專利名稱：傳感器系統(tǒng)和用于制造傳感器系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器系統(tǒng)和一種用于制造傳感器系統(tǒng)、尤其是用于壓力測量的遠(yuǎn)程傳感器的方法。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)程傳感器，即不直接與相應(yīng)的控制和分析處理裝置物理相鄰地安裝的傳感器，通常包括微機電的傳感器元件，它布置在傳感器單元的殼體中。傳感器元件可以例如安裝在殼體底部上，其中，殼體密實地相對于外界被封閉，連接管腳為了電接觸從殼體伸出。對于壓力傳感器兀件而言還可以在殼體中存在用于輸入待測量的介質(zhì)的開口。這樣的壓力傳感器單元可以用于檢測液態(tài)和氣態(tài)介質(zhì)中的壓力。安裝的傳感器元件在此必須在他們的功能性方面被檢查和補償，這理想地應(yīng)當(dāng)非常早地在制造工藝中進(jìn)行，以便將工藝成本保持得很低并且能夠簡單且快速地執(zhí)行所需的測量步驟。文獻(xiàn)DE102008001509A1公開一種具有傳感器元件和密實封閉的殼體的壓力傳感器裝置，該殼體配有一個壓力輸入裝置和從殼體伸出的用于電接觸的連接管腳。存在對統(tǒng)一的且堅固的傳感器單元的需要，它們可以以成本低廉且靈活的方式與不同的插接器系統(tǒng)和/或介質(zhì)接口可變地組合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明按照一個方面提供一種傳感器系統(tǒng)，它包括:一傳感器兀件；一殼體，傳感器元件布置在該殼體中，并且該殼體使傳感器元件相對于外界封閉；至少一個第一電接觸元件，它與傳感器元件電耦合；一插接連接器，它具有至少一個第二電接觸元件；和至少一個彈簧元件，它為了電接 觸而耦合在所述至少一個第二電接觸元件和所述至少一個第一電接觸元件之間，使得傳感器元件與插接連接器的第二電接觸元件電連接。按照以一個方面本發(fā)明提出一種用于制造傳感器系統(tǒng)、尤其是按照本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的方法，包括以下步驟:將傳感器元件布置在一個相對于外界封閉的殼體中；使至少一個第一電接觸元件與傳感器元件電接觸；檢查殼體中的傳感器元件的功能；和在檢查步驟之后，將一個具有至少一個第二電接觸元件的插接連接器通過至少一個耦合在所述至少一個第二電接觸元件和所述至少一個第一電接觸元件之間的彈簧元件連接到殼體上，使得傳感器元件與插接連接器的第二電接觸元件電連接。本發(fā)明的構(gòu)思是，提供一種在結(jié)構(gòu)形式方面統(tǒng)一的、具有在殼體中的傳感器元件的傳感器單元，它同時相對于不利的外部條件是堅固的并且在結(jié)構(gòu)形式上是緊湊的。在這里傳感器單元可以早在與插接連接器電接觸之前或者在連接到壓力接管上之后在其功能上被檢查或補償。傳感器系統(tǒng)提供一種模塊結(jié)構(gòu)，其中，能夠?qū)崿F(xiàn)用于介質(zhì)和/或用于電連接的可變接口。這通過通向插接連接器的彈簧觸點實現(xiàn)，它可以柔性地且可靠地連接到傳感器元件上。通過彈簧元件的接觸沒有附加的連接步驟例如焊接、釬焊、粘接或鍵合地實現(xiàn)，此外通過耦合方式能夠?qū)崿F(xiàn)在傳感器單元和插接連接器之間的特別好的機械應(yīng)力去耦
口 O特別有利的是對與傳感器單元耦合的插接連接器和/或壓力接管的小要求，因為傳感器系統(tǒng)的完整功能已經(jīng)在堅固的傳感器單元中實現(xiàn)。按照一種實施方式，彈簧元件可以包括螺旋彈簧并且電接觸元件可以包括連接管腳，其中，螺旋彈簧套裝在連接管腳上。由此能夠?qū)崿F(xiàn)在插接連接器和傳感器元件之間的可變的電接觸，它同時提供機械應(yīng)力去耦合。按照一種優(yōu)選的實施方式，螺旋彈簧具有一個具有第一螺旋直徑的第一區(qū)段和一個與第一區(qū)段相鄰的、具有第二螺旋直徑的第二區(qū)段，該第二螺旋直徑小于第一螺旋直徑。變換地，連接管腳可以具有一個具有第一管腳直徑的第一區(qū)段和一個與第一區(qū)段相鄰的、具有第二管腳直徑的第二區(qū)段，該第二管腳直徑小于第一管腳直徑。在這兩種情況中有利地實現(xiàn)，建立在電引線 和電接觸面之間的機械止擋，從而能夠?qū)崿F(xiàn)與在殼體中的傳感器元件的可靠的電接觸。按照另一種實施方式，彈簧元件可以具有一個柔性的、能導(dǎo)電的弓形件，它坐置在第一電接觸元件上。也在這里能夠以簡單且堅固的方式實現(xiàn)傳感器元件和插接連接器之間的應(yīng)力去耦合的電接觸。按照另一種實施方式，彈簧元件可以包括一個具有逐漸縮小的形狀的螺旋彈簧并且第一電接觸元件可以具有一個連接管腳，其中，螺旋彈簧套裝在第二電接觸元件上并且以逐漸縮小的端部坐置在連接管腳上。按照另一種實施方式，第一電接觸元件可以穿過殼體中的第一殼體開口。由此能夠保證殼體的密實的封接，而不會從外部損壞傳感器元件的電接觸。按照另一種實施方式，傳感器系統(tǒng)可以包括第一密封裝置，它布置在插接連接器和殼體之間。這提供優(yōu)點，即電觸點可以完全相對于外界被屏蔽，例如相對于侵蝕性的化學(xué)物質(zhì)的有害影響，這些化學(xué)物質(zhì)可能影響傳感器系統(tǒng)的功能。按照另一種實施方式，傳感器元件可以包括壓力傳感器元件，并且殼體可以具有一個第二殼體開口，傳感器元件通過該第二殼體開口與外界處于連接。特別對于經(jīng)常在液態(tài)介質(zhì)例如油或其它可能損害電接觸功能的液體中使用的壓力傳感器而言，這種傳感器系統(tǒng)是非常有利的。按照另一種實施方式，傳感器系統(tǒng)可以包括一壓力接管，該壓力接管具有一個空槽和一個壓力通道，殼體齊平地接收在該空槽中，壓力通道與第二殼體開口耦合，從而介質(zhì)可通過壓力通道被引導(dǎo)到傳感器元件。通過傳感器系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)傳感器系統(tǒng)與不同壓力接管的靈活的且針對用途的接觸。按照另一種實施方式，傳感器系統(tǒng)此外可以包括一第二密封裝置，它布置在壓力接管和殼體之間。這提供優(yōu)點，即能夠建立在殼體和壓力接管之間的密實的密封連接。


本發(fā)明的實施方式的其它特征和優(yōu)點由下面的說明參照附圖給出。所描述的設(shè)計方案和擴展構(gòu)型允許(只要有意義)任意地相互組合:本發(fā)明的其它的可能設(shè)計方案、擴展構(gòu)型和實施方式也包括之前或在下面關(guān)于實施例所描述的本發(fā)明特征的不明確地提到的組合。附圖應(yīng)當(dāng)介紹本發(fā)明實施方式的進(jìn)一步理解。它們說明了實施方式并且用于與說明書一起說明本發(fā)明的原理和構(gòu)思。其它的實施方式和很多提到的優(yōu)點參照附圖給出。附圖的元件不是必須相對彼此按比例示出。其示出:圖1按照本發(fā)明的一個實施例的傳感器系統(tǒng)的示意圖；圖2通過按照另一個實施例的傳感器系統(tǒng)的剖面圖的示意圖；圖3按照另一個實施例的傳感器系統(tǒng)的細(xì)節(jié)部分的示意圖；圖4按照另一個實施例的傳感器系統(tǒng)的細(xì)節(jié)部分的示意圖；圖5按照另一個實施例的傳感器系統(tǒng)的細(xì)節(jié)部分的示意圖；圖6按照另一個實施例的傳感器系統(tǒng)的細(xì)節(jié)部分的示意圖；圖7用于制造按照另一個實施例的傳感器系統(tǒng)的方法的示意圖。
具體實施例方式圖1示出一個傳感器系統(tǒng)100的示意圖，它參照圖2在下面更詳細(xì)地被闡述。該傳感器系統(tǒng)100包括一個傳感器1、例如壓力傳感器I。壓力傳感器I例如可以在大約10和100巴之間的中等壓力范圍中使用，但是也可在低壓范圍中或在超過100巴的高壓范圍中使用。壓力傳感器I可以例如是燃料壓力傳感器，例如用于柴油或汽油；油壓傳感器；CNG-壓力傳感器；變速器壓力傳感器；空調(diào)設(shè)備液體壓力傳感器；用于液壓流體的壓力傳感器，例如用在機動車的制動回路或沖擊阻尼器中。傳感器I包 括一個傳感器兀件7,例如具有微機電結(jié)構(gòu)的傳感器芯片,它被布置在一個殼體Ia中。殼體Ia可以例如由金屬、例如鋼制成。傳感器兀件7可以例如布置在一個玻璃管座上。此外在殼體Ia中可以構(gòu)造一些接觸元件lc，第一電接觸元件6b或電引線6b可以通過接觸元件與傳感器元件7電耦合。第一電接觸元件6b可以例如是連接管腳，它例如通過彈簧觸點Ib與接觸元件Ic耦合。連接管腳可以在此圓柱形地、圓錐形地、矩形地或以其它幾何結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成。第一電接觸元件6b可以穿過殼體Ia中的第一殼體開口 8a向外伸出。在那里可以構(gòu)成傳感器I的連接管腳6，連接管腳能夠在密實封閉的殼體Ia內(nèi)部實現(xiàn)傳感器元件7的電接觸。傳感器I的連接管腳6的數(shù)量在圖1中舉例地以三個給出，但是其他數(shù)量的連接管腳6同樣是可能的。如果傳感器元件7是一個壓力傳感器元件，則傳感器元件7可以例如具有微機電結(jié)構(gòu)，它可以通過第二殼體開口 8b被加載壓力。傳感器元件7可以布置在密實地封閉的鋼制殼體Ia中，該鋼制殼體在這里所示的實施例中由殼體底部和作為另外的殼體件的罩組成。在殼體底部中成形出作為傳感器元件7的裝配面的凹部。殼體底部可以例如形成傳感器系統(tǒng)100的液壓連接側(cè)，從而通過第二殼體開口 Sb能夠?qū)崿F(xiàn)通向壓力傳感器元件7的有源表面的介質(zhì)入口。借助未示出的鍵合金屬線可以使傳感器元件7的電端子此外伸到接觸元件Ic上。殼體Ia的罩可以布置在傳感器元件7和接觸元件Ic上面并且與殼體底部焊接。傳感器系統(tǒng)100可以配有一個插接連接器2。插接連接器2可以在這里例如具有一個塑料殼體2c，在該塑料殼體中可以布置能導(dǎo)電的插入元件2b作為電接觸舌片，例如由金屬制成。插入元件2b可以在它的面向傳感器I的側(cè)配有第二電接觸元件2a，第二電接觸元件能夠通過彈簧元件6a與連接管腳6電耦合。第二電接觸元件2a在此例如可以具有電接觸面或接觸銷。用于這類彈簧接觸的舉例實施例在圖3、4、5和6中示意地示出。如在圖3中所示，第一電接觸元件或電引線6b包括圓柱形的連接管腳。彈簧元件6a可以例如是螺旋彈簧，它套裝在連接管腳上。例如連接管腳6b可以包括一個具有第一管腳直徑的第一區(qū)段和一個與第一區(qū)段相鄰的、具有第二管腳直徑的第二區(qū)段，第二管腳直徑小于第一管腳直徑。連接管腳6b可以在一定程度上在它的向外指向的端部上呈階梯，從而形成用于彈簧元件6a的機械止擋。通過將插接連接器2套裝到連接管腳6b上，彈簧元件6a通過彈簧作用被壓到第二電接觸元件2a上，由此能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的且簡單的電接觸。插接連接器2可以在此配有用于螺旋彈簧6a的相應(yīng)的導(dǎo)向件6c。在圖4中示意地示出的舉例的實施方式與在圖3中所示的實施方式不同在于，螺旋彈簧6a具有一個具有第一螺旋直徑的第一區(qū)段和一個與第一區(qū)段相鄰的、具有第二螺旋直徑的第二區(qū)段，第二螺旋直徑小于第一螺旋直徑。在圖4中，電引線6b是管腳直徑恒定的連接管腳。螺旋彈簧6a的第一區(qū)段在這里在連接管腳6b上面移動，從而螺旋彈簧6a的第二區(qū)段作為機械止擋作用。螺旋彈簧6a和連接管腳6b又被接收在插接連接器2中的一個導(dǎo)向件6c中。圖5示出傳感器系統(tǒng)100的細(xì)節(jié)部分的示意圖，其中，彈簧元件6a可以具有一個柔性的、導(dǎo)電的弓形件，它被套裝在電引線或第一電接觸元件6上。柔性的、導(dǎo)電的弓形件6a可以例如具有片簧元件，例如“C”或“S”彈簧。圖6示出傳感器系統(tǒng)100的細(xì)節(jié)部分的示意圖，其中，彈簧元件6a被套裝在插接連接器2的接觸銷上。彈簧元件6a可以在此具有一個向下逐漸縮小的形狀，從而彈簧元件6a的下區(qū)段直接坐置在 第一電接觸元件6b的接觸表面上并且由此在構(gòu)成電接觸的情況下接觸第一電接觸元件6b。在圖3至6中所示的實施方式允許根據(jù)連接管腳6的形狀和數(shù)量可變化地且針對用途地配置。尤其可能的是，插接連接器2通過不同的接觸系統(tǒng)模塊化地與傳感器I電耦
八
口 ο又參照圖2，在插接連接器2和傳感器I之間可以布置一個第一密封裝置4，由此可以使連接管腳6的電觸點完全相對于外界被屏蔽。第一密封裝置4可以例如是2K密封裝置(雙組分密封裝置)或硅樹脂密封裝置。傳感器系統(tǒng)100此外可以具有一個壓力接管3，該壓力接管包括一個空槽3a和一個壓力通道3b，殼體Ia齊平地接收在該空槽中，壓力通道與第二殼體開口 8b耦合。壓力接管3可以例如是金屬壓力接管或塑料壓力接管。根據(jù)用途可以在壓力接管3和殼體Ia之間布置一個第二密封裝置5。例如第二密封裝置5可以是密封環(huán)。但是也可行的是，使壓力接管3與傳感器I粘接、焊接或通過塑料包覆注射。為此例如可以使殼體Ia的殼體表面變粗糙，例如通過在第二殼體開口 8b的區(qū)域中進(jìn)行激光結(jié)構(gòu)化導(dǎo)致的表面變粗糙，以便在壓力接管3和殼體Ia之間提供堅固的連接。還可實現(xiàn)的是，使一個金屬壓力接管3通過殼體Ia的側(cè)壁上的卷邊部3b相對于傳感器I密封。變換地可以在使用塑料的壓力接管3時進(jìn)行壓力接管3與殼體Ia的透射焊接。同樣可以的是，壓力接管3通過用塑料對傳感器I的包覆注射被密封。通過壓力通道3b可以將介質(zhì)，例如氣體或液體引導(dǎo)到傳感器元件7。通過傳感器系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)傳感器系統(tǒng)與不同的壓力接管的柔性且針對用途的接觸。傳感器元件7可以例如具有一個具有相應(yīng)的微機電結(jié)構(gòu)的壓力傳感器元件，借助它能夠產(chǎn)生測量信號，測量信號表征作用在傳感器元件7上的介質(zhì)周圍壓力的特征。圖7示出用于制造傳感器系統(tǒng)、尤其是參照圖1至6闡述的傳感器系統(tǒng)100的方法10的示意圖。在第一步驟11中可以進(jìn)行傳感器元件7在一個相對于外界封閉的殼體Ia中的布置。由此能夠在第二步驟12中實現(xiàn)至少一個第一接觸元件或電引線6b與傳感器元件7的電接觸。可選地，第一電接觸元件6b貫穿通過殼體Ia中的殼體開口 8a。已經(jīng)在該制造階段中可以在步驟13中對殼體Ia中的傳感器元件7的功能進(jìn)行檢查。該檢查可以例如包括傳感器補償、電子測量程序或其它檢查步驟。由此已經(jīng)在價值創(chuàng)造鏈開始時就能確保傳感器I的功能，這節(jié)省成本和時間。在檢查步驟13之后可以在步驟14中實現(xiàn)插接連接器2通過至少一個彈簧元件6a在殼體Ia上的連接,插接連接器具有至少一個第二電接觸元件2a，例如接觸面或接觸銷，彈簧元件在至少一個第二電接觸元件2a和至少一個電接觸元件6b之間耦合。由此能夠?qū)鞲衅髟?與插接連接器2的第二電接觸元件2a電連接。當(dāng)傳感器元件7例如包括壓力傳感器元件 時，可以實現(xiàn)壓力接管3的連接，從而制成如在圖1或2中所示的傳感器系統(tǒng)100。
權(quán)利要求
1.傳感器系統(tǒng)(100)，包括: 一傳感器兀件(7); 一殼體(Ia),傳感器兀件(7 )布置在該殼體中，并且該殼體使傳感器兀件(7 )相對于外界封閉； 至少一個第一電接觸元件(6b)，它與傳感器元件(7)電耦合； 一插接連接器(2 )，它具有至少一個第二電接觸元件(2a);和 至少一個彈簧元件(6a)，它在所述至少一個第二電接觸元件(2a)和所述至少一個第一電接觸元件(6b)之間耦合以便電接觸，使得傳感器元件(7)與插接連接器(2)的第二電接觸元件(2a)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器系統(tǒng)(100)，其中，彈簧元件(6a)包括螺旋彈簧并且第一電接觸元件(6b )包括連接管腳，其中，螺旋彈簧套裝在連接管腳上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器系統(tǒng)(100),其中，螺旋彈簧具有一個具有第一螺旋直徑的第一區(qū)段和一個與第一區(qū)段相鄰的、具有第二螺旋直徑的第二區(qū)段，該第二螺旋直徑小于第一螺旋直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器系統(tǒng)(100)，其中，連接管腳具有一個具有第一管腳直徑的第一區(qū)段和一個與第一區(qū)段相鄰的、具有第二管腳直徑的第二區(qū)段，該第二管腳直徑小于第一管腳直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器系統(tǒng)(100)，其中，彈簧元件(6a)具有一個柔性的、能導(dǎo)電的弓形件，該弓形件坐置在第一電接觸元件(6b )上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器系統(tǒng)(100)，其中，彈簧元件(6a)包括一個具有逐漸縮小的形狀的螺旋彈簧并且第一電接觸元件(6b)包括一個連接管腳，其中，螺旋彈簧(6a)套裝在第二電接觸元件(2a)上并且以逐漸縮小的端部坐置在連接管腳(6b)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的傳感器系統(tǒng)(100)，其中，第一電接觸元件(6b)穿過殼體(Ia)中的第一殼體開口(8a)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至I之一的傳感器系統(tǒng)(100)，還包括:一第一密封裝置(4)，它布置在插接連接器(2)和殼體(Ia)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的傳感器系統(tǒng)(100)，其中，傳感器元件(7)包括壓力傳感器兀件，并且殼體(Ia)具有一個第二殼體開口(8b),傳感器兀件(7)通過該第二殼體開口與外界處于連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的傳感器系統(tǒng)(100)，還包括:一壓力接管(3)，該壓力接管具有一個空槽(3a)和一個壓力通道(3b)，該殼體(Ia)齊平地接收在該空槽中，該壓力通道與第二殼體開口(Sb)耦合，從而介質(zhì)能夠通過壓力通道(3b)被引導(dǎo)到傳感器元件(7)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的傳感器系統(tǒng)(100)，還包括:一第二密封裝置(5)，它布置在壓力接管(3)和殼體(Ia)之間。
12.用于制造傳感器系統(tǒng)(100)、尤其是根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的傳感器系統(tǒng)(100)的方法(10)，包括以下步驟: 將一個傳感器兀件(7)布置(11)在一個相對于外界封閉的殼體(Ia)中； 使至少一個第一電接觸元件(6b)與傳感器元件(7)電接觸(12)； 檢查(13)殼體(Ia)中的傳感器元件(7)的功能；和在檢查(13)步驟之后，使一個具有至少一個第二電接觸元件(2a)的插接連接器(2)通過至少一個在所述至少一個第二電接觸元件(2a)和所述至少一個第一電接觸元件(6b)之間耦合的彈簧元件(6a)連接(14)到殼體(Ia)上，使得傳感器元件(7)與插接連接器(2)的第二電接觸元件(2a)電連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法(10)，其中，傳感器元件(7)包括壓力傳感器元件，其中該殼體(Ia)具有一個第二殼體開口(Sb)，傳感器元件(7)通過第二殼體開口與外界連接，該方法(10)還具有以下步驟:將一個具有壓力通道(3b)的壓力接管(3)連接到殼體(Ia)上，使得介質(zhì)能夠通過壓力通道(3b)和第二殼 體開口(Sb)被引導(dǎo)到傳感器元件(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感器系統(tǒng)(100)，包括一傳感器元件(7)；一殼體(1a)，傳感器元件(7)布置在該殼體中，并且該殼體使傳感器元件(7)相對于外界封閉；至少一個第一電接觸元件(6b)，它與傳感器元件(7)電耦合；一插接連接器(2)，它具有至少一個第二電接觸元件(2a)；和至少一個彈簧元件(6a)，它在所述至少一個第二電接觸元件(2a)和所述至少一個第一電接觸元件(6b)之間耦合以便電接觸，使得傳感器元件(7)與插接連接器(2)的第二電接觸元件(2a)電連接。
文檔編號G01L19/00GK103245455SQ201310034210
公開日2013年8月14日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者H-J·赫爾德里希, H-M·伊斯林格, J·庫爾, F·古法爾特 申請人:羅伯特·博世有限公司