用于检测在通道中流动的流体介质的压强和温度的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测在通道中流动的流体介质的压强和温度的装置，该装置包括压力传感器元件、具有温度传感器元件的温度传感器以及壳体，所述壳体具有管接头，所述管接头可引导到导入装置中的通道中，所述管接头具有内腔，所述内腔具有开口，所述内腔通过所述开口能经受所述流体介质；并且所述装置具有载体基底，所述压力传感器元件与所述载体基底电气和机械连接。为了提高温度传感器的寿命并且为了实现尽可能精确的温度检测，在此设定，所述载体基底基本上平行于所述导入装置在所述管接头的内腔中设置，所述内腔沿所述导入装置延伸，并且所述温度传感器与所述载体基底电气和机械连接。
【专利说明】用于检测在通道中流动的流体介质的压强和温度的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有独立权利要求的特征的用于检测在通道中、例如在内燃机的吸入管中流动的流体介质的压强和温度的装置。
【背景技术】
[0002]由文献DE19731420A1已知一种用于检测在在内燃机的吸入管中的压强和温度的装置。该装置具有可插入到吸入管中的管接头。在该管接头中插入拥有检测温度的温度传感器。该温度传感器由温度传感器元件和金属导线组成，它们导入到该装置的内部中并且在那儿电气接触和机械夹紧。
[0003]这样的装置在运行中经受各种热和机械负荷。温度传感器具有在金属导线上固定的温度传感器元件，其经受吸入管中的流体介质的流动。金属导线在装置的背向流体介质的端部上与插接触点接触。在这样的装置中可以在高流速的情况下导致温度传感器的不利的振动激励，其中整个金属导线处于振动中。
【发明内容】
[0004]按照本发明，提出一种用于检测在通道中流动的流体介质的压强和温度的装置。按照本发明的装置包括以下元件:压力传感器元件、具有温度传感器元件的温度传感器以及壳体。所述壳体具有管接头，其中所述管接头可引导到导入装置中的通道中，其中所述管接头具有内腔，其中所述内腔具有开口，所述内腔通过所述开口能经受所述流体介质。所述装置还包括载体基底，其中所述压力传感器元件与所述载体基底电气和机械连接。按照本发明，所述载体基底基本上平行于所述导入装置在所述管接头的内腔中设置，其中所述内腔沿所述导入装置延伸。此外按照本发明，所述温度传感器与所述载体基底电气和机械连接。
[0005]相比于现有技术，按照本发明用于检测在通道中流动的流体介质的压强和温度的装置具有的优点在于，载体基底连同压力传感器能特别节省空间并且简单地在该装置中装配。再者通过载体基底在管接头的内腔中的设置和温度传感器在载体基底上的装配大幅改善温度传感器的坚固性，因为通过温度传感器在载体基底上的装配抑制或甚至完全避免温度传感器的流动感应的振动激励，由此大幅降低在载体基底上温度传感器的电气和/或机械连接断开的风险。通过载体基底在管接头的内腔中沿着导入装置设置，可以特别有利地模块化地构成该装置。通过这种方式可以对于对装置的不同要求将载体基底的不同的构造上的实施方案引入到相同的管接头。由此可以对于装置的不同变型节省大幅的构造和制造成本。
[0006]本发明的有利的设计和改进通过在从属权利要求中提出的特征实现。
[0007]通过所述壳体具有插头件，并且所述载体基底板形地设计并且具有背向所述插头件的第一载体基底端部，其中所述温度传感器在所述第一载体基底端部上固定，实现了温度传感器与装置的特别稳定和持久的连接。因为通过温度传感器在第一载体基底端部上的连接特别有利地确保，温度传感器以尽可能短的电气和机械连接连接到载体基底。温度传感器的连接长度或者在布线的温度传感器的情况下金属导线与载体基底的长度越短，那么温度传感器的自谐振频率或金属导线的自谐振频率越高。自谐振频率越高，那么在高流速下导致温度传感器或金属导线的振动激励的风险越小，该振动激励与温度传感器或金属导线的自谐振频率一致。由此有利地降低了温度传感器或金属导线的机械负荷以及温度传感器或金属导线与载体基底的连接的紧接着的断开的风险。
[0008]本发明有利的改进设定，温度传感器的温度传感器元件在第一载体基底端部上设置并且与载体基底机械连接。由此有利地促成了，作为原来的温度传感器用于检测温度的温度传感器元件构成为相对于流动感应的振动激励特别是不敏感的。除此之外，通过本发明的这样的改进该装置的制造是特别低成本的，因为在此用作压力检测单元的压力传感器和用作温度检测单元的温度传感器能集成到相同的载体基底上并且如此能够省去在装置中或在载体基底上温度传感器的高成本和分开的装配。
[0009]通过载体基底在压力传感器元件与温度传感器元件之间具有载体基底开口，有利地促成了，优选在载体基底上设置的温度传感器元件具有对温度变化的特别短的响应时间，因为这样的载体基底开口一方面实现了通过流体介质温度传感器元件特别好的环流并由此特别好的温度耦合，另一方面通过载体基底开口温度传感器元件特别好地与载体基底的热质量分离。由此通过温度传感器的温度传感器元件特别灵敏的、快速的并且敏感的温度检测是可能的。
[0010]本装置的一种改进设定，管接头在其分配给流体介质的端部上具有温度检测部分，所述温度检测部分连接到所述内腔，其中温度传感器的温度传感器元件通过内腔的开口突入到温度检测部分中，其中管接头的外壁在温度检测部分中如此设计具有多个特别是缝隙形状的壁开口，使得温度传感器的温度传感器元件能经受流动的流体介质。由此有利地促成了，温度传感器元件可以特别快速地对流动的流体介质中的温度变化做出反应并且如此能特别敏感并且可靠地执行温度检测。在此特别有利的是，通过管接头的外壁可靠地保护温度传感器元件免于机械影响，例如免于在运输、处理或装配时的接触。通过这种方式避免温度传感器元件的不期望的损坏。
[0011]通过载体基底在内腔中最高延伸直至内腔的开口，有利地实现了，载体基底未直接经受流体介质的流动，由此降低了载体基底的损坏的风险。
[0012]通过载体基底在管接头的内腔中借助于力锁合或材料锁合连接在内腔的内壁上固定，有利地促成了，载体基底可靠地在管接头的内腔中固定。除此之外，在管接头的内腔中的这样的固定允许可以特别简单地模块化地构成该装置，因为管接头可以通过该方式连同载体基底形成一个模块化的单元，该单元可以与另外的元件组合为装置的不同实施形式。
[0013]该装置的一种改进设定，插头件具有至少一个插接触点，其中所述至少一个插接触点在第一插接触点端部上与载体基底电气接触，并且其中所述至少一个插接触点在第二插接触点端部上能与对应插头电气接触。通过该改进有利地促成了，该装置特别简单地借助于对应插头能与控制装置或分析处理单元电气连接。通过这种方式该装置能用于多种应用。
[0014]本发明的一种改进设定，载体基底具有背向第一载体基底端部的、具有至少一个用于电气接触的连接件的第二载体基底端部，其中所述至少一个连接件借助于来自以下组中的至少一种连接类型与插接触点的第一插接触点端部接触，所述组包括卡锁连接、夹紧连接、绝缘位移连接、弹性元件连接、粘接。由此有利地促成了，载体基底能特别简单地、低成本地并且可靠地与插头件的插接触点电气接触。因为通过该连接能省去借助于压焊、焊接或钎焊的高成本的电气连接。特别有利地由此能省去因为热接触方法载体基底的热负荷。
[0015]本发明的一种改进设定，压力传感器元件和/或温度传感器借助于钝化层、特别是凝胶覆盖。由此有利地实现了，持久地保护温度传感器元件和/或温度传感器免于由于位于在流体介质中的湿气和/或微粒的损害或损坏。特别有利地通过钝化层保护压力传感器元件和/或温度传感器免于由于与位于在流体介质中的盐酸、硫酸或硝酸的接触的腐蚀侵蚀。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]在附图中示出并且在以下的描述中进一步阐明了本发明的实施形式。
[0017]附图示出:
[0018]图1a:载体基底的第一实施形式的俯视图，该载体基底能用在按照本发明的装置中；
[0019]图1b:具有图1a中的载体基底的按照本发明的装置的第一实施形式的第一实施例的横截面；
[0020]图1c:所述第一实施形式的第二实施例的透视图；
[0021]图2a:载体基底的第二实施形式的俯视图，该载体基底能在按照本发明的装置中应用；
[0022]图2b:具有图2a中的载体基底的按照本发明的装置的第二实施形式的第一实施例的横截面；
[0023]图2c:所述第二实施形式的第二实施例的透视图。
【具体实施方式】
[0024]图1a示出了用于在装置100的第一实施形式的在图1b中示出的第一实施例的管接头210的内腔214中固定的载体基底300，该装置用于检测在通道中流动的流体介质的压强(P)和温度(T)。载体基底300优选构成为印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路板或陶瓷。特别优选地构成为印刷电路板的载体基底300由印刷电路板材料FR4或更好的材料制造。
[0025]在载体基底300上设有集成电路310，例如专用集成电路(ASIC)。集成电路310借助于电气连接元件344、例如借助于焊线与接触元件340例如载体基底300的焊盘接触。此外在载体基底300上设有压力传感器元件320，其同样通过电气连接元件344与载体基底的接触元件340电气接触。集成电路310和压力传感器元件320可以例如通过粘合连接与载体基底300机械连接。而且集成电路310和/或压力传感器元件320的倒装芯片装配是可能的。
[0026]在这里未示出的实施形式中集成电路310嵌入到构成为印刷电路板(PCB)的载体基底300中。由此载体基底300是能特别节省空间并且紧凑地制造。除此之外，这样嵌入的集成电子电路特别是ASIC被特别好地保护免于机械和化学(腐蚀)损坏，由此提高可靠性和坚固性。
[0027]载体基底300此外具有第一载体基底端部302，其在装置100中装配的状态下分配给流体介质。在该第一载体基底端部302上在示出的实施例中设有具有温度传感器元件332的温度传感器330。优选地，温度传感器330、332是未布线的标准温度传感器(例如SMD-NTC或温度二极管)。在温度传感器330与压力传感器元件320之间在载体基底300中设有载体基底开口 308。通过载体基底开口 308温度传感器330与载体基底300热分离。由此通过载体基底300的热质量大幅减小温度传感器330和温度传感器元件332的影响，并且大幅缩短温度传感器330对温度变化的响应时间。除此之外载体基底开口 308确保了通过流体介质温度传感器330的好的环流。此外通过载体基底开口 308尽可能小地保持通过位于在流动中的载体基底300流体介质的流通的阻止。
[0028]载体基底300优选板形地构成并且在其背向第一载体基底端部302的第二载体基底端部304上具有连接件360，基底300通过连接件载体是能电气接触的。在载体基底300的内部中或在其表面上电气导体电路348经过，如在图1b中所示。在载体基底300的内部中经过的电气导体电路348经由通道346与接触元件340和载体基底300的连接件360电气连接。特别优选地，集成电路310和/或压力传感器元件320和/或具有温度传感器元件332的温度传感器330由钝化层350覆盖。钝化层350在此例如构成为凝胶层。通过钝化层350有效地保护由该钝化层覆盖的各元件免于湿气、由于冰冻的机械压力、流体介质中的腐蚀性的介质以及免于颗粒衬垫。
[0029]载体基底300在其表面上此外具有密封斜撑区域352，其在装配状态下与在图1b中示出的管接头210的密封斜撑234接触，如在下面还将进一步阐明。
[0030]图1b在横截面中示出了按照本发明的装置100的第一实施例。装置100具有壳体200，其包括管接头210和插头件220。管接头210在其内部中构成内腔214，其中内腔214由内腔壁213限制。此外管接头210在其外壁217上具有优选环绕的凹槽211，其中能固定密封机构232、优选O形环233。
[0031]管接头210在导入装置中能如此插入到通道中，流体介质在该通道中流动，使得密封机构232有效阻止流体介质从在管接头的外壁217与在此未示出的通道之间的通道流出。
[0032]管接头210的内腔214具有开口 216，通过该开口内腔214能经受流体介质。由此在内腔214中存在流体介质的压强(p)。此外管接头210在其分配给流体介质的端部上具有温度检测部分215，其连接到内腔214。在温度检测部分215中管接头210的外壁217具有多个壁开口 219 (在图1c中示出)，其中壁开口 219例如以缝隙形状设计。通过在温度检测部分215中引入到管接头210的外壁217中的壁开口 219外壁217优选构成肋结构218。然而也可以构成网格结构。在温度检测部分215中如此构成的外壁217是一种类型的用于温度传感器元件332和突入到温度检测部分215中的载体基底300的保护外罩。通过该保护外罩一方面保护温度传感器元件332免于例如在运输时、在包装时或在装配时不期望的接触，另一方面简化了在装配时将装置导入到通道中。此外温度传感器元件332可以直接由流动的流体介质环流。
[0033]在管接头210的内腔214中固定载体基底300，优选通过在内腔214的内腔壁213上的粘合连接或夹紧连接。在示出的实施例中，载体基底300借助于粘合层270如此粘接在内腔214的内腔壁213上，使得在第一载体基底端部302上设置的温度传感器元件332在温度检测部分215中可以由流体介质环流。
[0034]在管接头210的背向流体介质的端部上设有壳体200的插头件220。插头件220具有至少一个插接触点222，其中该至少一个插接触点222在第一插接触点端部224上与载体基底300电气接触，并且其中该至少一个插接触点242在第二插接触点端部226上与对应插头500能电气接触。对应插头500例如属于控制装置并且借助于电气连接线502连接到该控制装置。在图1b中通过箭头标明，对应插头500如何放置到插头件220上并且能与第二插接触点端部226接触。
[0035]第一插接触点端部224在示出的实施例中构成为接触弹性件250，其在装配状态下被相对于载体基底300的所属的连接件360挤压。借助于接触弹性件250的弹力确保在接触弹性件250与载体基底300的连接件360之间的持久的机械和电气接触。
[0036]特别优选地，板形的载体基底300基本上与至少一个插接触点222的第一插接触点端部224垂直地设置。由此可以例如通过接触弹性件250实现了在插接触点222与载体基底的连接件360之间的特别好的接触。
[0037]在管接头210上设置的密封斜撑234连同载体基底300的密封斜撑区域352和在密封斜撑234的背向流体介质的侧上施加的钝化层350可靠地确保了，位于在内腔214中的流体介质不可以到达载体基底300的连接件360。
[0038]图1c示出了本发明的第一实施形式的另一实施例。在该示出的实施例中，载体基底300远远地导入到温度检测部分215中。在载体基底300的第一载体基底端部302上机械和电气固定温度传感器330的温度传感器元件332。载体基底开口 308由温度检测部分215延伸通过开口 216直至内腔214中。在温度检测部分215中管接头210的外壁217的构成作为肋结构218示出，其中各个肋通过缝隙形的壁开口 219相互分离。
[0039]在载体基底300上设置的压力传感器元件320由环形的框架包围，该框架填充以作为钝化层350作用的凝胶。凝胶在此完全覆盖压力传感器元件320。
[0040]图2a示出了载体基底300，其在本发明的第二实施形式的在图2b中示出的第一实施例中固定。载体基底300具有集成电路310和压力传感器元件320。温度传感器330在示出的实施形式中构成为布线的温度传感器330。温度传感器330在此具有电气金属导线331和与金属导线331连接的温度传感器元件332。温度传感器330借助于金属导线331的背向温度传感器元件332的侧与第一载体基底端部302电气和机械连接。通过温度传感器元件332经由金属导线331连接到载体基底300温度传感器元件332特别好地与载体基底300热分离。为了抑制由于在温度传感器330上沿着流动的流体介质载体基底300的振动激励，温度传感器330的温度传感器元件332优选与载体基底300的第一载体基底端部302间隔最闻I厘米。
[0041 ] 载体基底300在其第二载体基底端部304上具有连接件360，这些连接件适用于卡锁连接和/或夹紧连接和/或绝缘位移连接。为此将连接件360设计为空隙，该空隙根据在其中贴靠的插接触点端部224的形状具有例如u形或矩形的轮廓361或V形的轮廓362或梯形的轮廓363。在示出的实施例中，示出了在相同载体基底300上的连接件360的不同的轮廓形状。作为连接件360作用的空隙为了优化的电气接触设有金属层365，特别优选地金属层365由铜、银或金组成。
[0042]图2b示出了装置100的第二实施形式的第一实施例。载体基底300固定在管接头210的内腔214中。第一载体基底端部302完全位于在内腔214中并且不突出内腔214的开口 216。由此保护压力传感器元件320免于随着流动的介质运输的污物。温度传感器330由第一载体基底端部302通过内腔214的开口 216如此突入到温度检测部分215中，使得温度传感器元件332能由流体介质环绕。
[0043]载体基底300以其第二载体基底端部304突入到插头件220中。载体基底300的连接件360在插头件220中分别例如通过压入与分别一个插接触点222的第一插接触点端部224机械和电气接触。插接触点222在其第二插接触点端部226上能与可放置到插头件220上的对应插头电气接触。
[0044]在图2b中示出了具有连接线502的对应插头500。对应插头500适合插到第二插接触点端部226上并且与之电气接触。
[0045]图2c示出了本发明的第二实施形式的第二实施例。在该实施例中在载体基底300上设置仅仅一个压力传感器元件320。压力传感器元件320由环形的框架322包围，该框架如此填充以作为钝化层350作用的凝胶，压力传感器元件320被完全覆盖。
[0046]通过装置100的按照本发明的实施方案可以模块化地构成壳体200并且根据功能分为:机械区域和传感器区域。在此第二载体基底端部304在机械区域中设置，其中实现了在插接触点222与连接件360之间的电气接触。内腔214和温度检测部分215形成传感器区域。机械区域和传感器区域通过密封斜撑234和载体基底300的密封斜撑区域352相互密封和相互分离。通过本发明可以在布线的温度传感器330中相对于现有技术大幅缩短金属导线331，这导致金属导线331的显著的共振频率升高。在一个相应于本发明的第一实施形式的装置100 (图1a至Ic)中甚至完全省去布线的温度传感器330。通过本发明可以将管接头210构成为标准构件，在其内腔214中实现压力供应。载体基底300的几何结构和构造设计根据应用目的与构成为标准件的管接头210的尺寸匹配，由此可以大幅节省制造成本。插头件220与管接头210连接为一个统一和密封的壳体200可以通过粘接、焊接(例如激光焊接和/或超声波焊接)或通过力锁合或通过形锁合连接构成。
[0047]本发明特别优选地适用于检测在内燃机的吸入管中或在内燃机的排气系统中的压力(P)和温度(T)。而且在空调装置或涡轮机的流通通道中的应用也是可以考虑的。
【权利要求】
1.用于检测在通道中流动的流体介质的压强(P)和温度(T)的装置，该装置包括压力传感器元件(320)、具有温度传感器元件(332)的温度传感器(330)以及壳体(200)，所述壳体具有管接头(210)，其中所述管接头(210)可引导到导入装置中的通道中，其中所述管接头(210)具有内腔(214)，其中所述内腔(214)具有开口(216)，所述内腔(214)通过所述开口能经受所述流体介质；并且所述装置具有载体基底(300)，其中所述压力传感器元件(320)与所述载体基底(300)电气和机械连接，其特征在于，所述载体基底(300)基本上平行于所述导入装置在所述管接头(210)的内腔(214)中设置，其中所述内腔(214)沿所述导入装置延伸，并且所述温度传感器(330)与所述载体基底(300)电气和机械连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体具有插头件(220)，并且所述载体基底(300)板形地设计并且具有背向所述插头件(220)的第一载体基底端部(302)，其中所述温度传感器(330)在所述第一载体基底端部(302)上固定。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，温度传感器(330)的温度传感器元件(332)在第一载体基底端部(302)上设置并且与载体基底(300)机械连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，载体基底(300)在压力传感器元件(320)与温度传感器元件(332)之间具有载体基底开口(308)。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，管接头(210)在其分配给流体介质的端部上具有温度检测部分(215)，所述温度检测部分连接到所述内腔(214)上，其中温度传感器(330)的温度传感器元件(230)通过内腔(214)的开口(216)突入到温度检测部分(215)中，其中管接头(210)的外壁(217)在温度检测部分(215)中如此设计有多个特别是缝隙形状的壁开口(219)，使得温度传感器(330)的温度传感器元件(332)能经受流动的流体介质。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，载体基底(300)在内腔(214)中最高延伸直至内腔(214)的开口(216)。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，载体基底(300)在管接头(210)的内腔(214)中借助于力锁合或材料锁合连接在内腔(214)的内壁(213)上固定。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，插头件(220)具有至少一个插接触点(222)，其中所述至少一个插接触点(222)在第一插接触点端部(224)上与载体基底(300)电气接触，并且其中所述至少一个插接触点(222)在第二插接触点端部(226)上能与对应插头电气接触。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，载体基底(300)具有背向第一载体基底端部(302)的、具有至少一个用于电气接触的连接件(360)的第二载体基底端部(304)，其中所述至少一个连接件(360)借助于来自以下组中的至少一种连接类型与插接触点(222)的第一插接触点端部(224)接触，所述组包括卡锁连接、夹紧连接、绝缘位移连接、弹性元件连接、粘接。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，压力传感器元件(320)和/或温度传感器(330)借助于钝化层(350)特别是凝胶覆盖。
【文档编号】G01D21/02GK104165722SQ201410200472
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2013年5月16日
【发明者】R·凯泽, A·勒克斯, M·赖因哈德, C·格梅林, R·赫尔曼, P·帕茨纳 申请人:罗伯特·博世有限公司