用于大压力范围的耐介质压力传感器制造技术

本公开的实施例涉及用于大压力范围的耐介质压力传感器。一种压力传感器(10；20；30)，包括壳体(11)、与壳体(11)一起形成密封的空腔(13)的柔性膜(12)、布置在空腔(13)中的传感器元件(14)、以及位于空腔(13)中的气态介质(15)。(15)。(15)。

Medium resistant pressure sensor for large pressure range

【技术实现步骤摘要】
用于大压力范围的耐介质压力传感器


[0001]本公开涉及一种压力传感器及其用于测量压力的用途。

技术介绍

[0002]燃料电池在电动汽车领域变得越来越重要。其运行所需的氢气 必须在高压(高达700巴或更高)下被储存和运输。为此提供所需 的基础设施包括用于从制造氢气的本地发生器直至通过加氢站进行 分配的构造。在氢气罐、管道连接等中使用压力传感器非常重要。 压力传感器也越来越多地用于其他领域并与其他介质相关联，尤其 是在宽泛的压力范围内。
[0003]特别是氢气的高压和化学性质对压力传感器来说是一个特殊的 挑战。一方面，重要的是要在氢气罐等中精确测量700bar或更高的 低压到中压和高压。可能的。另一方面，氢具有嵌入金属晶格结构 的特性，这会导致材料脆化，从而破坏材料。普遍存在的高压和高 温也加速了这种扩散过程。除氢以外的介质也会对压力传感器中使 用的材料的电阻造成问题。
[0004]由于这些和其他原因，本公开是必要的。

技术实现思路

[0005]各个方面涉及一种压力传感器，包括壳体、与壳体一起形成密 封的空腔的柔性膜、布置在腔中的传感器元件，以及位于空腔中的 气态介质。
[0006]各个方面涉及压力传感器在诸如容器、管道或管线的压力传导 装置中的使用，其中压力传感器具有壳体、柔性膜，其与壳体一起 形成密封的腔，一个布置在空腔中的传感器元件，以及位于空腔中 的气态介质。
附图说明
[0007]下面参照附图更详细地解释根据本公开的压力传感器。附图中 所示的元件不必相对于彼此按比例绘制。相同的参考符号可以表示 相同的组件。相同的附图标记表示相同或相似的部分。
[0008]图1包含图1A和1B，并且在图1A(B)中以垂直纵截面(A) 和沿轴线B
‑
B的水平横截面示出压力传感器的基本实施例。
[0009]图2包含图2A和2B，并且在图2A(B)中以垂直纵截面(A) 和沿轴线B
‑
B的水平横截面示出布置在TO状壳体内的压力传感器 的实施例。
[0010]图3包含图3A和3B，并且在图3A(B)中作为实施例以垂直 纵截面(A)和沿轴线B
‑
B的水平横截面示出了具有金属波纹管 (Metallbalg)的压力传感器。
[0011]图4包含图4A和4B，并且示意性地示出了没有压力负荷的压 力传感器(A)和具有压力负荷的压力传感器(B)以说明几何关系。
[0012]图5包含图5A、5B和5C，并且以俯视图(A)和侧向截面图 (B)示意性地示出了膜、例
如不锈钢膜，以及示出图表(C)，该 图表示出了膜的挠度与膜上位置的相关性。
[0013]图6示出了一图表，该图表示出了空腔内的压力变化与外部压力负 荷的相关性。
具体实施方式
[0014]在下面的详细描述中，参考了构成本说明书的一部分的附图， 并且其中为了说明的目的示出了可以在其中实践本公开的特定实施 例。诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“领先的”、“随后 的”等方向性术语与要描述的图的方向相关地使用。因为实施例的 组成部分可以以各种取向定位，所以方向指定用于说明的目的，并 且决不是限制性的。应当理解，在不超出本公开的范围的情况下， 也可以使用其他实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此， 以下详细描述不应被视为限制，并且本公开的范围由所附权利要求 限定。
[0015]应当注意，除非另外明确说明，否则这里描述的各种实施例的 特征可以相互组合。
[0016]本说明书中使用的术语“粘合”、“固定”、“连接”、“耦 合”和/或“电连接/电耦合”并不意味着元件或层必须彼此直接接触； 可以在“粘合”、“固定”、“连接”、“耦合”和/或“电连接/ 电耦合”的元件之间提供中间元件或中间层。然而，根据本公开， 上述术语还可以可选地具有特定含义，即元件或层彼此直接接触， 也就是说在“粘合”、“固定”、“连接”、“耦合”和/或“电连 接/电耦合”的元件之间没有提供中间元件或中间层。
[0017]此外，例如关于形成或布置在表面“之上”的部件、元件或材 料层所使用的词语“在
……
之上”在本文中可以意味着该部件、元 件或材料层“间接地”在隐含表面上布置(例如、放置、形成、沉 积等)，其中一个或多个附加部件、元件或层被布置在隐含表面与 部分、元件或材料层之间。然而，关于形成或布置在表面“之上
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的部件、元件或材料层所使用的词语“在
……
之上”可以可选地具 有特定含义，即部件、元件或材料层被“直接”布置(例如，放置、 形成、沉积等)在隐含表面上，例如与隐含表面直接接触。
[0018]图1示出了根据本公开的压力传感器的基本实施例。
[0019]根据图1的压力传感器10包括壳体11、与壳体11一起形成密 封的空腔13的柔性膜12、布置在空腔13中的传感器元件14和位于 空腔13中的气态介质15。
[0020]待测量并从外部作用在膜上的压力P在图1中用箭头表示。传 感器元件14不直接测量从外部作用在膜上的压力P，而是检测物理 参量的变化，该变化如下产生：由于外部压力P将膜12向内压入空 腔13一定量并且占据一个如附图标记12A所示的位置。根据其工作 方式，压力传感器可以被设计为压力变换器或压力变送器。从外部 作用在膜12上的压力P将膜压入空腔13中一定的体积量ΔV，即变 化体积，由此空腔13的体积减少了、而气态介质的压力15增加了 该体积量ΔV。该压力增加可以通过设计为压力传感器的传感器元件 14测量并且用作外部压力的量度。在执行校准之后，校准曲线可以 存储在布置在ASIC上的评估电路中。ASIC可以与传感器元件一起 集成在一个共有半导体芯片上，也可以作为单独的组件提供在空腔 内或空腔外。
[0021]然而，除了空腔13内的压力变化之外，还可以测量另一个物理 参量，该物理参量通过向内按压膜12而得到改变。例如，可以测量 膜12的偏移，在这种情况下，传感器元件12可以设计为光学或超 声波传感器，其例如通过测量由传感器元件发射并在膜上反射的光 学或声音脉冲的传播时间来确定膜的降低。这在下面使用特定实施 例更详细地描述。
[0022]传感器元件14因此可以具有以下组中的一个或多个传感器，该 组包括压力传感器、热导传感器、声速传感器、燃烧热传感器、催 化传感器、电感式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、光学传 感器或磁传感器。
[0023]不管传感器元件14的功能和操作模式如何，传感器元件14都 可以构造和制造为微机电传感器(MEMS)。
[0024]根据一个实施例，气态介质15是空气，特别是大气压下的空气。 这简化了制造过程，因为在将膜固定到壳体期间不必提供另一种气 体的人工气氛。由于所有气体都是可压缩的，原则上也可以使用任 何其他气态介质。
[0025]根据一个实施例，柔性膜12由金属制成，特别是钢或不锈钢制 成。壳体11也可以由金属制成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器(10；20；30)，包括：壳体(11)；柔性膜(12)，与所述壳体(11)一起形成密封的空腔(13)；布置在所述空腔(13)中的传感器元件(14)；以及位于所述空腔(13)中的气态介质(15)。2.根据权利要求1所述的压力传感器(10；20；30)，其中所述气态介质(15)是空气。3.根据权利要求2所述的压力传感器(10；20；30)，其中所述空气处于大气压、或处于正压或负压下。4.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(10；20；30)，其中所述柔性膜(12)由金属制成。5.根据权利要求4所述的压力传感器(10；20；30)，其中所述金属为钢或不锈钢。6.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(10；20；30)，其中所述柔性膜(14)具有层状结构。7.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(10；20；30)，其中所述传感器元件(14)是微机电传感器MEMS。8.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(10；20；30)，其中所述传感器元件(14)具有包括以下项的组中的一项或多项：压力传感器、热导传感器、声速传感器、燃烧热传感器、催化传感器、电感式传感器、电容式传感器、电阻式传感器、光学传...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：