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在陶瓷基底上的压传感器

阅读:1042发布:2020-06-04

专利汇可以提供在陶瓷基底上的压传感器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且说明了一种用于相对压 力 测量或绝对压力测量的压力 传感器 。该 压力传感器 装备有附加的加热元件(H,A-G),以为了排除起干扰作用的介质。,下面是在陶瓷基底上的压传感器专利的具体信息内容。

1. 用于确定相对压或绝对压力的压力传感器,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),该陶瓷基底用作所述传感元件及其电气接口的衬底,以及- 加热元件(H,A-G),该加热元件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传感器,其中,所述加热元件(H,A-G)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传感器,对于所述压力传感器而言,所述加热元件(H,A-G)在位置C(C)处布置在所述壳体(GH)的内壁处或在位置D(D)处布置在所述壳体壁(GW)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述传感元件如此地布置在所述陶瓷基底(KS)上,即仅所述传感元件的上侧(OS)可加载有压力且仅绝对压力可被测量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述陶瓷基底具有通道(DL),其中所述传感元件如此地布置在所述通道中,即使得从所述传感元件的上侧和下侧(US)的独立的介质接近是可行的,从而使得相对压力可被测量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,带有传感元件,该传感元件在所述上侧上具有膜片(MS),
带有在所述陶瓷基底上的上部敞开的凝胶界限(GB),
带有凝胶填充物(GF),其被注入到所述凝胶界限中且覆盖所述膜片,
其中所述凝胶填充物(GF)用作所述膜片(MS)的保护。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述加热元件(H,A-G)布置在所述凝胶界限上(位置G),所述凝胶界限对所述凝胶定界。
8.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述加热元件(H,A-G)包括可导电的塑料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述加热元件(H,A-G)包括电阻元件,该电阻元件具有正的温度系数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述加热元件(H,A-G)集成在所述壳体壁的部分中(D)且适合用于产生微波辐射
11.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述加热元件(H,A-G)具有与所述压力传感器分离的供电。
12.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述传感元件构造成MEMS构件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,带有另外的加热元件(H,A-G),该另外的加热元件布置在与第一加热元件(H,A-G)不同的位置处且满足权利要求2至8中任一项。
14.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,所述压力传感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-G)构造成用于将所述压力传感器(DS)加热到规定的运行温度上,在该规定的运行温度中可实现第一压力测量。
15.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器,其中,所述加热元件(H,A-G)构造成用于加热到在20°C与160°C之间的温度上。
16.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器在机动车中的使用。
17.用于运行根据权利要求1至15中任一项所述的压力传感器的方法,其中,在所述压力传感器(DS)开始运行时所述加热元件(H,A-G)接通以用于加热所述压力传感器(DS),直至达到规定的运行温度。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,所述加热元件(H,A-G)在达到所述运行温度的情形中被切断。

说明书全文

在陶瓷基底上的压传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于使用在冻结的或高粘性的介质中的压力传感器

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、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,如其尤其在机动车中使用时可出现的那样。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。
[0004] 该目的通过一种根据当前权利要求1所述的压力传感器来实现。从属权利要求说明了有利的实施方案。
[0005] 为了该实现建议了一种压力传感器,利用该压力传感器可行的是,测量相对压力或绝对压力。压力传感器包括壳体,其又包括壳体壁。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:陶瓷基底和布置在其上的传感元件。
[0006] 传感元件是这样的构件,即在其中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:例如作为通过使用压电效应进行的直接压力确定或作为通过借助于例如电阻元件测量膜片的应变进行的间接压力确定。
[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] 传感元件以其下侧安置在陶瓷基底上,该陶瓷基底用作衬底且包括用于传感元件的电气接口。该电气接口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] 为了测量相对压力,在传感元件的下方在陶瓷基底中有通道,待测量的介质通过该通道被引导到传感元件的介质通路处。传感元件的上侧经受比较压力,该比较压力例如是大气压力。该比较压力在这样的相对压力测量的情形中可通过在壳体壁中的开口到达压力传感器中。在一种备选的实施方案中,绝对压力可被测量。在此,在陶瓷基底中不存在通道且传感元件的下侧被密封。附加地,凝胶界限(Gelbegrenzung)可围绕传感元件安置在陶瓷基底上。凝胶界限填充有凝胶,其覆盖传感元件的上侧且因此保护以防湿气。待测量的压力通过凝胶传递到传感元件的膜片上。同样可行的是,在相对压力测量的情形中使用带有凝胶界限和填充物的传感器。
[0010] 此外,加热元件是压力传感器的组成部分。加热元件可在不同的位置处安置在压力传感器中,目的在于在压力传感器中达到允许精确测量的运行温度。通过加热压力传感器,可能的固态和液态的冷凝物被解冻、如有可能被蒸发且与可能存在的高粘性介质一起从压力传感器中排出或者加热移除。利用加热元件还可行的是,防止晶的形成,所述冰晶可损伤或毁坏传感元件。
[0011] 加热元件例如构造成用于将压力传感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。
[0012] 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。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)。加热元件可例如被按压到在内部中的分层上或按压在陶瓷基底的表面上。
[0013] - 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、夹紧或焊接处于与壳体的构件的直接的接触中。
[0014] - 在壳体壁内部(位置D)。
[0015] - 在凝胶界限上(位置G),如果这样的凝胶界限在该实施方案中存在的话。加热元件还可集成到凝胶界限中。
[0016] 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。
[0017] 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,即其可产生且发射微波,利用所述微波可选地加热整个压力传感器、其各个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。
[0018] 加热元件的馈电可经由不同路径进行。在此,例如存在经由压力传感器的馈电进行馈电的可行性方案,或还存在附加的且独立于压力传感器的供电的变体方案。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。
[0019] 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和位置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。
[0020] 上文所描述的压力传感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。
[0021] 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传感器的方法。根据该方法,在压力传感器开始运行时加热元件被接通以用于加热压力传感器,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传感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。压力传感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
[0022] 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和其部件。
[0023] 图1以截面图显示了用于绝对压力测量的带有布置在陶瓷基底上的传感元件的压力传感器连同用于布置加热元件的不同位置。
[0024] 图2显示了用于相对压力测量的在陶瓷基底上的压力传感器的一种备选的实施方案的截面图,带有加热元件的不同位置及其可能的相对布置。
[0025] 图3显示了传感元件的示意性的截面图。

具体实施方式

[0026] 在图1中所显示的截面图显示了用于绝对压力测量的压力传感器DS的示意性结构。压力传感器具有包括壳体壁GW的壳体GH。在壳体内安置有陶瓷基底KS且在该陶瓷基底上布置有传感元件SE以及在凝胶界限GB内的凝胶填充物GF。传感元件以如下形式布置在陶瓷基底上,即压力仅可从一侧作用到传感元件的膜片上。这一侧是传感元件的以凝胶覆盖的上侧。凝胶填充物保护传感元件的压力敏感的膜片免受湿气。在壳体或壳体壁中的开口使得如下成为可能,即大气压力也在壳体的内部中出现且施加在凝胶处,该凝胶将压力传递到传感元件的膜片上。因为传感元件的背侧利用陶瓷基底封闭,所以实现绝对压力测量。
[0027] 此外,标明了针对一个或多个加热元件H尤其在位置A至G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),
- 在凝胶界限上(位置G)。
[0028] 在图2中所显示的截面图显示了用于相对压力测量的压力传感器的示意性结构。
[0029] 该压力传感器具有包括壳体壁GW的壳体GH。在壳体中固定有陶瓷基底KS和布置在该陶瓷基底上的传感元件SE。陶瓷基底KS具有通道DL。传感元件如此地布置在陶瓷基底上,即使得通道处在传感元件下方。引导压力的介质可通过该通道被引导到传感元件的下侧处。大气压力作为参考压力通过在壳体中的开口到达到传感元件的上侧处且因此使得相对压力测量成为可能。
[0030] 此外,标明了针对一个或多个加热元件H的可能的定位的、尤其加热元件在位置A至D处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)。
[0031] 图3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。与上侧相对而置地布置有传感元件的下侧US,在该下侧处存在至传感元件MS的膜片的介质通路MG。
[0032] 传感元件的在图1,2和3中所示出的形状仅是示例性的。其它的形状或材料同样可被用于设计传感元件或压力传感器。
[0033] 在图1、2和3中的所有图示是纯示意性的且不可得悉相应示出的构件的准确的尺寸比例。
[0034] 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
C 在壳体中的加热元件
D 在壳体壁中的加热元件
DL 通道
DS 压力传感器
DZ 压力供应部
G 在凝胶界限上的加热元件
GB 凝胶界限
GF 凝胶填充物
GH 壳体
GW 壳体壁
H 加热元件
KS 陶瓷基体
MG 介质通路
MS 传感元件的膜片
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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