专利名称：具有耐蚀膜片的压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感器，其中，膜片被暴露于流体中，利用压力传感器测量流体作用在膜片上的压力。作为示例，该传感器被用于利用柴油颗粒过滤器(DPF)测量柴油发动机汽车的排气管上的压力损失。
现在，通常利用过滤器的压力损失作为检测被收集的积碳数量的方法。测定压力损失的方法包括仅测量相对于过滤器而言的上游位置的压力的方法，或测量相对于过滤器而言的上游位置与下游位置之间压力差的方法。然而当积碳被燃烧时，靠近DPF附近的气体温度可以升高到600℃或1000℃。为此原因，不能将通常在汽车中被广泛使用的半导体式压力传感器直接安装在排气管上实测压力损失。
除此之外，可将诸如软管等附加管接在排气管上，并且在被排出的气体温度充分下降的部位，将压力传感器接在所述软管上，实测压力损失。
然而由于高温和高湿度的废气被冷却，压力传感器被暴露于湿度达100％并且具有冷凝水的环境下。本发明人对取自柴油发动机汽车的冷凝水的样品进行了研究。研究发现，冷凝水的pH值为2，酸度非常大，形成非常恶劣的环境。在这种具有高湿度和高酸性的恶劣环境下，压力传感器容易被腐蚀。
为了实现上述目的，本发明的压力传感器包括传感装置和膜片，所述膜片暴露于流体中，使用所述传感装置检测相对于该流体的压力。所述膜片由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍，从而防止膜片受到流体的腐蚀。
图1是一个示意性显示符合本发明第一实施例的压力传感器的剖视图；图2是图1所示压力传感器的分解图；
图3是一个显示在潮湿和干燥环境下进行抗腐蚀测试的视图；图4是一个图表，显示了抗腐蚀测试的概括结果；图5是一个曲线图，显示了使第一膜片一侧油量与第二膜片一侧油量相等的优点；图6是一个示意性剖视图，显示了现有技术中油密封类型半导体压力传感器；图7是一个示意性显示符合本发明第二实施例的压力传感器的剖视图；图8是图7所示压力传感器的分解图；图9是一个示意性显示符合本发明第三实施例的压力传感器的剖视图；图10A～10D是示意性显示了现有技术中半导体压力传感器的剖视图。
图10A所示的压力传感器包括作为传感装置的半导体传感器芯片J1。传感器芯片J1包括具有膜片的半导体基片，正被测量的压力被施加在图10A所示膜片的上表面上。如图10A所示，例如由玻璃制成的台座J2被接合在传感器芯片J1上，从而形成真空腔J3。台座J2被固定在壳体J4上。所述壳体J4内部填充例如由有机材料制成的凝胶，从而如图10A所示，密封传感器芯片J1的上表面。
图10B所示的压力传感器包括作为传感装置的半导体传感器芯片J1、台座J2、壳体J4。如图10B所示，压力进入通道J6被形成在台座J2和壳体J4上，通过该压力通道，要被测量的压力被施加在芯片J1的膜片的下表面上。压力进入通道J6被凝胶J5所填充。在图10B中，膜片的上表面暴露于大气层中。在图10A和10B所示的各种压力传感器中，要被测量的压力通过凝胶J5被施加在膜片上。每个传感器芯片J1输出对应于处于压力下的膜片应力的电信号。
根据本发明人所做的研究，在图10A所示的压力传感器中，湿气可以穿透凝胶J5，使位于传感器芯片J1上表面的配线被腐蚀。另一方面，图10B所示的压力传感器不存在这样的问题，但是当被暴露于来自废气的冷凝水时，凝胶J5自身的材料特性发生变化，凝胶J5的压力传输特性可能变化。
图10C所示的压力传感器包括金属膜片J8。作为金属柱J7的一部分，形成金属膜片J8。如图10C所示，包括应变仪的半导体芯片J9作为传感装置被设置在膜片J8的上表面上。在图10C所示的压力传感器中，如图10C中箭头所示，要被测量的压力被施加到膜片J8的内表面上。半导体芯片J9输出对应于半导体芯片J9应变并在膜片J8由于压力而变形的同时被产生的电信号。
在图10D所示的压力传感器中，传感器芯片J1被固定在壳体J4上的台座J2上，向壳体J4内填充油，从而密封传感器芯片J1的表面。此外金属膜片J11已经被接合在壳体J4上，从而密封住油J10。如图10D所示，要被测量的压力施加在金属膜片J11上。通过油J10，将压力传送到传感器芯片J1上。
在图10C和10D所示的压力传感器中，膜片J8、J11暴露于流体，测量作用在其上的压力。根据本发明人所进行的研究，需要进一步地提高膜片J8、J11在上述恶劣环境下的抗腐蚀能力。通过本发明人对图10C和10D所示半导体压力传感器所进行的进一步研究和实验，发现了适合于这种需要具有高抗腐蚀性的膜片的材料。
图1所示的符合本发明第一实施例的压力传感器S1被用于测量压差。图1所示的压力传感器S1可以被用作但不局限于被连接在汽车的柴油发动机的排气管上的压力传感器，从而利用被连接在排气管上的DPF实测压力损失。压力传感器S1可以检测被连接在排气管上的DPF的上游和下游之间的压力差。
如图1所示，壳体10由树脂制成，所述树脂例如是聚对苯二甲酸丁二酸酯(PBT)和聚苯硫醚(PPS)，所述壳体10构成压力传感器S1的主体。壳体10包括连接器壳体元件11(传感装置放置元件)，终端10a被镶嵌模塑在其上，传感装置20被设置在其上。壳体10也包括第一端口元件12和第二端口元件13，这些端口元件已经与连接器壳体元件11组装在一起。壳体10上元件11～13中的每一种元件通过例如树脂模塑成型而被制成。
在图1中，第一凹入部分11a位于连接器壳体元件11的第一侧面上或上侧上，同时第二凹入部分11b位于连接器壳体元件11的第二侧面或下侧上。传感装置20采用下述方式位于第一凹入部分11a内，从而使第一凹入部分11a和第二凹入部分11b之间不相通。
传感装置20产生对应于正被实测压力值的电信号。图1所示的传感装置20是一种膜片类型的半导体传感器芯片，其包括例如由硅制成的半导体基片，并具有作为膜片的薄部分，虽然图中未示膜片。例如由玻璃制成的台座30被接合在传感装置20上，从而与传感装置20和台座30组成一体。如图1所示，利用台座30将传感装置20结合在第一凹入部分11a的底表面上。使用图中未示的诸如硅酮型等粘结剂，将台座30结合在底表面上。传感装置20被存储和固定在第一凹入部分11a内。
如图1所示，与第二凹入部分11b相通的通孔31被形成在台座30上。然而传感装置20使第一凹入部分11a和第二凹入部分11b之间不相通。已经被镶嵌模塑在连接器壳体元件11上的终端10a被用于拾取来自传感装置20的输出，终端10a由诸如铜等导电金属制成。每个终端10a的第一端被暴露在第一凹入部分11a内，靠近传感装置20，并通过由诸如铝或金制成的导线40将其连接到传感装置20上。
为了密封每个终端10a的第一端和连接器壳体元件11之间的间隙，密封材料50已经被设置得围绕着在第一凹入部分11a内被暴露的每个终端10a的第一端。密封材料50由例如树脂制成。此外，终端10a已经采用下述方式被形成，从而基本上平行于其上已经安装有传感装置20的壳体10的表面延伸，或基本上平行于凹入部分11a的底表面从靠近传感装置20的位置延伸。与上述第一端相反的每个终端10a的第二端暴露于壳体10的体部或连接器壳体元件11。
为了允许传感装置20与诸如ECU等外部设备通过终端10a和导线40交换信号，每个终端10a的第二端可以被电接到图中未示的外部导线上。壳体10的连接器壳体元件11组成一种其上设置传感装置20的元件。此外第一端口12和第二端口13分别包括在图1中用圆点划线表示的第一和第二压力引入口12a和13a。
在图1的压力传感器S1中，利用螺钉60和螺母61、62或螺纹元件60、61和62，已经将连接器壳体元件11和端口元件12、13组装在一起。螺母61已经被镶嵌模塑在连接器壳体元件11上。利用螺钉60和螺母61，首先将连接器壳体元件11和第一、第二端口元件12、13连接在一起。可以使用铆钉代替螺钉60和螺母61、62。此外连接器壳体元件11的第一凹入部分11a和第二凹入部分11b已经充满诸如氟化物油或硅油等油70。第一膜片81已经被固定在连接器壳体元件11和第一端口12之间，同时在壳体10内，第二膜片82已经被固定在连接器壳体元件11和第二端口13之间。
在图1所示的压力传感器S1中，第一和第二膜片81、82由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。点蚀指数是一个数值，其等于组成膜片81和82的材料中的铬的重量百分比乘以1、钼的重量百分比乘以3.3、氮的重量百分比乘以20之和所得到的百分比数。也就是在图1所示的压力传感器S1中，该数值等于或大于50。
如图1所示，采用这种方式设置第一膜片81，从而覆盖第一凹入部分11a，把位于第一凹入部分11a内的油70密封起来。另一方面，采用这种方式设置第二膜片82，从而覆盖第二凹入部分11b，把位于第二入部分11b内的油70密封起来。虽然图1中未示，使用由树脂制成的粘合剂分别将第一膜片81和第二膜片82结合在第一端口元件12和第二端口元件13上。在图2中，附图标记100代表将在下文介绍的粘合剂。
在第一和第二膜片81和82被压靠在连接器壳体元件11上的位置上，0形环90被设置在连接器壳体元件11上，以便利用第一和第二膜片81和82更好地密封住油70。在图1所示的压力传感器S1中，位于传感装置20一侧也就是第一膜片81所在一侧的油70的量最好与传感装置20另一侧也就是第二膜片82所在一侧的油70的量相同。通过在设计压力传感器S1时考虑第一凹入部分11a、第二凹入部分11b的容量以及传感装置20和台座30的体积，可以实现上述目的。
虽然图1中未示，但通过例如软管，第一压力引入口12a例如可以在相对于DPF的上游位置被连接到排气管，同时第二压力引入口13a例如可以在相对于DPF的下游位置被连接到排气管。利用上述结构，在壳体10内，第一膜片81暴露于DPF上游位置的压力下，同时第二膜片82暴露于DPF下游位置的压力下。然后施加在第一膜片81上的压力和施加在第二膜片82上的压力通过油70被传输到传感装置20上。传感装置20检测施加在第一膜片81上的压力和施加在第二膜片82上的压力之间的压差。
在图1所示的压力传感器S1中，在DPF上游位置的压力通过第一膜片81被施加到已经形成在传感装置20上的膜片的上表面，虽然图中未示；同时在DPF下游位置的压力通过第二膜片82被施加到传感装置20上的膜片的下表面，由于上游位置和下游位置之间的压力差，传感装置20的膜片发生应变，对应于该应变的电信号从传感装置20通过导线40和终端10a被传输到外部电路，以便检测压力差。
下文结合图2介绍一种用于制造图1所示的压力传感器S 1的方法。首先在第一凹入部分11a内暴露的每个终端10a的第一端被密封材料50在连接器壳体元件11内密封，终端10a和螺母61已经被镶嵌模塑在连接器壳体元件11内。然后使用粘合剂，将已经与传感装置20组装为一体的台座30固定在连接器壳体元件11的第一凹入部分11a内的预定位置，再利用导线连接，将传感装置20和终端10a连接在一起。
然后使用粘合剂100，将第一膜片81固定在第一端口元件12上，将油70装入第一凹入部分11a内。将O形环90设置在连接器壳体元件11上。然后通过在真空内利用螺钉60和螺母61将连接器壳体元件11和端口元件12拧在一起，以便密封住油70。采用这种方式紧固螺钉，从而避免在油70内产生气泡。
随后类似于第一端口元件12，在真空内使用螺钉62将第二端口元件13紧固在连接器壳体元件11上，第二膜片82、油70和0形环90位于其间。最后进行调整和检测，完成图1所示的压力传感器S1。
在图1所示的压力传感器S1中，膜片81、82由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。因此，虽然膜片81、82暴露于包含来自废气中冷凝的高酸水的恶劣操作环境下，与现有技术中的膜片相比，膜片81、82能够提供改善的耐腐蚀阻力。
接下来介绍膜片81、82，它们由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。在本发明人进行下述实验的基础上选择材料。
本发明人研究了从汽车柴油发动机中排出的废气中冷凝处的水的成分，并发现冷凝水具有很高的酸度，pH值为2。对冷凝水进行分析显示，存在诸如NO3-和SO42-等氧化基和诸如Cl-、CH3COO-和HCOO-等还原基，这些都引起腐蚀。特别的是Cl-会促进点蚀。
本发明人准备了多种由能够遏制不同成分的腐蚀的元素组成的材料样品。这些被认为能够有效地阻止腐蚀的元素是遏制氧化基的铬以及遏制还原基的镍和钼。铬、镍和钼能够遏制那些引起点蚀的基。然后本发明人使用与上述从废气中冷凝水具有相同成分的准冷凝水进行腐蚀测试。
下文接合图3介绍用于腐蚀测试的方法。首先将准冷凝水添加到玻璃容器K1内，然后测试件K3被浸入准冷凝水K2内。然后在80℃下对准冷凝水K2进行蒸发，直到所有准冷凝水K2都挥发完为止。此后检测测试件K3，看看测试件K3是否被腐蚀。测试结果如图4所示。
如图4所示，由具有不同重量百分比的镍、铬、钼和氮组成的材料A、B、C和D以及在现有技术中广泛使用的材料SUS631被用于制造测试件K3。在图4中显示了各种材料中的上述元素的重量百分比组合以及由等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数。
如图4所示，SUS631以及材料A和B被腐蚀，因而它们的耐腐蚀性在DPF所使用的恶劣环境下不足。另一方面，点蚀指数为50或更大并且镍含量为30％重量或更大的材料C和D没有被腐蚀，从而它们的耐腐蚀性在DPF所使用的恶劣环境下是足够的。
上述实验结果来自于对材料的选择，也就是选择这样的材料制造膜片81、82，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。通过选择这样的材料制造膜片81、82，即使在具有高温和高湿度的腐蚀性恶劣环境下，也能够阻止膜片81和82被腐蚀。从而图1所示的压力传感器S1适合于在恶劣环境下被使用，以便检测例如废气的压力。
此外，图1所示的压力传感器20被密封在油70内，从而压力传感器并不暴露于恶劣的例如包括来自于废气中的冷凝水的操作环境下。
在图1所示的压力传感器S1中，位于连接器壳体元件11第一侧也就是设有前膜片81的一侧的油70的量基本上与位于连接器壳体元件11第二侧也就是设有后膜片82的一侧的油70的量相等。
如果在上述两侧的油量显著不同，当油70热膨胀或收缩时，在两侧之间产生错误的压力差，传感器输出可能出现显著的误差。为了避免上述问题，必须使膜片81、82足够大，从而膜片81和82能够轻易地变形，使用膜片81和82的变形抑止两侧之间错误的压力差。
相反，在图1所示的压力传感器S1中，位于连接器壳体元件11第一侧也就是设有前膜片81的一侧的油70的量基本上与位于连接器壳体元件11第二侧也就是设有后膜片82的一侧的油70的量相等。因此油70在一侧的热膨胀和收缩抵销另一侧的油70的热膨胀和收缩，显著地减少了传感器输出的误差。
图5显示了第一侧和第二侧具有相同数量油的优点。在图5中，表示了在不同温度(℃)下压力误差测量值kPa。在此，所述误差是指当要被检测的实际压力差是0kPa时所获得的压力。当要被检测的实际压力差是0kPa并且油70的温度是25℃时，输出的压力值被用作适合于0kPa检测压力的标准。
在图5中，“双侧油密封”涉及从多个图1所示的压力传感器S1中所获得的结果，在每个压力传感器S1中，在第一侧的油量与在第二侧的油量相同。为了进行比较，使用多个压力传感器测量误差和温度之间的系数，在每个压力传感器中，油仅填充一侧。在图5中，“单侧油密封”涉及从基准传感器获得的结果。具体地说，基准传感器是符合本发明第二实施例的一种传感器，将在下文对此进行介绍。
如图5所示，由于油的热膨胀或收缩，即使当被检测的实际压力为0kPa，每个基准传感器对即使3kPa的误差非常敏感，仿佛压力正从外部被施加到传感装置上。另一方面，相对于图1所示的压力传感器S1，由于油70的膨胀和收缩图1所示的压力传感器S1内基本上被抵消。因此，只要涉及图1所示的压力传感器S1就行，为了使用膜片81和82遏制由油70的膨胀和收缩引起的错误的压力差，膜片81、82不需要相对很大。因此膜片81和82可以相对很小，其结果是，压力传感器S1可以相对很小。
在图1所示的压力传感器S1内，壳体10由树脂制成，已经使用由树脂制成的粘合剂100将第一膜片81和第二膜片82分别接合在第一端口元件12和第二端口元件13上。此外连接器壳体元件11包括用于拾取来自传感装置20的信号的终端10a，终端10a基本上平行于壳体10的表面从靠近传感装置20的位置向外延伸，也就是传感装置20位于该表面上。此外，已经使用螺纹元件60、61和62，将连接器壳体元件11和端口元件12、13中的每个连接在一起。
通过与所提议的其横截面在图6中被显示的油密封半导体压力传感器相比，介绍图1所示的压力传感器S1的优点。下文首先简单介绍图6所示的压力传感器。
如图6所示，利用粘合剂将其上安置有传感装置20的台座30固定在由树脂制成的连接器壳体元件J11上。终端J12已经被镶嵌模塑在连接器壳体元件J11上，通过导线连接，将传感装置20与终端J12电连接。壳体J13由诸如钢等金属制成并包括压力引入孔J14。通过将金属膜片J15的整个周长焊接在壳体J13，将金属膜片J15固定在壳体J13上。在图6中焊接部分被附图标记15a表示。通过将连接器壳体元件J11装配到壳体J13内，将连接器壳体元件J11和壳体J13连接在一起，使用壳体J13的端部J16夹持连接器壳体元件J11，所述端部J16围绕连接器壳体元件J11的周边。
通过将连接器壳体元件J11和壳体J13连接在一起，产生一个被连接器壳体元件J11和膜片J15密封的检测腔。该检测腔包括传感装置20并且其中已经充满了油70。要被测量的压力通过压力引入孔J14被传送到图6所示的压力传感器内的膜片J15上。被施加到膜片J15上的压力通过油70被传送到传感装置20。传感装置20输出对应于压力级的电信号。所输出的电信号从传感装置20通过终端J12被传送到外部电路。
在图6所示的压力传感器内，如上所述，用于密封油70的膜片J15通过焊接被固定在壳体J13上。利用这种结构，即使膜片J15被制造得具有高抗腐蚀阻力，焊接部分J15a仍然可能对包括来自废气中的高酸冷凝水的恶劣环境下的腐蚀敏感。此外，由于壳体J13自身也由金属制成，需要考虑抗腐蚀阻力而适合地选择材料。
相反，由于利用由树脂制成的粘合剂100将膜片81和82固定在壳体10的端口元件12、13上，图1所示的压力传感器S1在膜片81和82与壳体10的连接部分并没有这种潜在腐蚀问题。由于壳体10暴露于废气的部分也由树脂制成，壳体10自身也免于腐蚀。
图6所示的压力传感器也包括在连接器壳体元件J11内用于拾取传感装置20的输出的终端J12。然而如图6所示，终端J12从靠近传感装置20的位置沿正交或垂直于传感装置20被设置在的表面的方向延伸，在此情况下，从图6中可以得知，难以为了实测压力差而将油70设置在传感装置20的两侧，由于难以在终端J12所在一侧或图6中传感装置20的上侧找到足够的空间用于容置油70，难以为了实测压力差而将油70设置在传感装置20的两侧。
另一方面，在图1所示的压力传感器S1中，终端10a沿基本上平行于传感装置20所在表面从靠近传感装置20的位置延伸，所以用于形成油密封腔的足够的空间或第一凹入部分11a可以被轻易地形成在传感装置20的上侧，并没有被终端10a阻塞。也就是可以轻易地制造能够检测压力差的压力传感器。
在图6所示的电压力传感器中，通过使用壳体J13的端部J16夹持连接器壳体元件J11，连接器壳体元件J11和壳体J13被连接在一起。另一方面，在图1所示的压力传感器S1中，由于用于限制从端口元件12、13伸出的管的压力引入孔12a、13以及连接器壳体元件11远大于端口元件12和13，不可能将连接器壳体元件的整个周边以及端口元件12和13夹持在壳体10内。如果整个周边不能夹持，组装可靠性可能变得不足。
因此在图1所示的压力传感器S1中使用螺丝元件60、61、62，从而连接器壳体元件11和端口元件12、13被可靠地连接在一起。然而当图1所示的压力传感器S1要被安装在车辆内时，通过使用螺钉60，用于将压力传感器S1安装在车身上的支架可以被轻易地连接到压力传感器S1上。第二实施例图7所示的符合本发明第二实施例的压力传感器S2被用于检测绝对压力。图7所示的压力传感器可以被用作但不局限于被安装在汽车的柴油发动机的排气管上的压力传感器，以便利用被安装在排气管内的DPF检测压力损失。压力传感器S2可以在相对于排气管上的DPF的上游位置检测压力级。
在图7所示的压力传感器S2中，壳体10由诸如PPS和PBT等树脂制成。壳体10包括连接器壳体元件11(传感装置安置元件)和端口元件12。连接器壳体元件11包括终端10a。端口元件12被连接到连接器壳体元件11上并包括压力引入口12a。端口元件12类似于图1所示的压力传感器S1内的第一端口元件12，虽然压力引入孔12a的位置略有不同。
如图7所示，仅在连接器壳体元件11的一侧上形成凹入部分11a。凹入部分11a类似于图1所示的压力传感器S1内的第一凹入部分11a。将用于检测压力的传感装置20安装在凹入部分11a内。正如图1所示的压力传感器S1那样，传感装置20输出对应于正被施加压力级的电信号，虽然正被测量的压力是绝对压力。图7所示的压力传感器S2中的传感装置20也是一种膜片类型的半导体传感器芯片，其包括例如由硅制成的半导体基片，虽然图中未示，其具有作为膜片的薄部分。
例如由玻璃制成的台座30已经被结合在传感装置20上，从而使台座30和传感装置20组成一体。使用台座30将传感装置20接合在凹入部分11a的底表面上。使用图中未示的诸如硅酮类型的粘合剂将台座30接合在所述底表面上。图7所示的压力传感器S2中的台座30并不包括任何通孔，虽然图1所示的压力传感器S1内的台座30包括通孔。代替的是，例如是真空腔的压力基准腔被形成在台座30和传感装置20之间，虽然图中未示。
已经被镶嵌模塑在连接器壳体元件11上的每个终端10a的第一端暴露于凹入部分11a内，并靠近传感装置20，并利用例如由铝或金制成的导线与传感装置20电连接。密封材料50围绕在所述凹入部分11a内暴露的每个终端10a的第一端设置，以便密封每个终端10a的第一端与连接器壳体元件11之间的间隙。所述密封材料50由例如树脂制成。
如图7所示，在图7所示的压力传感器S2中，壳体10的连接器壳体元件11组成传感装置安置部分，传感装置20被安置在其上。
利用螺钉60和螺母61，将连接器壳体元件11和端口元件12连接在一起。所述螺母61被镶嵌模塑在连接器壳体元件11上。利用螺钉60和螺母61，将连接器壳体元件11和端口元件12被螺纹连接在一起。也可以使用铆钉代替螺钉60和螺母61。
作为示例，氟化物油或硅油的油70已经充满连接器壳体元件11的凹入部分11a。膜片81在壳体10内被固定在端口元件12和连接器壳体元件11之间。膜片81类似于图1所示的压力传感器S1内的第一膜片81。在图7所示的压力传感器S2中，膜片81是由这样的材料制成的金属膜片，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。
如图7所示，采用这种方式设置膜片81，从而膜片81覆盖凹入部分11a并密封位于凹入部分11a内的油70。使用由诸如氟硅酮树脂或氟化树脂等树脂制成的粘合剂，将膜片81结合在端口元件12上，虽然图7中未示粘合剂，在图8中用附图标记100表示这种粘合剂，将在下文对此进行介绍。
采用与图1所示的压力传感器S1中的O形环90相同的方式，将O形环90设置在连接器壳体元件11上，在此位置，膜片81压靠在连接器壳体元件11上，以便用膜片81更好地密封油70。虽然图中未示，端口元件12的压力引入口12a例如可以在DPF上游的位置例如通过橡胶软管被连接到排气管上。利用这种结构，膜片81暴露在DPF上游位置的压力下。
通过油70，将施加在膜片81上的压力传输到传感装置20上。由于所传输的压力，传感装置20上的膜片发生应变，通过导线40和终端10a，从传感装置20输出对应于该应变的电信号被传送到外部电路，用于检测压力。
下文将结合图8介绍制造图7所示的压力传感器S2的方法。首先，利用密封材料50将暴露于凹入部分11a内的所述每个终端10a的第一端密封在连接器壳体元件11内，其中终端10a和螺母61已经被镶嵌模塑在连接器壳体元件11内。然后使用粘合剂将已经与传感装置20组装在一起的台座30固定在连接器壳体元件11的凹入部分11a内的预定位置上，传感装置20和终端10a利用导线接合被连接。
然后使用粘合剂100将膜片81固定在端口元件12上，将油70注入凹入部分11a内。将O形环90设置在连接器壳体元件11上。然后利用螺钉60和螺母6 1进行螺纹连接，将连接器壳体元件11和端口元件12组装在一起，形成真空，以便密封油70。采用这种方式紧固螺钉60。最后进行调整和检测，完成图7所示的压力传感器S2。
对于图7所示的压力传感器S2，膜片81由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。因此虽然膜片被暴露在包括来自废气的高酸冷凝水的恶劣的操作环境下，与现有压力传感器中的膜片相比，膜片81能够改善耐腐蚀性。
选择制造膜片81的材料的原因与上文结合图3和4所进行的介绍相同，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。
通过使用这种材料制造膜片81，即使在具有高温和高湿度的腐蚀恶劣环境下，也能够阻止膜片81被腐蚀。因此，图7所示的压力传感器S2适用于恶劣环境，从而能够检测例如废气的压力。此外，图7所示的压力传感器S2中的传感装置20被密封在油70内，从而传感装置20没有暴露在例如具有从废气中冷凝出的水的恶劣环境下。
此外，在图7所示的压力传感器S2中，粘合剂100、终端10a以及螺纹元件60和61与图1所示压力传感器S1中的那些元件具有相同的特性和功能。也就是，壳体10由树脂制成，使用由树脂制成的粘合剂100，将膜片81固定在端口元件12上。因此膜片81的固定部分和端口元件12与壳体自身不受腐蚀。此外终端10a沿基本上平行于传感装置20所在的安装表面的方向从靠近传感装置20的位置在壳体10内延伸。此外利用螺纹元件60和61将连接器壳体元件11(传感装置安装元件)和端口元件12组装在一起。
如上所述，当压力传感器S1、S2被应用于DPF应用时，图7所示的用于检测绝对压力的压力传感器S2仅在相对于过滤器的上游位置实测压力级。图1所示的用于检测压力差的压力传感器S1被用于测量在相对于过滤器的上游位置和下游位置的压力之间的压力差。
在DPF应用中，对于相对于过滤器的上游位置的绝对压力，压力级的范围是60～200kPa，过滤器的上游位置和下游位置之间的压力差的取值范围是20～50kPa。因此在图1所示的压力传感器S1内，压力级的范围相对小。
通常，随着要被测量的压力变小，压力传感器的输出更受油70的膨胀和收缩的影响。因为膜片的直径越大，就越容易遏制油70的膨胀和收缩，为此原因，应该在图1所示的压力传感器S1内使用具有更大直径的膜片，以便降低油膨胀和收缩的影响，除非位于连接器壳体元件11第一侧的油70的量基本上与位于连接器壳体元件11第二侧的油70的量相等。
另一方面，如果要被测量的压力级别很高，油膨胀和收缩对输出的影响可以被忽略不计。因此，无需在图7所示的压力传感器S2中使用具有较大直径的膜片。
将图1和图7进行比较可以明白，图1所示的压力传感器S1与图7所示的压力传感器S2具有类似的元件。因此，两种压力传感器S1和S2可以共享一些元件。如上所述，由于无需扩大图1所示的压力传感器S1中膜片81和82的直径，图1所示的压力传感器S1与图7所示的压力传感器S2可以使用具有相同尺寸的膜片。从而能够共用一条生产线，例如形成膜片81和82、密封油70、组装膜片81和82。第三实施例如图9所示，符合本发明第三实施例的压力传感器S3包括中空圆柱体形状的金属杆200。在杆200的上端具有薄膜片201，在下端具有开口202。杆200被容置在金属壳体210内。
如图9A所示，杆200和壳体210围绕其下端的周边被焊接在一起，形成将杆200连接在壳体210上的焊接部分203。通过杆200上的开口202，将要测量的压力传送到膜片201的内表面上。使用例如具有低熔点的玻璃，将作为半导体传感装置并例如包括硅基片的传感器芯片220附着在膜片201的外表面上，虽然图中未示玻璃。
传感器芯片220包括图中未示的量规，当膜片由于要被测量的压力而发生应变时，传感器芯片220发生应变，同时改变了量规的电子特性。例如所述量规是通过在硅基片内扩散而形成的电阻，所述电阻组成桥电路，允许传感器芯片220输出与要被测量的压力相关的信号。
陶瓷基片230是一种用于放大和调整来自传感器芯片220的输出信号的电路板，它位于传感器芯片220的外侧，位于壳体210上端的一凹入部分内。陶瓷基片230包括用于信号放大和调整的IC芯片。通过导线接合，该IC芯片与传感器芯片220电连接。利用销260，该陶瓷基片230被电连接到终端250上，虽然图9中仅仅显示了一对终端250和260。陶瓷基片230、终端250和销260例如可以通过焊接而连接在一起。终端250已经被镶嵌模塑在树脂251上，树脂251已经被固定在壳体210上并被壳体210所支承。
如图9所示，由例如树脂制成的连接器壳体270已经被结合在壳体210的上端上。使用O形环280对连接器壳体270和壳体210上端之间的间隙进行密封。使用壳体210上端的末端，连接器壳体270沿其整个周边被夹持，从而连接器壳体270和壳体210被密封地连接在一起。
在图9所示的压力传感器S3中，当膜片201由于要被测量的压力而发生应变时，传感器芯片230输出与要被测量的压力相关的信号。该信号被陶瓷基片230产生，并通过销260和终端250被传输到外部电路。在图9所示的压力传感器S3中，杆200由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。
因此，在图9所示的压力传感器S3中，膜片201具有比现有膜片更高的耐腐蚀阻力，从而图9所示的压力传感器S3适合于在恶劣环境下使用，以便检测例如废气的压力。此外图9所示的压力传感器S3也可以被用于测量诸如靠近涡轮增压充电器而不是上述DPF的废气压力的高压。
在图1、7和9所示的压力传感器S1、S2和S3中，膜片81、82和201由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍。然而根据图4所作出的结论，膜片81、82和201最好由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为52.5或更大，并且包含35.5％重量或更多的镍，从而阻止压力传感器S1、S2和S3被腐蚀。
权利要求
1.一种压力传感器(S1，S2，S3)，包括传感装置(20，220)；第一膜片(81，201)，其中第一膜片(81，201)暴露于第一流体中，使用传感装置(20，220)测量相对于该流体的压力，其中第一膜片(81，201)由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍，从而阻止第一膜片(81，201)受第一流体的影响而被腐蚀。
2.根据权利要求1所述的压力传感器(S3)，其特征在于传感装置(220)被连接到膜片(201)上，从而传感装置(220)与膜片响应于压力同时发生应变，输出与压力级相关的电信号。
3.根据权利要求1所述的压力传感器(S2)，还包括壳体(10)，该壳体上包含凹入部分(11a)，传感装置(20)位于该凹入部分(11a)；油(70)，其中该凹入部分(11a)充满了油(70)，第一膜片(81)位于凹入部分(11a)上方，以便密封住油(70)，压力通过第一膜片(81)和油(70)而被传送到传感装置(20)。
4.根据权利要求1所述的压力传感器(S1)，还包括壳体(10)，其具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面与第二侧面相反，所述壳体(10)包含位于第一侧面的第一凹入部分(11a)和位于第二侧面的第二凹入部分(11b)，传感装置(20)位于所述第一凹入部分(11a)内，从而使第一凹入部分(11a)和第二凹入部分(11b)之间不相通，以便确保传感装置(20)能够承受来自第一侧面或第二侧面的压力；油(70)，其位于第一侧面和第二侧面，其中凹入部分(11a，11b)内充满油(70)；第二膜片(82)，其中第一膜片(81)位于第一侧面上，用于密封位于第一凹入部分(11a)内的油(70)，第二膜片(82)暴露于第二流体，第二膜片(82)位于第二凹入部分(11b)，用于密封第二凹入部分(11b)内的油(70)，通过第一膜片(81)和位于第一凹入部分(11a)内的油(70)，将第一流体的压力传送到传感装置(20)，通过第二膜片(82)和位于第二凹入部分(11b)内的油(70)，将第二流体的压力传送到传感装置(20)；使用传感装置(20)，检测第一流体的压力和第二流体的压力之间的压力差，第二膜片(82)由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍，从而阻止第二膜片(82)受第二流体的影响而被腐蚀。
5.根据权利要求4所述的压力传感器(S1)，其特征在于位于第一侧面的油(70)的量基本上等于位于第二侧面的油(70)的量，从而降低由油(70)的热膨胀和收缩而引起的传感装置(20)输出电信号的误差。
6.根据权利要求3所述的压力传感器(S2)，还包括包含树脂的粘合剂(100)，其中壳体(10)由树脂制成，所述粘合剂(100)位于第一膜片(81)和壳体(10)之间，用于将第一膜片(81)接合在壳体(10)上。
7.根据权利要求4所述的压力传感器(S1)，还包括由树脂制成的粘合剂(100)，其中壳体(10)由树脂制成，所述粘合剂(100)位于第一膜片(81)和壳体(10)之间以及第二膜片(82)和壳体(10)之间，用于将膜片(81，82)接合在壳体(10)上。
8.根据权利要求6所述的压力传感器(S2)，其特征在于粘合剂(100)包括氟硅酮树脂和氟化树脂。
9.根据权利要求3、6和8中任一所述的压力传感器(S2)，其特征在于壳体(10)包括用于拾取传感装置(20)所输出的电信号的终端(10a)，所述终端(10a)沿基本上平行于壳体(10)上的安装着传感装置(20)的表面的方向从靠近传感装置(20)的位置伸出。
10.根据权利要求3、6和8中任一所述的压力传感器(S2)，其特征在于，壳体(10)包括传感装置安置元件(11)，其包含凹入部分(11a)；端口元件(12)，其包含压力引入口(12a)；螺纹元件(60，61，62)和铆钉中的一种，使用螺纹元件(60，61，62)和铆钉中的一种将传感装置安置元件(11)和端口元件(12)组装在一起。
11.根据权利要求7所述的压力传感器(S1)，其特征在于粘合剂(100)包括氟硅酮树脂和氟化树脂。
12.根据权利要求4、5和7中任一所述的压力传感器(S1)，其特征在于壳体(10)包括用于拾取传感装置(20)所输出的电信号的终端(10a)，所述终端(10a)沿基本上平行于壳体(10)上的安装着传感装置(20)的表面的方向从靠近传感装置(20)的位置伸出。
13.根据权利要求4、5和7中任一所述的压力传感器(S1)，其特征在于，壳体(10)包括传感装置安置元件(11)，其确定了第一和第二侧面；第一端口元件(12)，其包括第一压力引入口(12a)；第二端口元件(13)，其包括第二压力引入口(13a)；螺纹元件(60，61，62)和铆钉中的一种，使用螺纹元件(60，61，62)和铆钉中的一种将传感装置安置元件(11)和端口元件(12a，13a)组装在一起。
14.根据权利要求1所述的压力传感器(S1，S2，S3)，其特征在于膜片(81，201)由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为52.5或更大，并且包含35.5％重量或更多的镍。
15.根据权利要求1所述的压力传感器(S1，S2，S3)，其特征在于所述第一流体是从柴油发动机排出的废气。
全文摘要
一种压力传感器(S1，S2，S3)包括传感装置(20，220)和膜片(81，201)。膜片(81，201)暴露于流体中，使用传感装置(20，220)检测相对于该流体的压力。膜片(81，201)由这样的材料制成，该材料的利用等式(Cr+3.3Mo+20N)定义的点蚀指数为50或更大，并且包含30％重量或更多的镍，从而阻止膜片(81，201)受第一流体的影响而被腐蚀。
文档编号G01L13/02GK1453566SQ0312219
公开日2003年11月5日 申请日期2003年4月24日 优先权日2002年4月24日
发明者马场広伸, 加藤之启, 野村浩, 小池晴久 申请人:株式会社电装