压力和温度确定装置,包括这种装置的压力和温度传感器以及制造这种装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压力和温度确定装置，用于确定例如在机动车辆中流动的流体的压力和温度。另外，本发明涉及一种包括这种压力和温度确定装置的压力和温度传感器。此夕卜，本发明涉及一种用于制造这种压力和温度确定装置的方法。
【背景技术】
[0002]本发明特别地应用于机动车辆领域，尤其应用于多用途车辆、客运车辆和重型货车，以便确定和测量在这种车辆中流动的不同流体的压力和温度，流体例如在进气电路中流动的燃油、石油、尿素(SCR)或者空气。
[0003]EP0893676A2示出了一种包括压力和温度确定装置的压力和温度传感器，所述压力和温度确定装置包括与流体接触的薄膜、压力确定元件和温度确定元件。压力确定元件是由电容元件构成的。
[0004]然而，这种足够精确和可靠的电容元件必须数量很大，从而导致了压力和温度确定装置的较大体积。此外，由于该体积，所述温度确定元件必须安装在与流体接触的薄膜的表面上。一方面，这种安装需要焊点和穿过薄膜的孔，这可能导致压力和温度传感器的密封以及污染问题。另一方面，这种安装减少了压力和温度确定装置的使用寿命，因为温度确定元件暴露于如燃油的腐蚀性流体中。另外，温度确定元件的这种安装极大地增加了制造成本，因为必须要保护温度确定元件。
[0005]具体地，本发明的目的是解决上文提到的所有或者部分问题。
【发明内容】
[0006]为此，本发明涉及一种压力和温度确定装置，其用于确定例如在机动车辆中流动的流体的压力和温度，所述压力和温度确定装置包括:
[0007]-薄膜，具有用于接触流体的接触面，
[0008]-至少一个压力确定元件，其对压力敏感并且固定于薄膜上，以及
[0009]-至少一个温度确定元件，其对温度敏感并且固定于薄膜上；
[0010]所述压力和温度确定装置的特征在于:
[0011]-所述至少一个压力确定元件包括至少一个压阻式轨道(piezoresistivetrack)，以及
[0012]-所述至少一个温度确定元件包括至少一个热阻式轨道(thermoresistivetrack)ο
[0013]换言之，压力和温度确定装置形成用于确定压力和温度的组合装置。因此，这种压力和温度确定装置尤为紧凑。实际上，压阻式轨道和热阻式轨道分别形成很紧凑并且被集成到薄膜上的压力确定元件和温度确定元件。因此减小了所述体积，因为压阻式轨道和热阻式轨道减小了需要的元件的数目，例如减小到8，而现有技术下的压力和温度确定装置所需的数目是18。此外，通过与现有技术下压力和温度确定装置使用的电容元件相比，压阻式轨道更加强健、更容易实施。因此，所述压力和温度确定装置具有相对较低的成本。此外，热阻式轨道在温度响应时间方面很有效。
[0014]本发明中，术语“确定”和其派生词意味着发出代表物理量的信号。因此，压力确定元件发出代表压力的信号，而温度确定元件发出代表温度的信号。
[0015]压阻式轨道可以形成压力确定元件，因为，在由流体施加在接触面上的压力的作用下，压阻式轨道经受与所述压力成比例的失衡，从而生成代表所述压力的电压。实际上，压阻式元件的电阻根据所述元件受到的机械负荷(压力)而改变。
[0016]热阻式轨道可以形成温度确定元件，因为它的电阻代表薄膜的温度，而所述薄膜经受由流体施加的温度变化。实际上，热阻式元件的电阻根据所述元件暴露于其中的温度而变化。
[0017]此后，信号调节电子单元可以调节压阻式轨道和热阻式轨道的信号，例如将它们放大和/或者线性化。
[0018]根据本发明的实施例，薄膜进一步具有与接触面相对的固定面，并且所述至少一个压力确定元件和所述至少一个温度确定元件被直接固定到所述固定面。
[0019]因此，由于压力和温度确定元件没有暴露于流体中，压力和温度确定元件对如燃油的腐蚀性液体具有非常高的耐腐性。此外，由于压力和温度确定元件被集成到没有层或者中间层的薄膜上，压力和温度确定装置能够优化所述测量，特别地因为这减小了热惯性，从而能够快速地加热热敏电阻。
[0020]可选地，所述至少一个压力确定元件和所述至少一个温度确定元件可以间接地固定到固定面上。例如，可以在固定面和所述至少一个压阻式轨道或者所述至少一个热阻式轨道之间插入层。
[0021]根据本发明的实施例，所述至少一个压阻式轨道优选地通过丝网印刷技术印刷在薄膜上，并且所述至少一个热阻式轨道优选地通过丝网印刷术印刷在薄膜上。
[0022]因此，压力和温度确定装置具有相对较低的成本，因为压阻式轨道和热阻式轨道通过印刷获得，从而能够以简单的方式获得非常精确的印刷轨道。
[0023]根据本发明的变体，所述至少一个压阻式轨道由至少一个从矿物质基质或者有机聚合物基质构成的组中选择的材料构成。
[0024]因此，这种材料能够赋予压阻式轨道较好的压力确定性能，尤其是在应变系数、响应曲线的线性度和滞后、分辨率、准确度、响应时间方面。例如，所述或者每个压阻式轨道可以由钌(氧化钌)构成。
[0025]根据本发明的变体，所述至少一个压阻式轨道的厚度在0.2mm和1.0mm之间。
[0026]根据本发明的实施例，所述至少一个压阻式轨道形成相互隔开的几个压力计，所述压力和温度确定装置进一步包括连接压力计的导电轨道以便形成压力测量电路，例如单臂电桥。
[0027]因此，耦合到这种压力测量电路上的这种压力计能够以高准确度和较短的响应时间来确定压力。所述导电轨道可以由银-钯(Pa-Ag)合金构成。
[0028]在本发明中，术语“导电”、“连结”、“连接”以及它们的派生词涉及电传导。
[0029]根据变体，所述至少一个热阻式轨道可以由金属氧化物构成。
[0030]因此，这种材料能够赋予热阻式轨道较好的温度确定性能，尤其是在分辨率、线性度、准确度和响应时间方面。
[0031]根据本发明的变体，所述至少一个热阻式轨道的厚度在0.2_和1.0mm之间。
[0032]根据本发明的变体，所述至少一个热阻式轨道具有负温度系数(NTC)。可选地，所述至少一个热阻式轨道具有正温度系数(PTC)。
[0033]根据本发明的变体，所述至少一个热阻式轨道形成相互隔开的几个温度计，所述压力和温度确定装置进一步包括连接温度计的导电轨道以便形成温度测量电路，例如单臂电桥。因此，这种间隔温度计能够在几个点上确定温度，从而获得非常精确的平均温度。所述温度测量电路可以独立于或者依赖于压力测量电路。
[0034]根据本发明的实施例，所述薄膜是由陶瓷构成的，所述陶瓷优选地包括至少95%的氧化销，所述薄膜的厚度优选在0.2mm和2.0mm之间。
[0035]因此，这种陶瓷可使得薄膜在流体施加的压力的作用下快速变形，以便所述或者每个压阻式轨道可以确定流体的压力。此外，这种陶瓷能够实现压阻式轨道和热阻式轨道的快速且准确的沉积(deposit)。
[0036]根据本发明的实施例，薄膜基本上是平的。
[0037]因此，这种薄膜具有平坦的固定面，从而简化了所述或者每个压阻轨道的沉积。
[0038]可选地，薄膜可以具有三维形状，也就是说非扁平形状。特别地，薄膜可以限定在流体管内突出的手套-手指状体积，以便通过将所述手套手指直接定位在液流中来精确地确定温度。
[0039]根据本发明的变体，所述薄膜可以具有基本上椭圆的形状，例如圆形、或者基本上矩形的形状，例如正方形。
[0040]根据本发明的变体，压力和温度确定装置进一步包括基底，所述基底优选地包括至少95%的氧化铝，所述基底配置为限定围绕所述至少一个压阻式轨道和所述至少一个热阻式轨道的腔室。
[0041]因此，限定腔室的所述基底能够执行相对压力或者绝对压力的测量。此外，所述基底可以一方面支撑薄膜而另一方面支撑信号调节电路。
[0042]根据本发明的变体，薄膜安装在基底上(称为“齐平薄膜”技术)。例如，压力和温度确定装置可以在固定面边缘进一步包括固定到基底和薄膜上的玻璃封口。
[0043]因此，这种玻璃封口能够密封环绕所述至少一个压阻式轨道和所述至少一个热阻式轨道的腔室。为了制造所述玻璃封口，玻璃体浆料(二氧化硅)必须配置在薄膜和基底之间的固定面的边缘，然后加热至玻璃的熔化温度。
[0044]可选地，薄膜与基底整合为一体。换句话说，薄膜和基底形成例如不具备任何玻璃封口的整体组件。
[0045]根据本发明的实施例，基底具有一方面在薄膜上而另一方面在基底外表面上打开的至少一个通气孔。
[0046]因此，这种通气孔能够实现相对压力的测量。
[0047]可选地，所述基底配置成以将腔室密封。换句话说，所述基底不具备任何通气孔。因此，这种基底能够测量绝对压力。
[0048]此外，本发明涉及一种压力和温度传感器，其用于测量例如在机动车辆中流动的流体的压力和温度，所述压力和温度传感器至少包括:
[0049]-根据本发明的压力和温度确定装置，
[0050]-联接构件，其配置为流畅地联接接触面和流体管道，
[0051]-信号调节电路，其一方面连接至所述至少一个压阻式轨道而另一方面连接至所