[发明专利]将膜片连接到传感器壳体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将膜片连接到压力或力传感器的壳体的方法，其中在壳体中安装测量元件，当使用成品的传感器时，所述元件可以记录作用在所述膜片上的外部载荷，并且其中所述壳体的壳体环表面位于所述膜片的膜片环表面的对侧，以便在这些表面之间制造连接。

背景技术

压力和力传感器有很多种变型。取决于传感器所要使用的领域，传感器必须适应于相应的条件。许多传感器具有安装在传感器壳体上的膜片，而通过此连接紧密地密封传感器。在使用中，这样的膜片例如暴露于压力室。由压力产生的载荷作用于膜片上，并且由于膜片的变形而最终在测量元件上产生信号，测量元件布置在壳体中，从压力方向看在膜片的后方。

然而，在膜片经历不是由作用在膜片上的外部载荷造成的变形，而是例如由热应力或由于在安装中引入的应力而产生的变形时，测量元件就会产生错误信号。对于前密封传感器尤其可能如此。前密封传感器具有位于部件上的前表面的外部并且由此产生密封。为了排除由安装导致的前表面膜片上的应力，而具体指出肩密封传感器。在肩密封传感器中，传感器的前表面的全部暴露于载荷，也就是说，暴露于压力室或力的影响。在CH 702257中具体说明了这样的传感器的示例。在与壳体的共同表面上，膜片焊接到壳体上。

在两种情况下，在使用中，载荷均作用在膜片的中央区域上，膜片的中央区域由于载荷而变形，并且取决于设计，载荷不同程度地作用在膜片的侧区域的外缘上。在这样的传感器设计中，从压力或力的方向上看，膜片和壳体之间的连接位于此膜片的侧外缘区域后方。为了使测量元件承受一定的预载荷，此连接常常在其制造过程中负载张力。在使用中，施加到膜片的外部载荷与此张力相反地作用，并且由一定幅度的载荷而对此连接产生压力。

在CH 394637中，描述了带有预载荷测量元件的传感器。

在US 4597151中，描述了一种压力传感器，其弯曲的膜片既焊接到中央压力垫也焊接到侧支撑壁上。为了避免非对称效应，在膜片支撑的内边缘上靠近弯曲的开始处施加第二个焊接。

使用时，例如在其前表面膜片暴露于内燃机中的压力室的情况下，某些传感器经受剧烈的短暂温度波动。在这种情况下，膜片很快变热，然后热经由膜片到壳体的连接传递，并最终经由进一步的连接分布到周围部件的其他构件上，直到产生热平衡，或直到另一个燃烧事件导致膜片的温度再次上升。

膜片和壳体之间的温度差导致可能难以监测的测量元件的测量值的误差。从膜片传递到壳体中的热很大程度上取决于这些部件之间的连接。连接得越好，传递的热越多。然而，如果相同构造的传感器的热特性和/或灵敏度具有很大的散布则是有问题的。从而在存在很大的温度波动时，可能无法估计或因而无法监测一个构造系列的传感器的表现。

在现有技术中，通过焊接获得膜片和壳体之间的连接，其中通常将激光焊缝施加到壳体和膜片之间的共同外缘。连接的深度取决于激光设备的相应参数；然而，连接的深度经受快速的退化。这需要不断检查和重新调整这些参数。如果连接深度过深并且到达壳体的内部，则传感器由于在焊接过程中的热穿透而损坏。连接深度过浅则无法限定连接，其结果是不能充分地确保从膜片进入壳体的热传导。

发明内容

现将本发明的目的设定为指出在引言中提及的力或压力传感器的膜片和壳体之间建立连接的方法，其在短暂温度波动的情况下得到所限定的传感器特性。

借助于专利第一个权利要求的特征可以获得该目的。另外，在从属权利要求中描述进一步有利的方法。

本发明的基本概念是基于这样的前提：连接应具有限定的连接深度。这里连接深度被定义为从最内部连接的最内端到最外部连接的最外端的整个区域，无论该连接是连续的还是中断的。应为同一构造的所有传感器准确地规定此连接深度，并可重现地保持此连接深度。

研究表明，膜片中的热应力和膜片的变形显著影响传感器的特性。热应力和膜片的变形最终取决于该连接的连接深度。

膜片和壳体之间的连接具有相同连接深度的相同构造的传感器在暴露于经受较大温度波动的压力室(诸如例如内燃机的燃烧室)的情况下具有相同表现。然而，如果各传感器的连接深度不同，则可能显著增大在相同条件下所测量的数据的变化。

本发明的方法确保所限定的连接深度。根据此方法，在第一种情况下，在壳体环表面和膜片环表面之间的内部区域中制造第一连接，直到这些表面在该第一连接的径向外侧彼此抵靠。随后，在所述壳体环表面和所述膜片环表面之间制造第二连接；此连接在所述第一连接的径向外侧将所述壳体和所述膜片彼此连接到远至共同外缘。用这种方式，为整个双重连接保持所限定的连接深度。