專利名稱：壓力傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于汽車構造的技術領域，涉及汽車上的檢測報警裝置，更具體地 說，本發(fā)明涉及一種壓力傳感器。另外，本發(fā)明還提供了這種壓力傳感器的制 造方法。
背景技術：
汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵 部件，也是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。汽車傳感器對溫度、壓力、 位置、轉速、加速度和振動等各種信息進行實時、準確的測量和控制。衡量現(xiàn) 代高級轎車控制系統(tǒng)水平的關鍵就在于其傳感器的質量和水平。當前， 一輛國 內普通家用轎車上大約安裝了近百個傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量多達
200只。從某種意義上說，先進汽車的競爭即是傳感器的競爭。由于微電子技術 和微機械加工技術的發(fā)展，傳感器正朝著微型化、多功能化、智能化方向發(fā)展。 傳統(tǒng)的機油壓力傳感器是目前在汽車和柴油車上普遍使用的傳感器。其產(chǎn) 品設計原理是利用金屬膜片受壓變形，驅動杠桿機構運動，通過一套復雜的機 械裝置推動滑臂在滑線電阻上滑動，使滑線電阻值變化，來改變壓力表線圈的 電流以檢測壓力。其結構設計的缺陷為由于傳感元件金屬膜片的塑性與記憶 恢復特性，其穩(wěn)定性和抗疲勞性較差；滑線板部分采用<D0.08康銅絲，電刷為 00.12銀白銅，該結構使線板滑動部分的耐磨性較差；壓力報警部分采用滑動接 觸形式，報警燈泡冷態(tài)電阻很小，瞬時沖擊電流很大，頻繁通斷電時易產(chǎn)生電 弧而燒壞報警觸點。這些設計的先天不足，加上我國的發(fā)動機制造水平和道路 條件等多種因素的影響，導致了機械式機油壓力傳感器機械故障多(如電刷、
滑線電阻磨損和燒蝕、報警觸點磨損，抗振動性能差)，標準化程度低，壽命有 限等。目前，這種傳感器的故障已經(jīng)成為各個車廠十分頭痛的問題。
自20世紀80年代以來，國內汽車儀表行業(yè)引進國外的先進技術及與之相 配套的傳感器生產(chǎn)技術，基本滿足了國內小批量、低水平車型的配套需求。由 于起步較晚，還沒有形成系列化、配套化，尚未形成獨立的產(chǎn)業(yè)，仍然依附于 汽車儀表企業(yè)，傳感器的生產(chǎn)處于利潤少、產(chǎn)品單一、產(chǎn)品質量和技術水平低 下的狀況。許多傳感器廠家為了增強產(chǎn)品的競爭力，采用與國外同行業(yè)進行合 資經(jīng)營的方式，消化吸收國外先進的傳感器技術，使產(chǎn)品升級換代，從而逐步 發(fā)展壯大。伴隨著國內汽車產(chǎn)量的迅速增長，今后幾年國內汽車工業(yè)對傳感器 及其配套儀表的需求亦將大大增加，實現(xiàn)汽車傳感器國產(chǎn)化勢在必行。為適應 這一形勢，必須開發(fā)新型壓力、溫度、流量、位移等傳感器，提高高檔汽車的 質量和技術性能，進而提高汽車工業(yè)的整體技術水平。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的第一個問題是提供一種壓力傳感器，其目的是提高壓力 傳感器的信號采集、處理和轉輸?shù)男阅芎涂煽啃浴?br> 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為
本發(fā)明所提供的這種壓力傳感器，包括外殼、螺帽、錐螺紋、金屬接線頭 和絕緣套2，所述的壓力傳感器中設微型數(shù)字處理器，并通過程序處理模塊對壓 力信號進行采集、處理和輸出；所述的壓力傳感器的傳感元件為微型壓力感應 芯片，所述的微型壓力感應芯片通過信號線路與微型數(shù)字處理器連接。
為了使本發(fā)明更加完善，還提供以下的更為具體的優(yōu)選的技術方案，供本 領域的技術人員深入理解本發(fā)明，并充分體現(xiàn)本發(fā)明的新穎性、創(chuàng)造性以及實 用性。 壓力傳感器的程序處理模塊的技術方案
上述技術方案中所述的壓力傳感器的程序處理模塊包括信號采集的電壓輸
入模塊、電源模塊、信號輸出模塊和報警模塊；所述的傳感元件設在電壓輸入
模塊中；其連接關系為所述的電壓輸入模塊向微型數(shù)字處理器輸入信號；所
述的電源模塊向微型數(shù)字處理器提供電源；所述的微型數(shù)字處理器向信號輸出
模塊和報警模塊輸出信號。
微型數(shù)字處理器的技術方案
所述的微型數(shù)字處理器采用汽車級8位單片機，其預設置的數(shù)據(jù)處理程序， 使信號輸出模式實現(xiàn)脈寬調節(jié)，或者使信號輸出模式為方波頻率，或者使信號 輸出模式為電流方式，或者使信號輸出模式為電壓方式；通過對頻率信號占空 比的設定和選擇。
獨立電源的技術方案；
所述的壓力傳感器的電源模塊，直接與車載電源連接，即壓力傳感器的電 源為獨立電源。
壓力傳感器的內外結構的技術方案
所述的壓力傳感器的線路板采用高強度的耐高溫的樹脂膠整體封裝；所述 的壓力傳感器的總體結構采用金屬接線頭進行機械圈壓封裝，并構成所述的外
殼o
所述的微型數(shù)字處理及微型壓力感應芯片設在外殼內。 在所述的外殼內，設金屬屏蔽層，罩在所述的微型壓力感應芯片外。 電壓輸入模塊的構成技術方案-
所述的電壓輸入模塊按信號傳遞順序分別設壓力信號輸入模塊、壓電轉換
模塊和信號放大模塊；所述的微型壓力感應芯片設在壓力信號輸入模塊中，所
述的信號放大模塊與微型數(shù)字處理器進行信號連接。
本發(fā)明所要解決的第二個問題是提供上述壓力傳感器采用的制造方法，其 發(fā)明目的與上述技術方案是相同的，該制造方法的工藝過程是
a) 、線路板涂膠；
b) 、貼片焊接；
C)、其它元件焊接，進入步驟e);
d) 、外殼加工，進入步驟e);
e) 、樹脂膠封裝；
f) 、外殼巻壓裝配；
g) 、最終檢驗。
本發(fā)明采用上述技術方案，使用微機械加工技術生產(chǎn)出的汽車用壓力感應 芯片，輔以獨立電源電路、信號處理電路和獨立開發(fā)設計的軟件程序，實現(xiàn)壓 力信號數(shù)字化輸出，并采用三線輸出和兩線輸出方式選擇、標準接口設計以及 可靠的高壓和高強度的密封技術，進一步提高傳感器的抗壓強度，產(chǎn)品一體化 設計，結構緊湊，獨特的結構和原理，有效提高了產(chǎn)品的性能和可靠性，降低 了制造成本和零件加工成本。本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有精度高、無 機械部件觸點、可靠性高、壽命長、耐腐蝕、成本低，性能價格比高等特點。


下面對本說明書各幅附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明
圖1為本發(fā)明的結構示意圖2為本發(fā)明的程序處理模塊的結構示意圖3為本發(fā)明的功能示意圖4為本發(fā)明中的壓力傳感器的制造工藝方法的過程框圖。
圖中標記為-
1、金屬接線頭，2、絕緣套，3、外殼，4、螺帽，5、錐螺紋，6、壓力傳 感器。
具體實施例方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及 的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及 工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域 的技術人員對本發(fā)明的發(fā)明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
如圖l、圖2和圖3所表達的本發(fā)明的結構及其功能、模塊，本發(fā)明為一種 壓力傳感器，用于車輛上的各種壓力的測試，其結構包括外殼3、螺帽4、錐螺 紋5、金屬接線頭1和絕緣套2，其中金屬接線頭l由絕緣套2保護，起到絕緣 作用；金屬接線頭1與傳輸線路連接；錐螺紋5用于在機體上的安裝，且錐螺 紋能起到良好的密封作用；螺帽4在壓力傳感器緊固時起旋緊作用。
正如本說明書背景技術部分對現(xiàn)有技術存在的缺陷，為了克服這些缺陷， 解決技術上的問題，實現(xiàn)提高壓力傳感器的信號轉輸?shù)男阅芎涂煽啃缘陌l(fā)明， 本發(fā)明提出了如下的技術方案
如圖6所示，本發(fā)明所提供的這種壓力傳感器，所述的壓力傳感器6中設 微型數(shù)字處理器，并通過程序處理模塊對壓力信號進行采集、處理和輸出；所 述的壓力傳感器6的傳感元件為微型壓力感應芯片，所述的微型壓力感應芯片 通過信號線路與微型數(shù)字處理器連接。圖中的微處理器即微型數(shù)字處理器。
本發(fā)明改變了傳統(tǒng)壓力傳感器所采用的結構和工作原理。傳統(tǒng)壓力傳感器 采用的結構和工作原理是利用模片變形來驅動杠桿機構運動，推動滑線電阻 彈片在電阻板上動運，從而實現(xiàn)隨壓力變化而傳感器輸出電阻變化的方式。而
本發(fā)明采用的專用的微型壓力感應芯片進行壓力變化測試，將壓力信號轉化成 變化的電壓信號并進行放大，轉輸給微型數(shù)字處理器，通過計算機程序處理轉 化為數(shù)字性的頻率或電流信號，直接傳輸給車用儀表、發(fā)動機控制系統(tǒng)或中央 處理系統(tǒng)來進行報警或控制調整，輸出頻率也可選擇脈寬調節(jié)方式實現(xiàn)與整車 總線技術的對接。
微型化傳感器利用微機械加工技術將微米級的敏感元件、信號調理器、數(shù) 據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上。由于其體積小、價格便宜、便于集成等特 點，可以提高系統(tǒng)測試精度。
使用微機械加工技術生產(chǎn)出的汽車用壓力感應芯片，輔以獨立電源電路、 信號處理電路和獨立開發(fā)設計的軟件程序，實現(xiàn)壓力信號數(shù)字化輸出，并采用 三線輸出和兩線輸出方式選擇，標準接口設計，以及可靠的高壓和高強度的密 封技術。同現(xiàn)有滑線式油壓傳感器相比，具有精度高、無機械部件觸點、可靠 性高、壽命長、耐腐蝕、成本低，性能價格比高等特點。
本發(fā)明還提供了以下多個實施示例，供本領域的技術人員在實施本發(fā)明時 選擇應用-
實施示例一
如圖2所示，上述技術方案中所述的壓力傳感器6的程序處理模塊包括信 號采集的電壓輸入模塊、電源模塊、信號輸出模塊和報警模塊；所述的傳感元 件設在電壓輸入模塊中。
其連接關系為-
所述的電壓輸入模塊向微型數(shù)字處理器輸入信號；
所述的電源模塊向微型數(shù)字處理器提供電源；
所述的微型數(shù)字處理器向信號輸出模塊和報警模塊輸出信號。
上述結構及連接關系，實現(xiàn)了壓力傳感器的壓力信號采集、處理和傳輸?shù)?功能，以及向系統(tǒng)提供電源的功能。 實施示例二-
本發(fā)明所述的微型數(shù)字處理器采用汽車級8位單片機，其預設置的數(shù)據(jù)處 理程序，使信號輸出模式實現(xiàn)脈寬調節(jié)，或者使信號輸出模式為方波頻率，或 者使信號輸出模式為電流方式，或者使信號輸出模式為電壓方式；通過對頻率 信號占空比的設定和選擇。
數(shù)據(jù)處理采用汽車級8位單片機和獨立開發(fā)的軟件程序，使信號輸出模式 可以實現(xiàn)脈寬調節(jié)、方波頻率、電流和電壓等多種方式的選擇，并可通過對頻 率信號占空比的設定和選擇，使傳感器產(chǎn)品能直接適應現(xiàn)代新型高檔汽車上總 線技術對傳感器信號的特殊需求。功能多樣化和復合化，適應不同產(chǎn)品和不同 運行條件的要求。
施實示例三
本發(fā)明所述的壓力傳感器6的電源模塊，直接與車載電源連接，即壓力傳 感器6的電源為獨立電源。
本發(fā)明采用獨立電源電路設計的技術方案，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和穩(wěn) 定性。
實施示例四
如圖1所示，本發(fā)明所述的壓力傳感器6的線路板采用高強度的耐高溫的 樹脂膠整體封裝；所述的壓力傳感器6的總體結構采用金屬接線頭1進行機械 圈壓封裝，并構成所述的外殼3。
線路板的封閉和傳感器的總裝是利用高強度的耐高溫的樹脂膠整體封裝 后，再利用金屬結構的接頭進行機械圈壓封裝，以進一步提高傳感器的抗壓強
度。產(chǎn)品一體化設計，結構緊湊，獨特的結構和原理，配套專用數(shù)據(jù)處理程序， 有效提高了產(chǎn)品的性能和可靠性，降低了制造成本和零件加工成本。 實施示例五
如圖3所示，所述的電壓輸入模塊按信號傳遞順序分別設壓力信號輸入模 塊、壓電轉換模塊和信號放大模塊；
以上所述的微型壓力感應芯片設在壓力信號輸入模塊中，所述的信號放大 模塊與微型數(shù)字處理器進行信號連接。
實施示例六
本發(fā)明所述的微型數(shù)字處理及微型壓力感應芯片設在外殼3內。實現(xiàn)了傳 感器結構的一體化、集成化。 實施示例七
在所述的外殼5內，設金屬屏蔽層，罩在所述的微型壓力感應芯片外。由 于采用了上述結構，傳感器內傳送的信號不再受外界、特別是汽車電氣系統(tǒng)的 強電干擾，使得其傳遞的信號準確、穩(wěn)定可靠。
下面對本發(fā)明的有益效果進行詳細分析和介紹
本發(fā)明提供的壓力傳感器的技術指標
1、 允許壓力過載滿量程的2倍；
2、 精度1.0%FS (包括非線性、遲滯和重復性)；
3、 輸出信號兩線4 20mA、三線0.5 4.5VDC (5VDC供電)；
4、 電源電壓10 36VDC;
5、 工作溫度范圍—40 125°C;
6、 溫度對零點的影響±0.02%FS/°C;
7、 溫度對滿量程的影響±0.03%FS/°C; 8、 絕緣^1000MQ/100V;
9、 外殼防護等級IP65;
10、 壽命100， 000次。
本項目產(chǎn)品數(shù)字式壓力傳感器與與國內其它產(chǎn)品性能對比如下:
本發(fā)明的數(shù)字式壓力傳感器現(xiàn)有技術的壓力傳感器
精度高1.0%FS精度低10%FS
溫度飄移小±0. 03%FS/°C溫度飄移大±0. 1%FS/°C
奉命長100000次奉命短30000次
通用性強不通用
耐振動性強耐振動性弱
可靠性高機械故障多
本發(fā)明的預期經(jīng)濟指標
按年產(chǎn)70萬只數(shù)字式壓力傳感器計算，產(chǎn)品價格的估算按平均價格估算為
180元/只。如達到設計產(chǎn)量，可實現(xiàn)年銷售收入為12600萬元，稅后利潤為1375 萬元。本發(fā)明提供的技術在經(jīng)濟上是可行的，并具有一定的抗風險能力。
本發(fā)明還提供上述壓力傳感器所采用的制造方法，該方法的具體技術方案 為其工藝過程是
a) 、線路板涂膠；
b) 、貼片焊接；
c) 、其它元件焊接，進入步驟e);
d) 、外殼3加工，進入步驟e);
e) 、樹脂膠封裝；
f) 、外殼3巻壓裝配；
g) 、最終檢驗。
其中，在步驟b)中，貼片是指微型壓力感應芯片。
采用上述制造方法，工藝過程能保證產(chǎn)品質量，使得產(chǎn)品的密封效果更好， 產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定，數(shù)字式壓力傳感器的生產(chǎn)過程比較簡單，電子元器件較少，
除了元器件焊裝和CPU寫程序外，主要是線路板的封閉和殼體及金屬接頭的巻壓封裝。由于傳感器的體積限制，設計中多采用了貼片元件，為了保證焊接質 量，采用了貼片機進行焊裝。為了增加傳感器的耐振動性和耐候性，對線路板 和傳感器的接頭用耐高溫的高強度樹脂膠整體封裝。外殼的裝配采用專用巻壓 設備。
上述技術方案與現(xiàn)有技術相比，有明顯的區(qū)別，具有突出的實質性的特點， 并在技術上取得進步，為汽車產(chǎn)品的整體技術的提高作出貢獻，有產(chǎn)業(yè)上的推 廣應用的價值，所以本發(fā)明具有新穎性、創(chuàng)造性和實用性。另外，本發(fā)明涉及 的產(chǎn)品結構和制造方法，同屬一個總體的發(fā)明構思。
上面結合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上 述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性 的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在 本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種壓力傳感器，包括外殼(3)、螺帽(4)、錐螺紋(5)、金屬接線頭(1)和絕緣套(2)，其特征在于所述的壓力傳感器(6)中設微型數(shù)字處理器，并通過程序處理模塊對壓力信號進行采集、處理和輸出；所述的壓力傳感器(6)的傳感元件為微型壓力感應芯片，所述的微型壓力感應芯片通過信號線路與微型數(shù)字處理器連接。
2、 按照權利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于所述的壓力傳感器(6)的程序處理模塊包括信號采集的電壓輸入模塊、電源模塊、信號輸出模塊和報警模塊；所述的傳感元件設在電壓輸入模塊中；其連接關系為所述的電壓輸 入模塊向微型數(shù)字處理器輸入信號；所述的電源模塊向微型數(shù)字處理器提供電 源；所述的微型數(shù)字處理器向信號輸出模塊和報警模塊輸出信號。
3、 按照權利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于所述的微型數(shù)字 處理器采用汽車級8位單片機，其預設置的數(shù)據(jù)處理程序，使信號輸出模式實 現(xiàn)脈寬調節(jié)，或者使信號輸出模式為方波頻率，或者使信號輸出模式為電流方 式，或者使信號輸出模式為電壓方式；通過對頻率信號占空比的設定和選擇。
4、 按照權利要求2所述的壓力傳感器，其特征在于所述的壓力傳感器(6) 的電源模塊，直接與車載電源連接，即壓力傳感器(6)的電源為獨立電源。
5、 按照權利要求1或2或4所述的壓力傳感器，其特征在于所述的壓力 傳感器(6)的線路板采用高強度的耐高溫的樹脂膠整體封裝；所述的壓力傳感 器(6)的總體結構采用金屬接線頭(1)進行機械圈壓封裝，并構成所述的外 殼(3)。
6、 按照權利要求2或4所述的壓力傳感器，其特征在于所述的電壓輸入 模塊按信號傳遞順序分別設壓力信號輸入模塊、壓電轉換模塊和信號放大模塊；所述的微型壓力感應芯片設在壓力信號輸入模塊中，所述的信號放大模塊與型數(shù)字處理器進行信號連接。
7、 按照權利要求6所述的車用水位傳感器，其特征在于所述的微型數(shù)字 處理及微型壓力感應芯片設在外殼(3)內。
8、 按照權利要求7所述的車用水位傳感器，其特征在于在所述的外殼(5)內，設金屬屏蔽層，罩在所述的微型壓力感應芯片外。
9、 按照權利要求5所述的車用水位傳感器采用的制造方法，其特征在于所 述的制造方法的工藝過程是a) 、線路板涂膠；b) 、貼片焊接；c) 、其它元件焊接，進入步驟e);d) 、外殼加工，進入步驟e);e) 、樹脂膠封裝；f) 、外殼巻壓裝配；g) 、最終檢驗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓力傳感器，包括外殼(3)、螺帽(4)、錐螺紋(5)、金屬接線頭(1)和絕緣套(2)，所述的壓力傳感器(6)中設微型數(shù)字處理器，并通過程序處理模塊對壓力信號進行采集、處理和輸出；所述的壓力傳感器(6)的傳感元件為微型壓力感應芯片，所述的微型壓力感應芯片通過信號線路與微型數(shù)字處理器連接。本發(fā)明還公開了這種壓力傳感器的制造方法。本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有精度高、無機械部件觸點、可靠性高、壽命長、耐腐蝕、成本低，性能價格比高等特點。
文檔編號G01L9/00GK101368863SQ200810021108
公開日2009年2月18日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權日2008年7月25日
發(fā)明者陳建海 申請人:陳建海