专利名称：传感器的制作方法
技术领域：
一种用于测量液体压力的传感器，包括医疗应用。
背景技术：
本发明涉及一种压力传感器，包括安装在一个衬底上的传感元件，在 该衬底上，液体压力通过一种柔性介质隔离材料，例如医用介质隔离软 凝胶，通常地为聚二甲基硅氧垸或类似物质，被转换到陶瓷传感元件。
图4描述了一种现有技术的传感器，这种传感器包括一个具有延伸穿 过一个外侧的液体通道402的外壳400。该液体通道的终端具有吸引连接 器或类似结构(未示出)，用于将液体传输线连接到各个端上。在使用中， 用于监控压力的液体占用这个通道。外壳包括一个背对该通道的空腔 404。 一个隔离壁480将通道402和空腔404分开。 一个小直立壁408形 成在空腔404的内表面上，环绕一个孔406。直立壁408距离小孔406 有一段很小的距离以留出一个窄的内凸缘。 一个发泡聚合体垫圈410位 于空腔404内抵靠着隔离壁480。垫圈410具有一个套在直立壁408上并 围绕其的孔420。垫圈包括一个凸起衬垫。 一系列线性导体424固定在衬 垫顶部。 一个传感器组件位于空腔内抵靠着发泡垫圈。传感器组件包括 一个硅片衬底430，其承载传感元件432并与电气和电子电路相连。 一个 弹性0型环428粘合在衬底430的一侧。 一个刚性帽426粘合在覆盖传 感元件432的硅片的另一侧上。帽中心的一个小孔440允许封闭空间内 产生均等的压力。介质隔离凝胶442填充在0型环428的中心开口一直 向下到传感元件。传感组件位于具有位于直立壁408内的0型环428的
空腔404中，并被压縮抵靠着内凸缘。这为在O型环处的密封作好了准 备，同时通道中的液体可以通过孔并压在隔离凝胶442的暴露区域上。 衬底430上的电触点接触垫圈上不同组的一系列电触点424。电缆组件 450的一端具有接收组件452，该接收器组件位于空腔404内。 一对沿接 收器本体两侧延伸的夹子与外壳404的互补夹子相合作，将接收器本体 保持在空腔内的适当位置。接收器包括面对隔离壁480的一侧上的凹槽 454。随着O型环428的突出，传感组件位于这个凹槽内。凹槽的底面 456压在刚性帽的外表面上，而穿过帽的孔与凹槽的扩展部464对准定 位。接收器包括从由接收器本体封装在电缆端462中的电导体延伸出来 的电触点460。该电触点460压在垫圈凸起衬垫上的不同组的一系列导体 424上。这些不同组的导体至少大约与那些同样不同组的导体一致，这些 同样不同组的导体与传感组件触点接触以实现传感器触点和接收器触点 的电连接。在这个传感器设计中，软凝胶隔离材料容纳在柔性O型环中。 本发明的发明者已经确定这是电势误差的根源。
美国专利US5,540,100中描述了另一种现有技术的压力传感器。这是 在陶瓷衬底上包括压力检测元件的压力传感器的另一个例子。该元件与 液体通道相通。在该现有技术的设计中，传感元件和衬底不与通道内的 液体隔离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于测量液体压力的压力传感器，其有利 于克服现有技术中的这些缺点，或者其至少可以向这种传感器的使用者 提供有用的选择。
本发明的第一方面，在于一种用于测量液体压力的传感器，其包括 一个具有液体接触区域、通过一个隔离壁从第三接触区域分开的空 腔、和穿过隔离壁的孔的外壳；
一个位于所述空腔内的传感器组件，其具有一个承载压力传感器和刚 性支撑块的衬底，该刚性支撑块安装在所述衬底上，所述衬底包括一个 面向所述隔离壁的表面、 一个从所述表面延伸进所述孔的突出部分和一 段延伸穿过所述突出部分和所述支撑块达到衬底上的传感器的通道，所 述通道以传输压力的介质填充；
一个位于所述突出部分周围并夹在所述支撑块表面和所述隔离壁之 间的弹性密封件；以及
一个固定在所述外壳内的接收器，将所述传感器组件保持在适当位置 抵靠所述密封，同时所述突出部分位于所述孔内。
在另一个方面中，本发明在于一种用于测量液体压力的传感器，包括
具有液体接触区域、通过一个隔离壁从液体接触区域分开的空腔、和 穿过隔离壁的孔的的外壳；
位于所述空腔内的传感器组件，具有压力传感器和刚性块，该刚性块 包括一个面对所述隔离壁的表面、从所述表面延伸进所述孔中的突出部 分和一段延伸穿过所述突出部分和所述块到达传感器的通道，所述通道 以传输压力的介质填充；
位于所述突出部分周围并夹在所述块表面和所述隔离壁之间的弹性 密封；以及
随着所述突出部分位于所述孔中，而将所述传感器组件保持在适当位 置抵靠所述密封的装置。
在另一个方面中，本发明在于一种用于测量液体压力的传感器，
具有陶瓷基片的传感器组件，该陶瓷基片包括压力传感器、安装在所 述基片上的刚性支撑块、从所述支撑块延伸出来的突出部分和一段延伸 穿过所述突出部分和所述支撑块达到基片上的传感器的通道，所述通道 以压力传输凝胶填充，
位于所述突出部分周围并夹在所述支撑块表面和外壳之间的弹性密
封。
对于本发明涉及领域的技术人员来说，在不脱离由所附权利要求定义 的本发明的范围的情况下，他们可以得到结构上的许多改变以及本发明 非常不同的实施例和应用的启示。这里公开和说明的内容仅仅是为了说 明，而不倾向于起任何意义的限制作用。
图1是示出本发明的传感器组件的装配图。 图2是根据图1的实施例装配的传感器的截面视图。 图3是根据图1的实施例的接收器组件的截面视图，其采取与图2的 截面不同的平面，示出了另外的结构细节。
图4是上面详细描述过的现有技术传感器的截面视图。
具体实施例方式
图1到3说明了根据本发明的优选实施例的传感器。在整个结构中， 该传感器类似于图4的现有技术传感器。该传感器包括一个具有液体通 道102的外壳100和一个通过隔离壁从液体通道分离出来的空腔。 一个 传感器组件110位于空腔内。传感器组件中的压力传感元件通过隔离介 质118使液体压力传递至其上。传感器组件110通过一个接收器122保 持在空腔内。接收器122的一端具有一个电缆130，并与传感器组件IIO 的衬底上的触点电连接。
然而，根据本发明，传感器组件IIO包括一个粘合在衬底112面对隔 离壁200的表面上的刚性块114。一个突出部分116从块114表面延伸出 来并突出进隔离壁200的孔202中。弹性密封108位于突出部分116周 围。 一段通道从突出部分116的开口端延伸穿过块114到达衬底112，包 围传感元件206。这个通道包含隔离介质，该介质从液体通道到传感器传
输压力。刚性块114和突出部分116通过压縮0型环108保护隔离介质 118不受损，并保护衬底112不会由于将传感组件保持在外壳内的夹紧压 力而产生弯曲。
图1到3说明了传感器的该优选实施例的具体结构。外壳100包括管 道102形式的液流通道。管道的两端提供连接器103和105。外壳100 包括背对管道102的空腔209。空腔209通过围壁和隔离壁200形成。围 壁包括相对两侧上的夹子136和在一端上的槽口 212。当装配传感器时， 夹子136与接收器122上的互补接合点138啮合，将接收器122保持在 空腔内。槽口 212容纳从接收器122延伸出来的电缆130。空腔209通过 隔离壁200与管道102的内部分离。穿过隔离壁200提供一个孔202，用 于向传感器组件传输液体压力。
如图l所示，接触传感器的液体区可以是管道或腔室的形式，或可以 不构成外壳本身的一部分。例如，外壳的外壁可以构成腔室的壁的一部 分或容纳液体的管道的一部分。然而，在至少一种在医学界可用的形式 中，液体接触区包括与一端或两端上的连接器集成在一起的组合管道102 的内部。适当的端连接器取决于传感器的预期应用。
在所示实施例中，外壳具有夹子136以保持接收器122。可替换地， 外壳100可以直接将传感器组件110设置在空腔209内，或抵靠隔离壁 200而不提供空腔本身。
再次参考图1和2，传感器组件110具有一个衬底112。优选地，衬 底112是一个陶瓷基片，其适于具有形成或安装在其上的电气和/或电子 组件。例如，传感器206， 一个硅基压电应变仪，如图所示安装在衬底 112面对隔离壁200的一侧。可以如现有技术的实施例那样将传感器安装 在衬底的另一侧上，以适当的刚性盖或帽保护传感器。在这种情况下， 就必需要一个穿过衬底的较大的孔以将液体压力穿过衬底传输到传感 器。
在所示实施例中，传感器206完全位于通道204内。通道204完全填 充以隔离介质118。隔离介质118优选是一种软凝胶，例如聚二甲基硅氧 垸或类似物质。需要该隔离介质在向传感器传输压力时将传感器与要监 控的液体隔离开来。
在传感器206后面有一个小孔208穿过衬底112。这个孔允许传感器 膜后面的压力补偿大气压力作为参考压力。
突出部分116的尺寸适合外壳100的孔202内的紧配合。
弹性密封108位于突出部分116周围。优选地，弹性密封108是弹性 材料的O型环，例如氟弹性体或硅橡胶。可替换地，密封可以是配方材 料，例如硅RTV聚合体，其可以在装配之前或之后固化。如果密封是一 种在装配之后固化的配方材料，则其还可以在传感器组件和隔离壁200 之间提供弱粘着力。优选地，该密封是O型环或类似结构，从而使其具 有相符的尺寸和形状，可以经受传感器组件110保持在外壳内的已知水 平位置时的预定压縮量。O型环108可以位于突出部分116底部周围的 一个浅凹陷120内并且受到隔离壁200上的一个小反向脊230的压縮。
刚性块114和突出部分116优选以硬塑料材料，例如聚碳酸酯整体形 成。可以预先形成的刚性材料块和突出部分116利用胶粘剂，例如UV 可固化环氧树脂或过模铸形成在衬底112上。
在衬底112的背面提供接触衬垫，用于从传感器206输出电信号。这 些接触衬垫与接收器122中的触点132 (图3中为312)相连。
接收器122执行多种功能。接收器的第一个功能是将传感器组件设置 并固定在外壳的空腔209内。另一个功能是提供衬底112的输出衬垫的 电连接，从而使指示传感器206检测到的压力的电信号可以通过电缆130 输出。另一个功能是为传感器组件110提供保护，例如，保护其不受从 装置外进入的水的损害。根据本发明的这种传感器打算用于例如医疗环 境中，可以经受盐溶液或其他液体的外部冲洗。 接收器包括一个空腔124，其尺寸适于封闭容纳传感器组件110。该 空腔具有一个底面和四个围壁。优选实施例的侧壁包括夹子134，其可以 突出超过刚性块114的衬底112的边缘。夹子B4保持衬底112抵靠着 凹槽124的底部。定位的特征，例如小幅度锥形的壁部分314可以位于 壁的底部或附近，从而将传感元件110准确设置在适当的位置，同时允 许传感元件在插入时不产生显著的干扰。
接收器包括一个临近凹槽124 —端的凹槽214。其优选对准衬底112 的小开口 208下方。
图3示出了接收器组件的更详细结构。电缆130的端部进入接收器本 体318中的细长空腔内。电缆包含多个(例如，四个)电导体和一个中 空管234 (优选在电缆的中心)，该中空管用于为从空腔214穿过电缆的 中空管到大气的参考压力提供通风。
多个(例如，四个)金属触点310被压进接收器本体318中的狭槽内。 齿316刺入电缆130，与电缆的各个电导体接触。各个电导体310包括一 个具有一个头的弹簧臂312，其处于松弛状态，位于凹槽124的底面上方。 因此，随着装配传感器，这些接触头压在衬底112上的接触衬垫上。
电缆130进一步通过接合元件302固定在适当位置。该接合元件302 通过一个整体铰链与本体318相连。当本体318形成时(例如，通过注 塑)，元件302如虚线303所示处于向上的方位。当其被推进接合位置时， 元件302的末端被推过本体318的一个突出鼻状突起303。然后，鼻状突 起303将元件302限制在接合位置。在接合位置，电缆130表面的一个 边缘咬入电缆的屏蔽层。元件302的形状使得当其处于接合位置时其不 密封电缆的中空管，包括一个槽口 232以提供连接中空管234和空腔214 的流路。 一个小孔刺入空腔214处的电缆，为中空管234提供一个开口。
优选地，在插入本体318之前，插入一个柔韧的PVC塞308作为一 个套筒或将其过模铸在电缆上。随着电缆插入本体318，塞308完全填充
在电缆接收空腔的开口端。接着，将一个盖304粘合在本体318的背面，
例如，通过超声焊接。它封住了多个开口，这些开口对于制造所述的本 体是必须的。然后，通过过模铸将塞的端部密封，从而盖住例如，部分
306。可替换地，可以使用或不使用电缆上的柔韧套筒而以一个过模铸操 作密封住所有这些开口。因此，除了穿过电缆到达空腔214的排气孔(使 空腔214可以保持在大气压力)之外，接收器另外还被充分密封在空腔 214的外表面和内部之间。
为了接收器122和隔离壁200之间的密封(另一个用于液体进入传感 器区域的流体通路)，优选在接收器122的顶面和隔离壁200的表面之间 提供一个垫圈。该垫圈104本质上是一个尺寸和形状都适于位于空腔209 内的开放框架，具有一个孔106，其尺寸适于至少容纳传感器组件110 的刚性块114。例如，垫圈可以由硅橡胶或RTV聚合体形成。垫圈可以 简单地夹在外壳和接收器之间，或粘合在外壳或接收器之一上。优选地， 外壳和接收器之一或两者都包括一个环形脊，其压入垫圈促进好的密封 效果。例如，在所示实施例中，脊128位于接收器表面的周围。
当装配时，如图2所示，接收器122被接收器本体上的外壳接合点 138的夹子136夹进外壳100中。夹子的相关位置保证了接收器表面和隔 离壁200之间的空隙对于垫圈104是一种己知的干涉配合，垫圈104在 它们之间被压縮。脊128进一步压入垫圈104。空腔124的底面压在衬底 112的下面。这个底面的水平位置和传感组件的厚度使0型环108夹在 隔离壁200和刚性块114的顶面之间。这提供了孔202区域内的优良密 封效果而不影响隔离凝胶118。传感组件不压在周边垫圈104上。
权利要求
1、一种用于测量液体压力的传感器，包括一个外壳，具有一个液体接触区域、一个通过一个隔离壁从液体接触区域分离出来的空腔，和一个穿过隔离壁的孔；一个位于所述空腔中的传感器组件，具有一个承载一个压力传感器和一个刚性支撑块的衬底，刚性支撑块安装在所述衬底上，所述衬底包括一个面对所述隔离壁的表面、一个从所述表面延伸进所述孔的突出部分和一段延伸穿过所述突出部分和所述支撑块到达衬底上的传感器的通道，所述通道以传输压力的介质填充；一个位于所述突出部分周围并夹在所述支撑块表面和所述隔离壁之间的弹性密封；以及一个固定在所述外壳内的接收器，其随着所述突出部分位于所述孔中而将所述传感器组件保持在适当位置抵靠着所述密封。
2、 如权利要求l所述的传感器，其特征在于，所述弹性密封是一个 套在所述突出部分上的O型环。
3、 如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述支撑块表面包括 一个围绕所述突出部分的环形凹陷，所述O型环位于所述凹陷内。
4、 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述隔离壁包括一个 围绕所述孔面对所述传感器组件的圆周的小环形脊，所述小环形脊压进 所述弹性密封。
5、 如权利要求l所述的传感器，其特征在于，所述接收器具有一个 尺寸和形状都适于容纳所述传感器组件的凹槽，所述传感器组件容纳在 所述凹槽中， 一个第二弹性密封夹在所述接收器和围绕所述凹槽圆周的 所述外壳之间。
6、 如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述外壳和所述接收 器的至少一个包括一个面对所述外壳和接收器的另一个的小环形脊，所 述脊压进所述第二弹性密封中。
7、 如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述接收器包括一个 传输电缆，所述电缆包括一个沿其长度延伸的中空管，所述中空管与所 述凹槽气体相通。
8、 如权利要求5所述的传感器，其特征在于，利用位于所述传感器 组件和所述接收器之间的夹子和位于所述接收器和所述外壳之间的夹 子，所述传感器组件被夹子夹进所述接收器的所述凹槽中，所述接收器 被夹进所述外壳，所述接收器和外壳关于它们各自的组件设置，从而将 所述传感器组件定位在所述空腔内的某个位置，使所述弹性密封夹在所 述支撑块表面和所述隔离壁之间。
9、 一种用于测量液体压力的传感器，包括一个外壳，具有一个液体接触区域、 一个通过一个隔离壁从液体接 触区域分离出来的空腔，和一个穿过隔离壁的孔；一个位于所述空腔内的传感器组件，具有压力传感器和刚性块，该 刚性块包括一个面对所述隔离壁的表面、 一个从所述表面延伸进所述孔 的突出部分、和一段延伸穿过所述突出部分和所述块到达传感器的通道， 所述通道以传输压力的介质填充；一个位于所述突出部分周围并夹在所述块表面和所述隔离壁之间的 弹性密封；以及随着所述突出部分位于所述孔中，而将所述传感器组件保持在抵靠 所述密封的适当位置的装置。
10、 如权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述弹性密封是一 个套在所述突出部分上的O型环。
11、 如权利要求IO所述的传感器，其特征在于，所述块表面包括一个围绕所述突出部分的环形凹陷，所述o型环位于所述凹陷内。
12、 如权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述隔离壁包括一 个围绕所述孔面对所述传感器组件的圆周的小环形脊，所述小环形脊压 进所述弹性密封。
13、 在用于测量液体压力的传感器中，一个具有陶瓷基片的传感器组件，该陶瓷基片包括一个压力传感器、 一个安装在所述基片上的刚性支撑块、 一个从所述支撑块延伸出来的突 出部分和一段延伸穿过所述突出部分和所述支撑块到达基片上的传感器 的通道，所述通道以压力传输凝胶填充，一个位于所述突出部分周围并夹在所述支撑块表面和外壳之间的弹 性密封。
14、 如权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述弹性密封是一 个套在所述突出部分上的O型环。
15、 如权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述支撑块表面包 括围绕所述突出部分的环形凹陷，所述突出部分位于所述凹陷内。
16、 如权利要求15所述的传感器，其特征在于，隔离壁具有一个围 绕一个孔面对所述传感器组件的圆周的小环形脊，所述小环形脊压进所 述弹性密封。
17、 如权利要求13所述的传感器，其特征在于， 一个接收器具有一 个尺寸和形状都适于容纳所述传感器组件的凹槽，所述传感器组件容纳 在所述凹槽中， 一个第二弹性密封夹在所述接收器和围绕所述凹槽圆周 的所述外壳之间。
18、 如权利要求17所述的传感器，其特征在于，所述外壳和所述接 收器的至少一个包括一个面对所述外壳和接收器中的另一个的小环形 脊，所述脊压进所述第二弹性密封。
19、 如权利要求17所述的传感器，其特征在于，所述接收器包括一 个传输电缆，所述电缆包括一个沿其长度延伸的中空管，所述中空管与 所述凹槽气体相通。
20、如权利要求17所述的传感器，其特征在于，利用位于传感器组 件和所述接收器之间的夹子和位于所述接收器和所述外壳之间的夹子， 所述传感器组件被夹在所述接收器的所述凹槽内，所述接收器被夹在所 述外壳内，所述接收器和外壳关于它们各自的组件设置，从而将所述传 感器组件设置在所述空腔内的某个位置，使所述弹性密封夹在所述支撑 块表面和所述隔离壁之间。
全文摘要
一种用于测量液体压力的传感器，具有一个外壳，该外壳具有一个液体接触区域、一个通过一个隔离壁从液体接触区域分离出来的空腔、和一个穿过隔离壁的孔。一个传感器组件位于空腔内，具有一个承载一个压力传感器的衬底。一个刚性支撑块安装在衬底上，包括一个面对外壳的隔离壁的表面。一个突出部分从这个表面延伸进隔离壁的孔中。一个通道延伸穿过突出部分和支撑块到达衬底上的传感器。该通道以传输压力的介质填充。一个弹性密封位于突出部分周围，夹在支撑块表面和外壳的隔离壁之间。一个接收器固定在外壳内。随着突出部分位于孔中，接收器保持该密封。
文档编号G01L9/00GK101184977SQ200680015680
公开日2008年5月21日 申请日期2006年3月8日 优先权日2005年3月8日
发明者克里斯托弗·约翰·格里芬, 布赖恩·基思·帕特曼 申请人:森斯费伯私人有限公司