用于确定压力的装置及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定压力的装置及其制造方法。所述装置构造有：具有空腔和第一密封结构的壳体；具有第二密封结构的传感器装置，第二密封结构与第一密封结构处于配合，使得所述空腔的口部可通过所述传感器装置封闭，其中，所述传感器装置构造成用于确定加载所述空腔的压力；以及密封装置，其至少部分布置在所述空腔中且构造成用于通过将挤压力施加到所述传感器装置上而使所述第二密封结构压紧到所述第一密封结构上。
【专利说明】
用于确定压力的装置及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于确定压力的装置及一种制造用于确定压力的装置用的方法。本发明尤其涉及一种压力传感器、优选高压传感器，其具有自密封的构造技术和连接技术。“高压传感器”尤其应理解为设计成用于确定2000巴以上、优选2500巴以上、特别优选3000巴以上的压力的传感器，其中，所述高压传感器有利地不被损坏。I巴相当于100000帕斯卡。
【背景技术】
[0002]在液压中以及在过程技术的许多领域中，压力传感器、即用于确定压力(尤其是大于50巴的压力)的装置起着重要作用。特别是在汽车构造中会在各种不同的系统中使用这类装置，例如在燃料直喷装置和行驶动态调节装置中。一般在这里使用所谓的压阻式高压传感器，其具有特别精确和稳健的性能以及能用相对低的费用制造。
[0003]在压阻式压力传感器中，在合适地设计的钢膜片上存在对伸长敏感的电阻，这些电阻用于连接成惠斯通电桥。施加在所述钢膜片上的待确定压力引起该钢膜片变形。因此可能造成所述钢膜片表面上的电阻的材料伸长。所述电阻在此这样布置，使得伸长或收缩能被感测。所引起的惠斯通电桥(也称作电阻电桥)失调在所述钢膜片小的膜片偏转的情况下与所给出的压力成比例并能通过合适的电子装置进行分析处理。
[0004]在DE 10 2009 025 486 Al中描述了一种两部分式压力传感器，它的两个部分借助于焊缝彼此固定。第一部分是具有外螺纹的壳体，所述外螺纹不与待确定其压力的流体接触。第二部分具有测量区段，该测量区段的由待确定压力引起的变形被测量并被分析处理以确定该待确定压力。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种具有权利要求1特征的装置和一种具有权利要求8特征的用于制造装置的方法。
[0006]与此相应地，本发明提供一种用于确定压力的装置，其包括:具有空腔和第一密封结构的壳体;具有第二密封结构的传感器装置，第二密封结构与第一密封结构这样处于配合，使得借助于所述第一密封结构和所述第二密封结构，所述空腔的口部能通过所述传感器装置来封闭，其中，所述空腔被加载以待确定压力，所述传感器装置构造成用于确定所述待确定压力；以及密封装置，其至少部分、优选完全布置在所述空腔中并且构造成用于通过将挤压力施加到所述传感器装置上而使第二密封结构压紧到所述第一密封结构上。
[0007]所述待确定压力尤其是可导入到所述空腔中的流体的压力，所述流体被加载以该待确定压力，由此所述空腔也被加载以该待确定压力。所述装置的壳体也可被称作压力接管。所述密封装置和所述传感器装置可被称为接合配对件。所述空腔的口部应理解为从所述空腔到所述装置的外侧上的通流连接部。通流连接部应理解为可接收流体以从一个位置到达另一个位置的路径。
[0008]此外，通过本发明提供一种制造用于确定压力的装置用的方法，该方法包括如下步骤:构造具有空腔和第一密封结构的壳体;构造具有第二密封结构的传感器装置;将所述传感器装置这样引入到所述空腔中，使得通过所述传感器装置可封闭或已封闭所述空腔的口部;将具有第二密封结构的密封装置至少部分、优选完全布置在所述空腔中，使得所述密封装置通过将挤压力施加到所述传感器装置上而使第二密封结构压紧到第一密封结构上。
[0009]本发明基于以下认知:由多个部件组成的压力传感器的制造有利地使得各个部件能够分开地且也在所需要的制造耗费方面优化地生产。此外，所制造的各个部件能够被这样相互连接或是这样相互连接的，使得确定压力的部件的那个变形最小化。高压传感器常常要求例如约0.5%FS(满刻度;英语:Full Scale)的新部件精度。为了达到这种精度，有利的是，在接合所述压力传感器的各个部件时不会出现压力传感器、即所述用于确定压力的装置的零信号的偏移。此外特别有利的是，根据本发明的装置是自密封的，即施加给所述空腔的压力越高，传感器装置将所述空腔的口部封闭得越紧密。
[0010]此外，根据本发明的装置免除了受拉力负载的焊缝，这提高了所述装置的强度。此夕卜，根据本发明的装置的构造方式既在制造该装置时也在在使用现场拆卸或安装该装置时保证:所述装置的传感器装置更好地对外部影响机械去耦合。
[0011]此外，根据本发明的装置在这里描述的优点与制造所述装置的传感器装置所用的具体方法无关。下面描述所述传感器装置的一种具有基于薄层的测量单元的实施方式，该实施方式不出多种不例中的一种。
[0012]由从属权利要求和参照附图的说明中可得到有利的实施方式和改进方案。
[0013]根据一种优选改进方案，所述传感器装置具有:膜片，所述膜片与所述空腔处于连接；以及测量单元，所述测量单元构造成基于所述膜片的变形来确定加载所述空腔的待确定压力。所述测量单元尤其可具有惠斯通电桥。所述膜片可构造为所述传感器装置的一件式基体的减薄区段，所述基体例如可由钢构成。因此能够特别准确地确定所述待确定压力。
[0014]根据另一优选的改进方案，所述密封装置在预紧力作用下这样安装在所述壳体上，使得基于该预紧力使所述密封装置这样压抵所述传感器装置，从而第二密封结构被压紧到处于与第二密封结构配合的第一密封结构上。因此，即使在没有附加压力或仅有很小附加压力的情形下也保证所述传感器装置与所述壳体压力密封地连接，使得在所述空腔的第一口部上并不出现压力损失，而是第一口部通过所述传感器装置压力密封地封闭。因此换句话说，所述装置是自密封的。
[0015]根据另一优选的改进方案，所述密封装置借助于至少一个焊缝固定在所述壳体上。因此能够实现所述密封装置固定地连接在所述壳体上。
[0016]根据另一优选的改进方案，所述第一密封结构具有第一外锥部，而所述第二密封结构具有第一内锥部，其中，第一内锥部可形状锁合地压紧在第一外锥部上以封闭空腔的所述口部。也就是说，第一内锥部可压力密封地压入到所述第一外锥部中。因此从壳体的空腔引导出去的所述口部可被特别紧密地封闭。“外锥部”尤其应理解为元件中锥形凹部的侧面。“内锥部”尤其应理解为元件的锥形外表面。
[0017]根据另一优选的改进方案，所述传感器装置具有第三密封结构，其构造成用于与所述密封装置共同起密封作用。第三密封结构可具有第二外锥部或由第二外锥部组成。第三密封结构可附加地或替代地具有密封棱边或者由密封棱边组成。密封棱边也被称为咬合棱边。因此使得在所述传感器装置和所述密封装置之间能实现特别压力密封的连接。
[0018]根据另一优选的改进方案，所述传感器装置的第三密封结构具有第二外锥部，其中所述密封装置具有构造为第二内锥部的第四密封结构，第四密封结构与第三密封结构可形成配合或已形成配合。特别地，第二内锥部可压紧(例如通过预紧力)到第二外锥部上，即第二内锥部可压入到所述外锥部中。因此进一步提高了所述传感器装置和所述密封装置之间的压力密封性。
[0019]根据本发明的制造方法的一种优选改进方案，在将所述密封装置布置或引入到所述空腔中时，为了将该密封装置固定在空腔中以及为了将挤压力施加到传感器装置上，将密封装置这样压入到空腔中，使得在密封装置和至少传感器装置(可选地，以及壳体)之间存在预紧力。可设置，所述密封装置只借助于所描述的预紧力固定在所述壳体的空腔中，即存在过盈配合。所述过盈配合的过盈量优选选择为:当所述空腔在施加待确定压力的情况下膨胀时，密封装置和壳体之间的连接仍是压力密封的。所述过盈量视根据本发明的装置的使用区域而定可适配于预期的压力。
[0020]根据另一优选的改进方案，在将所述密封装置布置或引入到所述空腔中时，为了将该密封装置固定在空腔中以及为了将挤压力施加到传感器装置上，将密封装置在预先确定的预紧力的作用下接合到空腔中并且借助于焊缝固定到所述壳体上。因此可通过所述焊缝来提供密封装置和壳体之间的压力密封连接。为了将密封装置固定在所述空腔中也可设想的是过盈配合与例如紧接着的焊接的组合。
【附图说明】
[0021]下面参照在附图的示意图中示出的实施例详细解释本发明。附图示出:
[0022]图1根据本发明的一种实施方式的、用于确定压力的装置I的示意性框图；
[0023]图2根据本发明的另一实施方式的、用于确定压力的装置100的示意性横截面图；
[0024]图3根据本发明的另一实施方式的、用于确定压力的装置100的示意性横截面图；
[0025]图4根据本发明的另一实施方式的、用于确定压力的装置300的示意性横截面图；
[0026]图5根据本发明另一实施方式的、用于确定压力的装置400的示意性横截面图；
[0027]图6图2中的装置100的传感器装置120的示意性细节图；
[0028]图7a)至7c)根据本发明的装置的可能的各种传感器装置120;320;520的示意性横截面图；和
[0029]图8用于解释根据本发明的方法的示意性流程图，所述方法用于制造用于确定压力的装置。
[0030]在所有附图中，只要没有给出其它说明，相同或功能相同的元件和装置就设有相同的附图标记。方法步骤的编号仅为了使条理清楚，并且如果没有给出其它说明，就尤其不应表示确定的时间顺序。尤其也可同时执行多个方法步骤。
【具体实施方式】
[0031]图1示出了根据本发明一种实施方式的、用于确定压力的装置I的示意性框图。
[0032]装置I具有带空腔12的壳体10，该空腔具有口部13，该口部从空腔12向外通到壳体10的外侧上。壳体10还具有第一密封结构14。装置I还包括带第二密封结构24的传感器装置20。第二密封结构24这样与第一密封结构14处于配合，使得借助于第一密封结构14和第二密封结构24，空腔12的口部13通过传感器装置20可封闭或已封闭。
[0033]所述空腔被加载以待确定压力，其方式是，被加载以该待确定压力的流体被导入到该空腔中或已导入到该空腔中，传感器装置20构造成用于确定所述待确定压力。
[0034]装置I还具有密封装置50，该密封装置完全布置在空腔12中并且该密封装置构造成用于通过将挤压力施加到传感器装置20上而使第二密封结构24压紧到与第二密封结构24处于配合的第一密封结构14上。
[0035]传感器装置20、密封装置50和壳体10优选是相互分开制造的元件，即三个元件中任意两个都不是相互一体地制造的。
[0036]图2示出了根据本发明另一实施方式的、用于确定压力的装置100的示意性框图。
[0037]装置100是装置I的变型。装置100的传感器装置120具有膜片122，该膜片是传感器装置120的一体式基体123的一部分。基体123优选由钢制成。膜片122例如可通过对基体123钻孔来构成，使得形成与基体123的其余部分相比较薄的一区段作为膜片122。在膜片122的背离空腔12的第一外表面上，测量单元60构造成用于基于膜片122的变形来确定压力。装置100的测量单元60在下文中参照图6详细说明。
[0038]传感器装置120的基体123关于旋转对称轴线Rl旋转对称地构造，该旋转对称轴线与膜片122相交，尤其垂直于膜片122。当在下文中提到轴向、切向或径向时，这些始终应理解为参照旋转对称轴线Rl进行定义。
[0039]基体123还具有第一内锥部124、即基体123的面向壳体110的外表面的锥形区段作为第二密封结构，其中，第一内锥部124在沿轴向方向上离膜片122越来越远时在径向方向上越来越扩宽。装置100的壳体110具有第一外锥部114作为第一密封结构，该第一外锥部面向空腔12并且关于旋转对称轴线Rl旋转对称。第一内锥部124这样与第一外锥部114形成配合，使得基体123的沿第一方向Dl的运动并进而传感器装置20的沿第一方向Dl的运动被形状锁合地阻碍，第一方向Dl平行于旋转对称轴线Rl并且背离空腔12，从而空腔12的第一口部13可通过处于相互配合的第一和第二密封结构114、124封闭。尤其当由于加载空腔12的压力使第二密封结构124压紧到第一密封结构114上时，第一口部13通过传感器装置120被封闭。在与第一方向Dl相反的第二方向D2上，空腔12具有第二口部115，空腔12可通过该第二口部被加载以待确定压力。
[0040]传感器装置120的基体123具有第三密封结构，其构造为与旋转对称轴线Rl以及第一内锥部124同轴的第二外锥部126，该第二外锥部在径向上构成在第一内锥部124内部。
[0041]密封装置150布置在空腔12中，在装置100中，该密封装置在预紧力作用下这样压入到空腔12中，使得密封装置150由此相对于壳体110固定。密封装置150构造为关于旋转对称轴线Rl旋转对称，并且具有贯通部155，该贯通部在膜片122的背离测量单元60的外侧上建立空腔12的第二口部115和膜片122之间的流体连接。
[0042]密封装置150具有第二内锥部154作为第四密封结构，该第二内锥部154构造为关于旋转对称轴线Rl旋转对称并且被贯通部155贯穿。第二内锥部154这样构造，使得其与第二外锥部126可形状锁合地形成配合。此外，用预紧力将密封装置150压入到空腔12中，这样选择该预紧力并且这样将密封装置150引入到空腔12中，使得第二内锥部154被压紧到第二外锥部126上，从而形成压力密封连接。因此，尤其使第二口部115与处于相互配合的第一和第二密封结构114、124之间的通流连接封闭。
[0043]壳体110在背离空腔12的外侧上具有内螺纹117，借助于该内螺纹，壳体110可作为压力接管例如旋拧入到喷射系统、例如运输工具的燃料喷射系统中。在壳体110的在轴向上背离膜片122的端部(其也被称作压力侧端部)上构造有该壳体的密封棱边116，在将壳体110安装在系统中时可借助于密封棱边116建立压力密封连接。在壳体110的在轴向上处于膜片122处的端部上可设置有盖118，测量单元60可穿过所述盖来进行接触。在盖118的背离壳体110的侧上可布置有电路板119，测量单元60的数据信号可借助于所述电路板进行分析处理和/或传输。
[0044]图3示出了根据本发明的另一实施方式的、用于确定压力的装置200的示意性横截面图。装置200是根据图2的装置100的变型，其与装置100的区别在于，装置200的密封装置250不借助于过盈配合，而是借助于焊缝265固定在壳体110上。焊缝265尤其是沿切向环绕密封装置250的焊缝，即关于旋转对称轴线Rl旋转对称。同样地，在装置200中，密封装置250基于所述预紧力将挤压力施加到传感器装置120上。
[0045]图4示出了根据本发明另一实施方式的、用于确定压力的装置300的示意性横截面图。装置300是根据图2的装置100的变型，其与装置100的区别在于传感器装置320和密封装置350的构型。
[0046]在装置300中，代替作为第三密封结构的第二外锥部126，传感器装置320具有指向第二口部115以及指向密封装置350的密封棱边326作为第三密封结构，所述密封棱边构造为围绕旋转对称轴线Rl旋转对称。装置300的密封装置350不具有第四密封结构，而是在轴向上在密封装置350的指向传感器装置320的端部上构造有平坦的外侧351，从而密封棱边326与密封装置350的平坦的外侧351—起基于密封装置350施加到传感器装置320上的挤压力而建立压力密封连接。
[0047]图5示出了根据本发明另一实施方式的用于确定压力的装置400的示意性横截面图。装置400是根据图4的装置300的变型，其与装置300的区别在于密封装置450的构型。
[0048]在装置400中，在密封装置450的面向传感器装置320的外侧351中构造有关于旋转对称轴线Rl旋转对称的盲孔457，在所述盲孔中插入有密封环458。传感器装置320的密封棱边326基于预紧力、即基于通过密封装置450施加到传感器装置320上的挤压力而与密封环458压力密封地形成配合。
[0049]在密封装置450上还构造有一另外的密封棱边454，其与密封环458压力密封地处于配合。所述另外的密封棱边454优选构造在密封装置450的盲孔457的面向传感器装置320的面上，旋转对称轴线Rl垂直于该面。
[0050]密封环458关于旋转对称轴线Rl旋转对称，并且优选是金属的且能通过密封棱边326、454变形。
[0051]图6示出了图2中的装置100的传感器装置120的示意性细节图。图6在左侧示出传感器装置120沿第二方向D2的示意性俯视图，而在右侧示出传感器装置120的一部分的横截面图。
[0052]在传感器装置120的背离壳体110的外侧面61上布置有测量单元60，其根据图6构造为薄层结构。薄层结构具有隔绝层62(例如硅氧化物)以及功能层64或由这些层组成。可应用所有的压阻材料作为功能层64，例如镍-铬合金、铂、多晶硅、氮氧化钛等。
[0053]在功能层64中，例如在根据本发明的制造方法期间，结构化有至少四个电阻610，例如通过湿蚀刻、干蚀刻、激光去除等。电阻610连接成惠斯通电桥，并且具有回形区域612，从而电阻610的电阻值由于膜片122的变形、尤其是伸长而改变。通到惠斯通电桥和接触面的供电线能够实施在功能层64的平面中或者实施在附加的金属化平面中。附加地，所述功能层可以通过钝化层(例如氮化硅)或其它措施(例如涂覆凝胶)来进行保护。
[0054]电路板119可具有分析处理电路，借助于该分析处理电路可分析处理惠斯通电桥上的电压并且可基于此来提供与待确定压力成比例的输出信号，所述输出信号呈例如从零到五伏的电压的形式或呈例如从四到二十毫安的电流的形式或呈数字形式。可在所述电路板上截取所述输出信号并且例如借助于合适的插头将其向外送出，所述插头形成盖118的上部部分。
[0055]图7a)至图7c)示出根据本发明的装置的各种可能的传感器装置120、320、520的示意性横截面图。图7a)示出了图2和3中的传感器装置122的基体123。图7b)示出图4和5中的传感器装置320的基体323。图7c)示出传感器装置520的基体523的另一可能形式，所述基体具有凸肩524作为第二密封结构，通过所述密封装置使该凸肩压抵所述壳体的相应板。
[0056]图8示出用于解释根据本发明的方法的示意性流程图，所述方法用于制造用于确定压力的装置。该制造方法尤其适用于制造所述装置I ； 100; 200; 300; 400中的一个，并且一部分内容已经参照图1至7c)进行了详细解释。所述制造方法尤其可根据所有参照本发明的装置来描述的变型和改进方案进行适配。
[0057]在步骤SOl中，构造具有空腔12和第一密封结构14;114的壳体10; 110。在步骤S02中，构造具有第二密封结构24; 124; 524的传感器装置20; 120; 320; 520。在步骤S03中，将相应地构造的传感器装置20 ； 120 ； 320 ； 520引入到空腔12中，使得空腔12的口部13通过传感器装置20; 120; 320; 520可封闭或被封闭。在步骤S04中，将密封装置50; 150; 250; 350 ；450至少部分地布置在空腔12中，使得所述密封装置50; 150; 250; 350 ； 450通过将挤压力施加到传感器装置20；120；320；520上而使第二密封结构24; 124;524压紧到第一密封结构14; 114上，SP提高它们的密封性。
[0058]密封装置50; 150; 250; 350 ;450尤其可这样被压入到空腔12中，使得密封装置50 ；150 ； 250 ； 350 ； 450和至少传感器装置20; 120 ; 320; 520之间存在预紧力。密封装置50; 150;250; 350 ;450可在预先确定的预紧力的作用下接合到空腔12中且借助于焊缝256固定在壳体 10;110 上。
[0059]尽管已参照优选实施例对本发明做了上述说明，但它不局限于此，而是能以多种方式进行改型。本发明尤其可在不偏离本发明核心的前提下以各种各样的方式进行改变或改型。
【主权项】
1.用于确定压力的装置(I;100; 200; 300; 400)，包括: 具有空腔(12)和第一密封结构(14; 114)的壳体(10; 110); 具有第二密封结构(24; 124; 524)的传感器装置(20; 120; 320; 520)，所述第二密封结构与第一密封结构(14; 114)这样处于配合，使得借助于第一密封结构和第二密封结构(14，24;114，124;524)，所述空腔(12)的口部(13)能通过所述传感器装置(20;120;220)封闭，其中，所述空腔(12)被加载以待确定压力，所述传感器装置(20;120;320;520)构造成用于确定所述待确定压力；以及 密封装置(50； 150；250；350；450)，所述密封装置至少部分布置在所述空腔(I2)中并且所述密封装置构造成用于通过将挤压力施加到所述传感器装置(20; 120; 320; 520)上而使第二密封结构(24; 124; 524)压紧到第一密封结构(14; 114)上。2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于，所述传感器装置(120; 220; 320; 520)具有: 膜片(122)，该膜片与所述空腔(12)处于连接；以及 测量单元(60)，该测量单元构造成用于基于所述膜片(122)的变形来确定所述待确定压力，所述空腔(12)被加载以该待确定压力。3.根据权利要求1或2所述的装置， 其特征在于，所述密封装置(I 50; 250; 350; 450)在预紧力作用下安装在所述壳体(I 10)上，从而所述密封装置(150;250;350;450)基于所述预紧力而压抵所述传感器装置(20;120; 220)，使得所述第二密封结构(24; 124; 524)被压紧到所述第一密封结构(12; 114)上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置， 其特征在于，所述密封装置(250)借助于至少一个焊缝(256)固定在所述壳体(110)上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置， 其特征在于，所述第一密封结构具有第一外锥部(114)，而所述第二密封结构具有第一内锥部(124)，其中，所述第一内锥部(124)能形状锁合地压紧到所述第一外锥部(114)上以封闭所述口部(13)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置， 其特征在于，所述传感器装置(120;320)的第三密封结构构造成用于与所述密封装置(150; 250; 350 ;450)共同起密封作用，所述第三密封结构具有外锥部(126)和/或密封棱边(326)07.根据权利要求6所述的装置， 其特征在于，所述传感器装置(120)的所述第三密封结构具有第二外锥部(126)，而所述密封装置(150;250)具有构造为第二内锥部(154)的第四密封结构，所述第四密封结构能与所述第二外锥部(126)形成配合。8.制造用于确定压力的装置用的方法，包括以下步骤: (501)构造具有空腔(12)和第一密封结构(14;114)的壳体(10; 110); (502)构造具有第二密封结构(24;124)的传感器装置(20; 120; 220); (503)将所述传感器装置(20;120; 320; 530)这样引入到所述空腔(12)中，使得所述空腔的口部(13)能通过所述传感器装置(20; 120; 320; 520)封闭；以及 (504)将密封装置(50;150;250;350;450)至少部分地布置在所述空腔(I2)中，使得所述密封装置(50 ； 150； 250； 350 ;450)通过将挤压力施加到所述传感器装置(20; 120; 220)上而使所述第二密封结构(24;124;524)压紧到所述第一密封结构(14;114)上。9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于，在(S04)将所述密封装置(50; 150; 250; 350 ;450)布置在所述空腔(12)中时，为了将所述密封装置(50; 150;250;350;450)固定在所述空腔(I2)中以及为了将所述挤压力施加到所述传感器装置(20; 120; 220)上，所述密封装置(50; 150; 250; 350 ； 450)被这样压入到所述空腔(12)中，使得在所述密封装置(50;150;250;350;450)和至少所述传感器装置(20;120;220)之间存在预紧力。10.根据权利要求8或9所述的方法， 其特征在于，在(S04)将所述密封装置(250)布置在所述空腔(12)中时，为了将所述密封装置(250)固定在所述空腔(12)中以及为了将所述挤压力施加到所述传感器装置(20;120;220)上，将所述密封装置(250)在预先确定的预紧力作用下接合到所述空腔(12)中且借助于焊缝(256)固定在所述壳体(10;110)上。
【文档编号】G01L23/18GK106052940SQ201610217752
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月8日 公开号201610217752.2, CN 106052940 A, CN 106052940A, CN 201610217752, CN-A-106052940, CN106052940 A, CN106052940A, CN201610217752, CN201610217752.2
【发明人】F·克洛普
【申请人】罗伯特·博世有限公司