形成连接针。支承块14被密配地装在一环形基体18的一个圆柱形凹口内。
在一压缩环20的两个环形表面上各设有三条用于接收O形环的同心槽，该压缩环20由传感膜12的背离支承块14的表面支承。通过压缩环20的相反的环形表面，该压缩环20利用夹紧螺栓22被夹紧在一位于一接口26的一端的环形凸缘24上。由压缩环20和具有接口26的环状凸缘24所形成的组件通过一个夹紧环28被扣紧，该夹紧环28通过夹紧螺栓30被夹紧在基底18上，于是，压缩环被挤压在传感膜12的表面上。这个接触压力可以通过在夹紧环28与基体18之间插入一些薄垫片来限定。
参照图4，图中表示出了环形基体18是怎样在其中部形成一个接头凹口32的，触针16突入到这个接头凹口32内，一径向导管34与该接头凹口32相邻。
通过把定位销36插入夹紧环28与基体18的相对应的对准孔内，就能实现压力传感器的组装元件的精确对准，这些定位销还能精确确定压力传感器元件相互之间的旋转位置。
接口26环绕着一条液体通道，该液体通道通向环绕在传感膜表面暴露部分的周围的压缩环20的中央开口。要测定的液体压力通过接口26作用在这个传感膜的表面上。通过传感膜本身和插在压缩环20的槽内的O形环来实现把介质分隔开。
触针通过一接头(图中未示)被连接到一电路上，根据压力传感器的特定应用，该电路可以被构造成诸如用于产生一与压力成正比的测量信号的一桥接电路，或被构造成用于作为压力的一个函数来启动开关动作的一差动放大器。通过把从接口26引进的液体压力作用到传感膜12的暴露表面上，传感膜12实体被压缩，于是，通过触针16可获得的传感膜的体电阻和表面电阻被减小了。为了尽量增大测量信号，触针16的端部被设置在传感膜12的被夹紧的周边边缘区域。
在所示的实施例中，传感膜12是一平面圆盘。然而，它也可以被制造成一个适合特定应用的三维形体。
图1至图5所示的实施例特别适合用于测试，这是由于采用了夹紧螺栓30，从而使组件是可拆卸的缘故。
现在，参照图6，图6中表示出了一个效能价格合算的实施例。在这个实施例中，接口26设有内螺纹26a，该接口26与壳体40构成一个整体，该壳体40内插有支承块14。传感膜12被安装在支承块14上，支承块14通过壳体40的一卷边42被刚性固定。传感膜12的外周包括一个模制环形凸缘12a，该模制环形凸缘12a挤压在壳体40内部的环形表面区域46a上，从而对这个结构进行密封。触针16突入一个与支承块14相粘的电子组件44内，触针46从电子组件44中伸出来。电子组件44至少包括测量电路的高阻抗元件，通过这些元件，传感膜12的电阻变化被转换成一个电信号。
尤其当传感膜12通过它的外周与一个可被嵌入支承块14内的压缩环接触时，就可以去除其中一个触针16。作为一个可选的方案，外壳40是由一种导电材料制成的尤其是用金属材料制成的，这种外壳与环形表面区域40a全部形成一接地接点，同时还构成一电遮蔽。

Claims (16)

1．一种压力传感器，包括一传感膜(12)，该传感膜具有暴露于一压力液体中的一第一表面和支承在一刚性支承元件上的一第二表面，所说的传感膜(12)是由一种非导电的弹性材料制成的，在这种非导电的弹性材料中均匀埋入导电材料的微粒，这些微粒以这样的密度分布，即，使得压力液体对所说传感膜(12)的压缩能导致所说膜的电阻率发生可测量的变化。
2．根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于所说的传感膜(12)至少在两个相互间隔开的测量区域被一对测量触头接触。
3．根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于所说的传感膜(12)具有一个外边缘，并在所说的边缘处被刚性地固定。
4．根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于所说的测量触头中的一个是通过一个与所说传感膜(12)的边缘相接触的一接触环形成的。
5．根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于所说的测量触头(16)被设置在所说传感膜(12)的所说第二表面侧。
6．根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于所说的测量触头(16)与所说的传感膜(12)的所说第二表面相接合。
7．根据前述权利要求之一所述的压力传感器，其特征在于一环形压力板(20)被夹紧在所说传感膜(12)所说第一表面侧的周边上。
8．根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于至少一个密封环围绕所说传感膜(12)的所说第一表面，并被夹在所说压力板(20)与所说第一表面之间。
9．根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于所说的密封环是由一个环形凸缘(12a)形成的，该环形凸缘(12a)是在所说传感膜(12)的外周边上形成的。
10．根据权利要求7或8所述的压力传感器，其特征在于所说的环形压力板(20)在一接口(26)的一端又被夹紧在一环状连接凸缘(24)上，至少一个密封件被插在所说的压力板与所说的连接凸缘之间。
11．根据权利要求7至9之一所述的压力传感器，其特征在于所说的环状连接凸缘(24)被一个夹紧环(28)扣紧，所说的夹紧环通过夹紧螺栓(30)被夹在一基体(18)上，所说的基体具有一个容纳所说支承块(14)的凹口。
12．根据权利要求2和权利要求7至11之一所述的压力传感器，其特征在于所说测量触头(16)具有嵌入所说支承块(14)内的触针。
13．根据权利要求12所述压力传感器，其特征在于所说的基体是环形的，所说的触针(16)从所说支承块(14)的背离所说传感膜(12)的一表面突入到基体(18)内的一接头开口(32)内。
14．根据权利要求11至13之一所述的压力传感器，其特征在于通过把定位销(36)插在相互对准的孔内，使所说的夹紧环(28)与所说的基体(18)相连。
15．根据权利要求1至6之一所述的压力传感器，其特征在于所说的传感膜(12)与一支承块(14)完全接触，带有所说传感膜(12)的所说支承块(14)被夹在一内部环形表面区域(46a)与壳体(40)的一卷边(42)之间。
16．根据权利要求15所述的压力传感器，其特征在于所说的壳体是金属的，所说的环形表面区域(46a)形成一个接触环，与所说的传感膜(12)的外周边接触。
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