專(zhuān)利名稱(chēng)：具有帶凸起金屬膜片的壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有帶凸起金屬膜片的壓力傳感器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，限制汽車(chē)排放尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格。具體地說(shuō)，尾氣，也就是由柴油動(dòng)力機(jī)車(chē)排放的柴油顆粒必須減少。為了減少柴油顆粒，在柴油動(dòng)力機(jī)車(chē)中使用了柴油顆粒過(guò)濾器(即DPF)系統(tǒng)。DPF系統(tǒng)包括用于收集柴油顆粒的過(guò)濾器。過(guò)濾器安裝在車(chē)輛的排氣管中。當(dāng)過(guò)濾器中積累的柴油顆粒超過(guò)預(yù)定量時(shí)，柴油顆粒就燃燒。這樣，限制了排放到大氣中的柴油顆粒。
DPF系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)尾氣壓力損失的壓力傳感器。壓力損失是尾氣通過(guò)過(guò)濾器前和通過(guò)過(guò)濾器后的壓力差。壓力傳感器應(yīng)用在惡劣的環(huán)境下，比如在尾氣中。需要保護(hù)IC芯片，即用于檢測(cè)壓力的壓力傳感器芯片。因此采用密封膠保護(hù)芯片是不夠的。因此，芯片被一金屬膜片密封在液體中，從而提供一種液封式傳感器。
該液封式傳感器包括引入壓力腔，壓力傳感器芯片和金屬膜片。金屬膜片將芯片從壓力腔的出入口一側(cè)分開(kāi)，以便將液體(即油)密封在芯片一側(cè)的空間內(nèi)。因此，由壓力傳感器檢測(cè)的被檢測(cè)物(即尾氣)不直接接觸芯片。因此，傳感器可用于惡劣的環(huán)境中，即侵蝕環(huán)境中。但是，密封在該空間中的油會(huì)受熱膨脹或隨環(huán)境溫度變化而收縮，從而可能導(dǎo)致傳感器失效。具體地說(shuō)，膨脹或收縮可能會(huì)導(dǎo)致傳感器產(chǎn)生檢測(cè)誤差。
當(dāng)液封式壓力傳感器用于較高壓力下時(shí)，例如高于1Mpa時(shí)，傳感器的檢測(cè)誤差很小，所以基本不用考慮誤差的影響。但是，當(dāng)液封式壓力傳感器用于柴油動(dòng)力機(jī)車(chē)的DPF系統(tǒng)時(shí)，傳感器所處使用環(huán)境的壓力較低，例如大約在100kPa左右。在這種情況下，傳感器的檢測(cè)誤差較大，因此，必須考慮誤差的影響。
根據(jù)上面的論述，如果金屬膜片的結(jié)構(gòu)容易變形，則由于溫度變化所產(chǎn)生的油的膨脹或收縮可以通過(guò)金屬膜片的變形釋放掉(即吸收)。這樣，檢測(cè)誤差變小。公開(kāi)號(hào)為H11-132887的日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了這種具有易變形金屬膜片的液封式壓力傳感器。通常，如果金屬膜片是易于變形的膜片，則可以有效增大其直徑。但是，傳感器的大小(即尺寸)變大。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳感器包括凸起金屬膜片，以便膜片具有較高的變形率。此處，凸起同心地形成在膜片上，即凸起是波紋形狀。
在現(xiàn)有技術(shù)中，膜片上凸起的尺寸和/或形狀根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。因此，凸起形狀或尺寸與膜片變形能力之間的關(guān)系不明確。例如，現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)膜片的凸起高度在0.075mm-0.15mm之間，并且凸起形成在膜片半徑的2/3以外的區(qū)域。然而，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有公開(kāi)凸起高度和寬度之間的關(guān)系。而且，現(xiàn)有技術(shù)只公開(kāi)了凸起布置在膜片上的一個(gè)較廣的范圍內(nèi)，因此并沒(méi)有準(zhǔn)確地公開(kāi)凸起在膜片上的具體位置。因此，即使將凸起布置在上述區(qū)域，即膜片半徑的2/3以外的區(qū)域，膜片的變形能力也不足以吸收油的膨脹或收縮。
因此，需要確定凸起的尺寸和數(shù)量以使膜片具有最好的變形能力，從而使膜片能夠產(chǎn)生較大變形以便吸收油由于溫度變化而產(chǎn)生的膨脹或收縮。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有帶凸起的金屬膜片的壓力傳感器。具體地說(shuō)，傳感器的膜片具有最優(yōu)的變形能力，因此該傳感器的檢測(cè)誤差降低。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種壓力傳感器，它包括用于密封液體的膜片。所述膜片包括多個(gè)凸起，所述凸起同心地布置在所述膜片上。每個(gè)凸起的徑向截面為圓弧形，并具有環(huán)形形狀。每個(gè)所述凸起的圓弧長(zhǎng)度用L表示，高度用H表示，在徑向的寬度用W表示，兩相鄰所述凸起之間沿徑向的間隔用P表示。所述膜片的有效半徑用R表示，所述膜片的中心與布置在所述膜片最外側(cè)的所述凸起的中心之間的距離用r0表示。此處，所述膜片的有效半徑被定義為所述膜片受壓部分的半徑。其中，傳感器具有由α表示的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其定義為α=(L/H)×(L/W)/P×(r0/R).]]>所述結(jié)構(gòu)參數(shù)處于2.5-3.5之間的范圍內(nèi)。
傳感器的膜片具有最優(yōu)的變形能力，因此該傳感器的檢測(cè)誤差降低。具體地說(shuō)，密封在膜片中的液體由于環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的膨脹和收縮能夠通過(guò)所述膜片的變形被吸收。
所述膜片優(yōu)選具有兩個(gè)凸起。
優(yōu)選地，所述凸起的高度處在0.16mm-0.28mm之間的范圍內(nèi)。所述凸起的寬度處在1.3mm-1.5mm之間的范圍內(nèi)。所述凸起被設(shè)置在所述膜片的有效半徑一半的外側(cè)。
通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的壓力傳感器的剖視圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的傳感器金屬膜片的俯視圖，圖2B是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的傳感器金屬膜片的剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的傳感器膜片的凸起的放大剖視圖。
圖4A是顯示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的凸起位置的剖面示意圖。圖4B是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的凸起位置和膜片變形之間的關(guān)系圖表。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不同傳感器中壓力和膜片變形之間的關(guān)系曲線(xiàn)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，顯示不同傳感器中凸起位置和膜片變形之間關(guān)系的三維圖表。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，顯示不同傳感器中結(jié)構(gòu)系數(shù)α和膜片變形之間的關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的具有金屬膜片16的壓力傳感器1。壓力傳感器1是液封式壓力傳感器。具體地說(shuō)，傳感器1是一種壓差式傳感器。傳感器1用于例如在柴油動(dòng)力機(jī)車(chē)的DPF系統(tǒng)中檢測(cè)尾氣壓力。因此，傳感器1在較低壓力(例如100kPa)環(huán)境下使用。
傳感器1包括外殼2和壓力傳感器芯片5。殼體2包括第一壓力腔3和第二壓力腔4，因此外殼2包括兩個(gè)壓力腔3和4。該外殼由殼體6、上外殼7和下外殼8組合在一起構(gòu)成。
殼體6由塑料制成，為矩形板形狀。殼體6包括一安置在圖1右側(cè)的連接器套9。具體地說(shuō)，連接器套9向殼體6的右側(cè)伸出。殼體6還包括設(shè)置在殼體6的中心處的凹部6a。壓力傳感器芯片5被安裝在凹部6a中。在凹部6a的底部形成有一個(gè)通孔6b。通孔6b穿過(guò)殼體6。在殼體6的四個(gè)角安置有多個(gè)起連接作用的鉚螺母10。鉚螺母10通過(guò)嵌件成型技術(shù)形成。
殼體6還包括多個(gè)通過(guò)嵌件成型技術(shù)形成的端子11。每個(gè)端子11的一端，即圖1中端子的左端，被安置在靠近壓力傳感器5處。具體地說(shuō)，端子11的左端暴露在凹部6a中，被安置在凹部6a的右側(cè)。端子11的主要部分被安置在殼體6中，伸向殼體6的右側(cè)。這樣，端子11的另一端置于連接器套9中，以便使端子11和連接器套9形成一個(gè)連接件。此處，端子11從殼體6伸出的一端被密封材料例如硅樹(shù)脂密封。
壓力傳感器芯片5由一個(gè)單晶硅基片、壓力檢測(cè)部分(即硅膜片)、四個(gè)壓電電阻器和一個(gè)底座構(gòu)成。壓力檢測(cè)部分置于基片中心，并且較薄以用作膜片。壓電電阻器置于壓力檢測(cè)部分上，這些電阻器提供一個(gè)橋式電路。具有壓力檢測(cè)部分和電阻器的基片被粘接到底座上。這樣，就形成了芯片5。
芯片5通過(guò)粘接劑粘接到殼體6中凹部6a的底部。芯片5上安置的每個(gè)電極通過(guò)接合線(xiàn)12與端子11的一端電連接。在芯片5的底座上形成的一個(gè)通孔與殼體6的通孔6b相連，從而通孔6b貫穿過(guò)殼體6的下端和芯片5的下端(即后側(cè))之間。
上外殼7是具有環(huán)形凹部的蓋。上外殼7置于殼體6中從而提供第一壓力腔3。安置有壓力檢測(cè)部分的芯片5的上端面向第一壓力腔3。也就是說(shuō)，芯片5的壓力檢測(cè)部分暴露在第一壓力腔3中。在上外殼7中安置有一個(gè)螺紋孔，用于與殼體6的鉚螺母10對(duì)應(yīng)的螺桿。在上外殼7中形成有與之一體的用于連接到第一壓力腔3的第一出入口7a。
下外殼8具有與上外殼7對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。下外殼8被安裝在殼體6的底部從而提供了第二壓力腔4。安置有壓力檢測(cè)部分的芯片5的下端通過(guò)通孔6b連接到第二壓力腔4。也就是說(shuō)，芯片5的壓力檢測(cè)部分的后側(cè)與第二壓力腔4相連。在下外殼8中安置有另一螺紋孔，用于與殼體6的鉚螺母10對(duì)應(yīng)的螺桿。在下外殼8中形成有與之一體的用于連接到第二壓力腔4的第二出入8a。
上外殼7的周邊被安置在殼體6的頂部，下外殼8的周邊被安置在殼體6的底部。螺桿13通過(guò)上外殼7的螺紋孔從上外殼7的上邊與鉚螺母10固定。同時(shí)，螺桿13的頂端從下外殼8的底部與螺母14擰緊。這樣，上外殼7、殼體6和下外殼8通過(guò)一對(duì)O形環(huán)15以這樣的順序組合成一個(gè)整體。具體地說(shuō)，其中一個(gè)O形環(huán)15安置在上外殼7和殼體6之間，另一O形環(huán)15安置在殼體6和下外殼8之間。因此，第一和第二壓力腔3和4是氣密密封的。
金屬膜片16被安裝在第一壓力腔3中。金屬膜片16是圓盤(pán)形，并具有一凸起16a。金屬膜片16的周邊部分被夾在殼體6的頂部和上外殼7周邊的底部之間。金屬膜片16的頂部和上外殼7的底部通過(guò)粘接劑(未示出)例如氟硅化合物粘接在一起。金屬膜片16的底部和殼體6的頂部通過(guò)O形環(huán)17氣密密封。
這樣，第一壓力腔3被金屬膜片16分成上部和下部。第一壓力腔3的下部在壓力傳感器芯片一側(cè)提供一油封腔，從而使作為密封液體的油18被密封在油封腔中。油18可以是例如氟化油等，其對(duì)壓力傳感器芯片沒(méi)有損害。
第二壓力腔4中安裝有另一金屬膜片16，其安裝方式與第一壓力腔3中的金屬膜片16的安裝方式相同，但與第一壓力腔3中的金屬膜片16在豎直方向上對(duì)稱(chēng)。第二壓力腔4中的所述另一金屬膜片16的外周邊被夾在殼體6的底部和下外殼8周邊的頂部之間。所述另一金屬膜片16的底部與下外殼8的頂部通過(guò)粘接劑(未示出)例如氟硅化合物粘接在一起。所述另一金屬膜片16的頂部和殼體6的底部通過(guò)O形環(huán)17氣密密封。
這樣，第二壓力腔4被所述另一金屬膜片16分成上部和下部。第二壓力腔4的上部在壓力傳感器芯片一側(cè)提供另一油封腔，從而使油18被密封在所述另一油封腔中。油18通過(guò)孔6b注滿(mǎn)至壓力傳感器芯片5的壓力檢測(cè)部分的后側(cè)。
此處，傳感器1被安裝在例如柴油動(dòng)力機(jī)車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中。第一壓力腔3的第一出入口7a與過(guò)濾器上端相連，第二壓力腔4的第二出入口8a與過(guò)濾器下端相連(未示出)。過(guò)濾器被安置在排氣管中，以便過(guò)濾尾氣，也就是說(shuō)，過(guò)濾器收集柴油顆粒。這樣，傳感器1檢測(cè)尾氣通過(guò)過(guò)濾器之前和通過(guò)過(guò)濾器之后的壓力差(即壓力損失)。
圖2A、圖2B和圖3詳細(xì)示出了金屬膜片16。金屬膜片16由金屬例如不銹鋼等制成，形狀是圓盤(pán)形，厚度為25μm。膜片16的外圍表面同心地安置有多個(gè)凸起16a。在該實(shí)施例中，傳感器1中有兩個(gè)環(huán)形凸起16a。凸起16在徑向上為圓弧形截面。凸起16a從圓盤(pán)向上凸起，因此膜片具有波紋狀結(jié)構(gòu)。
凸起16a和膜片16的尺寸如下。如圖3所示，L代表凸起16a的圓弧長(zhǎng)度，H代表凸起16a的高度，W代表凸起在徑向的寬度，P代表兩個(gè)凸起16a的中心之間在徑向上的間隔(即距離)，r0代表最外側(cè)凸起16a的半徑(即r0代表膜片16的中心與最外側(cè)凸起16a的中心之間的距離)，R代表膜片16的有效半徑(即膜片受壓部分的半徑)。此處，結(jié)構(gòu)參數(shù)α定義如下α=(L/H)×(L/W)/P×(r0/R)]]>在傳感器1中，參數(shù)α的值的范圍在2.5-3.5之間。
具體地說(shuō)，凸起16a的高度H是0.22mm，寬度是1.44mm，凸起16a之間的間隔P是2.1mm，凸起16a和膜片16的中心之間的距離r0是7.75mm，膜片16的有效半徑R是9.3mm。
當(dāng)參數(shù)α處在2.5-3.5之間的范圍內(nèi)時(shí)，傳感器1，也就是膜片16具有以下優(yōu)點(diǎn)。在傳感器1中，壓力被通過(guò)第一出入口7a引入第一壓力腔3。壓力通過(guò)膜片16和油18施加在壓力傳感器芯片5的壓力檢測(cè)部分的頂部。另一方面，壓力還通過(guò)第二出入口8a引入第二壓力腔4。壓力通過(guò)膜片16和油18施加在壓力傳感器芯片5的壓力檢測(cè)部分的底部。這樣，通過(guò)壓力傳感器芯片5就可檢測(cè)出引入第一壓力腔3中的壓力和引入第二壓力腔4中的壓力之間的差。具體地說(shuō)，芯片5檢測(cè)尾氣通過(guò)過(guò)濾器之前和通過(guò)過(guò)濾器之后的壓力損失。
此處，柴油動(dòng)力機(jī)車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣作為檢測(cè)物(即壓力媒質(zhì))被引入第一、第二壓力腔3和4，因此傳感器1應(yīng)用在非常惡劣的環(huán)境中。不過(guò)，芯片5被膜片16和油18密封，不直接接觸尾氣。因此，芯片5受到保護(hù)，不會(huì)受到惡劣環(huán)境即侵蝕環(huán)境的損害。
傳感器1被安裝在機(jī)車(chē)上，因此，其周?chē)h(huán)境溫度通常變化很大。當(dāng)溫度變化時(shí)，密封在第一、第二壓力腔中的油18膨脹或收縮。油18的膨脹或收縮會(huì)影響芯片5的壓力檢測(cè)部分，從而使傳感器1產(chǎn)生檢測(cè)誤差。具體地說(shuō)，當(dāng)傳感器1在壓力相對(duì)較低的環(huán)境下使用時(shí)，檢測(cè)誤差較大。
由于上述問(wèn)題，傳感器1具有預(yù)定結(jié)構(gòu)。具體地說(shuō)，結(jié)構(gòu)參數(shù)α被設(shè)置在2.5-3.5的范圍內(nèi)。而且，凸起16a的數(shù)量確定為兩個(gè)。這樣，不必增大金屬膜片16的直徑，就可使膜片16具有很好的變形能力(即彈性)。因此，油18由于溫度變化而引起的膨脹或收縮能夠通過(guò)膜片16變形而被吸收。具體地說(shuō)，膜片16容易發(fā)生變形(即位置變化)，從而使油18的膨脹或收縮基本不影響芯片5。這樣，傳感器1的檢測(cè)誤差隨之降低。
下面詳細(xì)描述傳感器1的上述優(yōu)點(diǎn)。圖4A-圖7示出了凸起16a的布置方式和膜片變形之間的關(guān)系。此處，膜片16的有效半徑是9.3mm。
在圖4A和4B中，如果傳感器1具有單個(gè)凸起16a，則具有布置在不同位置處的單個(gè)凸起16a的膜片16的變形(即位置變化)可以通過(guò)仿真計(jì)算出來(lái)。X代表膜片的中心軸線(xiàn)。S1代表距離中心軸線(xiàn)X為7.75mm的凸起16a的位置。S2代表距離中心軸線(xiàn)X為5.65mm的凸起16a的位置。S3代表距離中心軸線(xiàn)X為3.55mm的凸起16a的位置。S4代表距離中心軸線(xiàn)X為1.45mm的凸起16a的位置。此處，凸起16a的寬度為1.44mm，高度為0.2mm。傳感器1所處環(huán)境溫度為25攝氏度，并受30kPa的壓力。
如圖4B所示，當(dāng)傳感器只有單個(gè)凸起16a的情況下，凸起16a被設(shè)置在位置S1和S2處時(shí)膜片16的變形最大。
在圖5中，當(dāng)傳感器1具有多個(gè)凸起16a時(shí)，具有多個(gè)凸起16a的膜片16的變形可以通過(guò)仿真計(jì)算出來(lái)。具體地說(shuō)，圖5示出膜片16的變形和具有多個(gè)不同凸起16a的傳感器1所受壓力之間的關(guān)系。S5代表具有四個(gè)分別布置在位置S1-S4處的凸起的傳感器1。S6代表具有三個(gè)分別布置在位置S1-S3處的凸起的傳感器1。S7代表具有兩個(gè)分別布置在位置S1-S2處的凸起的傳感器1。S8代表只有一個(gè)布置在位置S1處的凸起的傳感器1。此處，凸起16a的寬度為1.44mm，高度為0.2mm。傳感器1所處環(huán)境溫度為25攝氏度，并受壓力。
如圖5所示，當(dāng)傳感器1具有兩個(gè)布置在S1和S2位置處的凸起16a(即當(dāng)傳感器1是傳感器S7)時(shí)，膜片16的變形最大。這是因?yàn)樵诰哂袉蝹€(gè)凸起16a的傳感器S8中膜片16的變形不充分。而且，在具有超過(guò)兩個(gè)凸起16a的傳感器S5和S6中，至少一個(gè)凸起16a布置在膜片16半徑一半的內(nèi)側(cè)。具體地說(shuō)，凸起16a被布置在靠近膜片16中心軸線(xiàn)X處，從而使膜片16的彎曲剛度變大。因此，膜片16的柔性減小，以致變形不充分。
在圖6中，當(dāng)傳感器1具有兩個(gè)凸起16a時(shí)，具有兩個(gè)布置在不同位置處的凸起16a的膜片16的變形可以通過(guò)仿真計(jì)算出來(lái)。S9代表具有兩個(gè)分別布置在位置S1和S2處的凸起16a的傳感器1。具體地說(shuō)，第一凸起16a被設(shè)置在第二凸起16a的外側(cè)，位于S1處，第二凸起16a被設(shè)置在位置S2處。S10代表具有兩個(gè)分別布置在位置S1和S3處的凸起16a的傳感器1。S11代表具有兩個(gè)分別布置在位置S2和S3處的凸起16a的傳感器1。在這種情況下，第一凸起16a被設(shè)置在位置S2處，第二凸起被設(shè)置在位置S3處。S12代表具有兩個(gè)分別布置在位置S1和S4處的凸起16a的傳感器1。S13代表具有兩個(gè)分別布置在位置S2和S4處的凸起16a的傳感器1。此處，膜片16的有效半徑是9.3mm。凸起16a的寬度為1.44mm，高度為0.2mm。傳感器1所處環(huán)境溫度為25攝氏度，并受30kPa的壓力。
如圖6所示，當(dāng)傳感器1具有兩個(gè)布置在S1和S2位置處的凸起16a(即當(dāng)傳感器1是傳感器S9)時(shí)，膜片16的變形最大。因此，如果傳感器1具有兩個(gè)凸起16a，則希望凸起被設(shè)置在膜片16的盡可能靠外處。具體地說(shuō)，希望距離r0盡可能大。
在圖7中，當(dāng)傳感器1具有多個(gè)凸起16a時(shí)，具有多個(gè)凸起16a的膜片16的變形可以通過(guò)仿真計(jì)算出來(lái)。具體地說(shuō)，圖7示出膜片16的變形和結(jié)構(gòu)參數(shù)α之間的關(guān)系。S14代表具有三個(gè)凸起16a的傳感器1。具體地說(shuō)，每個(gè)凸起16a的寬度為1.8mm，間隔P為2.5mm，凸起16a的最外側(cè)和中心軸線(xiàn)X之間的距離r0為6.8mm。S15代表具有四個(gè)凸起16a的傳感器1。具體地說(shuō)，每個(gè)凸起16a的寬度為1.44mm，間隔P為2.1mm，凸起16a的最外側(cè)和中心軸線(xiàn)X之間的距離r0為7.75mm。S17代表具有四個(gè)凸起16a的傳感器1。具體地說(shuō)，每個(gè)凸起16a的寬度為0.95mm，間隔P為1.8mm，凸起16a的最外側(cè)和中心軸線(xiàn)X之間的距離r0為7.1mm。此處，膜片16的有效半徑是9.3mm。傳感器1所處環(huán)境溫度為25攝氏度，并受30kPa的壓力。
如圖7所示，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)α處于一個(gè)特定范圍2.5-3.5中時(shí)，膜片16的變形最大。具體地說(shuō)，即使當(dāng)傳感器1具有多個(gè)不同結(jié)構(gòu)的凸起16a，也是當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)α處于2.5-3.5的范圍時(shí)膜片16的變形最大。并且，當(dāng)傳感器1具有兩個(gè)寬度W為1.44mm，高度為0.22mm，間隔為2.1mm，距離r0為7.75mm的凸起16a(即傳感器1是傳感器S16)時(shí)，膜片16的變形最大。
并且，發(fā)明人還研究了凸起16a的高度H和膜片16的變形之間的關(guān)系。此外，發(fā)明人還研究了凸起16a的寬度W和膜片16的變形之間的關(guān)系。這些進(jìn)一步的研究的結(jié)果是，凸起16a的高度H優(yōu)選在0.16-0.28mm之間，寬度W優(yōu)選在1.3-1.5mm之間。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)參數(shù)α被確定以使膜片16具有最好的變形能力(即最好的彎曲能力)。當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)α處于范圍2.5-3.5中時(shí)，金屬膜片16具有最好的變形能力，從而使密封在壓力腔3和4中的油18由于溫度變化而產(chǎn)生的膨脹和收縮能夠被充分吸收。這樣，傳感器1的檢測(cè)誤差降低。
并且，膜片16的有效半徑R，以及凸起16a的高度H、寬度W以及數(shù)量和位置被優(yōu)化以使膜片16獲得最好的變形能力。這樣，不必增大膜片16的有效半徑R，就可以增加膜片16的變形能力。具體地說(shuō)，不必增大傳感器1的大小(即尺寸)就可使膜片16具有最好的變形能力。
此外，當(dāng)傳感器1具有兩個(gè)凸起16a時(shí)，膜片16具有最大的變形能力。
盡管傳感器1是帶有兩個(gè)用來(lái)密封油18的膜片16的具有兩個(gè)壓力腔3和4的壓差式壓力傳感器，但傳感器1可以是其它類(lèi)型的壓力傳感器，例如具有一個(gè)壓力傳感器芯片的壓力傳感器，其底部受到大氣壓力。具體地說(shuō)，傳感器1可以只具有單個(gè)膜片，從而只有上壓力腔被氣密密封，即只有壓力傳感器芯片的頂部被密封。
雖然傳感器1用于柴油動(dòng)力機(jī)車(chē)以檢測(cè)尾氣壓力，但其還可有其它應(yīng)用。
雖然傳感器1具有預(yù)定結(jié)構(gòu)，例如殼體2等，但其還可有其它殼體結(jié)構(gòu)。并且，只要結(jié)構(gòu)參數(shù)α所處的范圍△為2.5-3.5，傳感器1可以具有多于兩個(gè)凸起16a。而且，只要結(jié)構(gòu)參數(shù)α所處的范圍△為2.5-3.5，傳感器1還可以具有其它不同結(jié)構(gòu)的膜片16。
可以理解，這些變化和修改都處于所附權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，包括用于密封液體的膜片(16)；其中，所述膜片(16)包括多個(gè)凸起(16a)，所述凸起(16a)同心地布置在所述膜片(16)上；其中，每個(gè)凸起(16a)的徑向截面為圓弧形，并具有環(huán)形形狀；其中，每個(gè)所述凸起(16a)的圓弧長(zhǎng)度用L表示，高度用H表示，在徑向的寬度用W表示，兩相鄰所述凸起(16a)之間沿徑向的間隔用P表示；其中，所述膜片(16)的有效半徑用R表示，所述膜片(16)的中心與布置在所述膜片(16)最外側(cè)的所述凸起(16a)的中心之間的距離用r0表示，所述膜片(16)的有效半徑被定義為所述膜片(16)受壓部分的半徑；其中，傳感器具有由α表示的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其定義如下α=(L/H)×(L/W)/P×(r0/R),]]>并且其中結(jié)構(gòu)參數(shù)(α)處于2.5-3.5之間的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述膜片(16)具有兩個(gè)所述凸起(16a)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其中，所述膜片(16)由金屬制成，并且其中的液體是油。
4.如權(quán)利要求1-3中任一所述的傳感器，其中，所述凸起(16a)的高度處在0.16mm-0.28mm之間的范圍內(nèi)；其中，所述凸起(16a)的寬度處在1.3mm-1.5mm之間的范圍內(nèi)；其中，所述凸起(16a)被設(shè)置在所述膜片(16)的有效半徑一半的外側(cè)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一所述的傳感器，其中，所述膜片(16)的有效半徑大約為9.3mm，并且，其中，所述傳感器應(yīng)用在較低壓力環(huán)境下。
6.如權(quán)利要求1-5中任一所述的傳感器，其中所述傳感器用于檢測(cè)柴油動(dòng)力機(jī)車(chē)的尾氣壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，包括用于密封液體的膜片(16)。膜片(16)包括多個(gè)凸起(16a)，凸起(16a)同心地布置在膜片(16)上。每個(gè)凸起(16a)的徑向截面為圓弧形，并具有環(huán)形形狀。傳感器具有由α表示的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中結(jié)構(gòu)參數(shù)(α)處于2.5－3.5之間的范圍內(nèi)。傳感器的膜片(16)具有最優(yōu)的變形能力，因此該傳感器的檢測(cè)誤差降低。
文檔編號(hào)G01L7/08GK1534284SQ20041003133
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者馬場(chǎng)廣伸, 德永正壽, 壽 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝