专利名称：热膜气流计电阻元件固定和接点接通的方法及传感器结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在长条面积衬底上具有以电阻轨道的形式作为热膜的电阻层的电阻元件在热膜气流计的传感器基体上构成的面积范围内固定和接点接通的方法以及涉及热膜气流计的传感器结构。
由DE4122295A1公知的内燃机吸气管道用的气流计有一个位于吸气管道段内的带有一个文杜里管的管壳，并在文杜里管中设置了第一电阻，其温度和/或电阻通过电路调节，且调节参数是衡量气流质量的一个尺度，在文杜里管中设置了与温度有关的第二电阻用于温度补偿；其中，第一电阻作为在文杜里管通路中电路板突出部分形成的框架凹槽的电桥，而在构成框架式凹槽的上流处或下流处设置了一个U形凹槽，第二电阻作为电桥突出这个U形凹槽。
这种结构存在着电阻的绝热问题，即电阻对支架或电阻周围的绝热问题，以及在脉动式气流情况下难于精确测定连续的气流质量。
由DE3135793A1公知的一种测定流体横截面中流动的脉动介质的方法，特别是测定内燃机吸气质量的方法是通过差分法求出一个与温度有关的电阻和一个或两个指示电阻的电阻值，表示流动介质质量的测量信号可根据流动方向进行控制。
此外，由DE3637541A1公知的一种带脉动识别的气流质量传感器在两个热传感器之间设置了一个加热器。这样根据空气的流动方向，从加热器绕流的温度传感器得出较高的温度，所以可确定流动方向。
再如由DE3935778A1公知的一种带脉动识别的气流计的两个热膜是这样设置的根据流动方向，其中一个热膜完全绕流，而另一个热膜则位于流体分离区。求值时则总是用数值较高的测量信号。
由DE-GM8903330.1公知了一种热膜气流计的加热器和传感器的简化热隔离，选用了热导率低的玻璃作基体材料，并可组装成超小型(SMT)结构。
由DE3829195A1公知的一种快速探测介质温度的温度传感器把一个作为膜电阻构成的电阻元件设置在玻璃陶瓷上，从而产生一个很好隔离电阻层的薄膜。
此外，由EP0447596B1公知了一种带有一个在衬底上作为与温度有关的膜设置的测量电阻的温度传感器，这种温度传感器通过一层涂层防止环境影响，该涂层用不易起反应的金属最好是铂涂覆一层保护层。
本发明的任务是，提出热膜气流计用的传感器结构，它既能达到廉价的生产，又由于采用热导率低的基材而可达到快速的动作时间；同时还可达到从电阻元件到传感器基体尽可能低的散热；此外，这种传感器结构对腐蚀和污染相当不敏感，因而可达到很高的使用寿命。
上述任务在方法方面的技术解决方案在于，带有至少两个在其边缘区相互相隔一定距离设置的接点的电阻元件一端插入、接通和固定在传感器基本接触夹子的设有接触弹簧的连接范围内。
在这个方法的一个优选实施例中，电阻元件设置在相应端上的一个和在构成M形或曲折形电阻轨道中间抽头上的一个接点分别插入接触夹子对应的连接范围。基板用塑料压铸件构成，同时在为了连接电阻元件而在连接线两端设置了接触弹簧，连接线作为冲压件浇注在基板上。通过电阻元件端部的下侧点状支承在抽屉式凹槽中呈三角形设置的三个凸起上而大大减少了从电阻元件到传感器基体连接区的散热；接触弹簧通过拉紧将压力作用到电阻元件接点范围的上侧，电阻元件的端部便压到凹槽中凸起的稳定的三点支座上。在电阻元件的接点与基板的接触夹子的接触弹簧用钎焊进行电气和机械的相互连接后，整个接触区用环氧粘接剂、UV(紫外线)固化粘接剂或硅粘接剂浇注，这样既起固定作用又起防腐蚀作用。
在一个优选实施例中采用热导率为0.96w/(m×k)和热容量为977J/(kg×k)的玻璃材料作衬底。
在另一个优选实施例中则采用热导率为25.1w/(m×k)的玻璃陶瓷材料作衬底，这种衬底可以做得很薄而且由于它的良好热导率而可在空气质量荷载跃变时迅速变热。
上述任务在装置方面的技术解决方案在于，这种传感器结构中，至少一个电阻元件用一端插入抽屉式凹槽中，并支承在传感器基体抽屉式凹槽凸起的三点支座上，而且三点呈三角形分布。
一端设置在抽屉式凹槽中的电阻元件的高度稳定性是特别有利的；通过接触弹簧施加的预应力而使支座更加稳定。
在本发明的另一结构中，传感器结构中的电阻元件借助于接触弹簧的预应力在其接点上产生的压力保持在三点支座上。
在本发明的又一结构中，传感器结构中的电阻元件的连接范围与作为接触范围构成的接触弹簧用钎焊连接。
下面结合附
图1a、1b、1c、1d、2a、2b、3a、3b、3c和3d来详细说明本发明。
图1a表示玻璃基板上带中间抽头的电阻元件的传感器结构，这种玻璃的热导率很低，但热容量相当高；图1b表示沿剖面线A-A剖开的纵截面；
图1c表不图1a的放大图x；图1d表示图1b的截面图y；图2a表示传感器基体平面和加热元件衬底之间的角度误差范围；其中图2a表示三点支座的平面图，而图2b表示沿剖面线A-A剖开的横截面图；图3a表示在玻璃陶瓷基板上带两个加热元件的传感器基体，其中玻璃陶瓷材料具有相当高的热导率和很低的热容量；图3b表示沿图3a剖面线A-A剖开的纵截面图；图3c表示图3a的放大截面图x；图3d表示图3b的放大图y。
在图1a中，如前述DE4122295A1所公知，用来固定电阻元件的传感器基体是用耐热塑料作成的框架式基板1。基板的凹槽5用来装配作为电阻元件的温度测量电阻器2以及作为电阻元件的加热电阻3。温度传感器2由一个铂制成的标准的温度薄膜元件组成。按图1a和图1c所示的加热电阻3在玻璃衬底上具有一个曲折形的电阻层7或电阻轨道，这种玻璃的热导率为0.96w/(m×k)和热容量为977J/(kg×k)；电阻层7的厚度为0.7至2.0μm；衬底6的厚度为0.1mm至0.25mm，其宽度为1.9mm至4.0mm，而其长度则为4.0至16mm。接触区为用环氧粘接剂浇注的电绝缘层8。
加热电阻3固定在基板1上是通过抽屉式的凹槽作为固定区9来实现的，其中，电阻元件用其在边缘区相互相隔一定距离设置的接点10、11和12通过钎焊与支承在基板1三点19上的连接线16、17、18的接触夹子的相应接触弹簧13、14和15连接。
从图2a可看出，这是支承在抽屉式凹槽凸起的三个点19的所谓三点支座和按图2b侧视图具有倾斜角α为0至2°的三个接点10、11和12。在图1b截面中，此角按理想情况0°表示。从图1c可看出加热电阻3的接点10、11与基板1的接触弹簧13、14的连接，其中，连接线16、17用铜冲压件构成。按图1a或图1c进行钎焊连接后，整个接触区用环氧粘接剂浇注，以保证足够的牢固和足够的防腐蚀。从图1d可看出带接点11的加热电阻3的连接区，此接点11与铜冲压件构成的连接线17的接触弹簧14焊接，同时整个焊接部位都用环氧粘接剂涂覆，以提高机械稳定性和防腐性。
图3a表示图1a、1b、1c和1d所述的类似结构，不过，这里与方向有关的测量不是通过一个用一中间抽头连成的两个元件的电阻元件，而是通过两个独立的加热电阻20、21来实现的；作为加热电阻20用的电阻元件在一端上分别具有两个用来在连接线26、27的端部与接触弹簧24、25焊接的相邻接点22、23，其中，连接线26、27在其端部范围用铜冲压件构成。
加热电阻21按相似的方式用其接点28、29与连接线32、33端部构成的接触弹簧30、31连接，其中，连接线32、33同样亦用铜冲压件(连接片)。电阻层34、35分别由U形或曲折形的铂层组成，其厚度为0.7μm至2.0μm，而加热电阻20、21的衬底36、37则分别由热导率为25.1w/(m×k)和热容量为190J/(kg×k)的玻璃陶瓷组成；衬底36、37的厚度为0.1mm至0.25mm，其宽度约为1.9mm至4.0mm，其长度则为4.0mm至16mm。
图3c表示图3a的放大图x，从图中可以看出加热电阻20带支点19的端部及其与接触弹簧24、25的连接；图3d表示图3b的放大纵截面，从图中可看出加热电阻21的支点以及连接点。这个简化结构相当于前面已经说过的图1b。
权利要求
1.电阻元件在热膜气流计的传感器基体构成的面积范围内的固定和接点接通的方法，该电阻元件具有一在长条面积衬底上的形如电阻轨道的热膜电阻层，其特征是，带有至少两个在其边缘区相互相隔一定距离设置的接点的电阻元件一端插入、接通和固定在传感器基体接触夹子的设有接触弹簧的连接范围内。
2.按权利要求1的方法，其特征是，电阻元件的一个设置在相应端上和一个设置在M形或曲折形电阻轨道中间抽头上的接点分别插入在接触夹子对应的连接范围。
3.按权利要求1或2的方法，其特征是，传感器基体的相应接触夹子的接触弹簧在电阻元件插入之前升起，并在电阻元件插入它的接点以后慢慢下降。
4.按权利要求1或3的任一项的方法，其特征是，电阻元件的接点与相应接触夹子的连接范围用熔焊过程进行不可拆卸的连接。
5.按权利要求4的方法，其特征是，相应接触夹子的接触范围用钎焊或电导粘接与电阻元件的接点连接。
6.按权利要求1至5任一项的方法，其特征是，电阻元件用其接点插入传感器基体的抽屉式凹槽中，使电阻元件的下边支承到抽屉式凹槽凸起的三个呈三角形分布的支点上，然后将接点与接触夹子的接触范围进行钎焊，同时电阻元件通过接触弹簧作用到它上侧的预应力被压到凹槽的凸起上。
7.按权利要求1至6任一项的方法，其特征是，为了牢固和防腐蚀，用环氧粘接剂、UV固化的粘接剂或硅粘接剂浇注电阻元件的连接范围。
8.带有一个测量电阻和至少一个长条面积的电阻元件作热膜的热膜气流计用的传感器结构，该电阻元件至少有一个位于长条面积衬底上的电阻层，且测量电阻和电阻元件设置在偏平的传感器基体的框式凹槽中，并通过传感器基体的抽屉式凹槽与该基体进行电气和机械的牢固连接，其特征是，至少一个电阻元件(2、3、20、21)用一端插入抽屉式凹槽中，并支承在传感器基体(1)抽屉式凹槽凸起的三点支座上，而且三点(19)呈三角形分布。
9.按权利要求8的传感器结构，其特征是，电阻元件借助于接触弹簧(13、14、15、24、25、30、31)的预应力在其接点(10、11、12、22、23、28、29)上产生的压力保持在三点支座上。
10.按权利要求8或9的传感器结构，其特征是，电阻元件的连接范围(10、11、12、22、23、28、29)与作为接触范围构成的接触弹簧(13、14、15、24、25、30、31)用钎焊连接。
全文摘要
为了使热膜气流计的传感器基体上作为热膜设置的电阻元件快速反应，将电阻元件一端插入传感器基体的抽屉式凹槽中，同时电阻元件用一端支承在一个三点支座上，并借助于接触弹簧在接触夹子的连接范围内的预应力牢固保持在三点支座上；由于三点支座而避免了对精确测量有害的散热。
文档编号G01P5/10GK1158985SQ96111649
公开日1997年9月10日 申请日期1996年8月14日 优先权日1995年8月18日
发明者K·韦南德, M·克兰马, S·迪曼, C·科哈 申请人:赫罗伊斯传感器有限公司