专利名称：电容式压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明整体上涉及到对条件作出反应的传感器，尤其是对流体压力作出反应的电容式传感器。
背景技术：
在转让给本发明之受让人的美国专利4982351中公开了一种已知的对流体压力作出反应的电容式传感器，该专利的内容作为参考被引入到本文中，该电容式传感器包括一个电容式压力检测部件，该部件设置有一个薄型陶瓷隔膜，该隔膜以微小的间距、密封地覆盖的关系安装在一个陶瓷底座上，而且在隔膜的各个相对表面上还沉积有金属涂层，该底座被用作多个电容器极板，这些电容器极板彼此以预定的微小间距排列，从而形成一个电容器。与这些电容器极板相连接的检测元件之端子设置在检测元件底座的相对表面上，且一个与检测元件之端子相连接的信号调节电路被安装在该检测元件上。
一个由电绝缘材料制成的连接件主体被装配到该电路上并被固定到一个金属外壳上，该金属外壳具有一个腔体，检测元件就安装在该腔体内。该金属外壳设置有一个用来与需要监测的流体压力源相连接的端口，且一个柔性的O形圈支撑在该金属外壳内并围绕在该端口周围，同时检测元件被偏压到该O形圈上，从而形成流体密封并限定了一个流体接收凹槽，而且隔膜就暴露在位于凹槽内的流体中。在这种结构中，该隔膜可随着作用于隔膜上的压力的变化而移动，从而根据施加压力的变化来改变电容器的电容，而且使该电路提供一个与施加的压力相应的输出电信号。
如图1所示，电容式传感器已经被制造成形，在这种传感器结构中，金属外壳为一个带螺纹的端口部件，而且该端口部件具有一个有利于安装传感器的多边形(例如六边形)外表面结构。为形成DC绝缘，我们知道通过在一个从该电路伸出并安装在该连接件和位于端口部件上并被卷在该连接件上的那部分之间的凸舌上设置一个电轨道(electrical trace)的方式就可以利用选定的电容器14c(图3)将该端口部件与电源电连接在一起，从而与凸舌上的电轨道形成有效的电连接。频率较高的交流电(AC)从该端口部件流向电源，这样就使该端口部件的侧壁起到一个防电磁干扰(EMI)的屏蔽件的作用，其中端口部件的侧壁限定了一个安装有检测元件的腔体。
下面的内容也已经公开将金或类似材料涂覆到该隔膜的流体接收表面上并将其与上述电路电连接在一起，这一点可通过采用一个由导电材料制成的垫圈并将其安装在镀金检测表面和与该电路导电连接的上述端口部件之间而得以实现。这种连接可用于为流体的移动提供修正，这一点对于检测某些流体例如导电流体而言是必需的。
但是，某些类型的电噪音能够通过交流信号传导到调节电路内并产生一个无法预测的电压输出。例如，在某些重型卡车领域内，传感器单元之间的通讯是通过一个频率约为130KHz的电力线载体来实现的。存在于电路地线与端口部件之间且频率低于1MHz的交流电动势将使以多倍时钟频率(一般约为80kHz)进行操作的调节电路的ASIC产生输出电压波动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服现有技术中存在的上述问题的流体压力传感器。本发明的另一目的在于提供一种用于测定流体压力的电容式传感器，在该传感器中，形成了EMI(电磁干扰)屏蔽，在该传感器的电容式检测元件上为流体位移提供了镀金涂层导电通路，为调节电路提供了交流和直流的绝缘部件。
简言之，根据本发明，该传感器的电容式检测元件被安装在一个杯形导电部件内，该杯形导电部件设置有一个底壁和一个直立的壁，该底壁设置有一个流体接收通孔，该直立的壁具有一个自由远端，该自由远端被卷曲在该传感器的连接件的端部上。该杯形部件被安装在一个由电绝缘材料制成的套筒内，然后将被套装的杯形部件安装在一个端口部件的腔体内并通过绝缘套筒部件将位于端口部件上并构成腔体的壁的外部自由端卷起来而与端口部件连接在一起。根据本发明制成的压力传感器通过与调节电路电容连接的导电杯提供了EMI屏蔽并使该调节电路与端口部件之间保持交流和直流绝缘。如果需要，还可以借助于一个导电垫圈通过一个导电通路来提供流体位移修正，其中导电通路由一个设置在电容式检测元件的隔膜之外表面上的导电涂层引出，导电垫圈设置在隔膜和导电杯之间。
下面将参照附图通过对本发明最佳实施例的详细说明来理解本发明的改进型压力传感器的其它目的、优点和细节，其中附图图1为根据现有技术制成的一个电容式压力传感器的剖视图；图2为根据本发明一个优选实施例制成的电容式压力传感器的类似视图；图3为图2和3所示的传感器(分别为20和20′)的连接件和部分柔性电路板的透视图。
具体实施例方式
现参照附图，在图1中，附图标记10表示一个根据现有技术制成的电容式压力传感器，该传感器包括一个电容式压力检测元件12，该元件包括一个由氧化铝或类似材料制成的陶瓷底座12a和由类似材料制成的隔膜12b，该隔膜以微小的间隔被密封地覆盖在底座上。在底座和隔膜的相对内表面上设置有一个很薄的金属涂层(未示出)，其被用作电容器极板。多根导线(未示出)由该涂层向上穿过底座延伸，以与下述的调节电路14相连接。检测元件12被安装在一个腔体16d内，该腔体形成在端口部件内，例如由合适材料(象不锈钢)制成的六端口壳体(hexport housing)16。六端口壳体16设置有一个底座部分，该底座部分最好设置有呈六边形设置的平面状表面16a，以利于通过螺纹连接部分16b进行安装。流体接收通道或端口16c穿过连接部分16b向上延伸到由周向延伸的侧壁16e构成的腔体16d内。
垫圈18用于将检测元件12与腔体16d的底壁隔开，从而形成一个流体容纳腔室并形成一个密封部件。该垫圈18也由导电材料制成，从而形成一条由隔膜12b的导电外表面(例如镀金涂层)经外壳16至调节电路14之导电凸舌14a(见图3)的导电通路。壁16e的远端在16f处变窄，以便于通过卷边将其连接到连接件20上，而该连接件20也与凸舌14a电连接。由检测元件12的流体接收表面至调节电路的导电通路能够对所谓的“流体位移”现象进行修正，这种流体位移现象是在对某些流体进行检测时出现的。即，那些能够产生寄生电容的导电流体，这种寄生电容将会影响到输出电压。
连接件20由合适的电绝缘材料制成，而且包括有一个底座部分20a，该底座部分设置有一个凹槽20b，该凹槽用于容纳传统的调节用电子设备14，如上所述。连接件20将传感器端子22安装到位，图中示出了其中的两个端子，这样就可以将其与调节用电子设备14连接在一起。如上所述，变窄的壁部分16f通过卷曲被固定到连接件之底座20a的外周部分上，从而完成该传感器的装配工作。
尽管电容式压力传感器10可以很有效地应用到许多领域内，但是仍然会由于在电路地线与六口壳体之间存在一定的交流电动势而出现问题。例如，就用于图1所示的传感器中的一种调节电路的ASIC14b(图3)而言，在若干倍ASIC的时钟频率(约为80KHz)下就会产生不可预测的输出电压波动。例如，这种交流电动势还可能出现在卡车的底盘内，在卡车底盘内，电流在安装在该底盘上的多个单元之间进行流动。
参照图2，根据本发明制成的电容式压力传感器10′包括一个由导电材料(例如黄铜或钢)制成的内置式EMC屏蔽件24。该屏蔽件24整体呈杯形，而且其具有一个底壁和一个由该底壁伸出的周向侧壁，该屏蔽件的尺寸允许其紧密装配在腔体16d′内，而该腔体是由六端口外壳16′的侧壁16e′形成的。在底壁内设置有一个流体接收孔24a，一个由合适的弹性体材料制成的环形密封垫26安装在屏蔽件24的底壁之顶部上并靠近其侧壁。
电容式检测元件12、用于调节电子设备14的电路板和垫圈26安装在该杯形屏蔽件24内，同时连接件20′的底座20a′与屏蔽件24的侧壁之自由远端通过卷边安装在该底座20a′的一个凸缘部分上。
由电绝缘材料制成、最好由高温聚合物(例如特氟隆)制成的套筒28被装配到该杯形屏蔽件24周围，然后，该组件又被装配到六端口外壳的腔体16d′内，而且该组件通过套筒28及O形圈30与外壳电绝缘，其中O形圈设置在腔体的底壁上，例如设置在一个环形槽16f内，该O形圈还被用作一个流体密封部件。套筒28最好也设置有一个位于套筒底部并沿径向向里延伸的部分28a，以保证该杯形屏蔽件能够与限定上述腔体的底壁电绝缘。侧壁16e′的上部自由端被向里弯折到上述已卷边的杯形屏蔽件上方，从而通过这种已卷边的杯形屏蔽件和套筒24的上部形成了一个与连接件底座20a′相连接的辅助性卷边连接，该连接具有足够长度以确保壁24的卷边部分与六端口外壳之壁16e′的卷边部分相互电绝缘。如图1中的结构所示，六端口外壳16′最好设置有一个六边形的外部结构16a′、一个带螺纹的连接部分16b′和侧壁16e′，其中该侧壁16e′构成了腔体16d′。
对于参照图1的传感器而言，如果需要，传感器10′可包括一个流体位移修正特征。该电容式检测元件12可设置有一个由金或类似材料构成的并位于隔膜12b之外表面上的导电层，垫圈26可由导电材料制成，例如由加有聚合物的银构成，以用于通过导电垫圈26将元件12上的导电层与屏蔽件24电连接在一起。一旦该杯形屏蔽件被卷折到连接件的底座20a′上，那么该屏蔽件24就可通过凸舌14a与调节电路14相连接。这种连接还通过电容器14c(图3)将屏蔽件24与电路14(以电容方式)连接在一起，从而使该屏蔽件起到EMC屏蔽的作用；但是，如上所述，套筒28在调节电路14与六端口外壳16′之间形成了交流和直流绝缘。
这样，根据本发明制成的电容式压力传感器就能够将调节电路与安装有传感器的支架从交流和直流方面加以隔开，同时还允许采用机器人进行高强度的金属端口装配并提供EMI屏蔽和流体位移修正功能。
应该理解尽管已接合特定的最佳实施例对本发明作出了说明，但是本发明包括所有落入所附权利要求书范围内的修改和等同替换。
权利要求
1.一种流体压力传感器，其包括一个设置有一第一表面的电容式压力检测元件，该第一表面将暴露在流体压力源中，从而提供一个随着所施加的流体压力的变化而变化的电容值；用于将电容值转换成输出电压信号的调节电路；一个电绝缘连接件和多个传感器端子，该连接件将这些连接用端子安装到调节电路上，该连接件设置有一个凸起部分，该凸起部分形成了一个电路腔体，而调节电路就设置在该腔体内；一个导电的杯形部件，该杯形部件设置有一个底壁和一个从该底壁延伸至一自由端部的周向侧壁，该底壁设置有一个流体接收孔，该压力检测元件和连接件的凸起部分被安装在该杯形部件内，同时该周向壁的自由端部通过卷曲装配到该凸起部分上，该杯形部件与调节电路电连接；一个电绝缘套筒，所述杯形部件就安装在该套筒内；以及一个具有第一端和第二端的金属外壳，第一端设置有一个周壁，该周壁具有一个自由远端部分，该外壳的壁形成了一个腔体，该外壳的连接部分设置有一个从该第二端至所述腔体延伸的流体通道；该杯形部件、连接件的凸起部分和绝缘套筒被安装在该外壳的腔体内，同时该外壳壁的自由远端部分通过卷曲装配在凸起部分上并通过电绝缘套筒与外壳绝缘。
2.根据权利要求1的流体压力传感器，其特征在于所述外壳的腔体设置有一个底壁，所述套筒在该外壳的至少部分底壁和杯形部件之间延伸。
3.根据权利要求1的流体压力传感器，其特征在于，还包括一个电路基片，所述调节电路被安装在该电路基片上，该基片设置有一个凸舌，该凸舌包括一个从调节电路延伸出来的导电轨道，该凸舌的至少一部分设置在连接件的凸起部分和杯形部件的卷边部分之间，以使调节电路的导电轨道与杯形部件导电连接。
4.根据权利要求1的流体压力传感器，其特征在于，还包括一个环形垫圈，该垫圈设置在杯形部件的底壁和电容性压力检测元件的第一表面之间。
5.根据权利要求4的流体压力传感器，其特征在于所述垫圈是导电的。
6.根据权利要求1的流体压力传感器，其特征在于所述外壳的腔体设置有一个底壁，而且还包括一个容纳在外壳的底壁上并位于该外壳的底壁与杯形部件之间的O形圈。
全文摘要
一种电容式压力传感器(10′)设置有一个检测元件(12)，该检测元件被安装在一个导电的杯形屏蔽部件(24)内，而该杯形屏蔽部件通过卷曲装配到电连接件(20′)的底座上。一个调节电路(14)被安装在一个位于传感器元件和连接件之间的电路空腔内并设置有一个凸舌，该凸舌安装有一个用于将屏蔽部件与电路导电连接在一起的导电轨道。该屏蔽部件安装在一个电绝缘套筒(28)内，而该套筒被安装在一个位于高强度六端口金属外壳中的腔体内，从而使该屏蔽部件与该六端口外壳绝缘。一个设置在检测元件(12)和屏蔽部件的底壁之间的垫圈(26)可由导电材料制成，从而形成一个导电通路，该导电通路将一个设置在检测元件之压力检测表面上的导电涂层与调节电路导电连接在一起，以进行流体位移修正。
文档编号G01L19/14GK1614375SQ20041008835
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月3日 优先权日2003年11月3日
发明者斯蒂芬·P·格林 申请人:得州仪器公司