阅读说明：本技术 用于感测流体介质的至少一个特性的传感器 (Sensor for sensing at least characteristics of a fluid medium ) 是由 M·里特曼 于 2018-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种用于感测流体介质的至少一个特性的传感器(110)。所述传感器(110)包括至少一个传感器元件(136)以及具有至少一个操控和分析处理电路(114)的至少一个电路载体(112)。所述电路载体(112)具有至少一个突出部(150)。在所述突出部(150)上施加有至少一个温度传感器(148)。(The invention proposes sensors (110) for sensing at least characteristics of a fluid medium, the sensors (110) comprising at least sensor elements (136) and at least circuit carriers (112) having at least control and evaluation circuits (114), the circuit carriers (112) having at least projections (150), at least temperature sensors (148) being applied to the projections (150).)

用于感测流体介质的至少一个特性的传感器

背景技术

由现有技术已知不同的用于感测流体介质的至少一个特性的传感器。流体介质尤其可以是气体、例如空气，并且传感器尤其可以使用在内燃机的进气管段和/或排气管段中。然而其他应用领域也是可能的。

因此，例如由DE 10 2013 224 831 A1已知一种用于确定流动的流体介质的至少一个流动特性的传感器组件。传感器组件具有用于确定流动特性的至少一个传感器。所述传感器具有至少一个热线式测量元件，其中，热线式测量元件具有至少一个载体元件。传感器组件这样构型，使得载体元件伸入到流体介质中。载体元件具有至少一个缺口。所述缺口由至少一个热线跨越。

在不限制其他可能构型的情况下，下面参照所谓的热膜空气质量测量计描述本发明，如由罗伯特博世有限公司：Sensoren im Kraftfahrzeug，Konrad Reif(编者)，第二版，146-148页中所描述的那样。但是原则上其他构型也是可能的。

在这种热膜空气质量测量计中通常将传感器芯片粘接到传感器载体上，其中，传感器载体与操控和分析处理电路的底板一起形成单元。附加地，还将操控和分析处理电路粘接到底板上。在电路板上通常存在分析处理集成电路(ASIC)，在该分析处理集成电路中可以进行测量值感测、处理和测量参量的输出。

然而，所提到类型的已知传感器的技术挑战原则上在于，通常除了传感器元件的真正测量值之外附加地必须感测温度作为边缘条件，因为流动特性尤其可以是温度相关的。为此，例如可以使用所谓的NTC-温度传感器、即在具有负温度系数的半导体基底上的温度传感器。然而，在此技术挑战尤其在于，在此在不引起温度传感器和操控和分析处理电路之间的热耦合的情况下将温度传感器电耦合到操控和分析处理电路上，该热耦合由于操控和分析处理电路的废热使通过温度传感器的温度测量失真。

发明内容

与此相应地，提出一种用于感测流体介质的至少一个特性的传感器。所述特性原则上可以是任意物理和/或化学特性。所述特性尤其可以是流体介质的流动特性、例如质量流和/或体积流。

传感器包括至少一个传感器元件以及具有至少一个操控和分析处理电路的至少一个电路载体。在此，传感器元件通常理解为可以感测至少一个测量参量的元件、尤其是单片元件。所述传感器元件尤其可以包括至少一个传感器芯片。在本发明的框架下，电路载体通常理解为可以承载至少一个电路的装置。电路载体尤其可以板状地构型、优选构型为电路板。与此相应地，电路载体例如可以构型为例如由纤维增强塑料和/或陶瓷材料制成的平面的电路板。然而原则上其他构型也是可能的。在本发明的框架下，操控和分析处理电路通常理解为以下电子电路，该电子电路具有至少一个电部件或电子部件并且该电子电路设置成用于控制传感器元件的至少一个传感器功能和/或接收并且完全地和/或部分地操控或处理传感器元件的至少一个测量信号。操控和分析处理电路尤其可以具有至少一个集成电路(IC)、优选至少一个专用集成电路(ASIC)。

电路载体具有至少一个突出部，其中，在突出部上施加有至少一个温度传感器。温度传感器尤其可以包括至少一个温度敏感的电阻、优选具有负温度系数(NTC)的电阻。在此，突出部通常理解为电路载体的从电路载体的其他平面中或从电路载体的其他直线走向的边缘伸出的区域。突出部尤其可以在电路载体的平面中延伸。电路载体例如可以基本上平面地构型，其中，突出部在电路载体的平面中延伸。突出部例如可以从电路载体伸出2mm至20mm、尤其2mm至10mm。

传感器尤其可以具有传感器壳体。在此，传感器壳体通常理解为使传感器向外基本上封闭和/或给予传感器机械稳定性的元件或装置。传感器壳体尤其可以完全地或部分地由塑料和/或由金属材料制造。

传感器壳体尤其可以具有至少一个流动通道。在此，流动通道通常理解为在壳体内部构造的、可以由流体介质流经的通道或通道区段。壳体例如可以具有至少一个入口和至少一个出口，其中，入口和出口通过流动通道连接。传感器尤其可以构造为***式探测器，该***式探测器可以***到流体介质、例如流体介质的流动管中。在这种状况下，流动管中的流体介质可以进入到流动通道中并且流经该流动通道。传感器尤其可以这样构型，使得传感器元件施加在伸入到流动通道中的传感器载体上。电路载体尤其可以在流动通道外部布置在壳体的电子部件室中。如上面解释的那样，电路载体例如可以施加到布置在电子部件室中的基底、例如底板上。电路载体例如可以与基底固定连接。此外，在传感器载体上的传感器元件例如可以通过线键合或者也通过其他电连接技术与电路载体连接。

温度传感器尤其可以构型为SMD部件。温度传感器尤其可以构造为具有负温度系数(NTC)的电阻、例如构造为呈SMD构造类型的NTC。

传感器元件尤其可以包括至少一个传感器芯片和/或可以完全地或部分地构型为传感器芯片。传感器元件尤其可以具有至少一个测量表面，该测量表面具有至少一个布置在测量表面上的加热元件和至少两个布置在测量表面上的温度探测器。与此相应地，传感器芯片尤其可以是热膜空气质量测量计-传感器芯片，其中，借助于两个温度探测器来感测在借助于加热元件产生的温度曲线中由于空气质量流所产生的非对称性。如上面已经解释的那样，传感器尤其可以构造为***式探测器。传感器尤其可以构造为热膜空气质量测量计。温度传感器尤其可以与操控和分析处理电路电连接。操控和分析处理电路尤其可以设置成用于在分析处理传感器元件的至少一个信号时考虑温度传感器的至少一个温度信号。因此，操控和分析处理电路例如可以设置成用于进行在传感器元件的至少一个信号中的至少一个温度修正。

电路载体尤其可以构型为电路板。突出部尤其可以构造为从电路载体伸出的电路板接片。电路板尤其可以基本上矩形地构型，其中，突出部在电路板的拐角处从电路板伸出。

借助于电路载体上的在其上施加有温度传感器的突出部，温度传感器可以完全地或部分地与所述至少一个操控和分析处理电路热解耦，如下面更详细描述的那样。附加地，可以设置其他的用于调温和/或用于热解耦的措施。这样电路载体尤其还可以具有至少一个冷却元件。冷却元件尤其可以布置在温度传感器的区域中，例如相对于温度传感器距离不超过20mm、优选不超过10mm。冷却元件例如可以具有至少一个冷却肋。

如上面已经解释的那样，操控和分析处理电路可以具有至少一个集成电路、尤其至少一个ASIC。为了在通常生成废热的集成电路和温度传感器之间的进一步解耦，在温度传感器和集成电路之间可以设置另外的热解耦措施。尤其可以在电路载体上在温度传感器和集成电路之间引入至少一个铣切部以用于使温度传感器相对于集成电路热解耦。例如可以将至少一个缝和/或至少一个槽铣入到电路板的上侧和/或下侧中，使得尤其可以形成至少一个铣切隔片

相比于所提到类型的已知传感器，根据本发明的传感器具有多个优点。通过所提到的措施尤其能够在温度传感器和操控和分析处理电路中的可能热源之间产生好的热解耦。由此，通常能够实现尽可能精确的温度测量和短的响应时间。借助于本发明尤其能够使安装在热膜空气质量测量计的电路板电子部件上的、呈以SMD构造类型示出的NTC的形式的温度传感器相对于其余的电路板良好地解耦。这样能够使热膜空气质量测量计电子部件的自加热影响最小化。因此，通过本发明在整体上能够实现在温度突变时的较高的测量精度和短的响应时间。通过在热膜空气质量测量计的电路板上使用呈SMD构造形式的NTC，温度传感器可以与分析处理电路成本有利地连接。

使用SMD构造形式的温度传感器、尤其NTC通常比使用布线的NTC成本更有利。此外，通过将温度传感器集成到操控和分析处理电路中，传感器壳体能够成本有利地构型，因为不必在传感器壳体中针对温度传感器设置单独的结构空间，并且因为不必进行温度传感器与操控与分析处理电路的例如通过昂贵的焊接方法的单独接合。尤其可以取消用于将温度传感器接合到操控和分析处理电路上的导体梳。

此外，通常能够减小生产成本，因为温度传感器到电路载体上的借助于传统方法的施加例如可以与另外的电子部件同时进行。这样例如可以利用SMD-NTC部件的装备和回熔焊接方法来代替昂贵的单件生产。在传统的热膜空气质量测量计中，电路板的自加热根据变型的情况例如可以达到15K。通过所描述的用于热解耦的措施，可以减小在温度传感器、例如NTC的位置处的加热效果并且由此提高传感器的测量精度和动态性能。

在此，温度传感器、例如NTC能够以简单的方式装配在窄的电路板接片上。该接片例如可以仅在小的面积上与其余的电路板连接并且由此与其余的电路板尽可能地热解耦。除了温度传感器的热解耦之外还存在以下可行性方案，通过附加的、例如一个或多个冷却肋导出在温度传感器的区域中存在的或产生的热量。

附图说明

本发明的其他细节和可选特征由下面对附图中示出的优选实施例的描述得出。

在附图中：

图1示出根据本发明的用于感测流体介质的至少一个特性的传感器的可能的实施例的***示图；和

图2A和2B以立体示图示出用于使用在根据本发明的传感器中的电路载体的两个可能的实施例。

具体实施方式

在图1中示出根据本发明的用于感测流体介质110的至少一个特性的传感器110的实施例。在下面的图2A和2B中示出具有操控和分析处理电路114的电路载体112，所述电路载体例如可以使用在根据图1的传感器110中。下面一起描述这些附图。

在图1中示出的实施例中，传感器110包括具有流动通道118的传感器壳体116。流体介质可以通过流入开口120(也称为入口)进入到流动通道118中，流经该流动通道并且随后又通过流出开口122(也称为出口)离开。传感器110尤其可以整体上构造为***式探测器124并且例如可以***到由流体介质流经的流动管中。在此，流入开口120例如迎着流体介质流地指向。流动通道118例如可以通过流动通道盖126来封闭。

此外，在传感器壳体116中构造有电子部件室128，在该电子部件室中接收有电路载体112与施加在该电路载体上的操控和分析处理电路114。电路载体112例如构造为电路板130，该电路板粘接在基底、如底板132上。例如由塑料制成的传感器载体134与底板132连接，该传感器载体例如以小翅(Flügelchen)的形式从电子部件室128伸入到流动通道118中。在传感器载体134上施加有传感器元件136，该传感器元件例如能够以热膜空气质量测量计-传感器芯片的形式构型。该传感器元件例如可以具有由流动通道118中的流体介质流过的测量表面，该测量表面具有至少一个加热元件和例如关于加热元件对称布置的至少两个温度探测器。传感器元件136例如可以通过线键合与电路板130连接。

电路载体112例如可以通过导体梳138与插头140连接，通过该插头可以实现传感器110的电接触。在运行中，电子部件室128还可以通过电子部件室盖142封闭。

在图2A中示出具有操控和分析处理电路114的电路载体112的第一个可能构型的立体示图。在此可看出，在这种情况下例如可以构造为基本上矩形的电路板130的电路载体112例如可以装备有多个电子元件144。尤其可以设置有至少一个集成电路146、优选至少一个专用集成电路(ASIC)。这些电子元件144和尤其集成电路146会产生废热。

此外，传感器110具有至少一个温度传感器148，该温度传感器例如可以构造为SMD-NTC。然而该温度传感器并不在传感器壳体116中的任意位置上集成并且以复杂和昂贵的方式与操控和分析处理电路114连接，而是直接施加在电路载体112上。尽管如此，为了确保在温度传感器148和其余的操控和分析处理电路114(温度传感器148可以与其电连接)之间的热解耦，电路载体112具有突出部150。该突出部150例如可以在边缘152上从电路板130伸出。温度传感器148例如可以通过SMD技术施加到该突出部150上，其中，突出部150例如可以构型为窄的电路板接片。这种窄的电路板接片优选仅通过小的面与电路板130连接并且由此与该电路板尽可能地热解耦。

在图2B中示出电路载体112的另一个实施例，该实施例示出根据图2A的实施例的扩展方案。该示例示出，可以采取附加特征和措施来使温度传感器148和操控和分析处理电路114热解耦。附加于具有例如呈电路板接片和/或电路板舌状部的形式的突出部150的电路载体112的构型，例如可以设置有一个或多个冷却肋(未示出)。替代地或附加地，可以将铣切部154引入到电路板130中，所述铣切部可以用于温度传感器148与集成电路146的附加热解耦。