专利名称：用于传感器组件的连接件的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于在检测测试介质的化学组分以及/或者物理性质中使用的 传感器的连接件，更特别地涉及用于保持传感器元件和用于从感测区域传递信号的电导体 之间连接的完整性的连接件。
背景技术：
通常已知，可使用例如氧传感器、pH计、热电偶以及类似的仪器来测量测试介质中 的一种或多种化学性质以及/或者物理特性。这样的传感器被典型的构造成可根据被测成 分或特性而产生可变的电动势、电阻值或其他可测量的电特征。仅通过举例而言，氧传感器 可以利用包含原电池的感测元件，其中，测量电极暴露在测试介质中，同时参考电极与介质 相隔离。电极间电动势的差别与测试介质中的氧成分相关联。在热电偶中，感测元件可包 含两条具有不同合金成分的导线。当暴露在共同的温度梯度中时，这些导线显示出不同的 电压特性。因此，对导线间相对的电压差值的测量可用于确定温度。在利用电数据传输的感测系统中，信号可以在感测元件和一个或多个提供其他功 能的单元如监测单元、控制单元或类似单元间传输。此传输可通过包括在感测元件上的接 触垫和与感测电路的导体相连的端子接触件的可分离的电连接件而进行。高振动和高温环 境可对电连接的完整性产生不利影响。使用减轻振动、温度或其他力的影响的电连接件组 件是有用的。发布于1991年1月8日的加藤等人的美国专利No. 4，983，271公开了一种包含在 感测元件和引线之间的多引线电连接件的氧传感器。No. 4，983，271中公开的所述电连接件 包含多个设置在片状陶瓷感测元件端部的感测电极。所述电极在感测元件中与等数量的导 电接触垫电连通，所述导电接触垫暴露在感测元件的相对置的端部的平面上。连接到导线导体上的导体端子接触件被支撑在一对覆盖在导电接触垫上的陶瓷 托架上。周围的金属配件包括向外延伸的片簧。片簧被周围的嵌缝环压住，所述嵌缝环被卷 曲而环绕装配部以使弹簧变形。托架被驱向感测元件从而促使端子接触件与接触垫接触。在加藤等人的系统中，片簧偏压在向内变形的环绕配件和托架的嵌缝环上，从而 使配件保持压靠在陶瓷托架上的挤压关系。产生形变的嵌缝环将片簧向内压向配件，配件 对托架施加压缩力。虽然加藤等人的系统可完全起作用，但嵌缝环的使用会产生一些限制。通过例子， 在部件没有对齐或如果嵌缝环没有正确定位的情况下，一旦将嵌缝环卷曲，则感测元件可 能难以挽救。类似的，移除被压的嵌缝环的难度可能使部件较难修理。此外，还有牵涉到将 嵌缝环压到片簧上就位的固有的变化性。因此，需要一种改进的电连接件，其降低了变化性并便于在感测组件中修理使用。
发明内容
依照一方面，本公开提供了一种用于传感器组件的电连接件，包括具有不导电基体的感测元件，所述基体包括多个布置在其上的间隔开的导电接触垫；多个导电端子接触 件，每个都与间隔的接触垫中的一个相接触；至少一个以使所述端子接触件与接触垫呈接 触关系地支撑端子接触件的托架；包围所述至少一个托架和接触垫的约束支架；所述支架 包括至少一个从支架向所述至少一个托架延伸而将所述至少一个托架驱向接触垫的偏置 元件。在另一方面，本公开提供了传感器组件，包括传感器壳体；在传感器壳体中的包 含感测元件的连接件，所述感测元件具有不导电基体，所述基体包括多个设置在其上的间 隔的导电接触垫；多个导电端子接触件，每个都与间隔的接触垫中的一个相接触；至少一 个以使所述端子接触件与接触垫呈接触关系地支撑端子接触件的托架；包围所述至少一个 托架和接触垫的约束支架；所述支架包括至少一个从支架向所述至少一个托架延伸而将所 述至少一个托架驱向接触垫的偏置元件。依照另一方面，本公开提供了一种用于传感器组件的装配方法，所述传感器组件 具有用于传感器组件的连接件，步骤包括提供一种感测元件，所述感测元件具有不导电基 体，所述基体包括多个设置在其上的间隔的导电接触垫；提供多个用于与间隔的接触垫中 的一个相接触的导电端子接触件；提供至少一个用于以使所述端子接触件与接触垫呈接触 关系地支撑端子接触件的托架；提供用于包围所述至少一个托架和接触垫的约束支架；支 架包括至少一个从支架向所述至少一个托架延伸而用于将所述至少一个托架驱向接触垫 的偏置元件；将端子接触件连接到所述至少一个托架；对所述至少一个托架定位，使端子 接触件与多个间隔的接触垫接触；用约束支架将间隔的接触垫和所述至少一个托架包围； 并使所述至少一个偏置元件将所述至少一个托架驱向感测元件的间隔的接触垫。
图1是图示出了包含多引线电连接件的氧传感器的切开视图；图2是图示出了图1传感器的示例性多引线电连接件的部件的分解示意图；图3是示意图，图示出了固位带和可分离的约束支架相对于图1传感器的多引线 电连接件的示例性布置；图4是示意图，图示出了相对于图1中传感器的多引线电连接件呈包绕关系的组 装状态下的约束支架；图5是与图1-4中的传感器的电连接件结合使用的可移除预装配插塞的示意图。
具体实施例方式本公开涉及一种改进的用于传感器组件的连接件，包括具有多个间隔的导电接触 元件或接触垫的板状感测元件。多个电导体包含支撑在绝缘托架上的端子接触件。所述端 子接触件被偏置的约束支架驱使而与感测元件上的导电接触垫接触。现在参考附图，其中，对于可能的范围，在各种视图中，类似的元件由类似的参考 数字标出。图1示出了作为示例的传感器组件10，如氧传感器或类似的传感器。可以理解 的是，图1中示出的传感器10仅仅是为示例性的、解释的目的而示出的，并且本公开不限于 任何传感器的特别类型。相反，可以预见的是，根据本发明的概念和特征可以广泛地应用于 任何数量的传感器设备。
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如图所示，所述传感器组件10包括传感器壳体20，所述壳体包含适用于设置在如 气态或液态流体流或类似的被分析的介质中的探测段12。在示出的结构中，所述探测段12 限定了腔14，所述腔具有与包围探测段12的环境相接合的传输开口 16。所述壳体20可根据需要由金属或其他的适合的材料制成。如图所示，所述壳体包 括带螺纹的下颈部22，用于将传感器10固定在诸如排气歧管等腔体(未示出)的壁上。所 述传感器包括对置的端部21，布置成为连接到与监测功能有关的电路(未示出)的电导体 34提供出口。如在图2-4中最优所示，细长的板状感测元件40被容纳于基体20中。所述感测 元件从第一端延伸到靠近导体出口端21的远处的第二端。第一端具有至少一个暴露于腔 14中的介质的感测面或感测屏41。适合的非导电材料如粉碎陶瓷在基体20中支撑感测元 件40并且使腔14与传感器基体内部的其余部分相隔绝。所述感测元件40可由适合的非导电材料，如塑料或陶瓷或可能需要的这样的其 他材料制成。图2中可见的多个接触垫42，按间隔的关系布置在感测元件40的远端23的 对置平面表面上。在这点上，可理解为，间隔的接触垫图案在感测元件40的上平面表面上 延伸，在图2中可见，间隔的接触垫的另一图案类似地设置在对置的下平面表面上。一对托架46覆盖在感测元件的具有间隔的导电接触垫42的远端23上的平面表 面。所述托架是非导电的并由陶瓷或其他适合的材料制成。托架46各包含一个外平面表 面47和一个朝向接触垫42的内表面48。所述托架46的内表面48构造为按照间隔的、电 隔绝的并列的关系支撑多个朝电导体34的端部卷边的端子接触件44。根据示出的结构，端 子接触件44以与感测元件40上的导电接触垫42的图案相对应的图案布置在托架46上。 因此，端子接触件44通过由在托架46的表面48中形成的间隔槽维持端子接触件之间的横 向间隔，而基本上对齐地与接触垫42相接触。如图所示，所述端子接触件44是细长金属片，具有弯曲的端部以及伸出的柄脚 (tang)，用于将端子接触件可松开的固定到托架46的内表面48上。所述端子接触件基本 在沿其长度上具有以交错的升高区域和降低区域为特征的呈波浪形的形状。这样的波浪形 表面为与导电接触垫42的接触界面提供了多个接触区域。这样的波浪形表面特性也使端 子接触件44具有了大致类似弹簧的性质以促进并保持与接触垫42的电接触。图1示出的示例性的结构中，所述托架46在其对着另一个托架的内表面48的内 表面48上是基本开口的。每一个托架46上的端子接触件44以相对于在另外托架46上的 端子接触件44成面对关系地被支撑，以用来以一种夹在两者之间的关系共同限定出用于 接收感测元件40的远端23的插孔。如图2中可见端子接触件44大致与接触垫42对齐。 因此端子接触件44与接触垫42在感测元件40的远端23和覆盖的托架46的内表面48之 间保持以接触的关系。保持这样的连接可使得电信号在接触垫42和连接到导体34的端子 接触件44之间传输。不连续的矩形金属固位带52包绕托架46设置。如将进行的解释，固位带52有助 于组装，并且参与托架46对接触垫42的加载。如通过参考图2和图3最佳所见的，固位带52具有带平面顶壁和底壁51的大致 呈矩形的结构，所述结构在图中可见。一个侧壁43在壁51之间延伸并且还包括一对朝向 相反的槽。这些槽赋予了一定的弹性以允许壁51朝向与它们相结合的托架46的挠曲和运动。另一侧壁是不连续的并由侧壁段45限定。这些侧壁段有助于保持固位带52包绕托架 46的位置。顶壁和底壁51各自覆盖托架46中的一个的外平面表面47。平面壁51之间具有 这样的间隔，使托架46被足够地隔开以容纳感测元件40的远端，其中接触垫42与端子接 触件44对齐接触。所述开槽的和分段的侧壁(53和45)具有足够的弹性从而允许壁51朝 向托架46的后表面47的运动。为避免信号传输的中断，希望保持接触垫42和端子接触件44之间的可靠的电接 触。为实现此目标，在图2-4中详细示出的偏置支架50包围住托架46，同时感测元件40的 含有接触垫42的远端夹在相面对的内表面48之间。支架50提供了将托架46压向感测元 件40的平面表面的连续偏置力。根据本发明的公开，偏置支架50提供了将托架46压向一起的连续偏置力，因此保 持了可靠的电连接。如通过参考图2和图3最佳可见的，所述偏置支架50是两个部件单元 的形式，包括第一支架元件54和第二支架元件56。在示出的结构中，第一支架元件54和第 二支架元件56在构造上大体相同，具有大体呈“U”形的结构，包括基壁60、从基壁60伸出 的第一侧壁62和设置成与第一侧壁62呈大体相对关系的第二侧壁64。所述第一侧壁62 包含窗口 66，该窗口限定了带锁定边67的贯通开口。所述第二侧壁64包括锁片68，锁片 68相对于第二侧壁64的平面向外变形，从而使锁片68的自由远边70从第二侧壁64的平 面向外设置。 通过参考图3和图4可见，第一支架元件54和第二支架元件56被连接起来，其中， 一个支架元件54或56的侧壁62和64伸向另一个支架元件，每个支架元件的第一侧壁62 布置在对置的支架元件的第二侧壁64的外侧。在装配中，每个锁片68的自由远边70穿过 对置的支架元件的互补的窗口 66向外伸出。锁片68的远边70与窗口 66中锁定边67的 接合将支架元件相连接形成连接的单元。在已装配的条件下，偏置支架50提供了适用于基 本上包围和固定托架46的容纳空间，其中，接触端子44和接触垫42电接触。当然，支架元件的锁定接合也可以通过其他技术，例如将支架元件焊接到一起或 通过其他物理连接而实现或加强。在示出的应用了一对联锁支架元件的结构中，以相对托架46成包围关系的第一 支架元件54和第二支架元件56之间的稳定连接是通过使偏置支架50处于张紧状态而保 持的，由此第一支架元件54和第二支架元件56持续地相互驱离。根据所示的结构，这样的 张紧关系是由限定在支架元件54和56的基壁60上的弹簧结构80保持的。弹簧结构80包括偏置元件或片簧82的设置，偏置元件或片簧82与每个支架元件 的基壁60是一体的，并且在与侧壁62和64从基壁60的平面朝向支架50的内部容纳部分 相同的方向上向内形变。在这样的结构中，当偏置支架50的元件54和56包围托架46组 装时，偏置元件82被压在基壁60和固位带52之间的区域中。这样的压缩使第一支架元件 54和第二支架元件56彼此相驱离。第一支架元件54和第二支架元件56因此通过一个支 架元件的锁片68的自由远边70接合在另外支架元件的相关窗口 66的锁定边67而保持了 相对彼此锁定的关系。片簧83朝向基壁60平面的形变使压缩力通过弹簧结构80而施加，从而将托架46 驱向感测元件40的远端23。这些力通过固位带52的平面顶壁和底壁51而沿托架46的外平面表面47分布。支架元件54和56被作为相同的零件示出。这样的结构适合于支架作为金属冲压 件进行制造。不过，还可以想到，支架元件可以通过将一个支架元件的侧壁62和64布置成 容纳在另一个支架元件的侧壁62和64之间而制成套筒形。同样地，在这样的结构中，支架 元件中的一个可包含窗口 66并且另一个可包含锁片68。如图所示，所述弹簧结构80利用了一对从第一支架元件54和第二支架元件56的 基壁60向内伸入的片簧形式的对置的偏置元件82。然而，同样地可预见的是，任何数量的 其他结构也可以被利用。仅是说明性的而非限制性的，偏置元件的数量和形式可以根据需 要而毫无困难地进行调整。类似的，虽然所示的结构应用了四个偏置元件，也可按需求使用 更多或更少数量的偏置元件。相应的，一种简单的结构可以利用只在一个支架元件上具有 一个或多个偏置元件的弹簧结构。一种替代的结构可以在每个支架元件上利用一个偏置元 件。另一替代的结构可以在一个支架元件上利用一对偏置元件以及在对置的支架元件上利 用一个偏置元件。无论偏置元件的数量和形式是什么，在将偏置支架50包绕托架46装配时，偏置元 件82在固位带52的平面顶壁和底壁51上提供作用到托架46上的压缩反作用力。即，由 于偏置元件82向外朝与基壁60对准的方向产生形变，那些偏置元件就产生了通过固位带 52作用到托架46上的回复力。此压缩力将托架46和被支撑的端子接触件44驱向设置在 感测元件40的远端23上的对齐的接触垫42。由此保持了电接触。所述偏置元件82的弹 性特性确保了即使是在不利的操作环境中也能维持接触关系。传感器10中的多引线电连接的组装的示例性的过程可通过参考图1-4理解。可 以想到的是，在传感器组件10的装配中，感测元件40固定在壳体20中，所述感测元件的具 有接触垫42的远端23向导线出口端21延伸。导体34包括一束绝缘导线，其一端附接有 端子插头(未示出)。每一个导体34的另一端通过卷边连接附接到端子接触件44。装配 过程意在使端子接触件44与接触垫42导电接触。所述端子接触件44固定到托架48的内表面48上，其中弯曲的端部和伸出的柄脚 可松开地附接到托架46，以将每个端子接触件44保持在间隔的槽中从而确保物理分离。在托架与端子接触件44以面对面的关系设置的情况下，将固位带52围绕托架放 置。可以想到的是，利用图5中所示的、作为预装配件的可移除的一次性塑料插塞90，托架 46保持暂时间隔的关系。插塞90可以由金属或塑料或任何适合的材料制成。通过插塞90 产生的托架46的间隔会略小于感测元件40的载有接触垫42的远端23的厚度。插塞90 可以包括翻转部分，这些翻转部分在为了插入感测元件40而移除插塞前暂时将插塞连到 托架46上。所述插塞90在将感测元件40插到托架46之间以前被移除。固位带52被设置在通过可移除的预装配插塞90而保持以间隔的对置关系的托架 46的装配件周围。每个平面底壁和底壁51都覆盖着一个托架46的一个外平面表面47。开 槽的侧壁53具有一定长度，由此轻微的压缩负载被施加到托架46的外平面表面47以驱使 它们靠在可移除的塑料插塞90上。随后偏置支架元件54和56被设置为覆盖住固位带52。所述元件54和56被压向 一起以使每个支架元件的锁片68与另外支架元件的窗口 66相接合。支架元件54和56的 侧壁62和64的长度以及锁片69的自由远边70和窗口 66的锁定边67的位置确定了弹簧结构80的偏置元件82相对于基壁60的挠曲。此挠曲又确定了通过固位带52的平面顶壁 和底壁51施加到托架42上的偏置力的大小。由于可移除的插塞90的厚度略小于感测元 件40的端部厚度，保持插塞的力可以在将端子接触件44设置为与接触垫42导电接触的装 配步骤时毫无困难的将插塞移除。为了实现从感测元件40的感测屏或表面41到电导体34的导路的完成，需将插塞 90移除，并将感测元件40的带接触垫42的远端23插到托架46之间。所述端子接触件44 被设置为与接触垫42导电接触。感测元件40的厚度确定了偏置元件82或片簧的挠度。因此，该挠曲产生了通过 固位带52的平面顶壁和底壁51施加的将托架46驱向感测元件40的被夹持的远端23的 压缩负载或力。该负载赋予了保持端子接触件44与接触垫42之间导电接触的完整性的必 要的力。在示例性的装配过程中，两个托架46被这样设置从而所述托架的开口面朝向彼 此。托架46中的每个都支撑着多个端子接触件44。感测元件40的包含接触垫42的图案 的远端以夹在托架46之间的关系进行放置，从而将端子接触件44与接触垫42相接触的设 置。其后，将矩形固位带52以捆绑托架46的关系进行放置，因此将感测元件40保持以夹 在托架46之间的关系。通过以围绕感测元件40被捆绑的关系保持的托架46，偏置支架50 的元件可以围绕托架46和固位带52装配。偏置支架50的元件可被锁定地接合或其他物 理连接以保持装配状态。在装配状态中，从偏置支架50向内伸出的偏置元件82向基壁60 产生形变，并且在托架46和偏置支架50之间保持受压。所述偏置元件82通过壁51向托 架46提供偏置力。这个压力持续地将托架46向内驱向感测元件40以保持端子接触件44 与接触垫42之间的导电接触。工业实用性根据本发明的传感器组件可特别地适用于在承受振动或者其他施加的力下的环 境中使用，以及/或者打算在未来进行整修的传感器组件。在实践中，根据本发明的传感器组件可以被用在如发动机排气监测、工业设备、运 输车辆以及类似的需要很强耐用性和抗振性的地方。在这样的使用环境中，偏置约束支架 持续地将端子接触件驱向导电垫片。位置定位和导电接触因此不受振动力影响而被保持。 在可用的使用寿命后，可将偏置约束支架拆开或切除以对感测元件、端子接触件、电导体或 其他部件的整修或替换。应认识到，上述的描述提供的是本发明的系统和技术的例子。然而，可设想，本发 明其他实施方式可能在细节上与以上的例子有所不同。此处对例子的所有讨论都是针对在 那点上正在讨论的具体例子，而并不是暗示在更普遍的意义上对本发明或权利要求的范围 的任何限制。关于某种特征的所有区别和贬低的语言是为了表明对这些特征没有偏好，但 不意味着从权利要求的范围中整体排除这些特征，除非另有说明。因此，本发明意欲包含适用法律允许的权利要求书中叙述的主题的所有变型和等 同。此外，上述要素按照所有可能形式的任何组合都被考虑在其中，除非在此另有说明或与 上下文明确抵触。
权利要求
一种用于传感器组件的连接件，包括具有不导电基体的感测元件(40)，所述基体包括多个设置在其上的间隔的导电接触垫(42)；多个导电端子接触件(44)，每个端子接触件都与所述间隔的接触垫(42)中的一个相接触；至少一个托架(46)，以使所述端子接触件(44)与所述接触垫(42)呈接触关系地支撑所述端子接触件(44)；包围所述至少一个托架(46)和所述接触垫(42)的约束支架(50)；所述支架(50)包括至少一个偏置元件(82)，所述偏置元件(82)从所述支架(50)向所述至少一个托架(46)延伸，将所述至少一个托架(46)驱向所述接触垫(42)。
2.按照权利要求1所述的用于传感器组件(10)的连接件，其中，两个托架(46)以使所 述端子接触件(44)与所述接触垫(42)呈接触关系地支撑所述端子接触件(44)。
3.按照权利要求2所述的用于传感器组件(10)的连接件，其中，所述支架(50)包括各 覆盖所述托架(46)中的一个的一对间隔的基壁(60)、从一个基壁(60)向所述托架(46)中 的一个延伸的至少一个偏置元件(80)以及从另一个基壁(60)向另一个所述托架(46)延 伸的至少一个偏置元件(80)。
4.按照权利要求3所述的用于传感器组件(10)的连接件，还包括固位带(52)，所述固 位带(52)包括介于所述托架(46)中的一个和所述至少一个偏置元件中的一个之间的顶壁 (51)以及介于所述至少一个偏置元件中的另一个和所述托架(46)中的另一个之间的底壁 (51)。
5.按照权利要求4所述的用于传感器组件(10)的连接件，其中，所述感测元件(40)、 所述托架(10)以及所述固位带(52)的所述顶壁和底壁(51)是大体上平面的并且所述固 位带包含开槽的侧壁(43，53)。
6.按照权利要求4所述的用于传感器组件(10)的连接件，其中，所述基壁(60)的每个 都包含至少一个从所述基壁(60)的平面向相关的托架(46)产生形变的片簧(82)。
7.按照权利要求6所述的用于传感器组件(10)的连接件，其中，每个所述基壁(60)都 包含一对从所述基壁(60)的平面向相关的托架(46)产生形变的片簧(82)。
8.按照权利要求4所述的用于传感器组件(10)的连接件，其中，所述支架包括一对相 对连接的、可分离的支架元件(54，56)。
9.按照权利要求8所述的用于传感器组件(10)的连接件，其中，所述支架元件(54， 56)各包含一对从所述基壁(60)中的一个伸出的侧壁(53)，所述侧壁(53)中的一个具有 限定了自由远边(70)的向外伸出的锁片(68)，所述侧壁(53)中的另一个具有包含锁定边 (67)的窗型开口(66)，所述锁定边与另外的所述支架元件(54，56)的所述自由远边(70) 保持接触。
10.按照权利要求8所述的用于传感器组件(10)的连接件，还包括固位带(52)，所述 固位带(52)包括介于所述托架(46)中的一个和所述至少一个偏置元件中的一个之间的顶 壁(51)以及介于所述至少一个偏置元件中的另一个和所述托架(46)中的另一个之间的底 壁(51)。
11.按照权利要求10所述的用于传感器组件(10)的连接件，其中，所述感测元件(40)、所述托架和所述固位带(52)的所述顶壁和底壁(51)是大体上平面的并且其中所述 固位带(52)包括开槽的侧壁(43，53)。
12. 一种传感器组件(10)，具有壳体(20)并且包括如权利要求1到11中的任何一项 所述的连接件。
全文摘要
一种用于传感器组件的连接件，具有带不导电基体的感测元件(40)，所述基体包括多个设置在对置面上的间隔的导电接触垫(42)。多个端子接触件(44)相对于接触垫(42)呈覆盖关系地被支撑在托架(46)上，所述端子接触件中的每一个都与接触垫(42)的一个相接触。可分离的偏压约束支架被设置为相对于托架(46)呈包围关系并且包括将托架(46)和端子接触件(44)驱向接触垫(42)的弹簧元件。固位带被插入到托架(46)和弹簧元件之间。
文档编号G01N27/407GK101910834SQ200880124456
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月12日 优先权日2007年12月14日
发明者R·R·古斯廷 申请人:卡特彼勒公司