CN1334917A - 感应压力传感器 - Google Patents

Abstract

传感器(1)包括一个支承结构(2,3),其中安装着一个具有平表面(8a)和相反一侧有凹坑(8b)的金属体(8),凹坑暴露在被传感的压力之下,一个在压力作用下像膜片一样产生弹性变形的薄壁(8c)被限定在凹坑(8b)底面和所述平表面(8a)之间,一个包含铁磁材料体(11)的感应器(10)牢固地固定在金属体(8)上,该金属体是有一面向金属体(8)平表面(8a)的平表面(11a),还有一环形凹槽(12)和一个环套(14),该凹槽限定在其内部设置绕组(16)的中央铁芯(13)一个厚度经过校准的顺磁或逆磁材料间隔环(9)插在金属体(8)和铁磁体(11)之间。

Description

感应压力传感器

本发明涉及一种电感式压力传感器。

更具体地说，本发明涉及一种压力传感器，其可被用于检测例如机动车客舱内空调器或气候控制系统中的流体压力。

本发明的目的是提供一种在工作时具有高可靠性和高精度的压力传感器，该传感器同样在生产场地容易装配和校准。

本发明达到这些和别的目的的方法是提供一种感应压力传感器，其主要特性将在所附权利要求1内予以规定。

以下纯粹通过非限制性的例子参考附图所作的详细说明将使本发明的其他特性和优点变得清楚，其中：

图1为本发明感应压力传感器的轴向局部剖视图；

图2为图1传感器某些元件的局部放大断面视图；

图3和4为本发明两种不同实施例的轴向剖视图。

在图1中，一个本发明感应压力传感器一般用1表示。

本传感器包含一个支承结构，该结构在图示实施例中例如由一个基本上呈筒形的下金属壳体2和一个用塑料模注的基本呈钟罩形的上壳体3构成。下金属壳体2有一个径向的外凸缘4，钟罩体3的下边便支承在此凸缘上。凸缘和下边之间插入一密封件5。壳体2和3相互间在轴向上用金属夹箍6夹紧。夹箍的一端压在壳体3的肩上，而另一端则位于壳体2的凸缘4下面。

在下金属壳体2的底部有一个便于和一个接头或一根管子进行螺纹连接的入口7，用于输入要被测量其压力的流体。

金属壳体2的上端伸入钟罩形壳体3的套内。另外有一个一般用8表示的金属体固定在壳体2的此端上。在图示实施例中，壳体2的上端和金属体8的下部做成互相匹配的阶梯形，因而可以很方便地利用激光束或电子束焊的环缝90将它们互相固定在一起。

金属体8用例如AIAS630，17-4Ph钢等的马氏体不锈钢制造。

金属体8的顶上有一平表面8a。此表面例如可以磨削，也可以通过研磨进行精加工。

金属体8在和表面8as相反的一端有一基本呈筒形的凹坑8b，其表面和下金属壳体2上的通道7同轴。

此凹坑8b暴露在其压力需要传感的流体之下。

在金属体8凹坑8b的底面和平的上表面8a之间形成一个薄壁8c。工作时，在通过金属壳体2入口7所产生的压力作用下，此壁8c像一层膜片那样可以产生弹性变形。

在任何情况下，壁8c均和焊在壳体2上的金属体8的其余部分或底座8d形成一个整体。

在金属体8的平表面8a上面安放一个用形成弱磁导体的材料制成的间隔环9(见图2)。间隔环9可以用例如铜铍合金或商品名为Kapton或Ryton树脂的塑料等的顺磁或逆磁材料制造。

间隔环9具有均匀和经过校准的厚度，并有一个中心孔9a，此孔使金属体8的薄壁8c得以暴露。

在间隔环9上放置一个一般用10表示的感应器，此感应器包含一个用铁磁材料-最好是纯铁制成的物体11，物体11有一平的下表面或表面11a，该表面11a支承在间隔环9上，而且一部分通过环9上的孔面对金属体8上的壁8c。在铁磁体11的平表面11a上制有一个环形凹槽12，该凹槽在铁磁体11上限定了基本上呈圆柱形的中央铁芯13和一个环绕其周围的环套14。由图1可知，带有绕组16的线圈管15布置在所述环形凹槽中的铁芯13周围。为免图形拥挤起见，线圈管和绕组在图2中均未示出。

由于中间插入一个间隔环9，铁芯13的自由底面13a得以和金属体8的壁8c上表面8a的中心部分分开，因而在其间形成一个空气隙17(图2)，其高度由所述间隔环的厚度决定。

在绕组16端头之间可以测定的电感不仅取决于绕组本身的特性，也取决于由金属体8和铁磁体11构成的磁路的特性以及空气隙17的大小。

参见图1，由18表示的绕组16的端头通过铁磁材料体11上的一个孔19伸出。一个基本呈筒形的支承体20围绕着所述铁磁体11，并从其上方伸出，形成围绕中心孔22的内部环壁21。一个上述感应器绕组16的端头18与之连接的电子电路24的支承板23位于此壁21上。此电路用于将感应器电感的工作变量转变为具有相应特性-例如振幅和频率的变量的信号。

在图1实施例中，铁磁材料体11和金属体8由多个夹箍25沿轴向夹紧在一起。该夹箍25位于支承件20的纵沟26内。夹箍25很方便地由成形的臂构成，该臂是自保持在铁磁体11的上表面上形成的凹口28内的环27周围延伸的。

在图1中，一个用29表示的基本呈倒置杯形的金属屏蔽件装在上壳体3内部的支承件20上面，并且围绕支承件20。屏蔽件29除了起屏障电磁干扰的作用以外，利用其如图1中由29a所示偏向一边凹入的侧壁部分，它也将支承件20固定在轴向位置上。

在屏蔽件29的上部有孔30，其中装有相应的环形屏蔽电容器31，并有相应的连接导线32从其中通过，以便将电子电路24和位于支承壳体3上部的接插板33连接起来。接线柱34同所述接插板连接，并且通过支承壳体3的上部横壁伸入壳体3上部的座孔35内起和外界电路连接的连接器作用。

工作时，通过下壳体2上孔7输入的流体压力引起金属体8的壁8c弹性变形和在所述壁和感应器铁芯13之间空气隙17的相应变化，从而引起磁路特性的变化。因此，在绕组16端头之间的电感产生一个可以测量的变化。电路24将感应器的电感变成一个指示流体压力的特性-例如振幅和频率的电信号。

在上述压力传感器内，由于金属体8和铁磁体11的相向平表面8a和11a的制造较易，以及校准间隔环9的厚度也较易，故静止时(入口7处于大气压状态)的空气隙17的尺寸可以设置精确而且有重现性。本发明传感器可以按照设计用途传感变化范围广大的压力。

因此，为了在家用加热系统的锅炉中使用，可以生产出测量在0和4.5巴之间变化的压力的传感器，或者为了在工业型加热系统或气候控制系统-特别在机动车中使用，可以生产出测量在0和约30巴之间变化的压力的传感器。

本发明压力传感器也适用于高压，例如为了在机动车内燃机的汽油直接喷射(GDI)系统中使用，可以测量0和120巴之间的压力；或者为了在柴油直接喷射(DDI)系统中使用，可以测量0和约2000巴之间的压力。

例如为了传感0和30巴之间的压力变化，金属体8的壁8c的直径可在8和15mm之间，厚度在0.3和0.5mm之间。在此壁和传感器铁芯13之间的空气隙17于是可在0.05和0.3mm之间变化。用于传感器纯铁材料体11的纯铁，为了方便起见，应为如菲力普公司以3c 85编码出售的初始导磁率μi≥500的纯铁。

图3示本发明压力传感器的一种变型。在此图中，已经介绍过的零件和元件用相同的参考数表示。

在图3所示传感装置中，用整体的拉钩3a将上壳体3直接和下金属体2的径向凸缘4夹紧在一起。该拉钩3a的下部有横向齿3b，用以在所述凸缘之下实现咬合连接。

在图3所示变型中，间隔环9和带感应器绕组16和线圈管15制成一体。此种安排实际上亦能用于以上图1所示的装置内。

图3装置的另一特征是将和绕组16连接的一部分电子电路24安装在铁磁体11的环形凹坑或凹槽12内的支承板23上。板23和远离膜片8c的线圈15凸缘上的凸爪15a相连接。板23上的部分电路和装在另一块铁磁元件11上方的板33上的其余部分电路24连接。通过铁磁元件11伸出的导电元件40将电子电路24的两部分连接起来。

将铁磁元件11和金属体8轴向固定在一起的夹箍25方便地将支承凸爪25a固定到上电路板33上。

图4示另一和图3相似的变型。同样，已经介绍过的零件和元件在图4中用相同的参考数表示。

在图4所示变型中，整个电子电路24装在位于铁磁元件11的环状凹槽12内的电路板23上。

在图3和4的实施例中，铁磁材料元件11起着抵抗对其内部电路干扰的有效屏蔽件作用。

在两种情形中，为了将干扰过滤掉，电路24的输出端可以很方便地通过相应的SMD型接地电容器实行耦合。

自然，尽管本发明的原理不变，而实施例及其制造细节在不脱离所附权利要求书中规定的本发明范围情况下可以和单纯由非限制性例子所说明的有很大不同。

Claims (12)

1.一种电感式压力传感器(1)，其包括一个支承结构(2，3)，其中安装有：

一个一端是平表面(8a)，相反一端是凹坑(8b)的金属体(8)，凹坑暴露在要被传感的流体压力之下，其中有一个在所述压力作用下可以以膜片方式产生弹性变形的薄壁(8c)，该薄壁被限定在所述凹坑(8b)底面和所述平表面(8a)之间。

一个感应器(10)该感应器包含一个牢牢固定在金属体(8)上的铁磁材料体(11)；该体是有一个面对金属体(8)的所述端表面(8a)的平表面(11a)，还有一个环状凹槽(12)和一环套(14)，该凹槽限定一中央铁芯(13)，一绕组(16)设置在其内部；以及

一个厚度经过校准的用顺磁或逆磁材料制成的间隔环(9)，其插在金属体(8)和铁磁体(11)之间使所述铁芯(13)的远端(13a)面向金属体(8)的所述可变形墙(8c)的中心部分，中间相隔一校准过的距离。

所作的安排应该是：当作用在所述墙(8c)上的压力变化时，所述墙产生弹性变形，从而改变墙(8c)和芯(13)之间的空气隙(17)的间距，且相应地改变所述感应器(10)端子之间的可测电感。

2.按照权利要求1所述的传感器，其特征是所述金属体(8)用不锈钢一最好马氏体型的不锈钢制造，而所述铁磁体(11)用纯铁制造。

3.按照权利要求1或权利要求2所述的传感器，其特征是所述铁磁体(11)和所述金属体(8)用多个锁定夹箍(25)沿轴向夹紧在一起。

4.按照权利要求3所述的传感器，其特征是所述夹箍(25)由成形的纵长臂构成，该臂自设置在铁磁体11的保持座(28)上的环(27)周围延伸。

5.按照前述任何一项权利要求所述的传感器，其特征是所述绕组(16)在设置所述铁芯(13)周围的绕圈管(15)支承，并且和所述间隔环(9)制成一体。

6.按照前述任何一项权利要求所述的传感器，其特征是传感器(10)绕组(16)的端头(18)穿过铁磁材料体(11)上的至少一个孔(19)，并且和一个电子处理电路(24)连接，该电子处理电路装在所述支承结构(2，3)之内，并且位于所述铁磁材料体(11)和围绕感应器(10)的基本呈杯状的金属屏蔽件(29)之间，所述电路(24)具有穿过所述屏蔽件(29)的端子(34)，用于和外界电路连接。

7.按照权利要求6所述的传感器，其特征是所述电子电路(24)的端子穿过安装在所述屏蔽件(29)相应孔(30)内的电容器(31)。

8.按照权利要求1-5中任一项所述的传感器，其特征是电感器(10)的绕组(16)的端头(18)和至少部分装于铁磁体(11)环槽(12)内电子处理电路(24)连接。

9.按照前述权利要求任一项所述的传感器，其特征是所述金属体(8)有一个围绕所述凹坑(8b)并焊在筒形支承壳体(2)上的基本呈环形的外套(8d)。

11.按照前述权利要求任一项所述的传感器，特别是用于传感在0和约30巴之间变化的压力的传感器，其特征是所述壁(8c)的直径在8～15mm之间，厚度在0.3～0.5mm之间。

11.按照权利要求10所述的传感器，其特征是在铁芯(13)远表面(13a)和所述壁(8c)之间的空气隙(17)的尺寸在0.05和0.3mm之间。

12.按照权利要求10或权利要求11所述的传感器，其特征是所述铁磁体由初始导磁率(μi)至少等于500的纯铁构成。

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