壓力和溫度確定裝置,包括這種裝置的壓力和溫度傳感器以及制造這種裝置的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力和溫度確定裝置，用于確定例如在機動車輛中流動的流體的壓力和溫度。另外，本發(fā)明涉及一種包括這種壓力和溫度確定裝置的壓力和溫度傳感器。此夕卜，本發(fā)明涉及一種用于制造這種壓力和溫度確定裝置的方法。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明特別地應用于機動車輛領域，尤其應用于多用途車輛、客運車輛和重型貨車，以便確定和測量在這種車輛中流動的不同流體的壓力和溫度，流體例如在進氣電路中流動的燃油、石油、尿素(SCR)或者空氣。
[0003]EP0893676A2示出了一種包括壓力和溫度確定裝置的壓力和溫度傳感器，所述壓力和溫度確定裝置包括與流體接觸的薄膜、壓力確定元件和溫度確定元件。壓力確定元件是由電容元件構(gòu)成的。
[0004]然而，這種足夠精確和可靠的電容元件必須數(shù)量很大，從而導致了壓力和溫度確定裝置的較大體積。此外，由于該體積，所述溫度確定元件必須安裝在與流體接觸的薄膜的表面上。一方面，這種安裝需要焊點和穿過薄膜的孔，這可能導致壓力和溫度傳感器的密封以及污染問題。另一方面，這種安裝減少了壓力和溫度確定裝置的使用壽命，因為溫度確定元件暴露于如燃油的腐蝕性流體中。另外，溫度確定元件的這種安裝極大地增加了制造成本，因為必須要保護溫度確定元件。
[0005]具體地，本發(fā)明的目的是解決上文提到的所有或者部分問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明涉及一種壓力和溫度確定裝置，其用于確定例如在機動車輛中流動的流體的壓力和溫度，所述壓力和溫度確定裝置包括:
[0007]-薄膜，具有用于接觸流體的接觸面，
[0008]-至少一個壓力確定元件，其對壓力敏感并且固定于薄膜上，以及
[0009]-至少一個溫度確定元件，其對溫度敏感并且固定于薄膜上；
[0010]所述壓力和溫度確定裝置的特征在于:
[0011]-所述至少一個壓力確定元件包括至少一個壓阻式軌道(piezoresistivetrack)，以及
[0012]-所述至少一個溫度確定元件包括至少一個熱阻式軌道(thermoresistivetrack)ο
[0013]換言之，壓力和溫度確定裝置形成用于確定壓力和溫度的組合裝置。因此，這種壓力和溫度確定裝置尤為緊湊。實際上，壓阻式軌道和熱阻式軌道分別形成很緊湊并且被集成到薄膜上的壓力確定元件和溫度確定元件。因此減小了所述體積，因為壓阻式軌道和熱阻式軌道減小了需要的元件的數(shù)目，例如減小到8，而現(xiàn)有技術下的壓力和溫度確定裝置所需的數(shù)目是18。此外，通過與現(xiàn)有技術下壓力和溫度確定裝置使用的電容元件相比，壓阻式軌道更加強健、更容易實施。因此，所述壓力和溫度確定裝置具有相對較低的成本。此外，熱阻式軌道在溫度響應時間方面很有效。
[0014]本發(fā)明中，術語“確定”和其派生詞意味著發(fā)出代表物理量的信號。因此，壓力確定元件發(fā)出代表壓力的信號，而溫度確定元件發(fā)出代表溫度的信號。
[0015]壓阻式軌道可以形成壓力確定元件，因為，在由流體施加在接觸面上的壓力的作用下，壓阻式軌道經(jīng)受與所述壓力成比例的失衡，從而生成代表所述壓力的電壓。實際上，壓阻式元件的電阻根據(jù)所述元件受到的機械負荷(壓力)而改變。
[0016]熱阻式軌道可以形成溫度確定元件，因為它的電阻代表薄膜的溫度，而所述薄膜經(jīng)受由流體施加的溫度變化。實際上，熱阻式元件的電阻根據(jù)所述元件暴露于其中的溫度而變化。
[0017]此后，信號調(diào)節(jié)電子單元可以調(diào)節(jié)壓阻式軌道和熱阻式軌道的信號，例如將它們放大和/或者線性化。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實施例，薄膜進一步具有與接觸面相對的固定面，并且所述至少一個壓力確定元件和所述至少一個溫度確定元件被直接固定到所述固定面。
[0019]因此，由于壓力和溫度確定元件沒有暴露于流體中，壓力和溫度確定元件對如燃油的腐蝕性液體具有非常高的耐腐性。此外，由于壓力和溫度確定元件被集成到?jīng)]有層或者中間層的薄膜上，壓力和溫度確定裝置能夠優(yōu)化所述測量，特別地因為這減小了熱慣性，從而能夠快速地加熱熱敏電阻。
[0020]可選地，所述至少一個壓力確定元件和所述至少一個溫度確定元件可以間接地固定到固定面上。例如，可以在固定面和所述至少一個壓阻式軌道或者所述至少一個熱阻式軌道之間插入層。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述至少一個壓阻式軌道優(yōu)選地通過絲網(wǎng)印刷技術印刷在薄膜上，并且所述至少一個熱阻式軌道優(yōu)選地通過絲網(wǎng)印刷術印刷在薄膜上。
[0022]因此，壓力和溫度確定裝置具有相對較低的成本，因為壓阻式軌道和熱阻式軌道通過印刷獲得，從而能夠以簡單的方式獲得非常精確的印刷軌道。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的變體，所述至少一個壓阻式軌道由至少一個從礦物質(zhì)基質(zhì)或者有機聚合物基質(zhì)構(gòu)成的組中選擇的材料構(gòu)成。
[0024]因此，這種材料能夠賦予壓阻式軌道較好的壓力確定性能，尤其是在應變系數(shù)、響應曲線的線性度和滯后、分辨率、準確度、響應時間方面。例如，所述或者每個壓阻式軌道可以由釕(氧化釕)構(gòu)成。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的變體，所述至少一個壓阻式軌道的厚度在0.2mm和1.0mm之間。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述至少一個壓阻式軌道形成相互隔開的幾個壓力計，所述壓力和溫度確定裝置進一步包括連接壓力計的導電軌道以便形成壓力測量電路，例如單臂電橋。
[0027]因此，耦合到這種壓力測量電路上的這種壓力計能夠以高準確度和較短的響應時間來確定壓力。所述導電軌道可以由銀-鈀(Pa-Ag)合金構(gòu)成。
[0028]在本發(fā)明中，術語“導電”、“連結(jié)”、“連接”以及它們的派生詞涉及電傳導。
[0029]根據(jù)變體，所述至少一個熱阻式軌道可以由金屬氧化物構(gòu)成。
[0030]因此，這種材料能夠賦予熱阻式軌道較好的溫度確定性能，尤其是在分辨率、線性度、準確度和響應時間方面。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的變體，所述至少一個熱阻式軌道的厚度在0.2_和1.0mm之間。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的變體，所述至少一個熱阻式軌道具有負溫度系數(shù)(NTC)?？蛇x地，所述至少一個熱阻式軌道具有正溫度系數(shù)(PTC)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的變體，所述至少一個熱阻式軌道形成相互隔開的幾個溫度計，所述壓力和溫度確定裝置進一步包括連接溫度計的導電軌道以便形成溫度測量電路，例如單臂電橋。因此，這種間隔溫度計能夠在幾個點上確定溫度，從而獲得非常精確的平均溫度。所述溫度測量電路可以獨立于或者依賴于壓力測量電路。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述薄膜是由陶瓷構(gòu)成的，所述陶瓷優(yōu)選地包括至少95%的氧化銷，所述薄膜的厚度優(yōu)選在0.2mm和2.0mm之間。
[0035]因此，這種陶瓷可使得薄膜在流體施加的壓力的作用下快速變形，以便所述或者每個壓阻式軌道可以確定流體的壓力。此外，這種陶瓷能夠?qū)崿F(xiàn)壓阻式軌道和熱阻式軌道的快速且準確的沉積(deposit)。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的實施例，薄膜基本上是平的。
[0037]因此，這種薄膜具有平坦的固定面，從而簡化了所述或者每個壓阻軌道的沉積。
[0038]可選地，薄膜可以具有三維形狀，也就是說非扁平形狀。特別地，薄膜可以限定在流體管內(nèi)突出的手套-手指狀體積，以便通過將所述手套手指直接定位在液流中來精確地確定溫度。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的變體，所述薄膜可以具有基本上橢圓的形狀，例如圓形、或者基本上矩形的形狀，例如正方形。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的變體，壓力和溫度確定裝置進一步包括基底，所述基底優(yōu)選地包括至少95%的氧化鋁，所述基底配置為限定圍繞所述至少一個壓阻式軌道和所述至少一個熱阻式軌道的腔室。
[0041]因此，限定腔室的所述基底能夠執(zhí)行相對壓力或者絕對壓力的測量。此外，所述基底可以一方面支撐薄膜而另一方面支撐信號調(diào)節(jié)電路。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的變體，薄膜安裝在基底上(稱為“齊平薄膜”技術)。例如，壓力和溫度確定裝置可以在固定面邊緣進一步包括固定到基底和薄膜上的玻璃封口。
[0043]因此，這種玻璃封口能夠密封環(huán)繞所述至少一個壓阻式軌道和所述至少一個熱阻式軌道的腔室。為了制造所述玻璃封口，玻璃體漿料(二氧化硅)必須配置在薄膜和基底之間的固定面的邊緣，然后加熱至玻璃的熔化溫度。
[0044]可選地，薄膜與基底整合為一體。換句話說，薄膜和基底形成例如不具備任何玻璃封口的整體組件。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的實施例，基底具有一方面在薄膜上而另一方面在基底外表面上打開的至少一個通氣孔。
[0046]因此，這種通氣孔能夠?qū)崿F(xiàn)相對壓力的測量。
[0047]可選地，所述基底配置成以將腔室密封。換句話說，所述基底不具備任何通氣孔。因此，這種基底能夠測量絕對壓力。
[0048]此外，本發(fā)明涉及一種壓力和溫度傳感器，其用于測量例如在機動車輛中流動的流體的壓力和溫度，所述壓力和溫度傳感器至少包括:
[0049]-根據(jù)本發(fā)明的壓力和溫度確定裝置，
[0050]-聯(lián)接構(gòu)件，其配置為流暢地聯(lián)接接觸面和流體管道，
[0051]-信號調(diào)節(jié)電路，其一方面連接至所述至少一個壓阻式軌道而另一方面連接至所