压力传感器布置

本发明涉及一种用于测量流体压力的压力传感器布置，该压力传感器布置包括：连接器壳体，该连接器壳体具有流体开口以及与该流体开口连接的流体腔室；至少一个压敏元件；布置在该压敏元件与该流体腔室之间的膜；以及压力衰减装置。

这种压力传感器布置用于例如在液压流动系统中测量流体的压力。

在这种流动系统中，由流体流动的变化引起的不同问题会损坏压力传感器，尤其是填充有油的MEMS传感器中的密封膜或薄膜压力传感器中的测量膜可能会损坏。引起此类损坏的问题是空穴或压力峰值或启动流体喷射。

在这种流动系统中，流体流动的突然变化可能会例如通过关闭阀而发生。众所周知，与“液体锤”或压力波动有关的空穴会导致巨大的压力变化，这种变化可能对压力传感器的膜造成损坏。当阀突然关闭时，流动介质减速，从而产生形成气袋的空穴。当介质返回时，将产生巨大的压力变化。如果这些空穴靠近压力传感器，则压力的变化将产生影响，即液体将被锤击在传感器上从而可能损坏膜。这种影响将在关闭阀之前和之后在传感器位置处发生。

进一步地，当流动系统是空的然后填充有流动介质时，当流动介质以高速进入压力传感器的空的流体腔室中时，会发生启动喷射。这种启动喷射可能损坏传感器膜。

因此，已知的是提供某种保护和压力衰减。

US 4 884 451示出了由微孔烧结金属、微孔陶瓷金属或不锈钢板构成的压力衰减元件，该不锈钢板具有镗孔直径等于或小于0.5mm的至少一个贯通微孔。微孔防止了压力的过快上升。

在US 8 117 920 B2中示出了另一种解决方案，其中提供了一种限制元件，该限制元件具有带孔口开口的喷嘴。孔口开口允许压力在流体腔室中沿着朝向压敏元件的方向传播。然而，可以限制喷嘴下游的压力变化速度。

在US 8 820 168 B2中示出了类似的解决方案，其中示出了用于减小压力传感器中的压力脉冲的装置。具有喷嘴的喷嘴元件将压力通道连接至压力感测元件。

US 4 732 042 A中示出了一种浇铸膜保护的压力传感器，其中在膜与压敏元件之间布置有压力传递介质或材料。

本发明的目的是提供一种具有压力脉冲衰减装置的压力传感器布置，该布置可以低成本地制造。

此目的通过如在开篇处描述的一种压力传感器布置而得以解决，其中压力衰减装置布置在与膜直接接触的流体腔室中，从而将该膜与该流体腔室中的流体分隔开，并且该压力衰减装置包括在200Hz或更高频率下所具有的机械损耗因子为0.10或更高的均质不可压缩材料。

损耗因子也称为“损耗角度”或“损耗角切线”，是不可压缩材料的阻尼特性的标志。该值越高，提供的阻尼和振动衰减越大。机械损耗因子取决于频率。在此情况下，即使在200Hz、优选地至少500Hz的较高频率下，材料也具有0.1的机械损耗因子。这会在200Hz以上的频率下产生足够的衰减。

在本发明的实施例中，该材料在1.000Hz或更高的频率下所具有的机械损耗因子为0.10或更高。在此情况下，在1kHz以上的频率下实现了足够的衰减。

在本发明的实施例中，该材料在至少-40℃至+250℃的温度范围内具有机械损耗因子。在此情况下，压力传感器布置可以在仍然具有必要的衰减特性的大温度范围内使用。

在本发明的实施例中，材料是弹性体。弹性体可以是例如橡胶或硅橡胶材料，例如Wacker Elastosil LR 3003。具有类似特性的其他材料也是可能的。

在本发明的实施例中，该材料包括20肖氏A或更小的肖氏硬度。

在本发明的实施例中，该膜是填充有油的MEMS传感器的密封隔膜。MEMS传感器或微电子机械系统传感器经由油接收压力。密封隔膜将油保持在MEMS传感器所在的腔体或空间中。不可压缩材料防止密封隔膜受到太大的压力脉冲。

在本发明的实施例中，该膜是薄膜压力传感器元件的测量膜。这种薄膜压力传感器元件可以例如是压阻式薄膜电阻器，该压阻式薄膜电阻器可以例如耦合在惠斯通电桥构型中。这种呈薄膜电阻器形式的薄膜传感器可以沉积在测量膜的背离流体腔室的一侧上。

在本发明的实施例中，该膜是该壳体的一部分。在此情况下，壳体在薄膜压力传感器元件的位置处具有相对小的厚度。

在本发明的实施例中，该膜由金属制成。金属膜对压力峰值更敏感，并且可以由不可压缩材料保护。

现在将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出了压力传感器的第一实施例，

图2示出了使用和不使用不可压缩材料时的压力峰值衰减的比较，

图3示出了压力传感器布置的第二实施例，以及

图4示出了使用和不使用不可压缩材料时的压力峰值衰减的比较。

图1示意性地示出了压力传感器布置1，该压力传感器布置包括连接器壳体2，该连接器壳体具有流体开口3以及与该流体开口连接的流体腔室4。MEMS传感器(微电子机械系统传感器)的压力传感器模具5布置在主体部分7的凹部6中。凹部填充有油空间(oilvolume)8。油空间8借助于密封隔膜9密封。密封隔膜9布置在压力传感器模具5与流体腔室4之间。

此外，压力衰减装置10布置在与隔膜9直接接触的流体腔室中，并且将隔膜9与流体腔室4中的流体分开。压力衰减装置包括在200Hz或更高的频率下、优选地在500Hz或更高的频率下、最优选地在至少1.000Hz或更高的频率下所具有的机械损耗因子为0.10或更高的均质不可压缩材料。

此外，衰减装置10的材料在相当大的温度范围内可以保持该损耗因子，该温度范围可以是例如-40℃ t+250℃。

衰减装置的材料优选地是弹性体，例如橡胶或硅橡胶材料，例如WackerElastosil LR 3003。

此外，衰减装置的材料可以包括20肖氏A或更小的肖氏硬度。

主体部分7可以由金属制成。该主体部分形成包括压力传感器模具5的子组件11的一部分，该部分可以具有例如压阻式测量电桥。油空间8中的油保护传感器模具5，并且将作用在密封隔膜9上的压力传递至传感器模具5。

另一方面，衰减装置10使压力脉冲衰减，从而保护隔膜9免受可能由于流体腔室4中的压力过快增加而引起的损坏。

图2示出了在使用和不使用衰减装置10时的压力峰值衰减的比较，衰减装置呈在压力传感器腔体中(即在流体腔室4中)的弹性体灌封的形式。曲线12示出了使用图1所示元件的衰减装置10时的压力峰值衰减。图13示出了在相同条件下不使用图1实施例中的衰减装置10时的压力峰值衰减。

可以看出，在使用衰减装置10时，压力峰值衰减更快并且更好。

衰减装置10的材料被施加在与密封隔膜9接触的流体腔室4中。否则，在衰减装置10与隔膜9之间封闭的流体中可能产生空穴。

衰减装置10的材料将作用在衰减装置的面对流体腔室4或流体开口3的表面上的流体压力传递至感测隔膜9，而不会影响或阻碍由流体压力的变化引起的隔膜9的移动。

图3示出了第二实施例，其中相同的元件用相同的附图标记表示。

在这种情况下，压力感测装置1包括具有测量膜15的金属薄膜压力传感器元件14。测量膜是主体部分7的一部分。测量膜15是具有相当小的厚度的主体部分7的壁部分。

压敏元件可以例如通过压阻式薄膜电阻器形成，该压阻式薄膜电阻器可以例如耦合在惠斯通电桥构型中。这些压敏元件沉积在测量膜15的背离流体供应腔室4的一侧上。

传播到流体腔室4中的压力由箭头16表示。

图4示出了使用和不使用衰减装置10时的压力峰值衰减。曲线17示出了当使用衰减装置10时的衰减。曲线18示出了在相同条件下不使用衰减装置20时的衰减。

在图2和图4中，可以看出，当流体压力发生突然变化时，衰减装置10减小了产生的压力峰值。