使用受控泄露原理的耐腐蚀压力传感器设计制造技术

一种用于测量氨或包括氨或另一种腐蚀性气体的气体混合物的压力的装置，所述装置包括：压力传感器；所述压力传感器的壳体；其中，所述压力传感器包括：膜，所述膜将氨压力空间与非空间隔开并且具有直接暴露于氨的侧面并且能够表现出对氨压力的物理响应；和换能器，其位于所述非压力空间中并且能够将所述膜对所述氨压力的所述物理响应转换为能够传递的压力信号，其中在所述氨压力空间和所述非压力空间之间提供具有第一和第二密封件的双密封结构，其中在所述第一密封件和所述第二密封件之间的中间空间通过出口与所述壳体外部连通。

Design of corrosion resistant pressure sensor based on controlled leakage principle

【技术实现步骤摘要】
使用受控泄露原理的耐腐蚀压力传感器设计
本专利技术涉及低成本且耐用的传感器，用于通过确保氨气不能从加压区域(源)泄漏到传感器的、在传感器壳体中的信号处理电子器件所位于的区域中来测量氨气或其他侵蚀性或腐蚀性气体的压力。该装置和方法也可用于其他系统或构思，其中，这些系统或构思需要耐用且低成本地测量腐蚀性气体的浓度或压力。
技术介绍
氨是一种具有许多应用的广泛使用的化学品。一种具体的应用是作为还原剂用于选择性催化还原(SCR)来自燃烧过程的废气中的NOX。用于选择性催化还原NOX(SCR)的直接氨气加气提供了比传统AdBlue系统(http://www.amminex.com/Files/Filer/amminex/Johannessen_CTI_conference_SCR_Systems_2010.pdf)具有显著性能优势的措施。涉及固态分子氨的吸附或吸收的氨存储方法可以避免加压液氨的安全危害并且能够将氨用于移动应用。当通过加热的储存材料的热解吸产生气体(例如氨)时，关键是测量释放的氨的压力以使能够反馈给加热控制器。对于汽车领域而言，具有低故障率的耐用硬件以及低成本部件尤为重要，这是因为该领域非常注重价格和质量。如该文献中所解释的那样，传统的汽车压力传感器用于例如测量汽车流体(例如燃料或)的液压压力，而当应用于氨气时，由于从膜的测量点到传感器电子器件的氨的超低泄漏，因此传统的汽车压力传感器已经显示出耐久性的挑战，从而在现场试验中导致出现传感器故障。因此，需要一种用于耐用的氨气压力传感器的新型方法和装置，并且本专利技术解决了这个问题，同时几乎没有增加传统传感器类型的附加成本。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于测量氨气压力的低成本且耐用的压力传感器，而同时没有氨通过加压氨源和传感器壳体中的信号转换电子器件之间的密封材料/在所述密封材料周围发生泄漏的风险。即使在远低于与例如气体安全性相关的正常要求的超低的泄漏率下，气体也可能在几个月甚至几年的时间尺度上腐蚀传感器电子器件并且导致传感器故障。本专利技术使用双密封结构原理，其中，从密封结构之间的区域至周围环境设置有故意放置的孔(通气泄漏)以便以简单和低成本的方式克服该问题。受控泄漏原理(CLP)易于实施，增加的成本非常低，并且已经证明可以解决问题。总述通常用陶瓷传感器主体制造用于大排量汽车应用的压力传感器，该传感器主体具有压敏膜，该压敏膜根据膜上的压力“弯曲”。通过传感器元件和紧凑的电子器件，膜的物理响应被转换成信号，通过导线可以将所述信号传输出连接到需要或记录信号的主设备的传感器壳体。例如在汽车领域中使用的传统传感器用于测量汽车流体(例如燃料或)的压力，而这些流体被泵送到使用位置，例如需要一定液压供应压力的喷射器，以便正常地施加剂量。传感器通常使用O形环来密封要安装传感器的流体管线或容器与传感器本身之间的接合部。更重要的是，O形环定位成避免与测量膜接触的汽车流体接触测量膜另一侧上的传感器电子器件。最近在汽车应用中使用氨已经产生了对低成本氨压力传感器的需求。现场试验表明，用于例如AdBlue系统的传统压力传感器通常与氨相容，但长期现场测试显示出问题，因为从根本上说没有任何东西是100％紧密的：通过O形环/O形环周围的超低氨泄漏并且随后在传感器电子器件附近存在非常低浓度的氨会导致传感器因被腐蚀而随时间失效。已经观察到根据电子器件制造的正常原理进行适当涂覆的PCB(印刷电路板)是这种情况。为了解决问题进行不同尝试，其包括例如环氧树脂密封以代替O形环以及双O形环(即使单独的O形环比正常的泄漏率要求更紧密几个数量级)。挑战结果是在小型传感器主体和壳体中，即使超低泄漏率也可能最终导致传感器电子器件附近的低浓度但仍然不期望的氨浓度水平，这仅仅是由于运行数月的时间尺度。已经观察到该问题在运行6﹣12个月后出现。经验证，膜的加压区与参考侧之间的O形环在实现正常泄漏率目标方面很紧密。但是超低泄漏仍然导致在电子器件附近缓慢建立氨浓度，所述电子器件将膜对压力升高的响应转换为传感器信号。本专利技术通过所谓的受控泄漏原理(CLP)解决了上述挑战。CLP解决方案简单、低成本，随后的现场测试表明问题已解决。在一些示例中，通常安装有位于陶瓷传感器主体和传感器壳体之间的O形环的传感器经过重新设计能够使用例如串联的双O型环。提供一种用于测量氨气或者包含氨或任何其他腐蚀性气体的气体混合物的压力的装置。除氨之外的腐蚀性气体的示例是氯化氢、二氧化氮、二氧化硫。该装置包括压力传感器和压力传感器的壳体。压力传感器包括膜，该膜将氨压力空间与非压力空间隔开并且具有直接暴露于氨并且能够表现出对氨压力的物理响应的侧面。压力传感器还包括位于非压力空间中的换能器，该换能器能够将膜对氨压力的物理响应转换成可传输的压力信号。在氨压力空间和非压力空间之间提供双密封结构。双密封结构具有第一和第二密封件，其中第一和第二密封件之间的中间空间通过出口与壳体外部连通。在一些实施例中，即使应用用于换能器的标准涂层，压力传感器的换能器也易受氨的腐蚀，如上所述。在一些实施例中，通过在第一和第二密封件之间提供出口，双密封结构确保即使通过第一密封件的氨的超低泄漏也不会在第一和第二密封件之间建立可以使氨通过第二密封件抵达非压力空间的氨的压力或浓度(或包含氨的气体压力或浓度)。在一些实施例中，第一和第二密封件是两个与氨相容的O形环，其中，与氨的相容性意味着O形环能够承受氨而不会在使用该装置的领域中在预期的浓度下受到损害。使用两个密封件(例如，两个O形环)的正常好处是甚至更低的泄漏率。然而，本专利技术并不旨在利用由第二密封件(例如O形环)提供的附加的氨泄漏保护，这是因为在周围环境和两个密封件(例如O形环)间的区域之间的传感器主体中进行受控的泄漏。这提供了可以通过/围绕第一O形环的任何氨的扩散稀释的手段，原因在于周围环境的氨浓度基本为零，所述周围环境现在与密封件(例如O形环)之间的区域流体接触。因此，产生无限扩散槽以消除氨积聚在第二密封件(例如，O形环)的“清洁侧”上，并且随后没有污染或腐蚀物损坏电子器件。两个密封件(例如O形环)之间的区域将包含正常的环境空气并且任何通过第一O形环泄漏的氨将被稀释到周围环境中。例如实施为O形环的第二密封件用于保持其他正常不需要的物质远离电子器件。术语“周围环境”并不一定是真正的周围环境。它也可能是对不含腐蚀性气体的不同类型工艺气体的受控泄漏的产物，然后这种工艺气体设置成与两个密封结构之间的区域流体接触，以防止氨或任何其他腐蚀性气体从源或测量点迁移到传感器壳体中的电子器件。如下面的一些实施例所示，本专利技术消除了氨干扰压力传感器的问题，并且能够使用在汽车领域中应用氨气的常规传感器技术。压力传感器的寿命可以保持在市场所需的水平。如果重新设计传感器主体/壳体以容纳第二密封件(例如：O形环)保持是简单的，那么增加的孔和第二密封件(例如O形环)材料的成本几乎可以忽略不计。本专利技术涉及一种用于气体压力传感器的装置，用以通过借助受控泄漏原理保护传感器电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量氨的或者包括氨或其他腐蚀性气体的气体混合物的压力的压力测量装置，所述压力测量装置包括：/n压力传感器；/n所述压力传感器的壳体；/n其中，所述压力传感器包括：膜，所述膜将氨压力空间与非压力空间隔开并具有直接暴露于氨的侧面，并且所述膜能够表现出对氨压力的物理响应；和换能器，所述换能器位于所述非压力空间中并且能够将所述膜对氨压力的物理响应转换为能够传递的压力信号，其中在所述氨压力空间和所述非压力空间之间提供具有第一密封件和第二密封件的双密封结构，其中所述第一密封件和所述第二密封件之间的中间空间通过出口与壳体外部连通。/n

【技术特征摘要】
20181123 EP 18208142.21.一种用于测量氨的或者包括氨或其他腐蚀性气体的气体混合物的压力的压力测量装置，所述压力测量装置包括：
压力传感器；
所述压力传感器的壳体；
其中，所述压力传感器包括：膜，所述膜将氨压力空间与非压力空间隔开并具有直接暴露于氨的侧面，并且所述膜能够表现出对氨压力的物理响应；和换能器，所述换能器位于所述非压力空间中并且能够将所述膜对氨压力的物理响应转换为能够传递的压力信号，其中在所述氨压力空间和所述非压力空间之间提供具有第一密封件和第二密封件的双密封结构，其中所述第一密封件和所述第二密封件之间的中间空间通过出口与壳体外部连通。


2.根据权利要求1所述的压力测量装置，其中所述换能器易受氨的腐蚀。


3.根据权利要求1或2所述的压力测量装置，其中通过在所述第一密封件和第二密封件之间提供所述出口所述双密封结构确保了：即使是通过所述第一密封件的氨的超低泄漏也不会在所述第一密封件和第二密封件之间建立能够使氨通过所述第二密封件抵达所述非压力空间的氨的压力或浓度。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力测量装置，其中，所述第一密封件和第二密封件是与氨相容的两个O形环。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的压力测量装置，其中，所述出口制成为穿过所述壳体的壁的一个或多个孔，所述孔的总横截面积具有至少1μm、10μm、0.1mm或1mm的等效水力直径。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的压力测量装置，其中，所述换能器的所述信号的产生基于电容或电感耦合、抗应变电阻抗弯效应和压阻效应以及压电效应中的至少一种。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的压力测量装置，其中，所述换能器包括印刷电路板。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的压力测量装置，其中，所述膜附接到固定装置，并且电子换能器也附接到所述固定装置。


9.根据权利要求1至8中...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·延克，M·比格利亚蒂，
申请(专利权)人：氨合物排放股份公司，埃尔泰克股份公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK