压力传感器和制造这种压力传感器的方法技术

本发明专利技术涉及一种压力传感器(1)，其具有传感器组件(2)和分析单元(5)，所述传感器组件(2)具有接收器(22)和电极组件(23)，所述接收器(22)在压力变化的作用下产生信号，并且所述电极组件(23)将所述信号传导至所述分析单元(5)上，其中，所述分析单元(5)具有电路板(51)，并且所述电极组件(23)和所述电路板(51)彼此材料配合地连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种如独立权利要求前序部分所述的压力传感器。本专利技术还涉及一种用于制造这种压力传感器的方法。
技术介绍
压力传感器是众所周知并被广泛使用的。利用压电式压力传感器并按照内燃机的压力指示，根据曲轴位置或时间来检测存在于压力室中的缸压力。内燃机包括四冲程发动机和二冲程发动机，例如奥托发动机、柴油发动机、汪克尔发动机等。在船用柴油发动机中，可以借助于压力传感器对缸压力进行长期监测。利用压电式压力传感器可以快速地检测压力变化，其通常在150至250bar的范围内，但是在预点火和发动机突爆时也具有500bar和更高的压力峰值。压电式压力传感器也可用于对喷气发动机、燃气涡轮机、蒸汽轮机、蒸汽机等的压力监测中。专利文献CH394637A1公开了一种这样的压电式压力传感器。该压电式压力传感器具有膜，该膜通过压力室的孔直接伸入到压力室中。膜的边缘与压电式压力传感器的壳体焊接在一起。由膜检测到的压力变化作用在靠近膜设置在壳体中的压电式接收器上。压力变化在压电式接收器上产生电极化电荷，该电极化电荷通过电极作为信号被接收。该信号与压力变化的大小成比例。电极设置在压电式接收器上。信号通过电导体从电极传输到用于信号线缆至分析单元的插拔连接的插座上。该插座被安装在壳体的背向膜的一侧。然而本专利技术并不限于压电式压力传感器。专利文献EP0140992A1示出了一种压阻式压力传感器，其中，被施加有压阻的接收器在由膜检测到的压力变化的作用下产生信号。电极与压电电阻器的连接点电连接，并且通过滑动套筒形式的引线将信号从接收器的壳体导出并通过与电导体的股线相对的接触表面传输到分析单元。压力传感器在持续的使用中处于电机振动和200℃以及更高的高温下。这会在电极、连接点、插拔连接部和引线的接触表面上导致微摩擦和摩擦侵蚀，这会削弱信号传导部的机械稳定性。另外，信号线缆护套在高温下可能会脱气，这些气体在电极、连接点、插拔连接部和引线的接触表面上通过摩擦聚合局部地结网，并在那里形成沉积物。并且在高温下可能会出现非惰性金属的扩散，并在电极、连接点、插拔连接部和引线的接触表面上局部形成氧化层。这些影响可以单独或组合地出现。其结果是改变了信号传导时的电阻。由此使得电接触电阻可以从mΩ范围增大多个数量级至MΩ范围，并使传导至分析单元上的信号失真，这将导致错误的信号分析。通常，在高温下确保信号传导部的电绝缘也是非常重要的，因为其会改变压力传感器的部件的漏电电流并使信号传导失真。在高温下，压力传感器的部件的不同膨胀系数还可能局部地导致机械应力。最后，压力传感器的部件在高温下会过早地老化。这种热诱导机械应力和过早老化对压力传感器的使用寿命有不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提出一种压力传感器，其能够在信号传导中有效地避免信号失真。本专利技术的另一目的在于提出一种压力传感器，其中，信号传导部和分析单元在持续、强烈的电机振动下也能够机械稳定地设置。本专利技术的又一目的在于提出一种压力传感器，其中，压力传感器的组件即使在高温下也基本上没有机械应力，并且不会过早老化。最后，该压力传感器可以成本低地制造。本专利技术的至少一个目的通过独立权利要求的特征来实现。本专利技术涉及一种压力传感器，其具有传感器组件和分析单元；传感器组件具有接收器和电极组件；接收器在压力变化的作用下产生信号，并由电极组件将信号传导至分析单元；在此，分析单元具有电路板，并且电极组件和电路板彼此材料配合地连接。电极组件和电路板之间的材料配合的连接防止在压力传感器的使用过程中发生微摩擦、摩擦侵蚀和摩擦聚合，或者在插拔连接或引线的接触表面上形成氧化层，由此可以有效地避免信号失真。同时，这种材料配合的连接是机械稳定的并且能够经受住持续、强烈的电机振动。本专利技术还涉及一种用于制造这种压力传感器的方法，其中，传感器组件作为半成品被提供，该传感器组件具有接收器、优选为压电式接收器和电极组件，在此设有具有电路板的分析单元，其中，电极组件局部地与电路板组合在一起，并且在电极组件和电路板之间形成材料配合。因此，通过传感器组件的电极组件和分析单元的电路板之间的材料配合而构成压力传感器。这使得传感器组件的变型能够直接与分析单元的变型组合成一种压力传感器。因此，由较少数量的包含相同部件的半成品，可以构成多个不同的压力传感器，从而实现低成本的制造。附图说明下面借助基于压电式压力传感器的附图示例性地对本专利技术做详细说明。其中：图1以截面图示出了具有传感器组件和分析单元的压电式压力传感器的第一种实施方式；图2以截面图示出了具有传感器组件和分析单元的压电式压力传感器的第二种实施方式；图3以截面图示出了根据图1或图2的传感器组件的一种优选的实施方式；图4以俯视图示出了根据图1的压电式压力传感器的第一种实施方式的一部分，在此没有分析单元壳体和电绝缘元件；图5示出了根据图1或图4的压电式压力传感器的第一种实施方式的电路板的视图；图6以俯视图示出了根据图1、图4或图5的压电式压力传感器的第一种实施方式的电路板；图7以俯视图示出了根据图2的压电式压力传感器的第二种实施方式的一部分，在此没有分析单元壳体和电绝缘元件；图8以俯视图示出了根据图2或图7的压电式压力传感器的第二种实施方式的电路板；图9示出了根据图2、图7或图8的压电式压力传感器的第二种实施方式的电路板；图10以放大的俯视图示出了根据图4的压电式压力传感器的第一种实施方式的区域A；图11以放大的俯视图示出了根据图7的压电式压力传感器的第二种实施方式的区域B；图12示出了在安装有电绝缘元件的情况下，根据图4的压电式压力传感器的第一种实施方式的一部分；图13示出了在安装有电绝缘元件之后，根据图4的压电式压力传感器的第一种实施方式的一部分；图14以横截面图示出了根据图12或图13的电绝缘元件；图15示出了在传感器组件的电极组件与分析单元的电路板形状配合地连接之前，根据图1、图4、图12或图13的压电式压力传感器的第一种实施方式的俯视图；图16示出了在传感器组件的电极组件与分析单元的电路板形状配合地连接之后，根据图1、图4、图12、图13或图15的压电式压力传感器的第一种实施方式的俯视图；和图17以放大的俯视图示出了根据图15的压电式压力传感器的第一种实施方式的区域C。其中，附图标记列表如下：A，B，C放大的区域AA′，BB′，CC′轴线AB径向平面1压力传感器2传感器组件5分析单元20传感器壳体组件20.1锥形密封件20.2传感器法兰20.3传感器壳体框架21膜22接收器22.1，22.3支承元件22.2压电式接收器元件23电极组件23.1电荷拾取部23.2电荷传导部25电绝缘体26补偿元件50分析单元壳体51电路板51.1高温区域51.2常温区域52.1，52.2加强元件52.3，52.3′插锁元件52.4窗口52.5弯曲部52.6，52.6′，52.6″区域53电连接元件53.0衬套状的适配器53.1环形的适配器53.2补偿元件54信号线缆法兰55信号线缆具体实施方式图1和图2示出了根据本专利技术的压电传感器1的两种实施方式的截面。这些截面沿着已完成插入并组装好的压电式压力传感器1的纵轴线CC′示出。纵轴线CC′、竖直轴线AA′和水平轴线BB′相互垂直。沿纵轴线CC′的方向也被称为纵向方向，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器(1)，具有传感器组件(2)和分析单元(5)；所述传感器组件(2)具有接收器(22)和电极组件(23)；所述接收器(22)在压力变化的作用下产生信号；并且所述电极组件(23)将所述信号传导至所述分析单元(5)上，其特征在于，所述分析单元(5)具有电路板(51)；并且所述电极组件(23)和所述电路板(51)材料配合地彼此连接。

【技术特征摘要】
2015.07.31 EP 15179379;2016.01.15 EP 161515501.一种压力传感器(1)，具有传感器组件(2)和分析单元(5)；所述传感器组件(2)具有接收器(22)和电极组件(23)；所述接收器(22)在压力变化的作用下产生信号；并且所述电极组件(23)将所述信号传导至所述分析单元(5)上，其特征在于，所述分析单元(5)具有电路板(51)；并且所述电极组件(23)和所述电路板(51)材料配合地彼此连接。2.根据权利要求1所述的压力传感器(1)，其特征在于，从所述电极组件(23)到所述分析单元(5)的信号传导仅通过材料配合来实现；或者从所述接收器(22)与所述电极组件(23)的平面电接触部到所述分析单元(5)的信号传导仅通过材料配合来实现。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器(1)，其特征在于，所述压力传感器(1)是压电式压力传感器(1)；所述接收器(22)是压电式接收器(22)；所述压电式接收器(22)在压力变化的作用下产生压电电荷；并且所述电极组件(23)从所述压电式接收器(22)拾取压电电荷，并将所拾取的压电电荷作为信号传导至所述分析单元(5)上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力传感器(1)，其特征在于，所述电极组件(23)具有电荷传导部(23.2)；所述电路板(51)具有电连接元件(53)；并且所述电荷传导部(23.2)局部地与所述电连接元件(53)材料配合。5.根据权利要求4所述的压力传感器(1)，其特征在于，所述电极组件(23)具有圆柱形的电荷拾取部(23.1)和杆形的电荷传导部(23.2)；所述电荷拾取部(23.1)和电荷传导部(23.2)是一体化的；和/或所述电荷传导部(23.2)延伸至所述传感器组件(2)的背向所述压电式接收器(22)的端部。6.根据权利要求1至5中任一项所述的压力传感器(1)，其特征在于，所述电路板(51)具有电连接元件(53)；所述电连接元件(53)设置在所述电路板(51)的高温区域(51.1)中；所述电极组件(23)局部地与所述电连接元件(53)组合在一起；所述电连接元件(53)具有衬套状的适配器(53.0)；并且所述衬套状的适配器(53.0)在所述电路板(51)的高温区域(51.1)中材料配合地与所述电路板(51)的电信号导体相连接。7.根据权利要求1至5中任一项所述的压力传感器(1)，其特征在于，所述电路板(51)具有电连接元件(53)；所述电连接元件(53)设置在所述电路板(51)的高温区域(51.1)中；所述电极组件(23)局部地与所述电连接元件(53)组合在一起；所述电连接元件(53)具有环形的适配器(53.1)和补偿元件(53.2)；所述环形的适配器(53.1)和所述补偿元件(53.2)是一体化...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·布克，M·吉格，P·格拉夫，
申请(专利权)人：基斯特勒控股公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH