具有防冻结的介质保护的压力传感器系统的制作方法

本发明涉及一种压力传感器系统，所述压力传感器系统被保护，以免受因冻结的介质引起的损坏。

背景技术：

为了测量水溶液例如水或尿素溶液中的压力，能够使用具有压阻式压力传感器元件的压力传感器系统。这样的压力传感器元件包括呈易弯曲的板形式的膜片。压力传感器元件耦联到流动通道上，使得介质，例如上述水溶液，流向膜片/易弯曲的板。根据介质的压力，易弯曲的板偏转。在压力传感器元件的连接接触部处能够根据介质的压力或易弯曲的板的弯曲来测量电阻变化。

在上述的压阻式压力传感器系统中，易弯曲的板或膜片能够构成为薄层。如果压力传感器系统处于冷环境中，那么存在与易弯曲的板/膜片耦联的流动通道中的介质冻结的风险。在此，必须防止冻结的介质爆裂或损坏薄的膜片层，使得可能会损坏压力传感器系统。

技术实现要素：

在本发明申请中，提出一种压力传感器系统，其中压力传感器系统的压力传感器元件被保护，以免受因冻结的介质引起的损坏。

具有防冻结的介质保护的压力传感器系统的一个实施方式在权利要求1中说明。

压力传感器系统包括具有易弯曲的板的压力传感器元件，其中压力传感器元件构成为压阻式传感器元件。压力传感器系统还包括载体元件，压力传感器元件设置在所述载体元件上。在载体元件中伸展有用于将介质输送至压力传感器元件的易弯曲的板的流动通道。流动通道具有至少一个子部段，所述子部段的纵向方向在压力传感器元件的易弯曲的板下方垂直伸展。因此，介质从流动通道的直接在易弯曲的板下方设置的子部段垂直地流向易弯曲的板。流动通道的所述至少一个子部段的通道横截面在流动通道的子部段内的任何部位处都不小于压力传感器元件的易弯曲的板的面积。

这意味着，流动通道的至少一个子部段在流动通道的子部段内的任何部位处都不具有侧凹。在通道的至少一个子部段中的任何部位处，狭窄部位，例如呈材料突出部形式，都不伸入到流动通道中，所述材料突出部在流动通道内位于压力传感器元件的易弯曲的板的投影面中。特别地，在流动通道中不存在支座，在冻结时膨胀的介质可能支撑在所述支座上。因此，流动通道不具有侧凹。

在介质冻结的情况下，由此无法在流动通道中构建用于将介质压向易弯曲的板压力。替代于此，流动通道成形为，使得在流动通道中由于介质的冻结而构建的压力相对于压力传感器元件沿着相反的方向，即远离压力传感器元件被导出。

流动通道的设置在压力传感器元件下方的至少一个子部段例如能够沿着纵向方向反向于压力传感器元件的易弯曲的板变宽，但是绝对不能变窄。重要的是，在流动通道的位于易弯曲的板下方的子部段中不存在材料突出部，所述材料突出部在流动通道的至少一个子部段的平面中平行于压力传感器元件的易弯曲的板/膜片的面。

根据进一步的实施方式，能够在流动通道的至少一个子部段的下方将可压缩的元件安装在载体元件的空腔中。当至少一个子部段中的介质垂直地在压力传感器元件的易弯曲的板下方冻结时，膨胀的介质压向可压缩的元件。可压缩的元件例如能够是闭孔泡沫，特别是硅树脂泡沫。可压缩的元件作用为冻结保护，并且由于其可压缩的特性防止在介质冻结时在结冰的情况下在流动通道的至少一个子部段下方产生固体拱柱。

为了在介质冻结的情况下最小化在易弯曲的板下方垂直地作用到压力传感器元件的易弯曲的板上的冰柱高度，在载体元件中能够经由成角度的流动通道进行介质输送。根据压力传感器系统的一个实施方案变型形式，介质输送通道的一部分能够位于压力传感器的壳体中。

所提出的压力传感器系统能够实现构件和工艺步骤的减少，其方式是：有意地弃用油填充系统并且尽管如此仍能够将压力传感器元件集成到冻结鲁棒的传感器系统中。另一个优点是，压力传感器系统的构造能够实现集成到对于汽车应用典型的壳体中。

附图说明

在下文中借助附图详细阐述本发明，所述附图示出本发明的实施例。附图示出：

图1以横截面图示出压力传感器系统的总视图；以及

图2示出图1的压力传感器系统的局部的放大的细节视图。

具体实施方式

借助图1和图2详细描述具有防冻结的介质保护的压力传感器系统1的不同部件。压力传感器系统1包括具有易弯曲的板或膜片11的压力传感器元件10。压力传感器元件10构成为压阻式传感器元件。在压力作用到弯曲板11上时，弯曲板发生变形，所述变形导致在压阻式电阻处的可测量的电阻变化。压力传感器系统还包括载体元件20，压力传感器元件10设置在所述载体元件上。

为了保证介质输送至传感器元件10并且尤其至易弯曲的板11，在载体元件20中伸展有流动通道30。流动通道30具有至少一个子部段31，所述子部段的纵向方向在易弯曲的板11下方垂直伸展。因此，在至少一个子部段31中流动的介质能够垂直地流向易弯曲的板11。压力传感器系统构造成，使得流动通道30的至少一个子部段31的通道横截面在该子部段31内的任何部位处都不小于易弯曲的板11的面积。

因此，在压敏元件10的区域中介质输送部的造型选择为，使得在流动通道30的子部段31中直到敏感的结构/弯曲板11都不存在侧凹。也就是说，在流动通道30的至少一个子部段31中的任何部位处都没有材料突出部伸入到流动通道中，所述材料突出部在流动通道内位于易弯曲的板11的投影面中。如借助图1和图2可看到，例如在流动通道30的至少一个子部段31中不存在材料突出部，所述材料突出部在流动通道的子部段31的一个部位处从流动通道的侧壁起与易弯曲的板11间隔开地延伸到流动通道中，更确切地说，在关于易弯曲的板的垂直投影中延伸直至到易弯曲的板下方。

在垂直地位于易弯曲的板11下方的流动通道的至少一个子部段31中，尤其不存在结构元件，所述结构元件作为侧凹伸入流动通道中。由此防止：在流动通道的子部段31内，垂直地在弯曲板11下方可能存在固体拱柱，冻结的介质在体积膨胀时可能支撑在所述固体拱柱上从而可能压向易弯曲的板11。由于流动通道30设计为不具有侧凹，因此能够防止冻结的介质损坏易弯曲的板11且可能从其底座处爆裂。

压力传感器系统具有空腔40，所述空腔具有第一区域41和连接于其的第二区域42。空腔的第一区域41和第二区域42在载体元件内伸展。空腔40在载体元件20内由载体元件20的内壁21围绕。根据在图1和图2中示出的压力传感器系统的实施方式，空腔的第一区域41朝向压力传感器元件10的易弯曲的板11成漏斗形渐缩。流动通道30的至少一个子部段31由空腔40的该第一区域41形成。因此，流动通道30的至少一个子部段31也朝向压力传感器元件的易弯曲的板11成漏斗形渐缩。空腔40的第二区域42替代于此柱形地构成。

空腔40的第一区域41和第二区域42的纵向方向在载体元件20中垂直于压力传感器元件10的易弯曲的板11的面延伸。如借助图1和图2可看到，在沿着空腔40的第一区域41的纵向方向的任何位置上空腔40的第一区域41的横截面至少与压力传感器元件10的易弯曲的板11的面积一样大。在沿着空腔40的第二区域42的纵向方向空腔40的第二区域42的任何位置上的横截面大于压力传感器元件10的易弯曲的板11的面积。空腔40由此从直接在弯曲板11下方的区域起朝向远离的区域越来越宽。

根据一个可行的实施方式，压力传感器系统1包括可压缩的元件50，所述可压缩的元件设置在空腔40的第二区域42中。可压缩的元件50构成为，在介质冻结时被介质压缩。可压缩的元件尤其能够构成为闭孔泡沫，例如构成为硅树脂泡沫。通过将可压缩的元件50集成到空腔40中，特别是集成到空腔40的第二区域42中，能够防止在介质冻结时在空腔40中或在流动通道30中的固体拱柱。

根据在图1和2中示出的压力传感器系统1的实施方式，可压缩的元件50构成为柱形的。可压缩的元件50在空腔40的第二区域42中设置在空腔的第一区域41下方。因此，通过可压缩的元件50形成敏感的元件10下方的区域的封闭件。特别地，可压缩的元件50能够中心地设置在空腔40的漏斗形的第一区域41下方或流动通道30的漏斗形的子部段31的下方。

空腔40的第二区域42的横截面大于空腔的漏斗形的第一区域41的开口的横截面。此外，可压缩的元件50的横截面至少与空腔40的漏斗形的第一区域41的开口的横截面一样大。具体地，在图1和图2中示出的压力传感器系统的实施方式中，可压缩的元件50的横截面大于空腔40的漏斗形的第一区域41的开口的横截面。因此，空腔40的第一区域41通过可压缩的元件50封闭。如借助图1和图2可进一步看到，可压缩的元件50的横截面小于空腔40的第二区域42的横截面。

流动通道30在载体元件20中具有至少一个另外的子部段32，所述另外的子部段连接于流动通道的所述至少一个子部段31。流动通道30的另外的子部段32位于可压缩的元件50尤其可压缩的元件50的外表面和载体元件20的内壁21之间，所述内壁对空腔40的第二区域42限界。由此，在空腔的区域42中，可压缩的元件50的外表面是介质输送通道30的侧向的封闭件。

因为流动通道在空腔的第二区域42中在载体元件20的内壁21和可压缩的元件50的外表面之间形成，所以在压力传感器系统中产生用于介质输送的成角度的通道。由此，在介质冻结的情况下，使压力传感器元件10下方的冰柱高度最小化。

压力传感器系统1还包括壳体60，压力传感器元件10和载体元件20设置在所述壳体中。流动通道30以及空腔40延伸到壳体60中。载体元件20到壳体60的连接能够经由径向的密封系统进行。在图1中示出的压力传感器系统的实施方式中，在载体元件20和压力传感器的壳体60之间存在密封元件70。密封元件70例如能够构成为o形环。

除了第一和第二区域41、42之外，空腔40还具有连接于空腔40的第二区域42的另一第三区域43。第三区域43由壳体60的内壁61围绕。可压缩的元件50具有第一部段51，所述第一部段设置在空腔40的第二区域42中。此外，可压缩的元件50具有第二部段52，所述第二部段设置在空腔40的第三部段43中。可压缩的元件50的第二部段52的横截面对应于可压缩的元件的第一部段51的横截面。因此，可压缩的元件构成为柱形的可压缩体，所述可压缩体设置在空腔40的第二区域42和第三区域43中。

可压缩的元件50的第二部段52的横截面小于空腔40的第三区域43的横截面。由此形成流动通道30的延伸到壳体60中的子部段33，所述子部段在可压缩的元件50的第二部段52尤其可压缩的元件的第二部段52的外表面和壳体60的内壁61之间伸展，所述内壁对空腔40的第三区域43限界。因此，流动通道30的子部段33也在壳体60中伸展。为了将介质导入流动通道30中，壳体60具有压力接头62。

通过将介质输送通道集成到传感器壳体60和载体元件20中，能够实现如下可压缩的元件50，其具有简单的造型，例如在2¹/2尺寸上具有在图1示出的柱形形状。载体元件20和壳体60的造型和设计选择为，使得可压缩的元件50在压力和温度范围内的典型的大的公差不会导致功能受到限制。

壳体60能够构成为塑料壳体。压力传感器元件10能够由硅形成。载体元件20优选具有陶瓷材料。通过使载体元件20的热膨胀系数匹配于压力传感器元件10的硅，能够弃用硅传感器元件10和陶瓷载体元件20之间的附加的玻璃配对体。由此，在传感器元件水平上不存在侧凹。压力传感器元件10能够通过机械固定的且耐介质的连接材料耦联到载体元件20上。特别地，压力传感器元件10能够通过玻璃焊料层80与载体元件20连接。通过使用玻璃含量，与金属焊料相反，能够弃用金属化载体元件20和压力传感器元件10。

根据一个可行的实施方式，压力传感器元件10的朝向流动通道30的至少一个子部段31的背侧能够具有钝化层90。通过传感器元件10的背侧的这种钝化，能够保护弯曲板11免受腐蚀性介质例如尿素溶液。

根据实施方式，压力传感器系统能够用于测量绝对压力或相对压力。在绝对压力测量中，所有压力都涉及压力参考值。这样的设计方式尤其在图2中示出。在图2中示出的实施方式中，在压力传感器元件10上，尤其在弯曲板11上方，设置有玻璃盖12。在易弯曲的板11和玻璃盖12之间是腔，在所述腔中存在参考压力，例如真空。

与绝对压力测量相反，在设计用于相对压力测量的压力传感器元件的情况下，省去了玻璃盖12。在相对压力测量中，相对于环境压力测量测量介质的压力。在这种情况下，压力传感器系统1构成为，使得大气压力从上方作用到易弯曲的板11上，而介质的压力从下方作用到易弯曲的板11上。

根据一个可行的实施方式，压力传感器系统1具有布线载体100，所述布线载体相对于载体元件20构成为单独的载体或构件体。压力传感器系统1包括信号转换器模块110，所述信号转换器模块用于评估由于介质的起作用的压力而导致的压力传感器元件的电阻变化。信号转换器模块110对温度特性进行放大、归一化和补偿。为了进行外部接触，压力传感器系统1包括接触元件120，所述接触元件设置在插塞壳体130中。

在图1和图2中示出的具有独立的载体元件20和布线载体100的压力传感器系统1的实施方式中，信号转换器模块110设置在布线载体100上。布线载体100设置在载体元件20上。载体元件20尤其伸入布线载体100中的留空部中。

特别地，在具有与载体元件20分开的布线载体100的实施方式中，在选择布线载体材料时获得很大的设计余地，因为布线载体不必由于在玻璃焊接过程中出现的高温而被引导。在适配的布线载体上使用不同的线路和信号转换器模块能够在不改变压力传感器系统的基本构造的情况下进行。特别地，具有流动通道30的载体元件20能够保持不变。

根据压力传感器系统1的另一实施方式，能够完全弃用独立的布线载体100。在该实施方式中，电器件，尤其信号转换器模块110，直接设置在载体元件20上并且经由引线键合连接电连接。

附图标记列表

1压力传感器系统

10压力传感器元件

11易弯曲的板

20载体元件

21载体元件的内壁

30流动通道

31、32、33流动通道的子部段

40空腔

41、42、43空腔的区域

50可压缩的元件

60壳体

70密封元件

80玻璃焊料层

90钝化层

100布线载体

110信号转换器模块

120接触元件

130插塞接头