用于检测压力、料位、密度、温度、质量和流量的传感器
阅读说明：本技术 用于检测压力、料位、密度、温度、质量和流量的传感器 (Sensor for detecting pressure, level, density, temperature, mass and flow ) 是由 亚历山大·维甘德 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于检测压力、料位、密度、温度、质量和/或流量的传感器(30),其中至少一个中央传感器构件(3)借助纳米线(28)耦联至另一构件(2,4),并且其中在此所述传感器构件(3)被加固、固定和/或电接触。(The invention relates to a sensor (30) for detecting pressure, fill level, density, temperature, mass and/or flow, wherein at least one central sensor component (3) is coupled to a further component (2, 4) by means of a nanowire (28), and wherein the sensor component (3) is reinforced, fixed and/or electrically contacted.)
技术领域
本发明涉及一种用于检测压力、料位、密度、温度、质量和/或流量的传感器。
背景技术
从现有技术中通常已知用于检测压力、料位、密度、温度、质量或流量的一般的传感器。
发明内容
本发明基于如下目的，提出一种相对于现有技术改进的用于检测压力、料位、密度、温度、质量和/或流量的传感器。
所述目的根据本发明借助如下传感器来实现，所述传感器具有在权利要求1中给出的特征。
本发明的可能的设计方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的用于检测压力、料位、密度、温度、质量和/或流量的传感器包括传感器构件，用于检测压力、料位、密度、温度、质量和/或流量的物理量。传感器构件包括薄的弯曲敏感的部段，所述弯曲敏感的部段在背离工作介质的侧上、也就是说在传感器构件的运行中构成为背离工作介质设置的侧上设有电子评估设备，并且在朝向工作介质的、在传感器构件的运行中构成为朝向工作介质设置的侧上加载压力时，发生朝向背离工作介质的侧的方向的弹性弯曲。所述弯曲借助于评估设备可电子测量。在此，弯曲敏感的部段至少主要处于传感器构件的中部区域中。传感器构件此外包括耦联部段，所述耦联部段环绕地围绕弯曲敏感的部段延伸，并且所述耦联部段构成用于，与至少一个另外的构件在一侧上或在两侧上耦联。在耦联时，耦联部段至少部分地通过另外的构件加固、固定或接触。为了耦联，在传感器构件的耦联部段上和/或在另外的构件上至少部段地设置有纳米线，也称为纳米丝。
因此，传感器具有如下构造，其中传感器部件或传感器组件与第二构件借助于纳米线连接。在此，纳米线将两个构件持久地相互固定。附加地，所述连接是导电的并且此外是压力密封的，使得尤其可建立与工作接口或传感器承载件的压力密封的连接。借助于纳米线的这种连接可尤其简单地且可靠地实现。
在传感器的一个可能的设计方案中，纳米线在一侧或在两侧直接施加到所述耦联部段或另外的构件的耦联部段上或者条状地作为中间接合层施加。这样施加的纳米线能够实现尤其稳定的连接。在一侧施加时，在按压到一起时在各另外的构件的例如清洁和/或粗化的表面中出现锁定。
在传感器的另一可能的设计方案中，另外的构件是在其运行中朝向工作介质的传感器承载件，所述传感器承载件尤其包括具有螺纹的工作输入端，用于密封地引入到工作开口中，其中工作输入端的背离工作开口的端部借助传感器构件封闭。这种构成方案能够实现传感器在设备或工作处的简单的、可靠的和介质密封的设置。
在传感器的另一可能的设计方案中，弯曲敏感的部段和环绕的耦联部段形成传感器盘，所述传感器盘通过完全环绕的环形部段加强。因此，传感器盘是机械尤其稳定的并且同时构成用于精确地且灵敏地检测。
在传感器的另一可能的设计方案中，传感器构件在耦联部段的区域的两侧利用纳米线作为夹层复合件安装在传感器承载件和另一盘状的构件之间，从而尤其紧凑地且机械稳定地构成。
在传感器的另一可能的设计方案中，传感器承载件由黄铜、不锈钢或合金形成，并且传感器构件由陶瓷或氧化硅陶瓷形成。这种材料组合能够实现在传感器承载件和传感器构件之间的借助于纳米线的简单的且可靠的连接。
在传感器的另一可能的设计方案中，与传感器承载件的纳米线连接具有固定的和/或密封的和/或电接触的功能。借助于纳米线连接，传感器承载件能够以尤其简单的且可靠的方式匹配于相应的应用的要求。
在传感器的另一可能的设计方案中，弯曲敏感的部段包括第一导电层，且盘状的、构成为传感器上部部件的第二构件包括第二导电层，其中弯曲敏感的部段的弯曲和/或应变可在两个导电层处电容式地检测。这种电容式的检测是尤其可靠的、精确的和鲁棒的。
在传感器的另一可能的设计方案中，弯曲敏感的部段至少部段地设有电阻层和/或应变测量电阻，并且弯曲和/或应变或在那里存在的温度可电阻式地检测。电阻式的检测也是尤其可靠的、精确的且鲁棒的。
在传感器的另一可能的设计方案中，传感器承载件构成为耦联的第二盘式的构件并且承载电路板，所述电路板包括用于电子评估弯曲和/或应变的电子组件，其中纳米线经由耦联部段产生传感器构件和传感器承载件的电接触和机械的固定。这种构造是非常紧凑的，使得传感器可以构成为尤其小型构造的。借助于纳米线的固定和接触在此可非常可靠地、鲁棒地且简单地建立。
在传感器的另一可能的设计方案中，另外的构件承载电路板，其中在所述电路板上设置的电子组件与纳米线固定和接触。所述构成方案也能够实现传感器的极其紧凑的结构方式。借助于纳米线的固定和接触在此可非常可靠地、鲁棒地且简单地建立。
在传感器的另一可能的设计方案中，传感器承载件和/或盘状的、构成为传感器上部部件的第二构件设有导电层，所述导电层圆形地、点状地、环形地、半圆形地或区段形地成形。所述层设为用于电容式地检测弯曲敏感的部段的弯曲和/或应变，其中相应的形状的选择尤其与传感器的应用相关地进行，从而可以准确地匹配于应用的要求。
在传感器的另一可能的设计方案中，弯曲敏感的部段处于传感器构件的中央并且具有0.1mm至0.8mm的厚度。在所述范围之内的厚度在可弯曲性非常好的同时引起弯曲敏感的部段的尤其大的稳定性。
在传感器的另一可能的设计方案中，纳米线在一侧或在两侧施加并且由铜、锡、银、镍、金或不锈钢形成。这种构成方案能够实现在传感器承载件和传感器构件之间的借助于纳米线的简单的且可靠的连接，尤其当传感器承载件由黄铜、不锈钢或合金形成并且传感器构件由陶瓷或氧化硅陶瓷形成时如此。
在传感器的另一可能的设计方案中，模制的第二接口设为用于测量压差。所述接口在此尤其能够实现在传感器构件的背离工作输入端的侧上进入传感器的内部的通道从而测量在传感器构件的两侧之间的压差。经由压差例如可以在管盖处也作为测量量检测流量。
附图说明
本发明的可能的实施例在下文中根据附图详细阐述。
在此示出：
图1A至1F示意地示出在承载件上制造纳米线时在不同的制造阶段中的承载件，
图2示意地示出在半剖面中的传感器构件和从其取下的第二盘状的构件的立体图，
图3示出用于检测压力、料位、密度、温度、质量和/或流量的传感器的剖面图，和
图4A至4D示意地示出不同成形的导电层的俯视图。
彼此对应的部件在全部图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1A至1F中示意地示出根据现有技术的在承载件32上制造纳米线28期间在不同的制造阶段中的承载件32，所述纳米线也称作为纳米丝。
在下文中使用的术语纳米线28或纳米丝在此也可以表示多个纤维的聚集物。
在此根据图1A首先将所谓的靶(Target)21施加在承载件32上。
随后根据图1B在光刻工艺中将结构22施加到靶21上。
随后根据图1C在所述结构22上施加起始层23，在所述起始层上产生纳米线28。
根据图1D，将具有留空部26的例如呈薄膜的形式的结构层24施加到所述起始层23上，其中在结构层24上例如借助于海绵施加电解质25。
留空部26例如具有直径为0.5μm至3μm的圆柱形形状。
在施加电压时，在留空部26中产生纳米线结构。
随后，根据图1E将结构层24例如借助于酸A移除，由此纳米线28如在图1F中示出的那样露出。
为了进一步的处理，纳米线28被覆盖，例如为了抵御外部影响。
这种技术原则上也可从文献US 2011/0039459或US 2016/0143153中得出。
图2示出在半剖面中的传感器构件3的一个可能的实施例和从传感器构件3取下的第二盘状构件2的一个可能的实施例的立体图，所述第二盘状构件也称为传感器上部部件。
传感器构件3在此尤其构成用于检测压力，然而也能够检测其他物理量，如料位、密度、温度、质量和/或流量。
传感器构件3对此具有薄的弯曲敏感的部段3A。在加载压力时，所述部段3A拱曲，其中拱曲的最大值尤其处于其中部。弯曲敏感的部段3A在此尤其朝向背离工作介质的一侧弯曲。
所述背离工作的侧设有电子评估设备11。所述评估设备11例如能够是(第一)导电层11，所述(第一)导电层在拱曲时接近尤其盘状地构成的第二构件2的另一层12。在此，尤其在两个层或面之间的电容改变。所述改变可测量并且随后能够用作为用于压力和拱曲的信号。
加载压力例如处于25mbar至100bar的低压范围中。在此，弯曲敏感的部段3A、在也称作为薄片例如由厚度为0.1mm至0.8mm的陶瓷材料形成。然而也可考虑金属薄片，所述金属薄片例如可加载直至8000bar的压力。
当在弯曲敏感的部段3A施加尤其呈条形的电阻、例如应变测量电阻和/或电阻层20时，中央的弯曲敏感的部段3A的弹性弯曲可以借助评估电路31经由电容的改变或也经由电阻的改变测量。
弯曲敏感的部段3A尤其处于传感器构件3的中部区域中，所述中部区域在此圆形地示出。传感器构件3但是也能够具有任意其他形状，例如作为长方体或立方体。
耦联部段3C尤其环绕地围绕弯曲敏感的部段3A、也就是说薄片延伸，使得得出盘，所述盘在内部具有弯曲敏感的部段3A。例如，在此外部区域至少在一侧加固，使得所述外部区域在加载压力时不运动或弯曲。
在一侧可以借助于管部段或借助于完全环绕的环形部段3B实现加固，环形部段3B与耦联部段3C连接。在环形部段3B和耦联部段3C之间的连接例如借助于纳米线层15A进行。
另一方面，在耦联部段3C处的加固可以通过如下方式引起，即从上部添加盘状的第二构件2。在此，第二构件2可以包含用于电容式测量的第二面状电极。
在耦联时，传感器复合件、尤其弯曲敏感的部段3A、这就是说盘状的薄片在耦联部段3C中设有纳米线28，并且用第二构件2例如压紧。由此，在弯曲敏感的部段3A的边缘处出现耦联和固定以及同时还有加固。
纳米线28在此例如环绕地施加到耦联部段3C上，或者替选地也仅部段地在部段28A、28B、28C中施加。保持力在此例如达到5MPa至50MPa，例如10MPa至30MPa。纳米线28在此在长度例如为10μm至800μm时例如具有0.3μm至4.0μm的厚度。
纳米线28在一侧或在两侧直接地施加到传感器构件3的耦联部段3C或第二构件2的耦联部段上。替选地，施加也可以条状地作为中间接合层和/或环形带进行。
在一侧施加时，在将传感器构件3和第二构件2按压在一起时出现在各另一构件的表面中的锁定。为了使所述锁定优化，将表面事先例如清洁和/或粗化。
盘状的第二构件2在一个可能的设计方案中构成为电路板或者包括这种电路板并且在此承载评估电路31的电子组件10、印制导线和/或接触点17。组件10在此同样可以经由纳米线连接来安装。
在图3中示出传感器30的一个可能的实施例的剖面图。
传感器30包括壳体1、例如根据图2中的视图构成的传感器构件3、例如根据图2中的视图构成的盘状的第二构件2、和其他的构成为传感器承载件4的构件4。
在此，传感器构件3和在其上安装的盘状的第二构件2设置在传感器承载件4上，其中传感器承载件4在安装状态中朝向工作。
传感器承载件4包括具有螺纹19的工作输入端5。借助于螺纹19可以将传感器承载件4密封地引入到工作开口中。在此，工作输入端5的背离工作开口的端部借助传感器构件3封闭。
传感器承载件4例如由黄铜形成并且传感器构件3密封地借助圆形的纳米线层15B固定在传感器承载件4上。具有弯曲敏感的部段3A和环绕的耦联部段3C的传感器构件3随后不仅借助于完全环绕的环形部段3B加强，而且也借助于耦联到传感器承载件4上附加地稳定。
尤其地，传感器构件3但是也能够在两侧在耦联部段3C的区域中设有纳米线层15A、15B，从而向下朝向环形部段3B承载加固部并且向上作为夹层复合件承载第二盘状构件2。在该构造中，纳米线28例如在两侧施加在耦联部段3C上。
传感器承载件4不同于由黄铜构成的构成方案也可以由不锈钢或任意其他适合的金属材料或任意其他适合的金属合金形成，以便经由纳米线28与传感器构件3连接，所述传感器构件例如由陶瓷或氧化硅陶瓷形成。纳米线28在此可以由铜、锡或不锈钢形成。
在以夹层复合件的形式与上部的盘状的第二构件2连接时，与传感器构件3的纳米线连接除了固定的和/或密封的效果之外可选地形成电连接，以便将电容层或电阻、例如应变测量电阻与评估电路31电连接。
例如，对此弯曲敏感的部段3A设有第一导电层11并且第二盘状构件2设有第二导电层12。在中央的弯曲敏感的部段3A弯曲、应变时，那么经由两个导电层11、12可以电容式地检测压力或拱曲变化。
在一个可能的设计方案中，中间层14或液体设作为电介质，以便改进电容效果。也可行的是，层11、12以特定的间距设有特定的纳米线28并且指状地彼此交错，以便因此同样在测量方面改进电容效果。
在一个可能的设计方案中，对此盘状的第二元件具有与评估电路31的电子组件10的构成为镀通孔的接触点13。所述镀通孔因此能够直接经由纳米线28将一侧与另一侧连接或者接触评估电路31的构件，所述构件因此与电容式的传感器电路的导电层11、12连接。
从包裹传感器构件3和第二构件2的壳体1中引出插接器6。插接器6的接触部7在此能够在内部也与插接器或基板8连接，所述基板经由多芯电缆9与评估电路31连接。
经由在壳体1处模制的接口18此外可以实现至传感器30的内部和传感器构件3的其他侧的通道，以测量压差。经由压差例如可以在管盖处因此也检测流量作为测量量。
在图4A至4D中示出用于电容式测量的导电层11、12的俯视图。
所述层11、12可以面状圆形地、点状地、环形地、半圆形地或区段形地成形。
本发明不限于上述详述的实施例。本发明可以在随后的权利要求的范围中修改。同样地，可以将从属权利要求中的各个方面彼此组合。
附图标记列表：
1 壳体
2 构件
3 传感器构件
3A 部段
3B 环形部段
3C 耦联部段
4 构件，传感器承载件
5 工作输入端
6 插接器
7 接触部
8 基板
9 电缆
10 电子组件
11 评估设备，层
12 层
13 接触点
14 中间层
15A 纳米线层
15B 纳米线层
18 接口
19 螺纹
20 电阻层
21 靶
22 结构
23 起始层
24 结构层
25 电解质
26 留空部
28 纳米线
28A 部段
28B 部段
28C 部段
30 传感器
31 评估电路
32 承载件
A 酸
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