專利名稱：感應壓力傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電感式壓力傳感器。
更具體地說，本發明涉及一種壓力傳感器，其可被用于檢測例如機動車客艙內空調器或氣候控制系統中的流體壓力。
本發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場地容易裝配和校準。
本發明達到這些和別的目的的方法是提供一種感應壓力傳感器，其主要特性將在所附權利要求1內予以規定。
以下純粹通過非限制性的例子參考附圖所作的詳細說明將使本發明的其他特性和優點變得清楚，其中
圖1為本發明感應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為本發明兩種不同實施例的軸向剖視圖。
在圖1中，一個本發明感應壓力傳感器一般用1表示。
本傳感器包含一個支承結構，該結構在圖示實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。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所產生的壓力作用下，此壁8c像一層膜片那樣可以產生彈性變形。
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體的材料制成的間隔環9(見圖2)。間隔環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9具有均勻和經過校準的厚度，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9上放置一個一般用10表示的感應器，此感應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9上，而且一部分通過環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和一個環繞其周圍的環套14。由圖1可知，帶有繞組16的線圈管15布置在所述環形凹槽中的鐵芯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的內部環壁21。一個上述感應器繞組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。此電路用于將感應器電感的工作變量轉變為具有相應特性-例如振幅和頻率的變量的信號。
在圖1實施例中，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。夾箍25很方便地由成形的臂構成，該臂是自保持在鐵磁體11的上表面上形成的凹口28內的環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，其中裝有相應的環形屏蔽電容器31，并有相應的連接導線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器鐵芯13之間空氣隙17的相應變化，從而引起磁路特性的變化。因此，在繞組16端頭之間的電感產生一個可以測量的變化。電路24將感應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，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，以及校準間隔環9的厚度也較易，故靜止時(入口7處于大氣壓狀態)的空氣隙17的尺寸可以設置精確而且有重現性。本發明傳感器可以按照設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的鍋爐中使用，可以生產出測量在0和4.5巴之間變化的壓力的傳感器，或者為了在工業型加熱系統或氣候控制系統-特別在機動車中使用，可以生產出測量在0和約30巴之間變化的壓力的傳感器。
本發明壓力傳感器也適用于高壓，例如為了在機動車內燃機的汽油直接噴射(GDI)系統中使用，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，應為如菲力普公司以3c 85編碼出售的初始導磁率μi≥500的純鐵。
圖3示本發明壓力傳感器的一種變型。在此圖中，已經介紹過的零件和元件用相同的參考數表示。
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現咬合連接。
在圖3所示變型中，間隔環9和帶感應器繞組16和線圈管15制成一體。此種安排實際上亦能用于以上圖1所示的裝置內。
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的環形凹坑或凹槽12內的支承板23上。板23和遠離膜片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，已經介紹過的零件和元件在圖4中用相同的參考數表示。
在圖4所示變型中，整個電子電路24裝在位于鐵磁元件11的環狀凹槽12內的電路板23上。
在圖3和4的實施例中，鐵磁材料元件11起著抵抗對其內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的SMD型接地電容器實行耦合。
自然，盡管本發明的原理不變，而實施例及其制造細節在不脫離所附權利要求書中規定的本發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。
權利要求
1.一種電感式壓力傳感器(1)，其包括一個支承結構(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。一個感應器(10)該感應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)，還有一個環狀凹槽(12)和一環套(14)，該凹槽限定一中央鐵芯(13)，一繞組(16)設置在其內部；以及一個厚度經過校準的用順磁或逆磁材料制成的間隔環(9)，其插在金屬體(8)和鐵磁體(11)之間使所述鐵芯(13)的遠端(13a)面向金屬體(8)的所述可變形墻(8c)的中心部分，中間相隔一校準過的距離。所作的安排應該是當作用在所述墻(8c)上的壓力變化時，所述墻產生彈性變形，從而改變墻(8c)和芯(13)之間的空氣隙(17)的間距，且相應地改變所述感應器(10)端子之間的可測電感。
2.按照權利要求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.按照權利要求1或權利要求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)由成形的縱長臂構成，該臂自設置在鐵磁體11的保持座(28)上的環(27)周圍延伸。
5.按照前述任何一項權利要求所述的傳感器，其特征是所述繞組(16)在設置所述鐵芯(13)周圍的繞圈管(15)支承，并且和所述間隔環(9)制成一體。
6.按照前述任何一項權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構(2，3)之內，并且位于所述鐵磁材料體(11)和圍繞感應器(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)相應孔(30)內的電容器(31)。
8.按照權利要求1-5中任一項所述的傳感器，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)環槽(12)內電子處理電路(24)連接。
9.按照前述權利要求任一項所述的傳感器，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)上的基本呈環形的外套(8d)。
11.按照前述權利要求任一項所述的傳感器，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.按照權利要求10所述的傳感器，其特征是在鐵芯(13)遠表面(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.按照權利要求10或權利要求11所述的傳感器，其特征是所述鐵磁體由初始導磁率(μi)至少等于500的純鐵構成。
全文摘要
傳感器(1)包括一個支承結構(2,3),其中安裝著一個具有平表面(8a)和相反一側有凹坑(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),還有一環形凹槽(12)和一個環套(14),該凹槽限定在其內部設置繞組(16)的中央鐵芯(13)一個厚度經過校準的順磁或逆磁材料間隔環(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 優先權日1998年12月15日
發明者U·索蒂利 申請人:比特龍有限公司