CN1322318C - 具有压敏金属膜片的压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力传感器(S1)，它包括牢固地连接至外壳(30)的圆柱形连接器壳体(10)和形成于连接器壳体与外壳之间的压力检测腔(40)。压力检测腔(40)由金属膜片(34)所限定，该金属膜片的外周边部分被牢固地夹在一个将连接器壳体(10)和外壳(30)连接在一起的部分处。相对厚的环形板(35b)连接至外壳的安装面(30b)，并且金属膜片(34)的外周边部分夹在环形板(35b)和置于环形板(35b)之上并且与其相连接的推板(35a)之间。因而，即使外壳由一种不同于金属膜片(34)的材料(例如铝)制成，其中包含传感元件(20)的压力检测腔(40)也能稳妥地密封。

Description

具有压敏金属膜片的压力传感器
技术领域
本发明涉及一种压力传感器，其具有对于待测量压力敏感的金属膜片。
背景技术
JP-A-7-243926公开了一种具有压敏金属膜片的压力传感器的一个例子。这种压力传感器的要素在本文附图5中示出。这种压力传感器是一种膜片密封型压力传感器，其具有彼此相连从而在其间形成压力检测腔J5的连接器壳体J1和外壳J2。连接器壳体J1的下端插入外壳J2的安装空间J4，并且形成安装空间J4的壁的上端靠着连接器壳体J1的台肩而弯折。金属膜片J3的外周边部分连接至环形焊缝J9，该环形焊缝J9被夹在连接器壳体J1和外壳J2之间。
传感元件J6置于由金属膜片J3所包围的压力检测腔J5中。压力检测腔J5中充满密封液体J8以便将作用在金属膜片J3上的压力传递到传感元件J6。将连接器壳体J1和外壳J2连接起来的部分由0形环J7所密封。压力传感器由形成在外壳J2底部的螺钉连接至其中包含有流体的管道或部件。引入压力传感器的压力作用在金属膜片J3上并由传感元件J6所检测。
为了防止引入压力传感器的流体通过将环形焊缝J9和外壳J2连接起来的部分而泄漏，环形焊缝J9和外壳J2由同样的材料制成并且在接触部分J10被焊接在一起。为了在环形焊缝J9和外壳J2之间获得坚固的焊缝强度，两者必须由同样的材料制成，例如碳钢S15C或SUS。
另一方面，压力传感器所连接至的管道或部件通常由例如铝等材料制成。如果由碳钢制成的外壳J2连接至由铝制成的管道，在两种彼此接触的不同材料之间就产生了电势差。这种电势差可高达0.5伏。在铝制的管道中极有可能会出现由于电池效应而引起的腐蚀。为了避免这样的腐蚀，可以想到用与压力传感器所连接至的管道相同的材料(例如铝)制造外壳J2。然而，这导致很难将由SUS等制成的环形焊缝J9与铝制外壳J2焊接在一起。这是因为SUS的熔点比铝的熔点高得多。而且，很难将金属膜片J3和环形焊缝J9的材料改变为其它材料，因为例如SUS等材料对于这些要获得焊接部分高度可靠性和高强度的部件来说是最合适的。
发明内容
本发明正是考虑到上述问题而得到的，并且本发明的一个目的是提供一种即使外壳由一种与金属膜片所用材料不同的材料(例如铝)制成时也具有良好密封结构的改进压力传感器。
根据本发明，压力传感器的传感器外壳由树脂制成的圆柱形连接器壳体和由例如铝等材料制成的圆柱形外壳所组成。连接器壳体和外壳彼此牢固地连接，从而在其中形成压力检测腔。压力检测腔由金属膜片所限定，待检测的压力作用在该金属膜片上。传感元件置于压力检测腔中，并且用于将作用在金属膜片上的压力传递到传感元件的液体被密封在压力检测腔中。传感元件根据传递到那里的压力量输出电信号，并且该电信号被发送到外部电路(例如电控单元)。
外壳具有一个安装面，连接器壳体的下端安装在该安装面上。相对厚的环形板置于安装面上并且通过焊接等连接至安装面。推板置于环形板之上，并且金属膜片的外周边部分被夹在环形板和推板之间。这三个组件，即环形板、金属板和推板，都是由相同或类似的材料(例如碳钢)制成并且通过激光焊接等彼此牢固地相连接。因而，限定压力检测腔的金属膜片被牢固地夹持在连接器壳体和外壳之间。
一个或多个圆形凸起可形成于安装面或者环形板的面对安装面的表面上。环形板可通过电阻焊接由环形凸起连接至安装面。在安装面之下可形成圆形槽，以使得待检测的压力进入圆形槽以便将安装面朝着推板向上推动。
相对厚的环形板连接至安装面，并且金属膜片的外周边部分被牢固地夹持在环形板和位于环形板之上的推板之间。因此，即使外壳由一种不同于金属膜片的材料(例如铝)制成，压力检测腔也能稳妥地密封。
在对于下述参考附图所描述的优选实施例的更好理解之上，本发明的其它目标和特点将会更加明显。
附图说明
图1是横截面视图，其示出了作为本发明第一实施例的压力传感器；
图2是横截面视图，其示出了形成于外壳上的凸起的概念性结构，作为第一实施例的修改形式；
图3是横截面视图，其示出了形成于环形板上的凸起的概念性结构，作为本发明的第二实施例；
图4是横截面视图，其示出了作为本发明第三实施例的压力传感器；和
图5是横截面视图，其示出了一种常规的压力传感器。
具体实施方式
以下参考图1描述本发明的第一实施例。图1所示的压力传感器S1用作，例如检测安装在机动车辆上的空调系统的致冷剂管道中致冷剂的压力的压力传感器。通过将连接器壳体10(作为第一壳体)和外壳30(作为第二壳体)连接起来而形成传感器壳体100。压力检测腔40形成于连接器壳体10和外壳30之间，并且传感元件20置于压力检测腔40中。
连接器壳体10基本上为圆柱形状并且由树脂材料(例如聚苯硫醚(PPS)或聚对苯二甲酸丁二酯(BBT))制成。圆柱形的连接器壳体10具有下端10a，其上形成有凹下部分11。传感元件20置于凹下部分11中。传感元件20具有一个膜片，其上形成有测量电阻。作用于膜片上的压力被转换成用作传感器信号的电信号。传感元件20通过阳极接线头等连接至由玻璃制成的基片21，并且基片21连接至凹下部分11的下表面。
将传感元件20电连接至外部电路的终端引线12在树脂壳体10中一起模压制成。终端引线12由镀有镍等的黄铜丝制成。每根终端引线12的下端从凹下部分11的下表面伸出，并且其上端暴露在连接器壳体10的开口15中。利用由金或铝制成的接合线将每根终端引线12的下端电连接至传感元件20。终端引线12和连接器壳体10之间的缝隙由密封材料14(例如硅树脂)所密封。连接器壳体10的上开口15形成了一个将终端引线12连接至外部电路(例如安装在车辆上的电控单元)的连接器。
外壳30具有一个安装空间30a，连接器壳体10的下端插入其中。外壳30由轻金属(例如铝或硬铝)制成，所用材料与压力传感器S1所连接至的管道或部件的材料相同。外壳30具有一个将待检测的压力引入的压力引入孔31和一个将压力传感器S1连接至管道或部件的螺钉32。
如图1所示，外壳30包括一个形成安装空间30a的下表面的安装面30b。环形板35b放置在安装面30b上，并且通过焊接由一个圆周地形成于安装面30b上的圆形凸起30c连接至安装面30b。推板35a放置在环形板35b上，并且金属膜片34的外周边部分夹在环形板35b和推板35a之间。推板35a、金属膜片34的外周边部分和环形板35b通过焊接连接在一起。
金属膜片34由例如SUS-630等制成，推板35a由例如SUS-316L等制成。环形板35b优选地由SUS-316L或碳钢制成。也可以用SUS和铝的覆层材料，或者铁和铝的覆层材料，制造环形板35b。环形板35b的厚度大于金属膜片34的厚度，也就是厚度大于0.3mm。优选地，环形板35b的厚度设置在从1.0mm至1.5mm的范围内。
环形板35b通过电阻焊接由圆周地形成于安装面30b上的圆形凸起30c连接至安装面30b。因此，环形板35b被牢固地连接至安装面30b。形成安装面30a的壁的上端36靠着连接器壳体10的台肩而竖立，如图1所示。因而，连接器壳体10和外壳30彼此牢固地相连接。
压力检测腔40形成于连接器壳体10的凹下部分11中，由金属膜片34所包围或限定。压力传递液体41(例如氟油)被密封入压力检测腔40，以使得密封的液体41覆盖传感元件20和接合线13。通过压力引入孔31引入的压力作用在金属膜片34上。压力从金属膜片34通过密封的液体41传递到传感元件20。表示由传感元件20检测到的压力的电信号通过接合线13和终端引线12引出到外部电路。圆形槽42形成于连接器壳体10的下端10a上，并且0形环43置于圆形槽42中以密封压力检测腔40。
下面将简短地解释制造压力传感器S1的过程。首先，准备连接器壳体10，其中模制有终端引线12。其上载有传感元件20的基片21借助于胶粘剂(例如硅树脂)连接至凹下部分11的下表面。然后，将密封材料14供给到凹下部分11以达到凹下部分11的下表面。将传感元件20的表面保持为与密封材料14不接触。然后，密封材料14被硬化，并且传感元件20通过接合线13电连接至终端引线12。然后，压力传递液体41被供给到凹下部分11，同时保持连接器壳体以使得凹下部分位于上面。
另一方面，环形板35b置于壳体30的安装面35b上，并且通过焊接将环形板35b由圆形凸起30c连接至安装面30b。然后推板35a置于环形板35b之上，并且金属膜片34的外周边部分被夹在环形板35b和推板35a之间。然后，这三个组件，即推板35a、金属膜片34和环形板35b，通过激光焊接等连接在一起。由于这三个组件由相同或类似材料制成，它们能通过焊接很容易且牢固地连接。
然后，外壳30从连接器壳体10的上面结合至连接器壳体10，同时将O形环置于连接器壳体10和外壳30之间。然后，将这个整体置于真空腔中以便吸出包含在这个整体中的空气。然后，外壳30再相对于连接器壳体10而推压同时压下O形环43以便密封压力检测腔40。最后，外壳30的端部36朝着连接器壳体10的台肩而竖立，从而将连接器壳体10和外壳30牢固地连接在一起。
压力传感器S1以下述方式运行。压力传感器S1连接至其中包含流体的管道或部件。流体通过压力引入孔31被引入压力传感器S1，并且流体的压力作用在金属膜片34上。作用在金属膜片34上的压力由密封液体41传递到传感元件20。通过传感元件20检测压力，并且相应于所检测压力的电信号从传感元件2输出。这个信号通过终端引线12发送到外部电路(例如电控单元)。
由于相对较厚的环形板35b通过焊接至圆形凸起30c而连接至安装面30b，即使环形板35b的材料与外壳30的材料不同，环形板35b也能牢固地连接至外壳30。如果环形板35b由钢铁材料(例如钢)制成而外壳30由铝制成，两者也能牢固地连接。由于金属膜片34、推板35a和环形板35b都是由相同或类似材料制成，它们能通过焊接很容易且牢固地连接，从而提供了良好密封的压力检测腔。
形成于外壳30的安装面30b上的圆形凸起30c并不限于一个，而是如图2所示可以形成有多个圆形凸起30c。本发明的第二实施例如图3所示。在这个实施例中，在环形板35b上形成了圆形凸起35c，从而代替在安装面30b上形成圆形凸起30c。环形板35b通过焊接由圆形凸起35c连接至安装面30b。在图3中圆形凸起为三角形状，但是也可以是其它形状。
本发明的第三实施例如图4所示。在这个实施例中，在外壳30的安装面30b之下，另外地形成了圆形槽30d。其它结构和第一实施例中相同。待测量的压力也作用在圆形槽30d上，并且这个压力用作向上推动安装面30b的力。因此，通过这个压力增强了连接环形板35b和安装面30b的力。
本发明并不限于上述实施例，而是可以对其进行不同地修改。例如，环形板35b可以由磨损所产生的热连接至安装面30b。两者可通过压凹结合等机械连接。例如硅树脂等密封液体41可以用气态材料或其它能传递压力的材料替换。
虽然已经参照前述优选实施例示出和说明了本发明，对于那些本领域的技术人员而言很明显，在不偏离本发明由所附权利要求限定的范围之下，其可以作出形式和细节上的改变。

Claims (9)

1.一种压力传感器(S1)，包括：
具有上端和下端(10a)的连接器壳体(10)，在其下端(10a)上形成有凹下部分(11)；
具有安装面(30b)的外壳(30)，该外壳牢固地连接至连接器壳体以使得安装面(30b)面对连接器壳体的下端(10a)，从而形成一个整体的传感器壳体(100)；
环形板(35b)，其安装在外壳的安装面(30b)上并与其相连接；
推板(35a)，其与连接器壳体的下端(10a)相接触；
对作用于其上的压力敏感的金属膜片(34)，该金属膜片(34)的外周边部分夹在环形板(35b)和推板(35a)之间，其中环形板(35b)、推板(35a)和金属膜片(34)的外周边部分彼此牢固地连接；
形成于连接器壳体的凹下部分(11)中的压力检测腔(40)，其由金属膜片(34)所限定；和
传感元件(20)，其置于压力检测腔(40)中以使得该传感元件(20)检测作用于金属膜片(34)上的压力。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其中：
环形板(35b)的厚度大于0.3mm。
3.如权利要求1所述的压力传感器，其中：
环形板(35b)的厚度处于1.0mm至1.5mm的范围内。
4.如权利要求1-3中任一所述的压力传感器，其中：
圆形凸起(30c)形成于安装面(30b)上，并且环形板(35b)连接至该圆形凸起(30c)。
5.如权利要求1-3中任一所述的压力传感器，其中：
面对外壳(30)的安装面(30b)的圆形凸起(35c)形成于环形板(35b)上，并且安装面(30b)连接至该圆形凸起(35c)。
6.如权利要求4所述的压力传感器，其中：
形成有多个圆形凸起(30c，35c)。
7.如权利要求1-3中任一所述的压力传感器，其中：
在外壳(30)的安装面(30b)之下形成有圆形槽(30d)，以使得安装面(30b)被作用于金属膜片(34)的相同压力向上推向环形板(35b)。
8.如权利要求1所述的压力传感器，其中：
压力传递液体(41)密封在压力检测腔(40)中。
9.如权利要求5所述的压力传感器，其中：
形成有多个圆形凸起(30c，35c)。
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