压力传感器模块、具有压力传感器模块的测量布置

摘要

一种压力传感器模块(2)，包括：压力测量单元(10)；和安装环(20)，其中所述压力测量单元包括配合体(14)和测量膜(12)，该测量膜(12)的前面平行于所述配合体的后面延伸，其中所述安装环(20)具有带有内安装表面(23)的安装开口(21)，所述内安装表面限定用于安装所述压力测量单元的内轴向止挡面，其中所述安装环(20)具有外安装表面(25)，其中所述压力测量单元(10)以所述后面在前插入所述安装开口中，其中所述配合体(14)的所述后面粘性地结合于所述内安装表面(23)，其中所述内安装表面具有肩台(22)，所述肩台从所述安装环(20)的内套装表面径向向内地延伸，其中所述安装表面(23)在所述轴向止挡面和所述内套装表面之间具有环状围绕的凹进，以便在所述轴向止挡面与所述配合体(14)的所述后面粘性地结合时收集过量的粘合剂(50)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有压力传感器模块的测量布置。具有压力传感器模块的测量布置通常包括压力测量单元以及用于将压力测量单元安装在测量布置中的组件。

背景技术

例如，专利DE10133066 B4公开了一种压力测量装置，该压力测量装置具有被设置在壳体中的压力测量单元。壳体在第一端处具有径向向内延伸的肩台，压力测量单元被夹紧在该径向向内延伸的肩台上，其中压力测量单元能够通过由肩台界定的开口来接触压力，其中由压力测量单元和壳体形成的压力传感器模块被安装在外壳中。

德国公开说明书DE 102014207394 A1描述了一种具有压力测量单元的压力传感器，该压力传感器通过盖状支撑元件而保持在用作工艺连接件的金属块上，其中压力测量单元被轴向地夹紧在弹性密封环和支撑元件之间，密封环靠在压力测量单元的膜支承面上，支撑元件被具体化为帽状，具有盖区域以及绕其上的边缘的弯曲部，并且被加盖在压力测量单元上，支撑元件的内部轮廓约等于压力测量单元的外部轮廓，并且支撑元件通过材料结合来与工艺连接件连接。支撑元件用作压力测量单元的轴向夹紧的抵接件。

德国公开说明书DE 10308820 A1描述了一种陶瓷压力测量单元。为了提供对大量化学物质的化学和热耐久性，在压力测量单元的接触介质的测量膜上涂覆了聚合物膜。

德国公开说明书DE 04234290 A1公开了一种压力传感器，其具有如下的压力测量单元，该压力测量单元在抵接件上安装有限定的隔离物。为了容纳压力测量单元，压力传感器包括具有通道的外壳，该通道的直径在外壳的朝着前部的前部区域中充分减小，在外壳与其中齐平地安装的压力测量单元之间保留有利用径向密封件密封的环状间隙。

德国公开说明书EP 0 1939600 A2涉及一种用于实现低压力损失的高度耐腐蚀的压力测量换能器，包括具有笔直管状部分的测量换能器外壳，该笔直管状部分在测量操作中被将测量其压力的介质流过。在外壳的一端上形成有朝着该部分呈圆锥形缩窄的进口。介质经由所述进口流入该部分。在外壳的另一端上形成也朝着该部分呈圆锥形缩窄的出口。介质经由所述出口流出该部分。该部分具有开口，包括压力敏感膜的陶瓷压力测量单元以如下方式利用介入的测量单元密封件插入该开口中，即：使得测量换能器外壳在外部包括压力测量单元的前面，并且测量单元密封件实现压力测量单元和测量换能器外壳之间的密封。测量单元外壳利用介入的外壳密封件而直接地安装在测量换能器外壳上。测量换能器外壳具有开口，所述开口在外部围绕压力测量单元的后面。压力测量单元在其轴向方向上被夹紧在测量单元外壳与测量换能器外壳之间。

在来自现有技术的所提及的文献的情况下，压力测量单元的前面始终被夹紧在密封件上，该密封件补偿定位公差。

然而，需要一种压力传感器模块，该压力传感器模块一方面装配和替换简单，并且另一方面能够被可再现地定位在最小公差内。本发明的目标在于提供这种传感器模块以及包含这种传感器模块的测量布置。

发明内容

根据本发明，该目的通过独立权利要求1的传感器模块以及独立权利要求7的测量布置实现。

本发明的压力传感器模块包括：压力测量单元；和安装环，其中压力测量单元包括平台、测量膜和用于将测量膜的压力相关偏转转换为至少一个电信号或光信号的换能器，其中测量膜沿周界边缘与平台耐压密闭地连接，其中测量室被形成在平台和测量膜之间，其中测量膜具有前面，所述前面背向平台并且能够与将被测量的压力接触，其中平台具有后面，所述后面背向测量膜并且具有周界边缘区域，其中安装环具有安装通道，其中安装环具有位于安装通道中的环状围绕的内安装表面，其中内安装表面限定内轴向止挡平面，以安装压力测量单元，其中安装环具有位于安装环的安装通道外部的外安装表面，其中外安装表面限定安装环的安装轴线相对于与外安装表面互补的邻接表面的定向，其中内轴向止挡平面的法向量平行于安装轴线延伸，其中压力测量单元以平台的后面在前插入安装通道中，其中平台的后面的边缘区域粘附至内安装表面，其中内安装表面具有肩台，所述肩台从安装环的内侧向表面径向向内地延伸，其中肩台在轴向止挡表面和内侧向表面之间具有环状围绕的凹进，以便在将轴向止挡表面与平台的后表面粘附的情况下容纳过量的粘合剂。

通过使内安装表面成型，压力测量单元能够与关于计量的公差和压力测量单元与安装环之间的粘合剂分布无关地被定位在相对于安装环的充分精确限定的位置中。

在本发明的进一步发展中，轴向止挡表面和平台的后面之间的粘合剂层具有不超过40微米，尤其是不超过20微米，并且优选地不超过10微米的厚度。

在本发明的进一步发展中，由平台的后面的边缘区域限定平面的法向量相对于轴向止挡表面的法向量倾斜不超过2.4毫弧度(mrad)，尤其是不超过1.2毫弧度，并且优选地不超过0.6毫弧度。

在本发明的进一步发展中，由平台的后面的周界边缘区域限定的平面除了制造公差之外平行于由测量膜的前面限定的平面延伸。在本发明的该进一步发展中，由平台的后面的边缘区域限定的平面由于制造公差而与平行于由测量膜的前面限定的平面偏离，偏离不超过3毫弧度，尤其是不超过1.5毫弧度，并且优选地不超过1毫弧度。

在本发明的进一步发展中，止挡表面与穿过安装轴线的纵向截面中的内侧向表面之间的凹进具有不小于0.06平方毫米，尤其是不小于0.1平方毫米，并且优选地不小于0.15平方毫米的面积。

在本发明的进一步发展中，压力测量单元包括陶瓷材料，尤其是刚玉。

在本发明的进一步发展中，安装环包括玻璃纤维加强塑料。

本发明的测量布置包括：根据前述权利要求中的一项所述的压力传感器模块；和流体模块，其中流体模块包括至少一个流体导管和与所述流体导管连通的传感器模块座，其中传感器模块座具有与安装环的外安装表面互补的邻接表面，其中外安装表面通过接触邻接表面而建立安装环的安装轴线相对于邻接表面的定向，其中测量膜能够与流体导管中起支配作用(reigning)的压力接触。

在本发明的进一步发展中，外安装表面被夹紧在邻接表面上，其中邻接表面限定如下的平面，该平面的法向量相对于测量膜的前面的法向量倾斜不超过10毫弧度，尤其是不超过7毫弧度，并且优选地不超过4毫弧度。

在本发明的进一步发展中，流体导管具有与测量膜相对置设置的壁区域，其中壁区域与测量膜或与覆盖测量膜的密封垫的平均间隔等于不超过测量膜直径的五分之一，尤其是不超过十分之一，并且优选地不超过二十分之一。

在本发明的进一步发展中，传感器模块座具有第一密封表面，其中安装环在其前端处具有第二密封表面，其中第一密封表面和第二密封表面彼此面对，其中至少一个密封表面面对压力测量单元的侧向表面，并且其中密封环被弹性地夹紧在密封表面和压力测量单元的侧向表面之间。

附图说明

现在将基于附图中所示的实施例的示例更详细地解释本发明，附图示出如下：

图1是穿过本发明的测量布置的实施例的示例的纵向截面图；并且

图2是穿过用于图1的测量布置的本发明的传感器模块的实施例的示例的简化的纵向截面图。

具体实施方式

图1中所示的本发明的测量布置1的实施例的示例包括传感器模块2和流体模块3，其中流体模块3具有传感器模块座4，传感器模块2被布置在所述传感器模块座4中。

传感器模块2包括具有测量膜12和平台14的陶瓷压力测量单元10，其中测量膜12沿周界接头与平台耐压密闭地(pressure-tightly)连接，以形成在测量膜和平台之间的测量室。压力测量单元10还包括电换能器，尤其是电容式或电阻式换能器，以将测量膜的压力相关偏转转换为电信号。当前优选的电容式换能器在测量室中包括在测量膜12的面对平台14的面上的至少第一电极和在测量膜的面对平台14的面上的至少第二电极。未单独地示出电极，因为换能器不是本发明的关注点。由混合电路15评价电极之间的电容，混合电路15被布置成封装在平台的背向测量膜12的后面上。经由可插连接器联接器16和例如能够具有阻抗转换器电路的电路板18，混合电路15能够通过电缆连接至上级单元。可插连接器联接器16和电路板18之间的电缆部分将电路板18与混合电路机械地脱离联接，使得作用在电路板上的力不能被传递至压力测量单元10。

传感器模块2还包括安装环20，该安装环20一方面承载压力测量单元10，另一方面使得能够将传感器模块2限定地安装在流体模块3的传感器模块座4中。安装环20包括人造材料，或者塑料，例如商标为的聚酰胺。安装环20包括被具体化为横向阶梯孔的具有各种轮廓元件的安装通道21，如现在将参考图1和2解释的那样，各种轮廓元件在压力测量单元10的安装方面有意义。

安装通道21包括环状围绕的内安装表面23，其限定用于安装压力测量单元10的内轴向止挡平面。内安装表面23由肩台22形成，肩台22从安装环20的内侧向表面径向地向内延伸。安装表面23在轴向止挡表面和安装环的内侧向表面之间包括环状围绕的凹进。

压力测量单元10以平台14在前插入安装通道21中，其中平台14通过粘合剂层50粘附于安装表面23。因此，除了轴向止挡表面和压力测量单元10的后面之间的粘合剂层50的厚度之外，测量单元10的位置都被限定。围绕的凹进用于容纳在将压力测量单元压入就位的情况下移位的额外粘合剂，使得在安装时足够的粘合剂涂层的情况下，所导致的硬化的粘合剂层具有不超过50微米，尤其是不超过25微米的厚度。

这值得注意，因为表示安装环20的外轴向止挡表面25和测量膜12的端面之间的轴向间隔的图2中所示的距离d1对于测量布置的运行很关键，并且粘合剂层50的厚度经由距离d2另外进入这一距离，d2表示安装表面23的轴向止挡表面与测量膜12的端面之间的轴向间隔。除了距离d2之外，也重要的是由测量膜12的端面限定的平面尽可能平行于由外轴向止挡表面25限定的平面。在安装压力测量单元时，这促进了能够将过量粘合剂挤入安装表面23的凹进中。

在压力测量单元支承安装环20的前端时，存在向内倾斜的第一密封表面24，弹性O形环31在装配好的状态下位于该向内倾斜的第一密封表面24上，弹性O形环31被夹紧在密封表面24、压力测量单元12的平台的侧向表面和由传感器模块座4中的径向阶梯形成的第二密封表面之间。

安装通道21还包括背向压力测量单元12的第二轴向止挡表面26，电路板18位于该第二轴向止挡表面26上，电缆从电路板18延伸，以连接至上级单元。电路板18例如利用固位环28固定，该固位环28接合在安装通道21中的环状凹槽27中。与图1中不同，在图2中未示出混合电路和其它电子元件，因为在这种情况下专门讨论结构主旨。

流体模块3包括尤其是金属材料的模块主体30。在模块主体30中，传感器模块座4被具体化为阶梯孔的形式。传感器模块座4包括由径向阶梯形成的邻接表面35，安装环20的外轴向止挡表面25在装配好的状态下位于该邻接表面34上。此外，根据本发明的目标，测量膜12的位置相对于模块主体30固定。

为了固定传感器模块2，测量布置1包括例如夹紧主体34，在将传感器模块2插入传感器模块座4之后，夹紧主体34抵靠在背向压力测量单元10的安装环20的第二端上。继而，夹紧主体34通过螺钉环38来固定在传感器模块座中。

流体模块3能够具有可替换的、接触介质的弹性体密封垫39，密封垫39被布置在第一模块主体30的底部上，并且将传感器模块2与流体导管5密封，流体导管5在模块主体的底部上延伸，并且被基板37形式的壁区域相对于传感器模块划界。

在小流体导管横截面的情况下，它们在测量膜12的区域中的特殊值显著地取决于它们的轴向位置和倾斜角度。因此，本发明的传感器模块及其压力测量单元的精确定位有助于相关地提高测量布置的测量精确性。