关于使用构造简单的装置在高温范围内进行可靠的测量，提供了一种非接触式工作的路程传感器，具有适合于高温的传感器元件(1)并且具有与所述传感器元件(1)电耦合并带有控制电子器件和/或评估电子器件的电子器件，其特征在于，所述电子器件被设计用于高于125℃的温度范围并直接与所述传感器元件(1)连接或集成到所述传感器元件(1)中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非接触式工作的路程传感器
本专利技术涉及一种非接触式工作的路程传感器，其具有适合于高温的传感器元件并且具有与所述传感器元件电耦合并带有控制电子器件和/或评估电子器件的电子器件。
技术介绍
在实践中，非接触式工作的路程传感器是众所周知的，所述路程传感器例如是带有集成电子器件的用于在-40℃至最高125℃的范围内的温度的路程传感器。在更高的温度情况下，所述电子器件通常与所述传感器元件分离或分开布置，从而将所述电子器件从高温范围排除出去。标准实施的常规CMOS电子器件可以在高达125℃的范围内使用。在这一点上应该强调的是，本专利技术涉及一种路程传感器，其可以在高于125℃的所谓高温范围内工作。在此，该术语包括适用于位移测量、位置测量、距离测量、厚度测量等的路程传感器。由WO2014/114279A1已知一种开头所述类型的适合于所述高温范围的非接触式工作的路程传感器。在该文献中描述的传感器情况下，适用于高温的传感器元件被专用补偿元件和壳体包围。电子器件在此与所述传感器元件分离，并经由具有矿物绝缘物的耐高温钢护套缆线与所述传感器元件电耦合。在已知的由涡流传感器形成的非接触式工作的路程传感器中有问题的是，缆线连接的两个接触部(一个在所述传感器元件上，一个在所述电子器件上)本身带来了多个缺点。这些缺点在下面进行了解释：由于在已知路程传感器中的缆线是测量链的一部分，这是因为所述传感器元件和所述电子器件是经由缆线连接的，因此在所述路程传感器的操作期间出现的非常小且高频的信号必须经由所述缆线和所述接触部传输。由于所述传感器元件一侧的缆线不可避免地也处于高温范围内，因此需要特殊的专用缆线，例如具有铜绞线或钢绞线的特氟龙缆线、具有由玻璃纤维制成的护套的缆线或矿物绝缘的钢护套缆线。这些类型的缆线很难加工，因为由不锈钢制成的绞线或护套只能通过复杂的焊接牢固地连接到传感器壳体或传感器元件。此外，特氟龙缆线也很难密封，因为灌封料或粘合剂不会或很难粘附在特氟龙上。此外，还产生测量技术的缺点，因为缆线——作为所述测量链的一部分——会引起寄生阻抗(电容、电阻、电感)，如果缆线由于例如温度、移动或EMV辐射而改变，则所述寄生阻抗可能会影响测量结果。适合于高温的缆线通常具有较低的绝缘电阻或限制了频率范围，因为无法实现高载波频率。由于所述传感器元件处于高温范围内，而所述电子器件处于正常温度范围内，因此沿着所述缆线是难以补偿的温度梯度占主导。此外，针对测量技术的应用通常必须使用具有上述特性的同轴或甚至三轴缆线，这对构造和连接技术提出了很高的要求。另外，由于需要复杂的缆线接触，安装空间不可避免地非常大。最后，由于难以对缆线或插头上的接触部进行密封或者由于信号线路上的干扰，错误率升高了。适于高温的路程传感器可以应用于不同领域。这些领域例如是可能出现振动、高压和高温的油气输送领域，监视涡轮机(例如发电机、装载机、蒸汽涡轮机或燃气轮机)的领域，热力发动机或诸如CVD系统的过程系统的领域，放射性辐射环境中的应用领域以及太空旅行的领域。
技术实现思路
因此，本专利技术所基于的任务是设计和扩展开头提到的类型的非接触式工作的路程传感器，使得可以使用构造简单的装置在高温范围内进行可靠的测量。根据本专利技术，上述任务通过具有权利要求1的特征的传感器来解决。据此将所述传感器设计和扩展为，使得所述电子器件被设计用于高于125℃的温度范围并直接与所述传感器元件连接或集成到所述传感器元件中。按照本专利技术的方式已经认识到，即使在高于125℃的高温范围内也可以在传感器元件和电子器件之间建立电耦合而无需已知的缆线，通过该电耦合可以以常规方式将所述电子器件与暴露于高温下的传感器元件分离。具体而言，为该高温范围设计的电子器件与所述传感器元件直接连接或集成到所述传感器元件中。适于高温的电子器件在此几乎直接安置在所述传感器元件上，而不必使用任何缆线连接来在传感器元件和电子器件之间进行电耦合。这确保了高水平的测量可靠性，因为可以避免通过所述缆线在传输所确定的非常小的信号和/或高频信号时引起的干扰影响。此外还明显简化了制造，因为不必使用难以加工的专用缆线并且也不必为复杂的缆线接触提供大的安装空间。因此，根据本专利技术的路程传感器提供了一种路程传感器，利用该路程传感器能够以构造简单的装置在高温范围内进行可靠的测量。为了特别好地适用于所述高温范围，可以基于SoI(SilicononInsulator，绝缘体上的硅)工艺或基于GaAs、SiC或金刚石作为半导体材料来制造所述电子器件或所述电子器件的至少一个部件。在此，SoI工艺适合高达大约300℃的工作温度。GaAs、SiC或金刚石作为半导体材料也适用于超过300℃的工作温度。在本专利技术的上下文中使用的高温传感器元件基于电磁测量原理，即，电感工作方式、电容工作方式或基于涡流的工作方式，所述高温传感器元件用于测量诸如距离、位置、路程、厚度或振动的几何参量并且由于这些应用领域可以被称为路程传感器元件。由于这些测量原理，这些传感器元件特别适用于高温应用。以构造特别简单的方式，所述传感器元件可以具有衬底，所述衬底具有嵌入其中的至少一个传感器部件，例如线圈的绕组。有利地，在所述衬底上布置可以用于接触所述电子器件的至少一个印制导线。所述衬底本身应当适合于所述高温范围，其中所述衬底有利地可以具有印刷电路板，其优选由聚酰亚胺、PTFE(聚四氟乙烯)或LCP(液晶聚合物)制成，或具有陶瓷，优选由AL2O3、LTCC(低温共烧陶瓷)或HTCC(高温共烧陶瓷)制成。这种高温印刷电路板适用于高达约300℃的温度。由陶瓷制成的衬底特别有利地适合于高于该温度的温度。原则上，可以实现用于高频范围的陶瓷传感器元件。所述路程传感器的电子器件可以直接安置在所述传感器元件上。在此，适用于高温的方法可用于所需要的构造和连接技术。例如，所述电子器件可以有利地布置在陶瓷壳体中或者具有至少一个布置在陶瓷壳体中的部件。在此，所述电子器件或电子器件模块可以布置在陶瓷壳体中。替代于此地，所述电子器件可以作为板上芯片或陶瓷上芯片或作为硅载体上的倒装芯片与所述传感器元件连接。在此，半导体模块(晶粒)可以借助于与衬底上的接合焊盘的铝接合或金线接合而与所述传感器元件直接连接。为此，可以使用上面已经提到的印制导线，所述印制导线可以直接布置在所述衬底上。在以印刷电路板作为衬底的情况下，可以具体地使用铜印制导线。在LTCC或HTCC工艺的情况下，可以使用印刷电路或印制导线。所述控制电子器件可以特别有利地具有振荡器。利用这种振荡器，可以在传感器元件上现场产生所述路程传感器的操作所需要的频率。因此，不必将高频控制信号从远方的位置经由线路传输到所述电子器件。所述振荡器可以是例如正弦振荡器或矩形振荡器，其中这种矩形振荡器可以特别简单地实现。所述评估电子器件基本上可以由多个功能组件组成。特别有利地，所述评估电子器件可以仅具有解调器作为功能组件，以用于产生整流的电压信号或电流信号。这是所述评估电子器件的一种非常简单的实施。利用这种构型，不需要本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非接触式工作的路程传感器，具有适合于高温的传感器元件(1)以及具有与所述传感器元件(1)电耦合并带有控制电子器件和/或评估电子器件的电子器件，其特征在于，所述电子器件被设计用于高于125℃的温度范围并直接与所述传感器元件(1)连接或集成到所述传感器元件(1)中。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 DE 102017217494.31.一种非接触式工作的路程传感器，具有适合于高温的传感器元件(1)以及具有与所述传感器元件(1)电耦合并带有控制电子器件和/或评估电子器件的电子器件，其特征在于，所述电子器件被设计用于高于125℃的温度范围并直接与所述传感器元件(1)连接或集成到所述传感器元件(1)中。
2.根据权利要求1所述的路程传感器，其特征在于，所述电子器件或所述电子器件的至少一个部件(4)是基于SoI工艺、即绝缘体上硅工艺或基于GaAs、SiC或金刚石作为半导体材料来制造的。
3.根据权利要求1或2所述的路程传感器，其特征在于，所述传感器元件(1)具有衬底(2)，所述衬底具有嵌入其中的至少一个传感器部件，其中优选地在所述衬底(2)上布置至少一个印制导线。
4.根据权利要求3所述的路程传感器，其特征在于，所述衬底(2)具有印刷电路板，优选由聚酰亚胺、PTFE或LCP制成。
5.根据权利要求3所述的路程传感器，其特征在于，所述衬底(2)具有陶瓷，优选由Al2O3、LTCC或HTCC制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的路程传感器，其特征在于，所述电子器件布置在陶瓷壳体中或者具有布置在陶瓷壳体中的至少一个部件(4)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的路程传感器，其特征在于，所述电子器件通过板上芯片作为陶瓷上芯片与所述传感器元件(1)连接。
8.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·惠斯宾特纳，哈拉尔德·哈斯，托比亚斯·斯科普夫，莱因霍尔德·霍尼卡，
申请(专利权)人：微埃普西龙测量技术有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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