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介质分离式压力变送器

阅读：838发布：2020-05-11

专利汇可以提供介质分离式压力变送器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且说明了一种用于压差测量、相对压力测量或绝对压力测量的压力变送器。该压力变送器装备有附加的加热元件(H,A-F)，以为了使得不失真的测量成为可能。，下面是介质分离式压力变送器专利的具体信息内容。

权利要求

1. 用于确定压差、相对压力或绝对压力的压力变送器，包括
- 壳体(GH)，包括壳体壁(GW)，在该壳体中布置有
- 传感元件(SE)
- 陶瓷基底(KS)，其用作所述传感元件的衬底及其电气接口，以及
- 加热元件(H,A-F)，其布置在所述壳体或所述壳体壁(GW)的内部中。
2.根据前述权利要求所述的压力变送器，其中所述加热元件(H,A-F)在位置A(A)中布置在所述陶瓷基底(KS)上或在位置B(B)中布置在所述陶瓷基底(KS)中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，在其中，所述加热元件(H,A-F)在位置C(C)布置在所述壳体的内部中或在位置D(D)布置在所述壳体壁中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，其中所述传感元件布置在变送器单元中，该变送器单元设计成在所述陶瓷基底中的凹口且被覆盖以膜片(MB)，其中产生的空腔(OF)填充有油，其中所述加热元件(H,A-F)在位置F(F)处布置在所述变送器单元的油中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，其中所述传感元件处在所述陶瓷基底中的凹口中，其中所述凹口被覆盖以膜片(MB)且产生的空腔(OF)填充有油，其中在所述膜片之上安置有压力接管(DS)且所述加热元件(H,A-F)在位置E(E)中布置在所述压力接管的外侧处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，其中所述加热元件(H,A-F)包括可导电的塑料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，其中所述加热元件(H,A-F)包括电阻元件，该电阻元件具有正温度系数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，其中所述加热元件(H,A-F)在位置D(D)中集成在所述壳体壁的部分中且适合用于产生微波辐射。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，其中所述加热元件(H,A-F)装备有与所述压力变送器(DT)分离的供电。
10.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，其中所述传感元件构造成MEMS构件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，带有另外的加热元件(H,A-F)，该有另外的加热元件布置在不同于第一加热元件(H,A-F)的位置处且满足权利要求2至8中的任一项。
12.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，所述压力变送器构造成用于在机动车中的发动机冷启动的情形中测量压力，其中所述加热元件(H,A-F)构造成用于将所述压力变送器(DT)加热到规定的运行温度上，在该规定的运行温度中可进行第一压力测量。
13.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器，其中所述加热元件(H,A-F)构造成用于加热到在20°C与160°C之间的温度上。
14.根据前述权利要求中任一项所述的压力变送器在机动车中的使用。
15.用于运行根据权利要求1至13中任一项所述的压力变送器的方法，其中在所述压力变送器(DT)开始运行时所述加热元件(H,A-F)接通以用于加热所述压力变送器(DT)，直至达到规定的运行温度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述加热元件(H,A-F)在达到所述运行温度时被切断。

说明书全文

介质分离式压力变送器

技术领域

[0001] 本申请涉及一种用于使用在侵蚀性的、冻结的或高粘性的介质中的介质分离式压力变送器(Drucktransmitter)。

背景技术

[0002] 当在困难或者极端的条件下在介质中借助于压力传感器进行压力测量时发生冷凝物、冻结的或高粘性的介质使所使用的压力传感器的测量信号失真。这样的介质尤其可为热的、粘性的、低粘性的冷的、水状的或油状的状态(Phasen，有时称为相)、冷的黏稠的油、结冻的水或燃料。失真的测量的后果可为：不充分的废气净化、发动机损坏或通常待监视的过程的其它元件的损坏。由于对内燃机的废气净化(Abgasreinhaltung，有时称为废气污染控制)的提高的要求，例如必要的是，直接在发动机冷启动之后执行在不同介质中的精确的压力测量。发明内容

[0003] 本发明的目的是说明一种压力传感器，其避免上述问题且例如可在发动机冷启动的同时已执行在发动机相关的介质中的准确的压力测量且可提高压力传感器的寿命。尤其地，该压力传感器应适合用于侵蚀性介质的压力测量。

[0004] 该目的通过一种根据当前权利要求1的压力变送器来实现。从属权利要求说明了有利的实施方案。

[0005] 为了实现该目的建议了一种压力变送器，利用该压力变送器可行的是，测量压差、相对压力或绝对压力。该压力变送器包括壳体，该壳体又包括壳体壁。壳体壁为了测量绝对压力可被密封或为了测量相对压力或压差可包含开口，以为了例如使用大气条件作为参考压力。在壳体中布置有：传感元件、陶瓷基底(Keramiksubstrat)和压力接管(Druckanschlussstutzen)。

[0006] 传感元件是这样的构件，即利用该构件确定膜片的经压力引起的偏移。它可以不同的技术变体方案实施：例如经由使用压电效应实现的直接压力确定或经由借助于例如电阻元件测量膜片的应变。

[0007] 对于传感元件的定向而言，在下文中膜片所处的传感元件的侧边称作传感元件的上侧而相对而置的侧边称作传感元件的下侧。在传感元件中在下侧处存在介质入口，该介质入口使得膜片对于引导压力的介质而言可由下侧接近。传感元件可构造成MEMS构件。

[0008] 陶瓷基底用作用于传感元件及其电气接口的衬底。电气接口可布置在陶瓷基底的上侧上且用于将测量信号从压力传感器中导出，在其中测量信号在外部被处理且在其中测量信号与压力相关联。

[0009] 为了测量绝对压力，传感元件的介质入口由陶瓷基底封闭或传感元件在背侧上封闭。传感元件在陶瓷基底上安置在凹口中，该凹口被覆盖以膜片。在此，传感元件的上侧、在陶瓷基底中的凹入部和膜片包围空腔，该空腔填充有油。陶瓷基底、膜片和油构成变送器单元，该变送器单元保护传感元件免受侵蚀性介质影响且将在待监视的系统中的介质的压力传递到传感元件上。

[0010] 在变送器单元上布置例如由金属成形的压力接管，在该压力接管中可能是侵蚀性的介质被引导至膜片。压力接管在膜片之上固定在凹口上且伸入穿过壳体壁，从而使得压力接管可直接与待监视的系统或者引导介质的系统相连接。为了测量压差，可在传感元件的下侧处安置有第二变送器单元和第二压力接管。

[0011] 如果在另一示例中应测量相对大气的相对压力，则在壳体中包含有开口且传感元件的布置在下侧上的介质入口不如在绝对压力测量的情形中那样由陶瓷基底或传感元件的下侧封闭部封堵。

[0012] 此外，加热元件是压力变送器的组成部分。加热元件可在压力变送器中安置在不同位置处，目的在于在压力传感器中达到允许精确测量的运行温度。通过加热压力变送器，可能的固态和液态的冷凝物解冻、如有可能蒸发且与可能存在的高粘性介质一起从压力变送器中排出或者加热移除。利用加热元件同样可行的是，防止冰晶的形成，所述冰晶可损伤或毁坏传感元件。

[0013] 加热元件例如构造成用于将压力变送器加热到明显高于凝固点的温度上。例如设置成加热到在20ºC与50ºC之间、尤其直至160ºC的温度上。

[0014] 用于加热元件的不同的可能位置均处在压力传感器的内部中且在下面在未穷尽的列表中列举示例性的位置：加热元件可布置
- 在陶瓷基底上或中(位置A和B)，其中，加热元件在此优选安置在电气接口的附近。陶瓷基底还可构造成分层陶瓷(Schichtkeramik)。加热元件可例如按压到在内部中的分层上或按压在陶瓷基底的表面上。

[0015] - 在壳体中，例如在壳体壁的内侧处(位置C)，其中加热元件通过粘贴、夹紧或焊接与壳体的构件处于直接的接触中。

[0016] - 在壳体壁内部(位置D)。

[0017] - 在压力接管处(位置E)，其中加热元件遮盖压力接管的外部区段。加热元件还可集成到凝胶界限(Gelbegrenzung)中。

[0018] 加热元件的不同实施方案可包括：可传导的塑料、例如成形为蜿蜒体的电阻或带有正温度系数的电阻。电阻的可能的蜿蜒形状的优点是，电阻更长且因此具有更高的值，这引起更高的加热功率。在使用带有正温度系数的电阻的情况下，加热元件的加热功率的外部调节是不再必要的。

[0019] 在另一实施形式中，加热元件集成到传感器的壳体中且如此地构造，即加热元件可产生且发射微波，利用所述微波可选地加热整个压力传感器、其各组成部分或待测量的介质。由此，加热直接在期望的位置处且例如在介质中进行且所使用的加热功率可更优化地利用。这样的加热元件还可布置在传感器的另一部位处。

[0020] 加热元件的馈电可经由不同的路径进行。在此，例如存在经由压力传感器的馈电的可行性方案，而且存在附加的且独立于传感元件的供电的变体方案。能量供应的分离具有如下优点，即测量信号不由至加热元件的馈电影响。

[0021] 除了所描述的加热元件之外，压力传感器还可包括以所解释的结构形式中的其中一个的另外的加热元件。该另外的加热元件可安置在所描述的、然而与第一加热元件的位置不同的位置处。通过使用多个加热元件，压力传感器可被更均匀地且因此更高效地加热。

[0022] 上文所描述的压力变送器例如构造成用于使用在机动车中，尤其用于使用在机动车的排气区域中，例如在柴油颗粒传感器或尿素传感器的区域中。

[0023] 根据本发明的另一方面说明了一种用于运行上文所描述的压力变送器的方法。根据该方法，在压力变送器开始运行时加热元件被接通以用于加热压力变送器，直至达到规定的运行温度。在规定的运行温度的情形中实现第一压力测量。为了降低能量消耗加热元件例如在压力变送器的运行中尽可能少地被接入以进行加热。例如，加热元件在达到运行温度的情形中切断。压力变送器的冻结随后由发动机热量阻止。备选地加热元件的持久运行也是可行的，以为了在行驶期间防止冻结。附图说明

[0024] 下面借助实施例和附属于此的示意图的选择进一步解释本发明及其部件。

[0025] 图1显示了压力变送器的示意性的截面图，带有用于一个或多个加热元件的不同位置及其相对于压力变送器的其它部件的相对关系。

[0026] 图2显示了传感元件的示意性的截面图。

具体实施方式

[0027] 在图1中所显示的截面图显示了压力变送器DT的示意性结构。该压力变送器具有壳体GH，包括壳体壁GW、布置在壳体内的陶瓷基底KS、嵌入到陶瓷基底中的传感元件SE、膜片MB和压力接管DS。传感元件在陶瓷基底上处于凹口中，该凹口被覆盖以膜片MB。在传感元件的上侧、陶瓷基底与膜片之间创造有空腔，该空腔填充有油OF。在膜片之上安置有压力接管DS，介质通过该压力接管导引到膜片MB上。

[0028] 此外，标明了针对一个或多个加热元件H尤其在位置A至F处的可能的定位的多个不同的变体方案。加热元件的所标明的示例性的安置位置如下：加热元件可布置- 在陶瓷基底中或上(位置A和B)，- 在壳体中，例如在壳体壁的内侧处(位置C)，
- 在壳体壁内部(位置D)，
- 在压力接管上(位置E)，或
- 在陶瓷基底上在油中在凹口中(位置F)。

[0029] 加热元件和其可能的位置的所有图示是纯示意性的且相对彼此或相对相应示出的构件的尺寸不按比例。

[0030] 图2显示了传感元件SE的放大的截面图。在此可识别出传感元件MS的膜片，该膜片在此形成传感元件的上侧OS。与上侧相对而置地，在传感元件的下侧US处布置有从下部至传感元件MS的膜片的介质入口MG。

[0031] 传感元件的在图1和2中所示出的形状仅是示例性的且示意性的。其它的形状或材料同样可被用于设计压力变送器元件。

[0032] 参考标号列表A 在陶瓷基底上的加热元件
B 在陶瓷基底中的加热元件
BL 通风部
C 在壳体中的加热元件
D 在壳体壁中的加热元件
DS 压力接管
DT 压力变送器
DZ 压力供应部
E 在压力接管上的加热元件
F 在油中的加热元件
GH 壳体
GW 壳体壁
H 加热元件
KS 陶瓷基底
MG 介质入口
MS 传感元件的膜片
MB 膜片
OF 油
OS 传感元件的上侧
SE 传感元件
US 传感元件的下侧

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