專利名稱：感應(yīng)壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電感式壓力傳感器。
更具體地說，本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，其可被用于檢測例如機(jī)動車客艙內(nèi)空調(diào)器或氣候控制系統(tǒng)中的流體壓力。
本發(fā)明的目的是提供一種在工作時具有高可靠性和高精度的壓力傳感器，該傳感器同樣在生產(chǎn)場地容易裝配和校準(zhǔn)。
本發(fā)明達(dá)到這些和別的目的的方法是提供一種感應(yīng)壓力傳感器，其主要特性將在所附權(quán)利要求1內(nèi)予以規(guī)定。
以下純粹通過非限制性的例子參考附圖所作的詳細(xì)說明將使本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)變得清楚，其中

圖1為本發(fā)明感應(yīng)壓力傳感器的軸向局部剖視圖；圖2為圖1傳感器某些元件的局部放大斷面視圖；圖3和4為本發(fā)明兩種不同實(shí)施例的軸向剖視圖。
在圖1中，一個本發(fā)明感應(yīng)壓力傳感器一般用1表示。
本傳感器包含一個支承結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在圖示實(shí)施例中例如由一個基本上呈筒形的下金屬殼體2和一個用塑料模注的基本呈鐘罩形的上殼體3構(gòu)成。下金屬殼體2有一個徑向的外凸緣4，鐘罩體3的下邊便支承在此凸緣上。凸緣和下邊之間插入一密封件5。殼體2和3相互間在軸向上用金屬夾箍6夾緊。夾箍的一端壓在殼體3的肩上，而另一端則位于殼體2的凸緣4下面。
在下金屬殼體2的底部有一個便于和一個接頭或一根管子進(jìn)行螺紋連接的入口7，用于輸入要被測量其壓力的流體。
金屬殼體2的上端伸入鐘罩形殼體3的套內(nèi)。另外有一個一般用8表示的金屬體固定在殼體2的此端上。在圖示實(shí)施例中，殼體2的上端和金屬體8的下部做成互相匹配的階梯形，因而可以很方便地利用激光束或電子束焊的環(huán)縫90將它們互相固定在一起。
金屬體8用例如AIAS630，17-4Ph鋼等的馬氏體不銹鋼制造。
金屬體8的頂上有一平表面8a。此表面例如可以磨削，也可以通過研磨進(jìn)行精加工。
金屬體8在和表面8as相反的一端有一基本呈筒形的凹坑8b，其表面和下金屬殼體2上的通道7同軸。
此凹坑8b暴露在其壓力需要傳感的流體之下。
在金屬體8凹坑8b的底面和平的上表面8a之間形成一個薄壁8c。工作時，在通過金屬殼體2入口7所產(chǎn)生的壓力作用下，此壁8c像一層膜片那樣可以產(chǎn)生彈性變形。
在任何情況下，壁8c均和焊在殼體2上的金屬體8的其余部分或底座8d形成一個整體。
在金屬體8的平表面8a上面安放一個用形成弱磁導(dǎo)體的材料制成的間隔環(huán)9(見圖2)。間隔環(huán)9可以用例如銅鈹合金或商品名為Kapton或Ryton樹脂的塑料等的順磁或逆磁材料制造。
間隔環(huán)9具有均勻和經(jīng)過校準(zhǔn)的厚度，并有一個中心孔9a，此孔使金屬體8的薄壁8c得以暴露。
在間隔環(huán)9上放置一個一般用10表示的感應(yīng)器，此感應(yīng)器包含一個用鐵磁材料-最好是純鐵制成的物體11，物體11有一平的下表面或表面11a，該表面11a支承在間隔環(huán)9上，而且一部分通過環(huán)9上的孔面對金屬體8上的壁8c。在鐵磁體11的平表面11a上制有一個環(huán)形凹槽12，該凹槽在鐵磁體11上限定了基本上呈圓柱形的中央鐵芯13和一個環(huán)繞其周圍的環(huán)套14。由圖1可知，帶有繞組16的線圈管15布置在所述環(huán)形凹槽中的鐵芯13周圍。為免圖形擁擠起見，線圈管和繞組在圖2中均未示出。
由于中間插入一個間隔環(huán)9，鐵芯13的自由底面13a得以和金屬體8的壁8c上表面8a的中心部分分開，因而在其間形成一個空氣隙17(圖2)，其高度由所述間隔環(huán)的厚度決定。
在繞組16端頭之間可以測定的電感不僅取決于繞組本身的特性，也取決于由金屬體8和鐵磁體11構(gòu)成的磁路的特性以及空氣隙17的大小。
參見圖1，由18表示的繞組16的端頭通過鐵磁材料體11上的一個孔19伸出。一個基本呈筒形的支承體20圍繞著所述鐵磁體11，并從其上方伸出，形成圍繞中心孔22的內(nèi)部環(huán)壁21。一個上述感應(yīng)器繞組16的端頭18與之連接的電子電路24的支承板23位于此壁21上。此電路用于將感應(yīng)器電感的工作變量轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂邢鄳?yīng)特性-例如振幅和頻率的變量的信號。
在圖1實(shí)施例中，鐵磁材料體11和金屬體8由多個夾箍25沿軸向夾緊在一起。該夾箍25位于支承件20的縱溝26內(nèi)。夾箍25很方便地由成形的臂構(gòu)成，該臂是自保持在鐵磁體11的上表面上形成的凹口28內(nèi)的環(huán)27周圍延伸的。
在圖1中，一個用29表示的基本呈倒置杯形的金屬屏蔽件裝在上殼體3內(nèi)部的支承件20上面，并且圍繞支承件20。屏蔽件29除了起屏障電磁干擾的作用以外，利用其如圖1中由29a所示偏向一邊凹入的側(cè)壁部分，它也將支承件20固定在軸向位置上。
在屏蔽件29的上部有孔30，其中裝有相應(yīng)的環(huán)形屏蔽電容器31，并有相應(yīng)的連接導(dǎo)線32從其中通過，以便將電子電路24和位于支承殼體3上部的接插板33連接起來。接線柱34同所述接插板連接，并且通過支承殼體3的上部橫壁伸入殼體3上部的座孔35內(nèi)起和外界電路連接的連接器作用。
工作時，通過下殼體2上孔7輸入的流體壓力引起金屬體8的壁8c彈性變形和在所述壁和感應(yīng)器鐵芯13之間空氣隙17的相應(yīng)變化，從而引起磁路特性的變化。因此，在繞組16端頭之間的電感產(chǎn)生一個可以測量的變化。電路24將感應(yīng)器的電感變成一個指示流體壓力的特性-例如振幅和頻率的電信號。
在上述壓力傳感器內(nèi)，由于金屬體8和鐵磁體11的相向平表面8a和11a的制造較易，以及校準(zhǔn)間隔環(huán)9的厚度也較易，故靜止時(入口7處于大氣壓狀態(tài))的空氣隙17的尺寸可以設(shè)置精確而且有重現(xiàn)性。本發(fā)明傳感器可以按照設(shè)計用途傳感變化范圍廣大的壓力。
因此，為了在家用加熱系統(tǒng)的鍋爐中使用，可以生產(chǎn)出測量在0和4.5巴之間變化的壓力的傳感器，或者為了在工業(yè)型加熱系統(tǒng)或氣候控制系統(tǒng)-特別在機(jī)動車中使用，可以生產(chǎn)出測量在0和約30巴之間變化的壓力的傳感器。
本發(fā)明壓力傳感器也適用于高壓，例如為了在機(jī)動車內(nèi)燃機(jī)的汽油直接噴射(GDI)系統(tǒng)中使用，可以測量0和120巴之間的壓力；或者為了在柴油直接噴射(DDI)系統(tǒng)中使用，可以測量0和約2000巴之間的壓力。
例如為了傳感0和30巴之間的壓力變化，金屬體8的壁8c的直徑可在8和15mm之間，厚度在0.3和0.5mm之間。在此壁和傳感器鐵芯13之間的空氣隙17于是可在0.05和0.3mm之間變化。用于傳感器純鐵材料體11的純鐵，為了方便起見，應(yīng)為如菲力普公司以3c 85編碼出售的初始導(dǎo)磁率μi≥500的純鐵。
圖3示本發(fā)明壓力傳感器的一種變型。在此圖中，已經(jīng)介紹過的零件和元件用相同的參考數(shù)表示。
在圖3所示傳感裝置中，用整體的拉鉤3a將上殼體3直接和下金屬體2的徑向凸緣4夾緊在一起。該拉鉤3a的下部有橫向齒3b，用以在所述凸緣之下實(shí)現(xiàn)咬合連接。
在圖3所示變型中，間隔環(huán)9和帶感應(yīng)器繞組16和線圈管15制成一體。此種安排實(shí)際上亦能用于以上圖1所示的裝置內(nèi)。
圖3裝置的另一特征是將和繞組16連接的一部分電子電路24安裝在鐵磁體11的環(huán)形凹坑或凹槽12內(nèi)的支承板23上。板23和遠(yuǎn)離膜片8c的線圈15凸緣上的凸爪15a相連接。板23上的部分電路和裝在另一塊鐵磁元件11上方的板33上的其余部分電路24連接。通過鐵磁元件11伸出的導(dǎo)電元件40將電子電路24的兩部分連接起來。
將鐵磁元件11和金屬體8軸向固定在一起的夾箍25方便地將支承凸爪25a固定到上電路板33上。
圖4示另一和圖3相似的變型。同樣，已經(jīng)介紹過的零件和元件在圖4中用相同的參考數(shù)表示。
在圖4所示變型中，整個電子電路24裝在位于鐵磁元件11的環(huán)狀凹槽12內(nèi)的電路板23上。
在圖3和4的實(shí)施例中，鐵磁材料元件11起著抵抗對其內(nèi)部電路干擾的有效屏蔽件作用。
在兩種情形中，為了將干擾過濾掉，電路24的輸出端可以很方便地通過相應(yīng)的SMD型接地電容器實(shí)行耦合。
自然，盡管本發(fā)明的原理不變，而實(shí)施例及其制造細(xì)節(jié)在不脫離所附權(quán)利要求書中規(guī)定的本發(fā)明范圍情況下可以和單純由非限制性例子所說明的有很大不同。
權(quán)利要求
1.一種電感式壓力傳感器(1)，其包括一個支承結(jié)構(gòu)(2，3)，其中安裝有一個一端是平表面(8a)，相反一端是凹坑(8b)的金屬體(8)，凹坑暴露在要被傳感的流體壓力之下，其中有一個在所述壓力作用下可以以膜片方式產(chǎn)生彈性變形的薄壁(8c)，該薄壁被限定在所述凹坑(8b)底面和所述平表面(8a)之間。一個感應(yīng)器(10)該感應(yīng)器包含一個牢牢固定在金屬體(8)上的鐵磁材料體(11)；該體是有一個面對金屬體(8)的所述端表面(8a)的平表面(11a)，還有一個環(huán)狀凹槽(12)和一環(huán)套(14)，該凹槽限定一中央鐵芯(13)，一繞組(16)設(shè)置在其內(nèi)部；以及一個厚度經(jīng)過校準(zhǔn)的用順磁或逆磁材料制成的間隔環(huán)(9)，其插在金屬體(8)和鐵磁體(11)之間使所述鐵芯(13)的遠(yuǎn)端(13a)面向金屬體(8)的所述可變形墻(8c)的中心部分，中間相隔一校準(zhǔn)過的距離。所作的安排應(yīng)該是當(dāng)作用在所述墻(8c)上的壓力變化時，所述墻產(chǎn)生彈性變形，從而改變墻(8c)和芯(13)之間的空氣隙(17)的間距，且相應(yīng)地改變所述感應(yīng)器(10)端子之間的可測電感。
2.按照權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征是所述金屬體(8)用不銹鋼一最好馬氏體型的不銹鋼制造，而所述鐵磁體(11)用純鐵制造。
3.按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征是所述鐵磁體(11)和所述金屬體(8)用多個鎖定夾箍(25)沿軸向夾緊在一起。
4.按照權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征是所述夾箍(25)由成形的縱長臂構(gòu)成，該臂自設(shè)置在鐵磁體11的保持座(28)上的環(huán)(27)周圍延伸。
5.按照前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傳感器，其特征是所述繞組(16)在設(shè)置所述鐵芯(13)周圍的繞圈管(15)支承，并且和所述間隔環(huán)(9)制成一體。
6.按照前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傳感器，其特征是傳感器(10)繞組(16)的端頭(18)穿過鐵磁材料體(11)上的至少一個孔(19)，并且和一個電子處理電路(24)連接，該電子處理電路裝在所述支承結(jié)構(gòu)(2，3)之內(nèi)，并且位于所述鐵磁材料體(11)和圍繞感應(yīng)器(10)的基本呈杯狀的金屬屏蔽件(29)之間，所述電路(24)具有穿過所述屏蔽件(29)的端子(34)，用于和外界電路連接。
7.按照權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征是所述電子電路(24)的端子穿過安裝在所述屏蔽件(29)相應(yīng)孔(30)內(nèi)的電容器(31)。
8.按照權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征是電感器(10)的繞組(16)的端頭(18)和至少部分裝于鐵磁體(11)環(huán)槽(12)內(nèi)電子處理電路(24)連接。
9.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征是所述金屬體(8)有一個圍繞所述凹坑(8b)并焊在筒形支承殼體(2)上的基本呈環(huán)形的外套(8d)。
11.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的傳感器，特別是用于傳感在0和約30巴之間變化的壓力的傳感器，其特征是所述壁(8c)的直徑在8～15mm之間，厚度在0.3～0.5mm之間。
11.按照權(quán)利要求10所述的傳感器，其特征是在鐵芯(13)遠(yuǎn)表面(13a)和所述壁(8c)之間的空氣隙(17)的尺寸在0.05和0.3mm之間。
12.按照權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的傳感器，其特征是所述鐵磁體由初始導(dǎo)磁率(μi)至少等于500的純鐵構(gòu)成。
全文摘要
傳感器(1)包括一個支承結(jié)構(gòu)(2,3),其中安裝著一個具有平表面(8a)和相反一側(cè)有凹坑(8b)的金屬體(8),凹坑暴露在被傳感的壓力之下,一個在壓力作用下像膜片一樣產(chǎn)生彈性變形的薄壁(8c)被限定在凹坑(8b)底面和所述平表面(8a)之間,一個包含鐵磁材料體(11)的感應(yīng)器(10)牢固地固定在金屬體(8)上,該金屬體是有一面向金屬體(8)平表面(8a)的平表面(11a),還有一環(huán)形凹槽(12)和一個環(huán)套(14),該凹槽限定在其內(nèi)部設(shè)置繞組(16)的中央鐵芯(13)一個厚度經(jīng)過校準(zhǔn)的順磁或逆磁材料間隔環(huán)(9)插在金屬體(8)和鐵磁體(11)之間。
文檔編號G01L9/00GK1334917SQ99816083
公開日2002年2月6日 申請日期1999年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月15日
發(fā)明者U·索蒂利 申請人:比特龍有限公司