压力传感器及其制造方法

专利名称：压力传感器及其制造方法
技术领域：
本发明属于汽车构造的技术领域，涉及汽车上的检测报警装置，更具体地 说，本发明涉及一种压力传感器。另外，本发明还提供了这种压力传感器的制 造方法。
背景技术：
汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键 部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器对温度、压力、 位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。衡量现 代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的质量和水平。当前， 一辆国 内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达
200只。从某种意义上说，先进汽车的竞争即是传感器的竞争。由于微电子技术 和微机械加工技术的发展，传感器正朝着微型化、多功能化、智能化方向发展。 传统的机油压力传感器是目前在汽车和柴油车上普遍使用的传感器。其产 品设计原理是利用金属膜片受压变形，驱动杠杆机构运动，通过一套复杂的机 械装置推动滑臂在滑线电阻上滑动，使滑线电阻值变化，来改变压力表线圈的 电流以检测压力。其结构设计的缺陷为由于传感元件金属膜片的塑性与记忆 恢复特性，其稳定性和抗疲劳性较差；滑线板部分采用<D0.08康铜丝，电刷为 00.12银白铜，该结构使线板滑动部分的耐磨性较差；压力报警部分采用滑动接 触形式，报警灯泡冷态电阻很小，瞬时冲击电流很大，频繁通断电时易产生电 弧而烧坏报警触点。这些设计的先天不足，加上我国的发动机制造水平和道路 条件等多种因素的影响，导致了机械式机油压力传感器机械故障多(如电刷、
滑线电阻磨损和烧蚀、报警触点磨损，抗振动性能差)，标准化程度低，寿命有 限等。目前，这种传感器的故障已经成为各个车厂十分头痛的问题。
自20世纪80年代以来，国内汽车仪表行业引进国外的先进技术及与之相 配套的传感器生产技术，基本满足了国内小批量、低水平车型的配套需求。由 于起步较晚，还没有形成系列化、配套化，尚未形成独立的产业，仍然依附于 汽车仪表企业，传感器的生产处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低 下的状况。许多传感器厂家为了增强产品的竞争力，采用与国外同行业进行合 资经营的方式，消化吸收国外先进的传感器技术，使产品升级换代，从而逐步 发展壮大。伴随着国内汽车产量的迅速增长，今后几年国内汽车工业对传感器 及其配套仪表的需求亦将大大增加，实现汽车传感器国产化势在必行。为适应 这一形势，必须开发新型压力、温度、流量、位移等传感器，提高高档汽车的 质量和技术性能，进而提高汽车工业的整体技术水平。

发明内容
本发明所要解决的第一个问题是提供一种压力传感器，其目的是提高压力 传感器的信号采集、处理和转输的性能和可靠性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为
本发明所提供的这种压力传感器，包括外壳、螺帽、锥螺纹、金属接线头 和绝缘套2，所述的压力传感器中设微型数字处理器，并通过程序处理模块对压 力信号进行采集、处理和输出；所述的压力传感器的传感元件为微型压力感应 芯片，所述的微型压力感应芯片通过信号线路与微型数字处理器连接。
为了使本发明更加完善，还提供以下的更为具体的优选的技术方案，供本 领域的技术人员深入理解本发明，并充分体现本发明的新颖性、创造性以及实 用性。 压力传感器的程序处理模块的技术方案
上述技术方案中所述的压力传感器的程序处理模块包括信号采集的电压输
入模块、电源模块、信号输出模块和报警模块；所述的传感元件设在电压输入
模块中；其连接关系为所述的电压输入模块向微型数字处理器输入信号；所
述的电源模块向微型数字处理器提供电源；所述的微型数字处理器向信号输出
模块和报警模块输出信号。
微型数字处理器的技术方案
所述的微型数字处理器采用汽车级8位单片机，其预设置的数据处理程序， 使信号输出模式实现脉宽调节，或者使信号输出模式为方波频率，或者使信号 输出模式为电流方式，或者使信号输出模式为电压方式；通过对频率信号占空 比的设定和选择。
独立电源的技术方案；
所述的压力传感器的电源模块，直接与车载电源连接，即压力传感器的电 源为独立电源。
压力传感器的内外结构的技术方案
所述的压力传感器的线路板采用高强度的耐高温的树脂胶整体封装；所述 的压力传感器的总体结构采用金属接线头进行机械圈压封装，并构成所述的外
壳o
所述的微型数字处理及微型压力感应芯片设在外壳内。 在所述的外壳内，设金属屏蔽层，罩在所述的微型压力感应芯片外。 电压输入模块的构成技术方案-
所述的电压输入模块按信号传递顺序分别设压力信号输入模块、压电转换
模块和信号放大模块；所述的微型压力感应芯片设在压力信号输入模块中，所
述的信号放大模块与微型数字处理器进行信号连接。
本发明所要解决的第二个问题是提供上述压力传感器采用的制造方法，其 发明目的与上述技术方案是相同的，该制造方法的工艺过程是
a) 、线路板涂胶；
b) 、贴片焊接；
C)、其它元件焊接，进入步骤e);
d) 、外壳加工，进入步骤e);
e) 、树脂胶封装；
f) 、外壳巻压装配；
g) 、最终检验。
本发明采用上述技术方案，使用微机械加工技术生产出的汽车用压力感应 芯片，辅以独立电源电路、信号处理电路和独立开发设计的软件程序，实现压 力信号数字化输出，并采用三线输出和两线输出方式选择、标准接口设计以及 可靠的高压和高强度的密封技术，进一步提高传感器的抗压强度，产品一体化 设计，结构紧凑，独特的结构和原理，有效提高了产品的性能和可靠性，降低 了制造成本和零件加工成本。本发明同现有技术相比，本发明具有精度高、无 机械部件触点、可靠性高、寿命长、耐腐蚀、成本低，性能价格比高等特点。


下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明
图1为本发明的结构示意图2为本发明的程序处理模块的结构示意图3为本发明的功能示意图4为本发明中的压力传感器的制造工艺方法的过程框图。
图中标记为-
1、金属接线头，2、绝缘套，3、外壳，4、螺帽，5、锥螺纹，6、压力传 感器。
具体实施例方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
如所涉及 的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及 工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域 的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图l、图2和图3所表达的本发明的结构及其功能、模块，本发明为一种 压力传感器，用于车辆上的各种压力的测试，其结构包括外壳3、螺帽4、锥螺 纹5、金属接线头1和绝缘套2，其中金属接线头l由绝缘套2保护，起到绝缘 作用；金属接线头1与传输线路连接；锥螺纹5用于在机体上的安装，且锥螺 纹能起到良好的密封作用；螺帽4在压力传感器紧固时起旋紧作用。
正如本说明书背景技术部分对现有技术存在的缺陷，为了克服这些缺陷， 解决技术上的问题，实现提高压力传感器的信号转输的性能和可靠性的发明， 本发明提出了如下的技术方案
如图6所示，本发明所提供的这种压力传感器，所述的压力传感器6中设 微型数字处理器，并通过程序处理模块对压力信号进行采集、处理和输出；所 述的压力传感器6的传感元件为微型压力感应芯片，所述的微型压力感应芯片 通过信号线路与微型数字处理器连接。图中的微处理器即微型数字处理器。
本发明改变了传统压力传感器所采用的结构和工作原理。传统压力传感器 采用的结构和工作原理是利用模片变形来驱动杠杆机构运动，推动滑线电阻 弹片在电阻板上动运，从而实现随压力变化而传感器输出电阻变化的方式。而
本发明采用的专用的微型压力感应芯片进行压力变化测试，将压力信号转化成 变化的电压信号并进行放大，转输给微型数字处理器，通过计算机程序处理转 化为数字性的频率或电流信号，直接传输给车用仪表、发动机控制系统或中央 处理系统来进行报警或控制调整，输出频率也可选择脉宽调节方式实现与整车 总线技术的对接。
微型化传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数 据处理装置集成封装在一块芯片上。由于其体积小、价格便宜、便于集成等特 点，可以提高系统测试精度。
使用微机械加工技术生产出的汽车用压力感应芯片，辅以独立电源电路、 信号处理电路和独立开发设计的软件程序，实现压力信号数字化输出，并采用 三线输出和两线输出方式选择，标准接口设计，以及可靠的高压和高强度的密 封技术。同现有滑线式油压传感器相比，具有精度高、无机械部件触点、可靠 性高、寿命长、耐腐蚀、成本低，性能价格比高等特点。
本发明还提供了以下多个实施示例，供本领域的技术人员在实施本发明时 选择应用-
实施示例一
如图2所示，上述技术方案中所述的压力传感器6的程序处理模块包括信 号采集的电压输入模块、电源模块、信号输出模块和报警模块；所述的传感元 件设在电压输入模块中。
其连接关系为-
所述的电压输入模块向微型数字处理器输入信号；
所述的电源模块向微型数字处理器提供电源；
所述的微型数字处理器向信号输出模块和报警模块输出信号。
上述结构及连接关系，实现了压力传感器的压力信号采集、处理和传输的 功能，以及向系统提供电源的功能。 实施示例二-
本发明所述的微型数字处理器采用汽车级8位单片机，其预设置的数据处 理程序，使信号输出模式实现脉宽调节，或者使信号输出模式为方波频率，或 者使信号输出模式为电流方式，或者使信号输出模式为电压方式；通过对频率 信号占空比的设定和选择。
数据处理采用汽车级8位单片机和独立开发的软件程序，使信号输出模式 可以实现脉宽调节、方波频率、电流和电压等多种方式的选择，并可通过对频 率信号占空比的设定和选择，使传感器产品能直接适应现代新型高档汽车上总 线技术对传感器信号的特殊需求。功能多样化和复合化，适应不同产品和不同 运行条件的要求。
施实示例三
本发明所述的压力传感器6的电源模块，直接与车载电源连接，即压力传 感器6的电源为独立电源。
本发明采用独立电源电路设计的技术方案，提高了产品的抗干扰能力和稳 定性。
实施示例四
如图1所示，本发明所述的压力传感器6的线路板采用高强度的耐高温的 树脂胶整体封装；所述的压力传感器6的总体结构采用金属接线头1进行机械 圈压封装，并构成所述的外壳3。
线路板的封闭和传感器的总装是利用高强度的耐高温的树脂胶整体封装 后，再利用金属结构的接头进行机械圈压封装，以进一步提高传感器的抗压强
度。产品一体化设计，结构紧凑，独特的结构和原理，配套专用数据处理程序， 有效提高了产品的性能和可靠性，降低了制造成本和零件加工成本。 实施示例五
如图3所示，所述的电压输入模块按信号传递顺序分别设压力信号输入模 块、压电转换模块和信号放大模块；
以上所述的微型压力感应芯片设在压力信号输入模块中，所述的信号放大 模块与微型数字处理器进行信号连接。
实施示例六
本发明所述的微型数字处理及微型压力感应芯片设在外壳3内。实现了传 感器结构的一体化、集成化。 实施示例七
在所述的外壳5内，设金属屏蔽层，罩在所述的微型压力感应芯片外。由 于采用了上述结构，传感器内传送的信号不再受外界、特别是汽车电气系统的 强电干扰，使得其传递的信号准确、稳定可靠。
下面对本发明的有益效果进行详细分析和介绍
本发明提供的压力传感器的技术指标
1、 允许压力过载满量程的2倍；
2、 精度1.0%FS (包括非线性、迟滞和重复性)；
3、 输出信号两线4 20mA、三线0.5 4.5VDC (5VDC供电)；
4、 电源电压10 36VDC;
5、 工作温度范围—40 125°C;
6、 温度对零点的影响±0.02%FS/°C;
7、 温度对满量程的影响±0.03%FS/°C; 8、 绝缘^1000MQ/100V;
9、 外壳防护等级IP65;
10、 寿命100， 000次。
本项目产品数字式压力传感器与与国内其它产品性能对比如下:
本发明的数字式压力传感器现有技术的压力传感器
精度高1.0%FS精度低10%FS
温度飘移小±0. 03%FS/°C温度飘移大±0. 1%FS/°C
奉命长100000次奉命短30000次
通用性强不通用
耐振动性强耐振动性弱
可靠性高机械故障多
本发明的预期经济指标
按年产70万只数字式压力传感器计算，产品价格的估算按平均价格估算为
180元/只。如达到设计产量，可实现年销售收入为12600万元，税后利润为1375 万元。本发明提供的技术在经济上是可行的，并具有一定的抗风险能力。
本发明还提供上述压力传感器所采用的制造方法，该方法的具体技术方案 为其工艺过程是
a) 、线路板涂胶；
b) 、贴片焊接；
c) 、其它元件焊接，进入步骤e);
d) 、外壳3加工，进入步骤e);
e) 、树脂胶封装；
f) 、外壳3巻压装配；
g) 、最终检验。
其中，在步骤b)中，贴片是指微型压力感应芯片。
采用上述制造方法，工艺过程能保证产品质量，使得产品的密封效果更好， 产品性能更加稳定，数字式压力传感器的生产过程比较简单，电子元器件较少，
除了元器件焊装和CPU写程序外，主要是线路板的封闭和壳体及金属接头的巻压封装。由于传感器的体积限制，设计中多采用了贴片元件，为了保证焊接质 量，采用了贴片机进行焊装。为了增加传感器的耐振动性和耐候性，对线路板 和传感器的接头用耐高温的高强度树脂胶整体封装。外壳的装配采用专用巻压 设备。
上述技术方案与现有技术相比，有明显的区别，具有突出的实质性的特点， 并在技术上取得进步，为汽车产品的整体技术的提高作出贡献，有产业上的推 广应用的价值，所以本发明具有新颖性、创造性和实用性。另外，本发明涉及 的产品结构和制造方法，同属一个总体的发明构思。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上 述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性 的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在 本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种压力传感器，包括外壳(3)、螺帽(4)、锥螺纹(5)、金属接线头(1)和绝缘套(2)，其特征在于所述的压力传感器(6)中设微型数字处理器，并通过程序处理模块对压力信号进行采集、处理和输出；所述的压力传感器(6)的传感元件为微型压力感应芯片，所述的微型压力感应芯片通过信号线路与微型数字处理器连接。
2、 按照权利要求1所述的压力传感器，其特征在于所述的压力传感器(6)的程序处理模块包括信号采集的电压输入模块、电源模块、信号输出模块和报警模块；所述的传感元件设在电压输入模块中；其连接关系为所述的电压输 入模块向微型数字处理器输入信号；所述的电源模块向微型数字处理器提供电 源；所述的微型数字处理器向信号输出模块和报警模块输出信号。
3、 按照权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于所述的微型数字 处理器采用汽车级8位单片机，其预设置的数据处理程序，使信号输出模式实 现脉宽调节，或者使信号输出模式为方波频率，或者使信号输出模式为电流方 式，或者使信号输出模式为电压方式；通过对频率信号占空比的设定和选择。
4、 按照权利要求2所述的压力传感器，其特征在于所述的压力传感器(6) 的电源模块，直接与车载电源连接，即压力传感器(6)的电源为独立电源。
5、 按照权利要求1或2或4所述的压力传感器，其特征在于所述的压力 传感器(6)的线路板采用高强度的耐高温的树脂胶整体封装；所述的压力传感 器(6)的总体结构采用金属接线头(1)进行机械圈压封装，并构成所述的外 壳(3)。
6、 按照权利要求2或4所述的压力传感器，其特征在于所述的电压输入 模块按信号传递顺序分别设压力信号输入模块、压电转换模块和信号放大模块；所述的微型压力感应芯片设在压力信号输入模块中，所述的信号放大模块与型数字处理器进行信号连接。
7、 按照权利要求6所述的车用水位传感器，其特征在于所述的微型数字 处理及微型压力感应芯片设在外壳(3)内。
8、 按照权利要求7所述的车用水位传感器，其特征在于在所述的外壳(5)内，设金属屏蔽层，罩在所述的微型压力感应芯片外。
9、 按照权利要求5所述的车用水位传感器采用的制造方法，其特征在于所 述的制造方法的工艺过程是a) 、线路板涂胶；b) 、贴片焊接；c) 、其它元件焊接，进入步骤e);d) 、外壳加工，进入步骤e);e) 、树脂胶封装；f) 、外壳巻压装配；g) 、最终检验。
全文摘要
本发明公开了一种压力传感器，包括外壳(3)、螺帽(4)、锥螺纹(5)、金属接线头(1)和绝缘套(2)，所述的压力传感器(6)中设微型数字处理器，并通过程序处理模块对压力信号进行采集、处理和输出；所述的压力传感器(6)的传感元件为微型压力感应芯片，所述的微型压力感应芯片通过信号线路与微型数字处理器连接。本发明还公开了这种压力传感器的制造方法。本发明同现有技术相比，本发明具有精度高、无机械部件触点、可靠性高、寿命长、耐腐蚀、成本低，性能价格比高等特点。
文档编号G01L9/00GK101368863SQ200810021108
公开日2009年2月18日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者陈建海 申请人:陈建海