具有過壓保護的傳感元件的制作方法
【專利摘要】具有過壓保護的傳感元件(1)，具有至少一個用于檢測運行參數(shù)的傳感器(2)以及具有電子構(gòu)件(3至7)和用于電源(9)的輸入端(8)，其特征在于，在輸入端(8)上串聯(lián)有電子構(gòu)件(3)并且該電子構(gòu)件構(gòu)成為PPTC構(gòu)件。
【專利說明】
具有過壓保護的傳感元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述特征的、具有過壓保護的傳感元件，該傳感元件具有至少一個用于檢測運行參數(shù)的傳感器并且具有電子構(gòu)件和用于電源的輸入端。
【背景技術(shù)】
[0002]這種傳感元件(也作為“智能”傳感元件或“主動”傳感元件)是已知的。這些傳感元件包括具有至少一個傳感器的組件，借助該傳感器應(yīng)檢測系統(tǒng)、設(shè)備、車輛或類似裝置的運行參數(shù)。根據(jù)待檢測的運行參數(shù)來構(gòu)造相應(yīng)的傳感器。在此優(yōu)選非接觸式工作的傳感器，借助該傳感器檢測運行參數(shù)，例如壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、力以及類似參數(shù)(未完全列舉)。通過運行參數(shù)的檢測，傳感器提供輸出信號，亦或向該傳感器輸送電流供應(yīng)從而使其能夠檢測運行參數(shù)并且生成輸出信號。在這兩種情況下，在已知的傳感元件中，通過連接在下游的電子構(gòu)件對至少一個傳感器的輸出信號進行預(yù)處理，例如加強該輸出信號、過濾該輸出信號、測試該輸出信號的可信度或類似處理。然后由總傳感元件提供輸出信號，該輸出信號供一個另外的連接在下游的電子控制單元或控制單元使用，使得該輸出信號能夠在那里被進一步處理、存儲、顯示或類似處理。
[0003 ]即概括地來說，這種傳感元件(也稱為傳感組件)大多被視為在整個傳感器裝置中的價格低的小部件，該傳感器裝置還包括殼體、電源、接口和類似部件?，F(xiàn)今傳感器組件面積一般不超過幾平方厘米，在該傳感器組件檢測運行參數(shù)時，主要要求是:構(gòu)造空間、位置需求、制造成本、簡單性，以及同時高敏感性。
[0004]此外，這種傳感元件的主要要求之一在于，在所有的運行條件下都能無故障地起作用。在惡劣的環(huán)境條件下(其中，溫度、濕度和類似因素經(jīng)常會發(fā)生波動)，可能還總是會出現(xiàn):電子干擾脈沖作用到傳感元件、進而作用到傳感器本身。由此存在這樣的危險:傳感元件提供錯誤的輸出值，或者在最壞的情況下，傳感元件由于這種干擾脈沖而暫時失靈或者甚至被完全毀壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，這樣改進一種傳感元件，使得該傳感元件相對于可能從外部作用到傳感元件上的電子干擾脈沖得到有效的保護。
[0006]該任務(wù)通過權(quán)利要求1中的特征得以解決。
[0007]根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，在傳感元件的輸入端上串聯(lián)有電子構(gòu)件，該電子構(gòu)件構(gòu)成為PPTC構(gòu)件。
[0008]該傳感元件具有的優(yōu)點在于，電子干擾脈沖被串聯(lián)在輸入端上的電子構(gòu)件吸收和攔截。PPTC構(gòu)件(PPTC:高分子聚合物正系數(shù)溫度構(gòu)件)是一種電子保險模塊，其將超溫保護的功能與開關(guān)的功能結(jié)合在一起。PPTC構(gòu)件是一種與溫度有關(guān)的具有低的電阻的模塊，使得該模塊基于這些特性能夠以有利的方式串聯(lián)在輸入端上，因此，當(dāng)傳感元件在正常狀態(tài)下運行時，所傳輸?shù)哪芰抗?yīng)電壓和/或所傳輸?shù)妮敵鲂盘柌皇芨蓴_、篡改或攔截。該PPTC構(gòu)件具有這樣有利的特性:該構(gòu)件的電阻在加熱到限定值時會迅速增大并且限制電流。在該功能中，PPTC構(gòu)件被鎖定，并且即使在溫度負荷降低時也仍保持在該狀態(tài)中。只有在供應(yīng)電壓斷開并且再次接通時，才進行復(fù)位。在此，該PPTC構(gòu)件具有這樣的優(yōu)點，即其基于這些特性可用作為可復(fù)位的相對于干擾脈沖的保險裝置。該構(gòu)件的一個另外的優(yōu)點在于，該構(gòu)件既可用作為熱保險裝置，也可用作為過流保護裝置。在傳感元件中，該構(gòu)件可設(shè)計用于不同的電壓并且此外還具有這樣的優(yōu)勢:當(dāng)有干擾脈沖作用到傳感元件上時，該構(gòu)件在該損害情況下像可復(fù)位的保險裝置那樣起作用，而不像傳統(tǒng)的保險裝置(尤其是熔絲保險)那樣必須被更換。由此以有利的方式提高了這種傳感元件在使用壽命期間的操作友好性。
[0009]PPTC模塊也被稱為聚合物PTC。
[0010]在本發(fā)明的擴展方案中，傳感元件的電流消耗小于等于100mA，優(yōu)選小于等于
5OmA ο
[0011]如果傳感元件被視為獨立的系統(tǒng)部件，那么該傳感元件或者傳感器還必須最少通過根據(jù)EN 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)的EMV測試I級，即必須能承受例如在雷擊或電涌的情況下的干擾脈沖。在此，該測試的干擾電壓為Vgen = 500伏/Rgen = 2歐姆。2級甚至要求Vgen= 1000伏/Rgen = 2歐姆。(Vgen:干擾脈沖發(fā)生器的電壓，Rgen:干擾脈沖發(fā)生器的內(nèi)電阻)。為了吸收干擾脈沖能量，以迄今已知的方法需要將超大電容、尤其是電解電容(電解的電容)用于傳感器組件。為了避免(例如通過串聯(lián)電阻)產(chǎn)生干擾脈沖能量，反而需要串聯(lián)元件用以減小電流。該元件必須能在干擾脈沖期間承擔(dān)壓降和所產(chǎn)生的功率損耗。如果傳感器組件的電流消耗在所有的條件下都小于/等于50毫安(< 50mA)，那么能夠為此將根據(jù)本發(fā)明的PTC可復(fù)位保險裝置(PPTC)與其他合適的部件相結(jié)合地使用。由此甚至可能通過2級測試。在直至1500V的脈沖干擾下，PPTC構(gòu)件始終確保例如Rpptc_min = 6.5歐姆的最小電阻，并且由此將整個傳感器組件的最大電流限制到可接受的值(Imax = Vgen/Rpptc_min)內(nèi)。在該傳感元件的輸入端中，二極管(尤其是TVS 二極管)和電容(尤其是電解電容)能夠無問題地吸收干擾脈沖剩余的能量。在此，所產(chǎn)生的用于其他所需的DCDC控制器的輸入電壓小于50 V，其可被無問題地吸收。
[0012]在本發(fā)明的擴展方案中，傳感元件具有用于執(zhí)行復(fù)位的器件。如前所述，PPTC構(gòu)件通過供應(yīng)電壓的斷開和重新接通來復(fù)位。為此，以有利的方式設(shè)置有器件，例如開關(guān)、按鍵或類似器件，借助該器件能夠?qū)崿F(xiàn)供應(yīng)電壓的斷開和重新接通。由此以有利的方式提供一種具有極高的操作友好性的傳感元件。
[0013]為了實現(xiàn)這種傳感元件，在本發(fā)明的擴展方案中規(guī)定，將至少一個傳感器、與其相配的電子構(gòu)件、以及可選的用于執(zhí)行復(fù)位的器件設(shè)置在一個共同的印刷電路板上。由此能夠根據(jù)要求在較小的平面內(nèi)(優(yōu)選小于幾平方厘米)實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的傳感元件。如有必要，也可將傳感元件的電源(例如電池、蓄電池、光伏元件或類似元件)設(shè)置在該印刷電路板上。
[0014]在本發(fā)明的擴展方案中，傳感元件具有殼體，在該殼體內(nèi)部安裝有所述至少一個傳感器、電子構(gòu)件、可選的傳感元件的其他元件。該殼體可以是單體式殼體或者是多體式的殼體，在該殼體中設(shè)置有傳感元件的各個構(gòu)件。替代于此地可考慮將該具有至少一個傳感器、電子構(gòu)件、印刷電路板以及可選的其他部件的傳感元件用塑料進行注塑包封，使得該傳感元件得到有效的保護，以防外部的影響，例如(尤其是具有金屬顆粒臟污的)臟污、潮濕和機械作用。
[0015]在本發(fā)明的擴展方案中，以有利的方式將根據(jù)本發(fā)明的傳感元件應(yīng)用于檢測工作機械的運行參數(shù)、尤其是固定式或移動式建筑機械或起重機的運行參數(shù)。在這種工作機械中，在正常的運行中，可靠且持續(xù)無誤地檢測該工作機械的運行參數(shù)已經(jīng)是非常重要的，因為這種工作機械與安全性相關(guān)的運行基本上取決于這些運行參數(shù)。出于該原因，傳感元件或者該傳感元件的傳感器通常也由于規(guī)定的冗余而雙倍或多倍地存在。借助根據(jù)本發(fā)明的PPTC構(gòu)件，用于這種工作機械的傳感元件得到有效的保護，以防外部電子干擾脈沖(在有利的情況下以防短脈沖、尤其是在微秒范圍、例如在50微秒范圍內(nèi)的短脈沖)，這些干擾脈沖在這種工作機械運行時可能是非常常見的。在正常情況下，即在不存在外部干擾、尤其是不存在干擾信號或干擾脈沖的情況下，PPTC構(gòu)件不起作用。只有在干擾情況下，即在干擾脈沖從外部作用到傳感元件上時，該PPTC構(gòu)件才會作為穩(wěn)定的高壓電阻做出反應(yīng)，并且因此有效地將作用到PPTC構(gòu)件上的電壓或者干擾減少到這種程度上:傳感元件也不會再受到損害。這通過如下方式實現(xiàn):PPTC構(gòu)件在(相比于其他已知的保險元件)空間體積小的同時是非合金制成的。此外，該構(gòu)件的可復(fù)位性具有的優(yōu)點在于，當(dāng)其他干擾信號(并非前述的干擾脈沖)使傳感元件“幾乎斷開”時，可快速且簡單地進行復(fù)位和重新運行，使得以該工作機械進行的工作僅須短時中斷。
【附圖說明】
[0016]根據(jù)本發(fā)明的示例性的傳感元件的構(gòu)造方案在唯一的附圖中示出。
【具體實施方式】
[0017]正如詳細示出的那樣，傳感元件I具有傳感器2，其中也可能存在多于一個的傳感器2。此外還存在電子構(gòu)件3至7。電子構(gòu)件3是根據(jù)本發(fā)明串聯(lián)的PPTC構(gòu)件，電子構(gòu)件4是二極管，電子構(gòu)件5同樣是二極管、尤其是肖特基二極管，電子構(gòu)件6是電容、尤其是電解電容，并且電子構(gòu)件7是負載電阻。
[0018]傳感元件I具有輸入端8，尤其是兩個輸入端接線柱或類似部件。通過該輸入端8為傳感元件I供以能量。該能量來自電源9，該電源從外部耦聯(lián)到傳感元件I上，亦或本身就集成在傳感元件I中。
[0019]為了模擬從外部作用到傳感元件I上的電子干擾脈沖，干擾脈沖發(fā)生器10暫時連接到傳感元件I的輸入端8上。借助干擾脈沖發(fā)生器10，根據(jù)可預(yù)先給定的測試條件將干擾脈沖施加到輸入端8上。因為電子構(gòu)件3以根據(jù)本發(fā)明的方式串聯(lián)并且構(gòu)成為PPTC構(gòu)件，所以該干擾脈沖的能量被該構(gòu)件吸收，并且由此防止:干擾脈沖可能以不利的方式作用到傳感元件I的其余部件上、尤其作用到傳感器2上。為了模擬這種干擾脈沖，干擾脈沖發(fā)生器10通過電子構(gòu)件11、例如電容連接到輸入端8上。
[0020]根據(jù)電源9(能量源)的構(gòu)造方案，該電源可直接連接到輸入端8上。在該示例情況下，電源9通過兩個另外的串聯(lián)的電子構(gòu)件12、13(在此構(gòu)成為線圈)連接到輸入端8上。
[0021]在圖中示出的線路同時也確保了傳感器輸入過濾器的其他要求，即例如:
[0022]-串聯(lián)的壓降低
[0023]-極性保護
[0024]-工業(yè)領(lǐng)域和自動化領(lǐng)域中的UBgi；
[0025]-低通過濾
[0026]附圖標(biāo)記列表
[0027]I傳感元件
[0028]2傳感器
[0029]3電子構(gòu)件
[0030]4電子構(gòu)件[0031 ]5電子構(gòu)件
[0032]6電子構(gòu)件
[0033]7電子構(gòu)件
[0034]8輸入端
[0035]9 電源
[0036]10干擾脈沖發(fā)生器
[0037]11電子構(gòu)件
[0038]12電子構(gòu)件
[0039]13電子構(gòu)件
【主權(quán)項】
1.具有過壓保護的傳感元件(I)，所述傳感元件具有至少一個用于檢測運行參數(shù)的傳感器(2)以及具有電子構(gòu)件(3至7)和用于電源(9)的輸入端(8)，其特征在于，在輸入端(8)上串聯(lián)有電子構(gòu)件(3)并且該電子構(gòu)件構(gòu)成為PPTC構(gòu)件(高分子聚合物正系數(shù)溫度構(gòu)件)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感元件(I)，其特征在于，所述傳感元件(I)的電流消耗<100暈安，優(yōu)選，所述傳感兀件的電流消耗< 50暈安。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感元件(I)，其特征在于，所述傳感元件(I)具有用于執(zhí)行復(fù)位的器件。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的傳感元件(I)，其特征在于，所述至少一個傳感器(2)及與其相配的電子構(gòu)件(3至7)設(shè)置在一個共同的印刷電路板上。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的傳感元件(I)，其特征在于，所述傳感元件(I)具有殼體。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的傳感元件(I)的應(yīng)用，用于檢測工作機械的運行參數(shù)、尤其是固定式或移動式建筑機械或起重機的運行參數(shù)。
【文檔編號】G01D3/08GK105829833SQ201480068220
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月9日
【發(fā)明人】Z·戈盧博維克
【申請人】赫思曼自動化控制有限公司