专利名称：用于确定流动介质的至少一个参数的装置的制作方法
现有技术本发明涉及一种如权利要求1所述类型的用于确定在管道中流动的介质的至少一个参数的装置，具有一个用于容纳一个传感器元件的传感器支座。
从DE 44 26 102 C2及US-PS 5,693,879中已知一种用于空气量测量装置中的容纳一个传感器元件的传感器支座，在此，带有传感器元件的传感器支座伸入一个测量通道中，介质在该通道中流动。传感器元件给出一个用于计算流动介质的量的信号。该传感器支座具有一个凹部，传感器元件齐平地安装在该凹部中并且借助于一个敷设在该凹部底面上的粘接层固定。在此，首先从一个金属条上开一个大约与传感器元件外形相当的开口，然后围绕该凹部之外的一个弯曲轴线将金属条弯曲并合拢在一起，使得金属条的弯曲部分形成一个固定元件，金属条的带有开口的未弯曲部分形成传感器支座的一个框架元件，通过此制成传感器支座。固定元件在此覆盖了框架元件的开口并且与框架元件一起构成一个凹部。然后通过对固定元件的进一步变形制造出高台形的凸起，该凸起起到隔离座或支承面的作用。然后将传感器元件粘接到该凹部中。
至关重要的是，使传感器元件的表面与传感器支座表面尽可能齐平地将传感器元件粘接在凹部中，因为即使例如由于粘接层涂敷不均匀引起的最小偏移也会导致产生涡流和分离区，这特别是在传感器元件表面上不利地影响测量电阻的散热并使测量结果出现偏差。因此规定该凹部的尺寸公差极微小，并且在将传感器元件粘接到传感器支座的凹部中时必须格外细心，因此尤其在大批量生产该装置时必须投入较高的生产技术费用，这造成很高的生产成本。
缺点还在于，用不同的加工工序制造框架元件和固定元件。流动介质可以额外地通过框架元件与固定元件之间的折叠间隙流过。然而这不是缺点，因为通过零点测量和校验可以抑制这种效应。但如果折叠间隙粘附了脏物颗粒和/或液体微粒并且校验不再准确，就会在传感器元件的使用寿命期间使测量结果出现偏差。
隔离座要通过另外一个成型过程形成，这是有缺点的。凹部深度的尺寸公差是通过金属条厚度公差和折叠间隙厚度公差给定的。
另外的缺点是，由于流动介质的腐蚀性，必须通过一个额外的昂贵的电镀过程或一种涂层方法在传感器支座上设置一个防腐层，例如NiNiP。这进一步增大了尺寸公差并提高了生产时间和生产成本。
在对传感器元件采取的这种一侧固定的固定方式中，由于存在公差，在制造中在传感器元件与传感器支座的凹部之间会出现一个间隙。该间隙可能这样大，使得在凹部中在膜片下面的空腔中出现不希望的潜流(Unterstroemung)，该潜流不利地影响装置的测量结果。
因此在文献中描述了这样的装置，其中可以减小潜流的干扰影响。如在DE 195 24 634 A1中及US-PS 5,723,784中所说明的那样，流体在传感器元件的一个特殊构造的边缘上绕行，这能够阻止通过所述间隙流入的介质进入到传感器元件膜片下面的空腔中。为了避免所不希望的潜流，如在DE 197 43 409 A1中所说明的那样，采用粘接缝可以阻止介质进入到传感器元件周围的间隙中。这两种方法的缺点在于，为了补偿对制造公差的影响，要通过特殊地安置粘接缝或者通过附加措施才能使流体绕空腔转向。
从DE 197 44 997 A1中已知一种装置，它能够借助于一种凝胶保护分析电路的构件和通向传感器元件触点接通区域的连接线路防潮并且阻止该凝胶弄脏敏感区域，即膜片所在的传感器元件部分。在此，在传感器元件与凹部壁之间的间隙上设置了加宽部，以借助于这些加宽部可靠地阻止至少部分地敷设在分析电路上的保护层在间隙中继续流动，这样就始终保持明确地界定了保护层的流动路径。在此产生了制造技术上的缺点，即必须设置附加的间隙，其中凝胶的流动并不是被阻挡，而只是确定地转向。
从DE 198 28 629 A1中已知一种热敏气量计，其中一个支座壳体和一个测量壳体相互分开地构成，该测量壳体和支座壳体粘接在一个底板件上。
本发明的优点与此相对，具有权利要求1所述特征的本发明装置的优点是，通过简单的方式方法，即使在较长的运行时间期间也不会降低测量结果的质量，因为由于气流经过一个敞开的或附加的折叠间隙而产生的测量元件潜流对测量结果造成的影响已不存在，并且，根据本发明，凹部的深度尺寸公差只通过传感器座落口的公差确定，不再另外通过折叠间隙的公差确定。
通过在从属权利要求中给出的措施可以实现在权利要求1中所给出的装置的有利的扩展和改进。
有利的是，将传感器支座固定在一个旁路通道中或一个支承件中，因为这样能简化装配。
如果传感器支座固定在一个基体上，传感器元件可以以有利的方式在装入该装置中之前与电子装置连接。
对于入流特性有利的是一个按空气动力学成形的入流边缘。
对于传感器元件的优化的绕流特性有利的是，该传感器元件与传感器支座的表面齐平地装入和/或在传感器元件与传感器座落口之间有一个小的间隙。
特别有利的是，使用由液晶-聚合物类或分晶芳香热塑性塑料类的塑料。
在装配时有利的是，在传感器座落口的纵边缘上的凹口中横跨传感器座落口底部铺设一条粘合带，其完全封闭传感器座落口中传感器元件的敏感区域，在传感器座落口底部的边缘区域中设置凹槽，使得传感器元件可以被更准确地装入。由于可靠阻挡保护分析电路防潮的凝胶，通过该粘合带避免传感器元件被弄脏。
传感器支座使用塑料制成是有利的，因为由于塑料的可任意成型可能性可以考虑成图案(filigranere)的形状和空气动力学要求，例如入流边缘的形状和要求。
此外有利的是，使用塑料或陶瓷，因为与金属相比较塑料不会强烈腐蚀，因此不必采取进一步的防腐蚀措施。
由于使用塑料而使公差减小，因此可以很精确地将传感器元件安置到传感器座落口中，不会再发生传感器元件中的潜流。附图在附图中简化示出本发明的多个实施例，在下面的说明中详细解释。
图示为
图1在已安装状态下的用于确定介质的一个参数的装置；图2带有已装入的传感器元件的一个按照本发明构成的传感器支座；图3a不带传感器元件的一个按照本发明构成的传感器支座；图3b沿图3a中的线A-A的一个剖面；图4a带有旁路通道的装置，传感器支座装入该旁路通道中；
图4b沿图4a中的线B-B的一个剖面；图5沿图3中的线V-V的一个剖面；图6a，b传感器支座和传感器元件的不同安置方式。
装置1用于确定该流动介质的至少一个参数并且由一个测量壳体6和一个支承件7组成。测量壳体6通过一个位于下方的以点划线示出的矩形表示；支承件7通过一个位于上方的以点划线示出的矩形表示。在支承件7中，例如在一个电气室19中的一个基座26(图2)上安装有例如一个分析电子装置18。
流动介质的参数例如是用于计算空气量的空气体积流量、温度、压力、介质成分浓度或流速，它们可以借助合适的传感器来确定。还可以使用装置1确定其它参数。可以这样确定参数，即通过使用一个或多个传感器，其中，一个传感器也可以感测两个或多个参数。测量壳体6和支承件7具有一个共同的纵轴线9，它例如也可以是中心轴线。装置1例如可插入地安装在管道3的壁12中。壁12限定一个通流横截面，在其中心，一个中心轴线14沿流动介质的方向平行于壁12延伸。
流动介质的方向在下文中被称为主流动方向，通过相应的箭头16表示，在那里从左向右指向。
图2示出一个已装入传感器元件33的传感器支座20。传感器元件33在图2中示意性并且透明地部分表示出，它在一个朝向外面的表面上有一个形成敏感区域的膜片35。触点38位于传感器元件33的同一表面上的另一端上，这些触点用于实现与电子分析电路18的电连接。传感器元件33的结构和对敏感区域的说明在DE 197 43 409A1或DE 43 38 891 A1及US-PS 5,452,610中已作了详细阐述，它们应该是本公开内容的一部分。
传感器元件33这样安置在一个传感器座落口29中，使得触点38最靠近基座26。在此，传感器元件33例如呈小板形构成并且与传感器座落口29齐平。传感器座落口29与传感器元件33形成一个间隙44。在此，传感器元件33和传感器支座20的表面22例如齐平地终止。
图3a示出传感器支座20，它例如用塑料制成。
介质沿箭头16的方向在传感器支座20上流过。在此撞到传感器支座20的入流边缘47，该入流边缘由于使用了塑料而特别是制成图案形状并且按空气动力学成形出，例如修圆。
带有一个传感器座落口底30的传感器座落口29位于表面22上。传感器座落口底30形成一个固定元件，其中，传感器座落口29的边缘形成一个框架元件。传感器座落口底30例如通过一个粘合剂排出腔49被分成一个传感器基面52和一个支承面54。传感器基面52与基座26离开最远，位于传感器元件33的敏感区域下面。支承面54最接近基座26。在此，粘合剂排出腔49例如是一个从传感器座落口29的一个纵边缘57到相对的另一个纵边缘57＇的贯通的通道。纵边缘57、57＇平行于纵轴线9延伸。但粘合剂排出腔49也可以不贯通地构成，也就是说较短地构成。传感器基面52和支承面54之间的粘合剂排出腔49也可以例如通过传感器座落口底30中的至少两个凹槽形成。在支承面54中有例如四个隔离座60，传感器元件33放置在它们上面。隔离座60例如呈高台形构成。在纵边缘57、57＇中构成例如各一个凹口63、63＇。从凹口63横向越过支承面54到另一个凹口63＇安置了一条用于粘接过程的粘合带65，其用虚线示出。在将传感器元件33放入传感器座落口29中后，传感器基面52完全被粘合带65保护免受传感器凝胶的影响，该传感器凝胶被敷设在一个电子分析电路上并且不合人愿地向膜片35方向漫延。在装配完毕后，传感器元件33位于传感器座落口29中占据部分位置并且例如位于隔离座60上。在此，传感器元件33例如借助于粘合带65与支承面54粘接并且沿其周边在表面22的高度上与传感器座落口29齐平地终止，使介质几乎不会或完全不会在传感器元件33下面流入传感器座落口29中。传感器元件33与传感器座落口29的纵边缘57之间的间隙44具有例如几微米的数量级。传感器座落口29的深度和传感器座落口29的边缘例如这样成形出，使得一个例如小板形的传感器元件33能够与表面22齐平地装进去。在传感器元件33的支承面54的区域中从表面22起始的深度尺寸通常具有+/-10微米的公差。
传感器支座20的形状在此这样形成，使得表面22和与它相对的面相互平行并且这样相对于主流动方向16定向，使主流动方向16的一个向量位于传感器元件33的敏感区域的平面中。主流动方向16的向量可以以一个小的正的或负的角度与敏感区域的平面相交。一种可能性是，传感器支座20的一个横截面垂直于表面22楔形构成，其中，该楔形的薄的端部位于入流边缘47的区域中，主流动方向16的向量不位于表面22中。
图3b示出沿图3a中线A-A的一个剖面，其中在该例中传感器支座20没有粘合剂排出腔49并且没有隔离座60。传感器支座20的一个通道端面67附和旁路通道70的壁的形状(图4)，这样，没有流动介质到达通道端面67与旁路通道70的壁之间。还可以通过粘接或密封额外地沿该接触面密封。
与通道端面67相对的另一端部68具有一个嵌入段69，它被装入到电气室19的区域中的一个容纳部73中(图4b)，在那里例如通过压配合或粘接而连接。
图4a示出带有旁路通道70的测量壳体6和不带封闭旁路通道70的盖的支承件7。旁路通道70由一个底部72和所述盖构成。用箭头表示出了介质的主流动方向16。旁路通道70例如由一个入流通道74或测量通道74、一个转向通道76和一个出流通道80组成，转向通道76又分成一个第一部分77和一个第二部分78。在入流通道74和出流通道80中的流动方向82、83同样用箭头示出。在此，入流通道中心线86例如是弯曲的，因为入流通道74的边界面88是流线型构成的。在此，出流通道中心线91例如是一条直线。
在入流口97前面—介质通过该入流口流入，在旁路通道70的前部区域39中例如设置了一个阻流部94，它导致对测量通道有作用的、确定的介质分离。这已在DE 44 41 874 A1中详细解释，并且应该是本公开内容的一部分。
测量壳体6的一个头部99的形状例如这样形成，使得撞到它上面的固体或液体微粒被反弹离开入流口97。为此，头部99向背离支承件7方向倾斜。
用虚线表示的平行于主流动方向16延伸的面102与入流通道74朝向支承件7的边界面一起形成一个被遮蔽的区域，只有少量或没有脏物颗粒或液体进入到该区域中。
在转向通道76的第一部分77中，例如一个边界面104与主流动方向16相反地倾斜一个角度δ。角度δ可以在从约30°至60°的范围内，理想的是约为45°。这种结构的影响在DE 196 23 334 A1中已作了详细阐述，其应该是本公开内容的一部分。边界面104具有一个深度tr(未示出)和一个与之垂直的宽度br，宽度br相当于入流通道74的入流口97的宽度b的至少三分之二。深度tr最好大致相当于测量通道70的深度t(未示出)，该深度t垂直于入流口97上测量通道70的宽度b。但是也可以使边界面104以一个深度tr构成，该深度tr略小于入流通道74的入流口97的深度t。第一分段77的壁与边界面104连接大致沿纵轴线9的方向延伸。
一个排出口107位于出口通道80的端部上，排出口107的端面与主流动方向16形成一个角度χ，介质通过该排出口107又离开测量通道。排出口107比出流通道80具有一个例如更大的横截面，因此改善了脉冲特性。
传感器支座20伸入到旁路通道70中，例如伸入入流通道74中，该入流通道形成测量通道。
传感器元件33被安装在传感器支座20中并且有意义地位于入流通道74的被遮蔽的区域中。这种测量元件10的构造专业人员例如从DE 195 24 634 A1中已经详细了解，该公开内容应是本专利申请的组成部分。
用于分析和控制传感器元件的电子装置18被安装在电气室19中，该电气室19是支承件7的一部分。
图4b示出沿图4a中线B-B的一个剖面。传感器支座20被插入一个容纳部73中，在那里通过压配合或粘接固定。如果使用胶粘剂，该胶粘剂同时将旁路通道70与电气室19之间的一个过渡区域71密封。容纳部73可以安置在旁路通道70中、支承件7中或它们之间。旁路通道70的一个侧壁75背离支承件7，纵轴线9与侧壁75形成一个明显不同于零的交角。通道端面67与旁路通道70的侧壁75形状精确地配合，从而在此处不会产生潜流。在此，这可以通过安置胶粘剂或密封剂额外地保证可靠。
电子装置18例如安置在一个基座26上，并且被保护凝胶覆盖。传感器支座20也可以被粘接在基座26上。
图5示出沿图3中线V-V的一个剖面，其通过已置入传感器元件33和粘合带65(虚线示出)的传感器支座20。粘合带65例如从纵边缘57上的凹口63起越过支承面54铺设到纵边缘57＇上的凹口63＇。在将传感器元件33插入到传感器座落口29中后，粘合剂被挤入到粘合剂排出腔49中并且通过间隙44、44＇向外部挤出，直至到达表面22。粘合剂完全封闭传感器元件33与传感器座落口29之间在一个纵边缘57上的间隙44，在传感器元件33下面贯通到另一个纵边缘57＇，并且完全封闭间隙44＇，这样，通过可靠阻挡分析电路18的漫延的保护凝胶而阻止了传感器元件33及其膜片35被弄脏。
图6示出传感器支座20和传感器元件33在测量壳体6内的不同的安置方式，测量壳体6用点划线表示。在图4a中，传感器支座20这样安置传感器支座20的一个纵轴线9垂直于主流动方向16，传感器元件33的纵轴线平行于纵轴线9延伸。但在图6a中，传感器元件33以其纵轴线110相对于纵轴线9倾斜一个角度φ安置在传感器支座20中。在图6b中，传感器支座20的纵轴线112相对于纵轴线9倾斜一个角度ε安置。传感器元件33的纵轴线110平行于纵轴线9延伸。借助这些安置方式可以进一步改善传感器元件33和传感器支座20的入流特性和绕流特性。此外，通过这些方式还能够将传感器元件33相对于主流动方向16调整到一个最佳方位。
权利要求
1.用于确定在管道中流动的介质、特别是内燃机吸入空气的至少一个参数的装置，具有一个传感器支座，在该传感器支座上安置了至少一个置于该流动介质中、确定所述参数的传感器元件，其特征在于该传感器支座(20)是一个单独的构件，它固定在该装置(1)中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该装置(1)具有一个测量壳体(6)和一个支承件(7)；测量壳体(6)安置在管道(3)中并且与支承件(7)连接；测量壳体(6)具有一个旁路通道(70)；传感器元件(33)安置在该旁路通道(70)中；传感器支座(20)固定在该旁路通道(70)中。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该装置具有一个测量壳体(6)和一个支承件(7)；测量壳体(6)安置在管道(3)中并且与支承件(7)连接；测量壳体(6)具有一个旁路通道(70)；传感器元件(33)安置在该旁路通道(70)中；传感器支座(20)固定在该支承件(7)中。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该装置具有一个测量壳体(6)和一个支承件(7)；测量壳体(6)安置在管道(3)中并且与支承件(7)连接；测量壳体(6)具有一个旁路通道(70)；传感器元件(33)安置在该旁路通道(70)中；在支承件(7)中安置了一个基座(26)；传感器支座(20)固定在该基座(26)上。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于传感器支座(20)具有一个按空气动力学成形、与流动介质反向的入流边缘(47)。
6.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于在传感器支座(20)中设置了一个传感器座落口(29)，传感器元件(33)安置在其内，其中，该传感器座落口(29)形成用于传感器元件(33)的一个框架元件和固定元件并且具有一个传感器座落口底(30)。
7.根据权利要求1至4，6之一或多个所述的装置，其特征在于介质沿一个主流动方向(16)流动，传感器支座(20)这样成形或这样相对于流动介质的主流动方向(16)定向，使得主流动方向(16)的一个向量位于传感器元件(33)的一个敏感区域的平面内或者以一个小的正的或负的角度与敏感区域的平面相交。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于传感器支座(20)具有一个表面(22)，传感器座落口(29)位于该表面中，该表面(22)大致位于与基座(26)的底(24)相同的高度上。
9.根据权利要求6或8所述的装置，其特征在于传感器支座(20)具有一个表面(22)，传感器座落口(29)位于该表面中，传感器座落口(29)在传感器支座(20)表面(22)的高度上的尺寸大致等于传感器元件(33)的尺寸，从而传感器元件(33)可以齐平地装入传感器座落口(29)中并且介质几乎或完全不从传感器元件(33)下面流入传感器座落口(29)中。
10.根据权利要求6，8或9之一或多个所述的装置，其特征在于传感器座落口(29)具有两个位置相对的纵边缘(57、57＇)，在传感器元件(33)的周边与纵边缘(57、57＇)之间形成一个间隙(44、44＇)，其具有一个几微米的数量级。
11.根据权利要求6或8至10之一或多个所述的装置，其特征在于传感器支座(20)具有一个表面(22)，传感器座落口(29)位于该表面中；传感器座落口(29)在其尺寸上大约与传感器元件(33)的尺寸相当，从而传感器元件(33)与传感器支座(20)的表面(22)齐平。
12.根据前述权利要求之一或多个所述的装置，其特征在于该装置具有一个测量壳体(6)和一个支承件(7)；测量壳体(6)安置在管道(3)中并且与支承件(7)连接，其中，它们的共同的纵轴线(9)垂直于一个主流动方向(16)延伸；该装置(1)具有一个在测量壳体(6)中的旁路通道(70)，该旁路通道(70)从一个入流口(97)和一个入流通道(74)经过一个出流通道(80)向一个在测量壳体(6)的外表面上通入管道(3)中的出流口(107)延伸，在该入流通道(74)上连接着一个转向通道(76)，介质从入流通道(74)流入该转向通道(76)中。
13.根据权利要求6所述的装置，其特征在于传感器元件(33)粘接在传感器座落口底(30)上。
14.根据权利要求6或13所述的装置，其特征在于在传感器座落口底(30)中以通道的形式构成至少一个粘合剂排出腔(49)，它沿着从传感器座落口底(30)的与传感器支座(20)入流边缘(47)平行地延伸的一个纵边缘(57)到相对的另一个纵边缘(57＇)的方向延伸，在将传感器元件(33)装入传感器支座(20)的传感器座落口(29)中时，安置在传感器座落口(29)中的粘合剂会偏移到该粘合剂排出腔(49)中，并且，该粘合剂排出腔(49)将传感器座落口底(30)分成一个支承面(54)和一个传感器基面(52)，粘合剂设置在该支承面(54)上，传感器基面(52)位于传感器元件(33)的一个膜片(35)下面。
15.根据权利要求6至14之一或多个所述的装置，其特征在于在传感器座落口(29)的两个位置相对、相对于传感器支座(20)的入流边缘(47)平行或略微倾斜延伸的纵边缘(57、57＇)内，在支承面(54)的区域中各制成一个凹口(63、63＇)，通过这些凹口，在将传感器元件(33)装入传感器座落口(29)中时一个被安置在凹口中的粘合带(65)被挤压出来，从而，传感器元件(33)与传感器座落口(29)之间的在一个纵边缘(57)上的间隙(44)和一个与此连接的、在传感器元件(33)与支承面(54)之间的间隙以及一个与该间隙连接的、在另一个纵边缘(57＇)上的间隙(44＇)通过该粘合带(65)的粘合剂被完全封闭。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于该装置(1)具有一个盖，一个间壁与该盖连接，该间壁以一个自由端一直延伸到传感器支座(20)的表面(22)处；在传感器座落口(29)的纵边缘(57、57＇)中的凹口(63、63＇)沿间壁方向延伸并且至少部分地被其覆盖。
17.根据权利要求6，13或14之一或多个所述的装置，其特征在于在传感器座落口(29)的传感器座落口底(30)中设置了一个或多个高台形式的隔离座(60)。
18.根据前述权利要求之一或多个所述的装置，其特征在于传感器支座(20)用塑料制成。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于为传感器支座(20)使用液晶-聚合物类或分晶芳香热塑性塑料类的塑料。
20.根据前述权利要求之一或多个所述的装置，其特征在于传感器支座(20)用陶瓷制成。
21.根据权利要求13所述的装置，其特征在于用于固定传感器支座(20)的胶粘剂将旁路通道(70)和电气室(19)密封。
22.根据权利要求13至21之一或多个所述的装置，其特征在于传感器支座(20)的一个通道端面(67)形状吻合地连接在旁路通道(70)上。
23.根据前述权利要求之一或多个所述的装置，其特征在于相对于支承件(7)的纵轴线(9)，传感器支座(20)的一个纵轴线(112)以一个角度(ε)和/或传感器元件(33)的一个纵轴线(110)以一个角度(φ)倾斜延伸。
24.根据权利要求1至9，11，14，15，16或18至23之一或多个所述的装置，其特征在于传感器支座(20)通过粘接固定在该装置(1)中。
25.根据权利要求1至9，11，14，15，16或18至23之一或多个所述的装置，其特征在于传感器支座(20)通过压配合固定在该装置(1)中。
全文摘要
本发明涉及一种带有传感器支座的装置,在该传感器支座上安置了一个插入到流动介质中的传感器元件。根据现有技术,该金属传感器支座被设置在该装置的一个构件上。为了安装测量元件必须有带有传感器支座的该构件。本发明传感器支座(20)被单独制成,至少一个传感器元件(33)可以被立即装入该传感器支座(20)中。该传感器支座(20)例如通过粘接装在该装置(1)的一个构件上。
文档编号G01F1/684GK1386190SQ01802179
公开日2002年12月18日 申请日期2001年7月20日 优先权日2000年7月26日
发明者赫伯特·勒克尔, 埃哈德·伦宁格, 汉斯·黑希特, 格哈德·许弗特勒, 曼弗雷德·施特罗尔曼, 赖纳·沙尔德, 罗兰·万贾 申请人:罗伯特·博施有限公司