[发明专利]传感器组件

说明书

说明

技术领域

本发明涉及传感器组件，尤其涉及包含陶瓷主体并且能够在高温操作环境中使用的传感器组件。

术语“传感器组件”意在涵盖如下面（非详尽的）列表所阐述的各种各样的不同传感器类型和产品：压力传感器、应变式传感器、温度传感器、电容式传感器、位移测量传感器、叶尖定时传感器、叶尖间隙测量传感器、电感式传感器、光传感器、微波传感器以及红外线传感器。

合适产品的更进一步的范围包括电磁透明窗，该电磁透明窗用于例如保护基于电磁的系统免受在燃气涡轮环境中经历的高温和高压。这些窗能够由诸如蓝宝石、石英、金刚石以及更多传统的陶瓷材料的材料制成。术语“透明”意在指任何不在任何显著程度上阻碍电磁辐射路径的材料。通常选择这样的材料用于例如包含光学、微波或红外线技术的特殊测量系统。

背景技术

已知的传感器组件通常包括使用传统钎接技术钎接在一起的复合陶瓷/金属部件。这种已知的传感器组件可包括金属外壳，在该外壳的内径中钎接金属化氧化铝衬套。然后，在该衬套的内径中钎接传感器主体。

传感器主体能够例如由一层或多层金属、导电陶瓷、非导电陶瓷，或者由陶瓷/金属复合物制成，该非导电陶瓷通过将一层导电材料（例如金属）沉积在它的表面上而导电。导电层能够限定电极或其它感应元件或屏蔽层。非导电层能够限定位于导电层之间的绝缘衬垫。形成传感器主体的层能够被加工为预制件，然后被粘合到相邻层或使用任何合适的沉积技术沉积到相邻层上。如果传感器主体的外层基本上由陶瓷材料制成，那么其外表面能够被金属化以使传感器主体能够不需要中间衬套而使用传统钎接技术直接钎接到外壳中。

传感器组件的金属外壳部分可由低膨胀合金制成，该低膨胀合金被特定地设计成具有与衬套和/或传感器主体的热膨胀系数大体上相似的热膨胀系数。如果传感器组件在操作中暴露于高温，则外壳、衬套和传感器主体都以相似的比率膨胀以使单个部件之间的热应力减至最低。

使用低膨胀合金的一个问题是它们在接近500℃的温度中易于氧化。这为传感器组件的操作温度设定了上限。找到一种既适合在较高温度中使用，又具有与衬套和/或传感器主体的热膨胀系数大体上相似的热膨胀系数的金属可能很难。已知的解决方案是使用所谓的“活性钎接”技术，该技术无需金属化涂层而使某些陶瓷材料钎接到金属，并且该技术还在两种不同材料之间提供一定程度的柔量以适应不同的热膨胀率。然而，在实践中，活性钎接合金的操作温度限于大约800℃，该温度对于某些操作来说仍不够高。用于提供一定程度的柔量所需的具柔量的涂层在低于500℃的温度中也易于氧化，而且当操作温度下降到低于这个阈值时，在钎接界面提供密封以使氧化作用减至最低通常是很必要的。

已知进一步的问题存在于这样的情况中：由于热膨胀的结果，在传感器组件的部件部分之间发生大的相对移动。大的相对移动仅能通过增加具柔量的涂层的厚度来适应，而且这会对传感器组件的设计设定实际限制。

发明内容

本发明提供一种传感器组件，包括：具有径向凸缘的传感器主体；具有环形沟道的外壳，所述传感器主体的径向凸缘容纳在所述环形沟道中，所述环形沟道由一对相面对的肩部（facing shoulders）限定，所述相面对的肩部各自具有环形表面和大体上呈柱形的表面；其中，所述肩部的环形表面与所述凸缘的环形表面滑动接触并且将压缩负载施用于所述凸缘。

传感器主体并未物理固定在外壳上（例如通过钎接），但是由于由肩部的环形表面施用于凸缘的压缩负载的结果，传感器主体被牢牢地控制在外壳中。传感器组件的特定结构意味着不同的热膨胀并没有显著的问题，因此传感器组件固有地适合于高温操作。如将在下文更详细地描述，能够以一种使用传统焊接技术的经济有效的方式制造该传感器组件。

优选地，传感器主体大体上由陶瓷材料形成并能够包括例如一个或多个导电层以及一个或多个非导电层。传感器主体的精确形状和结构并不是本发明的关键特征而且将取决于传感器组件的类型。然而，传感器主体必需包括径向凸缘。

优选地，外壳是由高温金属形成的两段式外壳（two-part housing）。更具体地，相面对的肩部之一优选地形成在第一外壳部中，而相面对的肩部中的另一个优选地形成在第二外壳部中。第一和第二外壳部被固定在一起，以肩部对齐并且限定环形沟道的方式形成两段式外壳，传感器主体的径向法兰容纳在该环形沟道中。因此凸缘通常被所施用的压缩负载控制在两个外壳部之间。

优选地，第一外壳部由钎接材料钎接到第二外壳部。能够使用任何合适的钎接材料。