[发明专利]用于测量高压力的压电式压力传感器

说明书

本发明涉及一种用于测量高压力的压电式压力传感器，其包括能插入测量孔中的壳体(1)和布置在传感器膜(5)和内部的壳体肩部(11a；11b)之间的压电式测量元件(4)，该传感器膜在前侧布置于壳体(1)处。压电式测量元件(4)由唯一的晶体元件(6a；6b)构成，该晶体元件以其基面(13)和其相对的盖面(14)被张紧在传感器膜(5)的压力柱塞(9)与支承于壳体肩部(11a；11b)处的分接电极(8)之间，以及晶体元件(6a；6b)的将基面(13)与盖面(14)连接起来的侧面(7a；7b)大部分邻抵于布置在壳体(1)内的定位套(12a；12b)。

技术领域

本发明涉及一种用于测量高压力的压电式压力传感器，该传感器包括可插入测量孔中的壳体和压电式测量元件，该压电式测量元件布置在设置在壳体前侧的传感器膜和内部壳体肩部之间。

背景技术

压电式压力传感器、例如用于在大功率内燃机的燃烧室内进行压力测量的压电式压力传感器遭受较高的温度负荷和压力负荷，其中，会出现范围高达1000巴的压力峰值。在此，重要的是，改善压力传感器的断裂安全性和密封性。

特别是应确保，即便压电式测量元件断裂，压力传感器的各部分也不会到达内燃机的燃烧室中并且在那里引起损坏，该压电式测量元件对于常见的压力传感器来说大多由盘状或者环形的晶体元件堆构成(参见例如DE3423711A1或者DE3838014A1)或者由多个直立的棒状晶体元件构成(例如参见AT504485B1)。

在这点上，在WO2009/015941A1中描述了一种压电式压力传感器，该压力传感器具有带有中心压力柱塞的传感器膜，该压力柱塞固定在压力托板处。多个棒状的压电式晶体元件为了横向的压电效应而被预张紧地布置在压力托板和内部壳体肩部之间。在压电式晶体元件由于过载而造成断裂时，压力托板的密封肩部在传感器壳体内部抵靠于密封座，以避免热气体通过压力传感器离开。不利的是压力传感器的相对复杂的结构及其较大的结构高度。

在这点上，由CH705469A1已知带有过载保护的压力传感器。传感器膜的作用在布置于管状弹簧中的压电式测量元件上的压力柱塞由环形的弹性膜区域围绕，其中，压力柱塞在轴向的压力作用时能沿膜柱塞的方向运动。沿轴向在弹性的膜区域后面、沿压力方向来看在间隙后面设有固定的止挡件或肩部，其中，膜在压力柱塞过载时能支承在止挡件上。因此，在过载时，膜柱塞沿测量元件的方向运动，其中，该路程通过止挡件来限制。

在测量元件中的晶体元件断裂时(例如在内燃机的燃烧室中进行压力测量时)，在若干对负载变化或工作循环之后，所有布置在测量元件中的晶体元件断裂或粉碎，以使得中心膜部分不能散出热能。由此，传感器膜的薄的弹性部分也过热、变软以及在之后的工作循环之后产生孔洞和裂纹，因而，压力传感器也从内部被加载有燃烧压力。由此，弹性的膜区域在燃烧室压力降低时从传感器(节流作用)弯曲、来回弯曲、断裂并且到达燃烧室中。

发明内容

本发明的任务在于避免前述缺点并且提出一种压力传感器，该压力传感器适于在高温和压力峰值的范围达到1000巴的压力的情况下进行测量。此外，压力传感器也应在结构上简单、紧凑和牢固地构造。在测量元件断裂时，传感器膜的中心部分不会被压入到压力传感器中。

根据本发明，这通过如下来实现：压电式测量元件由唯一的晶体元件构成，该晶体元件以其基面和其相对的覆盖面被张紧在传感器膜的压力柱塞与支承于壳体肩部处的分接电极之间，且晶体元件的将基面与覆盖面连接起来的侧面大部分邻抵于布置在壳体内的定位套。即便唯一的晶体元件发生断裂，其各部分也被保持在位，以使得膜柱塞继续被支撑，并且基本上能保持传感器的机械特性和热特性。

较佳地，在此，定位套沿径向支承于压力传感器的壳体的内壁上处。

根据本发明的第一实施变型，该晶体元件构造成直角平行六面体形或棒形，并且其由部分表面(纵向面和横向面)组成的侧面至少大部分地邻抵于电隔离的定位套。在此变型中，利用横向的压电效应，其中，与压电式晶体元件的电气轴线正交地引入力。