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JP6980367B2 - 圧力センサ及び前記圧力センサを製造するプロセス - Google Patents

圧力センサ及び前記圧力センサを製造するプロセス Download PDF

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Description

本発明は、独立請求項のプリアンブルによる圧力センサに関する。本発明は、前記圧力センサを製造するプロセスにも関する。
圧電式圧力センサが知られており、広く使用されている。従って、それらは、クランク・シャフト位置又は時間の関数として圧力室内で優勢なシリンダ圧力を検知するための内燃機関の圧力指数化（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎｄｅｘｉｎｇ）に使用される。内燃機関は、ガソリン機関、ディーゼル機関、ヴァンケル機関などの４行程機関及び２行程機関を含む。船舶用ディーゼル機関においては、それらはシリンダ圧力の長期間の監視に使用される。圧電式圧力センサは、通常は１５０から２５０バールの範囲にあるが過早点火及び機関のノッキングが起こったときは５００バール以上の圧力ピークを含む高速圧力プロファイルの監視に使用される。しかしながら、圧電式圧力センサは、ジェット機関、ガスタービン、蒸気タービン、蒸気機関などにおける圧力監視にも使用され得る。
このような圧電式圧力センサは、文献ＣＨ３９４６３７Ａ１に開示されている。この圧電式圧力センサは圧力室の孔を通って圧力室内に直接的に突出する膜を備える。膜の縁は圧電式圧力センサの筐体に融着される。膜によって捕捉される圧力プロファイルは、筐体内で膜に近接して配置される圧電センサに作用する。圧力プロファイルは圧電センサに電気分極電荷を生成し、これは信号として電極を介して送信される。信号は圧力プロファイルの量に比例する。電極は圧電センサに配置される。信号は、導電体によって、電極から信号ケーブルを評価ユニットにプラグ接続するためのソケットへ送信される。ソケットは、筐体に対して膜から離れる方を向く側に配置される。
しかしながら、本発明は、圧電式圧力センサに限定されない。従って、文献ＥＰ０１４０９９２Ａ１は、ピエゾ抵抗素子が設けられたセンサが膜によって検知された圧力プロファイルの作用の下で信号を生成する圧電抵抗圧力センサを説明している。電極は、ピエゾ抵抗素子の端子に電気的に接続され、センサの筐体からのスライド・ブッシングの形態の貫通接続（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）及び導電体の撚線への接触面を介して、評価ユニットへ信号を送信する。
実際に、継続的な使用の間に、圧力センサは機関の強い振動及び２００℃以上の高温に晒される。これらは、電極、端子、プラグ接続及び貫通接続の接触面における微動摩耗及び擦過腐食を起こし得、信号送信の機械的安定を弱める。加えて、高温度においては信号ケーブル外装のガス放出が起こり得、摩擦重合によってガスが局所的に架橋して電極、端子、プラグ接続及び貫通接続の接触面に沈着物を形成し得る。更には、高温度においては、ベース金属の拡散並びに電極、端子、プラグ接続及び貫通接続の接触面への酸化物層の局所的な集積が起こり得る。これらの影響は個別に又は組み合わさって起こり得る。結果として、信号送信中の電気抵抗が、変化し得る。従って、電気接触抵抗は、ｍΩ範囲から数桁違いのＭΩ範囲まで増加し得、評価ユニットに送信される信号を歪ませ、不正確な信号評価をもたらす。概して、信号送信を歪ませかねない漏洩電流が圧力センサの構成部品に起こり得るため、これもまた高温における信号送信の電気的絶縁を確実にすることは非常に重要である。更には、高温においては、圧力センサの構成部品の異なる膨張率は局所的な機械的応力をもたらし得る。最後に、高温においては、圧力センサの構成部品は早期に経年変化し得る。このような熱によって引き起こされる機械的応力及びこのような早期の経年変化は圧力センサの寿命に悪影響を及ぼす。
ＣＨ３９４６３７Ａ１ ＥＰ０１４０９９２Ａ１
本発明の第１の目的は、信号送信における信号の歪みが効果的に防止された圧力センサを提案することである。本発明の別の目的は、恒久的な機関の強い振動があっても、信号出力及び評価ユニットが機械的に安定している圧力センサを提供することである。高温においても構成部品への機械的な応力及び構成部品の早期の経年変化が大いに除去されている圧力センサを提案することは、本発明の追加的な目的である。最後に、圧力センサの製造は、コスト効率が良くなければならない。
これらの目的の少なくとも１つが、独立請求項の特徴によって達成される。
本発明は、センサ組立体と評価ユニットとを備え、前記センサ組立体は、センサと電極構成体とを備え、前記センサは、圧力プロファイルの作用の下で信号を生成し、前記電極構成体は、信号を評価ユニットに送信する、圧力センサに関し、前記評価ユニットは、電気回路基板を備え、前記電極構成体及び前記電気回路基板は、材質的接合によって互いに対して接続される。
電極構成体と電気回路基板との間の材質的接合は、圧力センサの使用中におけるプラグ接続又は貫通接続の接触面の微動摩耗、擦過腐食、摩擦重合又は酸化物層の集積の発生を防止し、それによって信号の歪みは効果的に防止される。更には、この材質的接合は機械的に安定しており、機関の強い振動に恒久的に耐え得る。
本発明は、このような圧力センサを製造するプロセスにも関し、当該プロセスでは、センサ組立体が半製品として形成され、前記センサ組立体はセンサ、好ましくは圧電センサと電極構成体とを備え、評価ユニットは電気回路基板を備え、前記電極構成体は特定の区域において電気回路基板に結合され、電極構成体と電気回路基板との間に材質的接合がなされる。
このようにして、圧力センサは、センサ組立体の電極構成体と評価ユニットの電気回路基板との間の材質的接合によって形成される。このことは、圧力センサを形成するために、様々なセンサ組立体を様々な評価ユニットと直接的に組み合わせることを可能にする。従って、同一の部品を含む少ない数の半製品から、様々な異なる圧力センサを製造することが可能になり、製造のコスト効率が良くなる。
以下において、本発明は、図面を参照し、例示として、より詳細に説明される。
センサ組立体及び評価ユニットを有する圧電式圧力センサの第１の実施例の断面図である。 センサ組立体及び評価ユニットを有する圧電式圧力センサの第２の実施例の断面図である。 図１又は図２によるセンサ組立体の好ましい実施例の断面図である。 評価ユニット筐体及び電気絶縁要素を除いた図１による圧電式圧力センサの第１の実施例の一部分の平面図である。 図１又は図４による圧電式圧力センサの第１の実施例の電気回路基板の図である。 図１、図４又は図５による圧電式圧力センサの第１の実施例の電気回路基板の平面図である。 評価ユニット筐体及び電気絶縁要素を除いた図２による圧電式圧力センサの第２の実施例の一部分の平面図である。 図２又は図７による圧電式圧力センサの第２の実施例の電気回路基板の平面図である。 図２、図７又は図８による圧電式圧力センサの第２の実施例の電気回路基板の図である。 図４による圧電式圧力センサの第１の実施例の領域Ａの拡大平面図である。 図７による圧電式圧力センサの第２の実施例の領域Ｂの拡大平面図である。 図４による圧電式圧力センサの第１の実施例の一部分の、電気絶縁要素を上部に取り付ける間の図である。 図４又は図１２による圧電式圧力センサの第１の実施例の一部分の、電気絶縁要素の取り付け後の図である。 図１２又は図１３による電気絶縁要素の断面図である。 図１、図４、図１２又は図１３による圧電式圧力センサの第１の実施例の、センサ組立体の電極構成体と評価ユニットの電気回路基板との間に材質的接合がなされる前の平面図である。 図１、図４、図１２、図１３又は図１５による圧電式圧力センサの第１の実施例の、評価ユニットの電気回路基板へのセンサ組立体の電極構成体の材質的接合がなされた後の平面図である。 図１５による圧電式圧力センサの第１の実施例の領域Ｃの拡大平面図である。
図１及び図２は、本発明による圧電式圧力センサ１の２つの実施例の断面図を示す。断面図は、装着されたすぐに使用できる状態の圧電式圧力センサ１の長手方向軸線ＣＣ’に沿って図示される。長手方向軸線ＣＣ’、垂直方向軸線ＡＡ’及び水平方向軸線ＢＢ’は、互いに対して垂直である。長手方向軸線ＣＣ’に沿った方向は長手方向とも呼ばれ、長手方向に垂直な方向は半径方向とも呼ばれる。垂直方向軸線ＡＡ’及び水平方向軸線ＢＢ’は、半径方向面ＡＢに広がっている。半径方向は半径方向面ＡＢ内にある。断面図において、圧電式圧力センサ１及びその構成部品は、長手方向軸線ＣＣ’に対して、概して円形である。「概して（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」という副詞は、円形状から±１０％の変形を含む。本発明を理解することで、圧電式圧力センサ及びその構成部品の断面は、矩形、多角形などでもよい。従って、例えば電気回路基板５１は矩形である。
圧電式圧力センサ１の構成部品は、互いに対して機械的に接触され得、又は互いに対して機械的に接続され得る。本発明の意味では、機械的接触は、いくつかの構成部品が互いに対して単に直接的に接触して配置されることを意味し、一方、機械的接続の場合は、いくつかの構成部品が材質的接合、力拘束又は形態拘束によって互いに対して固定される。従って、機械的接触は機械的接続ではない。機械的接触は耐圧性ではない。「耐圧性（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｔｉｇｈｔ）」という形容詞は、１０バール以上の圧力プロファイルに対する耐性を指す。
圧電式圧力センサ１は、センサ組立体２と評価ユニット５とを備える。図１及び図２に図示されるように、評価ユニット５は電気的及び機械的にセンサ組立体２に直接的に接続される。図３は、半製品としてのセンサ組立体２を図示する。図４から図９及び図１２から図１４に示されるように、評価ユニット５も、複数の構成部品を有する半製品である。図１０、図１１及び図１７は、評価ユニット５へのセンサ組立体２の電気的及び機械的接続の領域Ａ、Ｂ及びＣの拡大平面図を示す。更には、図１５及び図１６は、評価ユニット５へのセンサ組立体２の電気的及び機械的接続を製造するプロセスの図を示す。
センサ組立体２は、圧電式圧力センサ１の前方領域に配置され、膜２１と、センサ筐体組立体２０と、圧電センサ２２と、電極構成体２３とを備える。圧電式圧力センサ１は圧力室の壁に機械的に接続され、膜２１は孔を通って圧力室内に直接的に突出する。機械的接続は力拘束又は形態拘束によってなされる。圧電式圧力センサ１の使用中に、圧電式圧力センサ１の前方領域は、圧力室の近傍において機関の強い振動及び高温に恒久的に晒される。「前方（ｆｒｏｎｔ）」及び「後方（ｒｅａｒ）」という語は、圧電式圧力センサ１及びその構成部品に関して使用され、「前方」という語によって膜２１の方を向く領域を示し、「後方」という語によって膜２１から離れる方を向く領域を示す。
センサ組立体２は、センサ筐体組立体２０と、封止コーン２０．１と、センサ・フランジ２０．２とを備える。センサ・フランジ２０．２は補強ケーシング２０．２とも称される。センサ・フランジ２０．２は、圧電センサ２２とそれに隣接する圧電式圧力センサ１の構成部品とを収容する。センサ・フランジ２０．２は、圧電式圧力センサ１の機械的接続から生じる機械的な張力が圧力室の壁へ伝達することを防止する。この機械的な張力はセンサ筐体組立体２０を介して圧電センサ２２に伝えられ、圧力プロファイルの検知を妨げ、信号を歪ませる。封止コーン２０．１及びセンサ・フランジ２０．２は、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金などの機械的に可撓性の材料からなり、互いに対して機械的に接続される。機械的接続は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によって実現される。本発明を理解することで、当業者は、センサ組立体が封止コーンのみを備えるような、センサ・フランジを有さないセンサ組立体を製造することもできる。
前部の膜２１は、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金などの機械的に可撓性の材料からなる。膜２１の縁は、その全外周部の周辺で補強ケーシング２０．２に機械的に接続される。機械的接続は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によって行われる。膜２１によって捕捉される圧力は、垂直力として圧電センサ２２に作用する。
長手方向軸線ＣＣ’上で、圧電センサ２２は膜２１の直ぐ背後に位置する。圧電センサ２２は、第１の支持要素２２．１、第２の支持要素２２．３、及び圧電センサ要素２２．２を備える。長手方向軸線ＣＣ’に対して、圧電センサ要素２２．２は、第１の支持要素２２．１と第２の支持要素２２．３との間に配置される。支持要素２２．１、２２．３は圧電センサ要素２２．２へ垂直力を均等に分配する。支持要素２２．１、２２．３は、筒体又は中空の筒体の形態であり、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、導電性セラミック、導電性被覆を有するセラミックなどの導電性で機械的な剛体材料からなる。膜２１は、その表面を介して、第１の支持要素２２．１に機械的に接触する。更には、第１の支持要素２２．１及び第２の支持要素２２．３は、それらの表面を介して圧電センサ要素２２．２にも機械的に接触する。これらの面の機械的接触は、機械的接続によってもなされ得る。機械的接続は、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によってなされる。本発明を理解することで、当業者は、支持要素を有さない圧電センサも実現することができ、又は膜と圧電センサ要素との間に配置されたただ１つの支持要素を有する圧電センサを実現することもできる。
圧電センサ要素２２．２は、形状が円筒形状又は中空の円筒形状であり、水晶（ＳｉＯ２単結晶）、ガロゲルマニウム酸カルシウム（Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４又はＣＧＧ）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４又はＬＧＳ）、トルマリン、オルトリン酸ガリウムなどの圧電材料からなる。圧電センサ要素２２．２は、補足されるべき圧力プロファイルに対して高い感度を持つ方向に向けられる。有利には、圧電センサ要素２２．２は、垂直力が作用する面と同じ面に電気分極電荷が生成されるような方向に向けられる。垂直力は面に対して負荷をかける又は負荷を和らげるように作用し得る。垂直力による機械的な負荷の下で、第１の極性、例えば負の極性を有する電気分極電荷が生成される。もしも垂直力が負荷を軽減する影響を持つなら、第２の極性、例えば正の極性を有する電気分極電荷が生じる。本発明を理解することで、当業者は、もちろん、２つ以上の圧電センサ要素を使用できる。
長手方向軸線ＣＣ’に対して、電極構成体２３は圧電センサ２２に対して膜２１’から離れる方を向く側において圧電センサ２２の直ぐ背後に位置する。電極構成体２３は、円筒形状の電荷ピックオフ２３．１と棒形状の電荷出力部２３．２とを有する。電荷ピックオフ２３．１及び電荷出力部２３．２は互いに対して電気的に接続される。電極構成体２３は、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金などの導電性材料からなる。電荷ピックオフ２３．１及び電荷出力部２３．２は、一体的に形成されてもよく、又は互いに対して機械的に接続されてもよい。電極構成体２３の材料は、好ましくは、１０から１８ｐｐｍ／℃の範囲、好ましくは１０から１２ｐｐｍ／℃の範囲の線熱膨脹率を有する。材質的接合、形態拘束及び力拘束などの任意の種類の機械的接続が使用されてよい。
電荷ピックオフ２３．１は、その前方面全体において、電荷が放電される第２の支持要素２２．３の後方面に電気的に接触し、垂直力の負荷の下でも局所的な高電圧及び漏洩電流が生じ得る領域が接触しないで残されることがないようにする。電荷ピックオフ２３．１及び第２の支持要素２２．３の電気的面接触は、それらの表面を互いに対して機械的に接触させることで実現される。本発明を理解することで、当業者は、機械的接続によって機械的面接触を実現することもできる。機械的接続は、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によって実現される。
第１の極性を有する電気分極電荷は、電極構成体２３に信号として受信され、評価ユニット５に送信される。第２の極性を有する電気分極電荷は、膜２１又は接地したセンサ・フランジ２０．２からのクランプ・スリーブ（ｃｌａｍｐｉｎｇ ｓｌｅｅｖｅ）を介して、リターン・ラインからの信号として受信され、評価ユニット５に送られる。信号又はリターン・ラインからの信号の電流は、それぞれ１ｐＡ程度であり、従って非常に小さいので、それらは電気絶縁材料を流れる漏洩電流によって歪み得る。図面には図示されていないが、本発明を理解する当業者は、信号送信をシールド（保護体）によって実現することもでき、その場合、導電性材料で作られるシールドで信号ラインを包囲し、シールドは信号ラインの基準電位上にある。この場合、漏洩電流は基準電位と保護体との間に流れる。電位差がゼロであるため、保護体と信号ラインとの間には漏洩電流は流れない。シールドは、信号ライン、電気回路基板の信号導体、電気回路基板の電子部品の電気端子などを包囲し得る。更には、当業者は、第２の極性を有する電気分極電荷を更なる信号として使用することもできる。従って、当業者は、第２の極性を有する電気分極電荷を、電気的に絶縁された方法で、地電位から評価ユニットへ送信し得る。これは、評価ユニット筐体の電磁的シールドへのセンサ筐体組立体の圧着などの材質的接合による電気的接続によって実現され得る。
電極構成体２３は、電気絶縁体２５によって、センサ・フランジ２０．２に対して電気的に絶縁される。電気絶縁体２５は、中空の筒体の形態を有し、セラミック、Ａｌ２Ｏ３セラミック、サファイヤなどの電気絶縁性及び機械的な剛体材料で作られる。長手方向軸線ＣＣ’上で、電気絶縁体２５は電荷ピックオフ２３．１に対して膜２１から離れる方を向く側において電荷ピックオフ２３．１の直ぐ背後に位置する。電気絶縁体２５は、その面全体において、電荷ピックオフ２３．１に機械的に接触する。電荷出力部２３．２は、圧電センサ２２から離れる方を向くセンサ組立体２の端部まで延在する。
補償要素２６は、圧電式圧力センサ１の構成部品の異なる熱膨張率を補償する。補償要素２６は、中空の筒体の形態を有し、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、セラミック、Ａｌ２Ｏ３セラミック、サファイヤなどの機械的な剛体材料で作られる。長手方向軸線ＣＣ’上で、補償要素２６は電気絶縁体２５に対して膜２１から離れる方を向く側において電気絶縁体２５の直ぐ背後に配置される。図３によるセンサ組立体２の実施例において、補償要素２６は、その面全体において、電気絶縁体２５に機械的に接触する。本発明を理解することで、当業者は、補償要素を電荷ピックオフに対して膜に面する側に配置し、支持要素を置き換えることもできる。補償要素は第１の支持要素の代わりに膜と圧電センサ要素との間に配置されてもよいが、補償要素は第２の支持要素の代わりに圧電センサ要素と電荷ピックオフとの間に配置されてもよい。
評価ユニット５は、回路基板筐体５０と、電気回路基板５１と、補強要素５２．１、５２．２とを備える。電気回路基板５１及び補強要素５２．１、５２．２は、評価ユニット５の評価ユニット筐体５０に収容される。補強要素５２．１、５２．２は、電気回路基板５１と評価ユニット筐体５０との間において半径方向に配置される。更には、評価ユニット５は、電気的接続要素５３と、信号ケーブル・フランジ５４と、信号ケーブル５５とを備える。補強要素５２．１、５２．２は、電気絶縁要素５２．１、５２．２とも称される。評価ユニット筐体５０は、回路基板筐体５０とも呼ばれる。
電気回路基板５１は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、Ａｌ２Ｏ３セラミック、炭化水素セラミックの積層体などのベース材料からなる。ベース材料は電気的に絶縁性であって、室温で１０１５Ωｃｍより大きい／に等しい、好ましくは室温で１０１６Ωｃｍより大きい／に等しい固有体積抵抗を有する。ベース材料は、２８０℃以下の恒久的使用温度に適合する。詳細には、非常に高い固有体積抵抗は、２８０℃の直ぐ下の恒久的使用温度においてさえも信号出力が漏洩電流によって歪み得ないことを保証する。好ましくは、ベース材料は、１０から１８ｐｐｍ／℃の範囲、好ましくは１０から１２ｐｐｍ／℃の範囲の線熱膨脹率を有し、これは、概して、電荷出力部２３．２及び／又は電気的接続要素５３の線熱膨脹率に等しい。
電気回路基板５１は、高温度区域５１．１と、通常温度区域５１．２とを備える。高温度区域５１．１は電気回路基板５１の前方から中央領域にある。高温度区域５１．１はセンサ組立体２に面している。通常温度区域５１．２は電気回路基板５１の中央から後方領域にある。通常温度区域５１．２はセンサ組立体から離れる方に面している。電気回路基板５１の高温度区域５１．１において、恒久的使用温度は２８０℃以下である。高温度区域５１．１は、好ましくは、電気回路基板５１の長さの８０％にわたって、好ましくは電気回路基板５１の長さの５０％にわたって、好ましくは電気回路基板５１の長さの３０％にわたって、好ましくは電気回路基板５１の長さの２０％にわたって延在する。
電気回路基板５１は電気信号導体を備える。電気信号導体は、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金などの導電性材料から作られる。電気信号導体は、その底面が電気回路基板５１上に置かれる。好ましくは、電気信号導体は、複数の層で構成され、第１の層はパラジウムニッケル合金からなり、第２の層は金から作られる。第１の層は回路基板５１のベースプレートに直接めっきされ、第２の層は第１の層に蒸着される。第１の層は、電気回路基板５１のベース材料への金の拡散に対する障壁としての役割を果たす。第２の層は、低電気抵抗及び非常に良好な半田付け性を有し、腐食に対して保護する役割を果たす。電気信号リードの上面は、開放されている（表面マイクロストリップ（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ））か、又は半田マスクで覆われる（被覆マイクロストリップ（ｃｏａｔｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ））。好ましくは、電気信号導体の導電性材料を介した高温度区域５１．１から低温度区域５１．２への熱伝導を防止するために、電気回路基板５１の高温度区域５１．１には、電気信号導体は配置されない。代替的には、電気信号導体の導電性材料を介した高温度区域５１．１から低温度区域５１．２への熱伝導を最小化するために、電気回路基板５１の高温度区域５１．１には、信号送信のための電気信号導体だけが配置される。この場合、信号送信のための電気信号導体を除いて、電気回路基板５１の高温度区域５１．１には他の電気信号導体は配置されない。
電気回路基板５１には、電気抵抗器、電気容量、半導体、プロセッサなどの電子部品が装着される。好ましくは、電子部品の早期の経年変化を避けるために、電子部品は電気回路基板５１の通常温度区域５１．２にのみ配置される。通常温度区域５１．２においては、低価格な＋１２５℃の上限恒久的使用温度の拡張工業規格（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ）にのみ電子部品が適合すべきであるように、恒久的使用温度は１２０℃より低い／に等しい。本発明を認識する当業者は、もちろん、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、Ａｌ２Ｏ３セラミックなどで作られたベースを有し、５００℃を超える恒久的使用温度の層厚回路（ｔｈｉｃｋ ｌａｙｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ）も使用可能であるが、これらは比較的高価である。
電気回路基板５１には半田マスクが施される。半田マスクは電子部品及び電気信号導体を腐食から保護する。半田マスクは、電子部品を有する電気回路基板５１の装着中の、電気回路基板５１のベース材料の半田付け材料による半田ぬれも防止し、それによって装着中に偶発的な電気的接続が形成されることを防止する。有利には、電気回路基板５１の高温度区域５１．１には半田マスクは施されない。しかしながら、室温での半田マスクの固有体積抵抗は１０１４Ωｃｍよりも著しく小さいので、２８０℃の直ぐ下の高温度においては漏洩電流への十分な抵抗がもはや実現されず、信号送信中の信号の歪みをもたらし得る。更には、半田マスクは、２８０℃の直ぐ下の高温度においては、恒久的に耐熱性を有するわけではなく、溶融又は燃焼し得、従って評価ユニットの機能を損なう可能性がある。
電気的接続要素５３は、少なくとも１つの電気信号導体を介して電子部品に電気的に接続される。電気的接続は、半田付け、圧着などの材質的接合によってなされる。電極構成体２３から受信された信号は、電荷出力部２３．２を介して評価ユニット５の電気的接続要素５３に送られ、評価ユニット５の電気的接続要素５３から電気信号導体を介して電気回路基板５１に送られる。電極構成体２３から評価ユニット５への信号送信は、材質的接合のみを介して起こる。好ましくは、信号の伝達は、センサ２２の表面と電極構成体２３との電気的接触から評価ユニット５へ、材質的接合のみを介して起こる。評価ユニット５の内部で、信号は電気的に増幅され得、初期評価され得る。好ましくは、信号及びリターン・ラインからの信号の両方が、評価ユニット５において増幅され、評価される。信号及びリターン・ラインからの信号は、膜２１によって捕捉される圧力プロファイルの量に比例する。増幅された信号及びリターン・ライン信号、又は既に評価された信号及びリターン・ライン信号は、信号ケーブル５５を介して送信される。信号ケーブル５５の前方端部は電気回路基板５１の通常温度区域５１．２に電気的及び機械的に接続される。電気的及び機械的接続は、半田付け、圧着などの材質的接合によって実現される。本発明を理解することで、当業者は、電荷出力部２３．２を電気回路基板５１の信号導体に機械的及び電気的に直接的に接続し、信号送信に電気的接続要素５３を必要としないようにすることもできる。この電気的及び機械的接続も、半田付け、圧着などの材質的接合によってなされる。
電気的接続要素５３は、中空の筒体の形態を有し、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金などの導電性材料からなる。電気的接続要素５３の材料は、好ましくは、１０から１８ｐｐｍ／℃の範囲、好ましくは１０から１２ｐｐｍ／℃の範囲の線熱膨脹率を有する。従って、電気的接続要素５３の線熱膨脹率は、量においてセンサ組立体２及び／又は電気回路基板５１の線熱膨脹率に匹敵する。
図１、図４から図６、図１０、図１２、図１３及び図１５から図１７による圧電式圧力センサ１の第１の実施例において、電気的接続要素５３は、ソケットの形態のアダプタ５３．０を備える。好ましくは、アダプタ５３．０は、スリットを有するソケットの形態である。ソケットの形態のアダプタ５３．０は、電気回路基板５１の高温度区域５１．１に配置される。信号送信のために、ソケットの形態のアダプタ５３．０は、電気回路基板５１の電気信号導体に材質的接合によって接続される。材質的接合は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどによって実現される。更には、ソケットの形態のアダプタ５３．０は、電気回路基板５１に機械的に接続される。この機械的接続は、アダプタ５３．０の電気回路基板５１への取り付け及び信号送信の両方の役割を果たす。好ましくは、機械的接続は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によって実現される。本発明を理解することで、当業者は、機械的接続を形態拘束又は力拘束によって実現することもできる。
図２、図７から図９及び図１１による圧電式圧力センサ１の第２の実施例において、電気的接続要素５３は、環状のアダプタ５３．１と補償要素５３．２とを備える。環状のアダプタ５３．１及び補償要素５３．２は、好ましくは、一体的に形成される。電気的接続要素５３は長手方向軸線ＣＣ’に沿って延在する。環状のアダプタ５３．１は電気的接続要素５３の前方端部に配置される。補償要素５３．２は環状のアダプタ５３．１を機械的に支持する。好ましくは、補償要素５３．２は、Ｚ形状湾曲、Ｕ形状湾曲、伸縮ループなどの少なくとも１つの湾曲を備える。湾曲は圧電式圧力センサ１の信号送信部品の線熱膨脹率における差を補償する。湾曲は、センサ組立体２及び評価ユニット５の構成部品の長手方向軸線ＣＣ’に沿った製作公差も補償する。湾曲の領域において、補償要素５３．２は伸長又は収縮し得、それによって熱的に誘起される機械的な張力及び／又は製作公差の発生を重大でない値まで減少させる。補償要素５３．２は電気回路基板５１の高温度領域５１．１上に延在する。本発明を理解することで、当業者は、圧電式圧力センサの２つの実施例を組み合わせることもできる。従って、第１の実施例のソケットの形態のアダプタは、第２の実施例の補償要素の前方端部に組み合わせることができる。
概して、補償要素５３．２は電気回路基板５１の高温度区域５１．１の全域にわたって延在する。信号送信のために、補償要素５３．２は、電気回路基板５１の低温度範囲５１．２において、電気回路基板５１の信号導体に材質的接合によって接続される。材質的接合は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどによってなされる。加えて、補償要素５３．２は電気回路基板５１に機械的に接続される。電気回路基板５１への補償要素５３．２の取り付けのために、機械的接続は、好ましくは、補償要素５３．２の少なくとも１つの脚部を電気回路基板５１の高温度区域５１．１の少なくとも１つの対応する開口に挿入することによる形態拘束及び力拘束によってなされる。脚部は弾性変形又は塑性変形可能であり、開口に挿入される際に圧縮され、形態及び力拘束によって脚部を定位置に維持する機械的なプレストレスをもたらす。好ましくは、バネの形態の脚部は、２つのバネヒンジを有する平坦な渦巻バネであり、２つのバネヒンジは、その前方端部及び後方端部において互いに対して接続され、中央区域において離れる方を向いている。２つのバネヒンジは開口に挿入されると、その中央区域において弾性的に変形する。本発明を理解することで、電気回路基板５１の高温度区域５１．１への補償要素５３．２の取り付けのための機械的接続は、材質的接合によってもなされ得る。材質的接合は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどによってなされる。
電荷出力部２３．２は、電気的接続要素５３に結合される。長手方向軸線ＣＣ’に対して、電荷出力部２３．２の後方端部はソケットの形態のアダプタ５３．０又は環状のアダプタ５３．１内に突出する。この領域において、長手方向軸線ＣＣ’に対する電荷出力部２３．２の外面、及び長手方向軸線ＣＣ’に対するソケットの形態のアダプタ５３．０又は環状のアダプタ５３．１の内面は、互いに対して電気的及び機械的に接続される。電気的及び機械的接合は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付け、圧着などの材質的接合によってなされる。従って、電荷出力部２３．２は、特定の領域において電気的接続要素５３に対して材質的接合を形成する。特定の領域における材質的接合は、スポット溶接によって又は全外周部の周辺でのシーム溶接によって実現され得る。材質的接合は、圧電式圧力センサ１の使用中における電極、端子、コネクタ及び貫通接続の接触面の微動摩耗、擦過腐食、摩擦重合又は酸化物層の集積の発生を防止し、信号の歪みを効果的に防止する。本発明を理解することで、当業者は、もちろん、異なる形状の電気コネクタ５３を使用することもできる。従って、電気的接続要素５３は、板状又は半シェル状の形態を有し得る。この場合、電荷出力部２３．２は、電気的接続要素５３内に延在しない。電気的及び機械的接続を形成するために、この場合の電荷出力部２３．２は板状又は半シェル状の形態を有する電気的接続要素４３上に置かれる。
図１４に図示されるように、補強要素５２．１、５２．２は、半径方向面ＡＢにおいて電気回路基板５１の周りに配置される。補強要素５２．１、５２．２は、中空の筒体の形態を有し、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ヘキサフルオロプロピレンフッ化ビニリデン共重合体（ＦＫＭ：ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）などの、少なくとも１２０℃、好ましくは１５０℃の温度まで寸法安定性のある電気絶縁材料からなる。補強要素５２．１、５２．２の材料は、好ましくは１０から５０ｐｐｍ／℃の範囲の線熱膨脹率を有する。補強要素５２．１、５２．２は、特定の領域において電気回路基板５１を包囲する。補強要素５２．１、５２．２は、半径方向面ＡＢに対して電気回路基板５１と評価ユニット筐体５０との間に配置される。好ましくは、補強要素５２．１、５２．２は、長手方向軸線ＣＣ’に沿った特定の領域において電気回路基板５１を取り囲む。好ましくは、補強要素５２．１、５２．２は、電気回路基板５１を完全に取り囲み、図１４による表現においては、半径方向面ＡＢにおいて３６０℃にわたって取り囲むことを含むことも意図される。長手方向において、電気回路基板５１は、特定の領域において補強要素５２．１、５２．２を貫通し得る。このために、補強要素５２．１、５２．２は、少なくとも１つの開口を有し得る。加えて、電気回路基板５１は、特定の領域において、このような開口を通じて外部から視認可能及びアクセス可能である。
好ましくは、補強要素５２．１、５２．２は、いくつかの部品を備え、少なくとも２つのシェル５２．１、５２．２からなる。好ましくは、シェル５２．１、５２．２は同一である。好ましくは、シェル５２．１、５２．２は等しい部品であり、このことは製作コストを減少する。シェル５２．１、５２．２は、電気回路基板５１に機械的に接続され得、及び／又は互いに対して機械的に接続され得る。機械的接続は、形態拘束及び／又は材質的接合及び／又は力拘束によってなされ得る。機械的接続は、可逆的又は不可逆的に分離可能である。好ましくは、２つのシェル５２．１、５２．２は、少なくとも１つの突出する係止要素５２．３、５２．３’を介して電気回路基板５１に又は互いに対して機械的に接続され得る。好ましくは、シェル５２．１、５２．２の一方の係止要素５２．３、５２．３’は、シェル５２．１、５２．２の他方の対応する開口に係合する。好ましくは、シェル５２．１、５２．２の一方の１つの係止要素５２．３、５２．３’は、シェル５２．１、５２．２の他方の対応する開口を通じて電気回路基板５１に係合する。好ましくは、シェル５２．１、５２．２は、垂直方向軸線ＡＡ’に対して鏡面対称でない。図１４によるシェル５２．１、５２．２の断面においては、シェル５２．１、５２．２の２つの突出する係止要素５２．３、５２．３’は、垂直方向軸線ＡＡ’の左右に配置される。長手方向軸線ＣＣ’に沿って、２つの係止要素５２．３、５２．３’は同一の半径方向面ＡＢには配置されず、従って、右側の係止要素５２．３は破線で示される。このように、電気回路基板５１は、２つのシェル５２．１、５２．２の間に配置される。補強要素５２．１、５２．２は、電荷出力部２３．２と電気的接続要素５３との間の接続領域に少なくとも１つの窓５２．４を備える。窓５２．４を通じて、電荷出力部２３．２及び電気的接続要素５３は外部からアクセス可能であり、結合ツールが接近可能である。代替的には、補強要素５２．１、５２．２には単一の部材から作られる。単一の部材から作られた補強要素５２．１、５２．２は、長手方向において電気回路基板５１を覆うように押し込まれ、又は弾性ヒンジによって半径方向において電気回路基板５１を覆うように湾曲される。
補強要素５２．１、５２．２は、半径方向面ＡＢにおける及び／又は長手方向軸線ＣＣ’に沿った機械的な共鳴振動に対して、電気回路基板５１を機械的に補強する。圧電式圧力センサ１の使用中に、機関の振動に起因して、電気回路基板５１に機械的な振動が引き起こされ得る。電気回路基板５１は、発振可能なシステムである。機関の振動は、広い範囲の周波数を呈する。共鳴周波数は、機関の振動の周波数であって、そこでは、発振システムの振幅が機関の振動の隣接する周波数に引き起こされる振幅よりも大きい。共鳴発振は、共鳴周波数を有する電気回路基板５１の発振である。好ましくは、補強要素５２．１、５２．２は、評価ユニット筐体５０に対する半径方向面ＡＢ内の運動の自由度について電気回路基板５１を固定する。固定するということは、評価ユニット筐体５０に対する電気回路基板５１の不動性を保持することを意味する。好ましくは、シェル５２．１、５２．２の間に配置され、シェル５２．１、５２．２に機械的に接続される電気回路基板５１は、半径方向面ＡＢにおける及び／又は長手方向軸線ＣＣ’に沿った機械的な共鳴振動に対して剛体を形成する。補強要素５２．１、５２．２は、線的に又は面的に電気回路基板５１に機械的に接触する。このように補強された電気回路基板５１においては、圧電式圧力センサ１の使用中に起こる機関の振動は、半径方向面ＡＢにおいて及び／又は長手方向軸線ＣＣ’に沿って、減衰された機械的な共鳴振動を引き起こすことしかできず、それによって、電気回路基板５１の領域における、圧電式圧力センサ１の信号送信に関わる構成部品の機械的応力は恒久的に減少する。
長手方向及び／又は半径方向に沿った曲げ荷重に対する電気回路基板５１の追加的な補強は、評価ユニット筐体５０から補強要素５２．１、５２．２への締り嵌めによって実現される。この場合、評価ユニット筐体５０は、特定の領域において補強要素５２．１、５２．２を電気回路基板５１に対して押し付ける。加えて、締り嵌めによって、電荷出力部２３．２及び電気的接続要素５３は、窓５２．４内に機械的に剛性の高い方法で配置される。評価ユニット筐体５０は、長手方向軸線ＣＣ’に沿って摺動し、補強要素５２．１、５２．２上を移動される。補強要素５２．１、５２．２は、長手方向軸線ＣＣ’に沿っていくつかの領域５２．６、５２．６’、５２．６”を備える。図１２及び図１３による実施例において、補強要素５２．１、５２．２は、３つの領域５２．６、５２．６’、５２．６”を備える。好ましくは、各領域５２．６、５２．６’、５２．６”は、長手方向軸線ＣＣ’に沿って、３０ｍｍの長さ、好ましくは６０ｍｍの長さ、好ましくは９０ｍｍの長さを有する。評価ユニット筐体５０は、長手方向軸線ＣＣ’に沿って、後方領域５２．６”から中央領域５２．６’へ、及び中央領域５２．６’から前方領域５２．６へと、補強要素５２．１、５２．２に摺動可能である。好ましくは、補強要素５２．１、５２．２は、後方領域５２．６”、中央領域５２．６’及び前方領域５２．６において異なる外径を有する。好ましくは、各領域５２．６、５２．６’、５２．６”はそれぞれ、電気回路基板５１の長さの３３％にわたって延在する。従って、長手方向において、補強要素５２．１、５２．２の外径は、領域から領域へと段状になる。補強要素５２．１、５２．２の後方領域５２．６”の外径は、評価ユニット筐体５０の内径よりも小さい／に等しい。評価ユニット筐体５０は、手動で滑らかに補強要素５２．１、５２．２に摺動可能である。補強要素５２．１、５２．２の中央領域５２．６’の外径は、評価ユニット筐体５０の内径と比べるとわずかに過大である。このような過大さがあると、評価ユニット筐体５０は、手動で滑らかに補強要素５２．１、５２．２に摺動可能である。補強要素５２．１、５２．２の前方領域５２．６の外径は、評価ユニット筐体５０の内径と比べるとより大幅に過大である。より大幅な過大さの場合、評価ユニット筐体５０は、もはや手動で補強要素５２．１、５２．２に摺動できない。過大さは、締り嵌めが許容する機械的応力が超えられることがないように、材料に応じて選択される。本発明を理解することで、当業者は、中央領域を有さず前方及び後方領域のみを有する補強要素を実現することもできる。更には、当業者は、段状の外径を有さず、概して後方区域から前方区域へと外径が徐々に大きくなる補強要素を実現することもできる。
補強要素５２．１、５２．２は、評価ユニット筐体５０に対して電気回路基板５１を電気的に絶縁する。
補強要素５２．１、５２．２は、電気回路基板５１、補強要素５２．１、５２．２、及び／又は評価ユニット筐体５０の間の線熱膨脹率の差を補償するために、少なくとも１つの湾曲ゾーン５２．５を備える。湾曲ゾーン５２．５は、長手方向の溝として形成される。湾曲ゾーン５２．５の領域において、補強要素５２．１、５２．２は弾性的に伸長又は収縮し得、そのようにして熱的に誘起される機械的な応力を重大でない値まで減少させ、特には、補強要素５２．１、５２．２の機能を阻害する補強要素５２．１、５２．２の塑性変形が回避され得る。本発明を理解することで、当業者は、補強要素５２．１、５２．２の材料における少なくとも１つの凹部の形態で又は弾性ヒンジなどとして湾曲ゾーンを実現することもできる。補強要素５２．１、５２．２は、電気回路基板５１に届く機関の振動の強さが減衰されるように、センサ・フランジ２０．２及び評価ユニット筐体５０から電気回路基板５１への機関の振動の拡がりを減衰し、電気回路基板５１の領域における、圧電式圧力センサ１の信号送信に関わる構成部品の機械的応力を恒久的に減少させる。
センサ・フランジ２０．２の後方領域は、評価ユニット筐体５０の前方縁に、その全外周部の周辺で機械的に接続される。機械的接続は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によって行われる。センサ・フランジ２０．２の後方領域は、センサ筐体フレーム２０．３を備える。好ましくは、センサ・フランジ２０．２及びセンサ筐体フレーム２０．３は、一体的に形成される。センサ筐体フレーム２０．３は、長手方向軸線ＣＣ’に平行な方向に向けられた少なくとも１つの支柱からなる。図１０及び図１１に図示されるように、センサ筐体フレーム２０．３は、好ましくは、２つの支柱からなる。電気回路基板５１の前方縁は支柱に機械的に接続される。機械的接続は、好ましくは、形態拘束によってなされ、電気回路基板５１はネジによって支柱の雌ねじにネジ留めされる。機械的接続は、電気的接続でもある。好ましくは、ネジは、少なくとも１つのワッシャを介して電気回路基板５１に機械的に接続される。ワッシャは、支柱と、ネジと、電気回路基板５１の少なくとも１つの電気信号導体との間に電気的接触を形成する。ワッシャ及びネジは、純金属、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金などの導電性材料から作られる。２つの支柱を介した電気的接続は冗長性を有する。センサ・フランジ２０．２から受信されるリターン・ラインからの信号は、センサ筐体フレーム２０．３を介して電気回路基板５１の電気信号導体に送信される。センサ・フランジ２０．２と評価ユニット５との間でのリターン・ラインからの信号の信号送信は、材質的接合及び力拘束によってのみ起こる。ネジ及びワッシャによる支柱と電気回路基板５１との間の力拘束は、長手方向軸線ＣＣ’に沿った機関の振動から生じる機械的な共鳴振動を減衰する。
従って、信号ケーブル・フランジ５４の前方領域は、少なくとも１つの支柱を備える。好ましくは、信号ケーブル・フランジ５４の前方領域は、２つの支柱を備える。電気回路基板５１の後方端部は信号ケーブル・フランジ５４の支柱に機械的に接続される。同様にこの場合は、機械的接続は、好ましくは力拘束によって行われ、電気回路基板５１はネジによって支柱のネジ穴にネジ留めされる。
図１２、図１３、図１５及び図１６は、圧電式圧力センサ１を製造するプロセスのステップを図示する。図３によるセンサ組立体２、及び評価ユニット５は、個別の半製品として製造される。このことは、コスト効率良く製造される圧電式圧力センサ１を形成するために、様々なセンサ組立体２が様々な評価ユニット５とともに製造され得るという利点を有する。様々なセンサ組立体２は、異なる膜厚の膜２１及び／又は異なる動作温度範囲の圧電センサ２２を含む。様々な評価ユニット５は、異なる動作温度範囲、及び／又は電気的に増幅されていない電気分極電荷、電気的に増幅された電気分極電荷、電圧などの異なる信号タイプの電気回路基板５１を含む。
センサ組立体２は、センサ筐体組立体２０に収容される膜２１と、圧電センサ２２と、電極構成体２３と、電気絶縁体２５とを備える。評価ユニット５は、評価ユニット筐体５０と、電気回路基板５１と、補強要素５２．１、５２．２と、電気的接続要素５３と、信号ケーブル・フランジ５４と、信号ケーブル５５とを備える。信号ケーブル５５は、信号ケーブル・フランジ５４を介して評価ユニット５に接続される。本発明を認識するならば、当業者は、信号ケーブルを評価ユニットに接続するために、信号ケーブル・フランジの代わりに、信号ケーブル・プラグなどの電気プラグ・コネクタを使用することもできる。
プロセスの第１のステップにおいて、電荷出力部２３．２と電気的接続要素５３とが互いに対して結合される。このために、電荷出力部２３．２の後方端部が電気的接続要素４３内に突出するように、及び長手方向軸線ＣＣ’に対する電荷出力部２３．２の外面と長手方向軸線ＣＣ’に対する電気的接続要素４３の内面とが特定の領域において互いに機械的に接触するように、電荷出力部２３．２の後方端部が長手方向軸線ＣＣ’上で電気的接続要素４３に押し込まれる。
プロセスの別のステップにおいて、電気回路基板５１の前方端部はセンサ筐体フレーム２０．３に機械的に接続される。機械的接続は力拘束によってなされ、電気回路基板５１はネジによってセンサ筐体フレーム２０．３の支柱の雌ねじにネジ留めされる。
続くプロセスのステップにおいて、補強要素５２．１、５２．２は電気回路基板５１に機械的に接続され、又はそれらは相互接続される。この形態又は力拘束は、図１２及び図１３に示される。好ましくは、一方の補強要素５２．１、５２．２のいくつかの係止要素５２．３、５２．３’は、他方の補強要素５２．１、５２．２の対応する開口と係合され、長手方向軸線ＣＣ’及び／又は水平方向軸線ＢＢ’に沿った曲げ荷重に対して電気回路基板５１を機械的に補強する。
プロセスの更なるステップにおいて、図１５に図示されるように、評価ユニット筐体５０は、センサ・フランジ２０．２に対して長手方向軸線ＣＣ’に沿って移動される。この場合、補強要素５２．１、５２．２は、評価ユニット筐体５０によって電気回路基板５１に押し付けられる。この締り嵌めは、長手方向軸線ＣＣ’及び／又は水平方向軸線ＢＢ’に沿った曲げ荷重に対して更に電気回路基板５１を機械的に補強する。
次に、方法のステップにおいて、電荷出力部２３．２の外面と電気的接続要素５３の内面とが、特定の領域において互いに対して電気的及び機械的に接続される。電気的及び機械的接続は溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によって実現される。補強要素５２．１、５２．２の窓５２．４から挿入された結合ツールが、電荷出力部２３．２と電気的接続要素５３との間の材質的接合を実行する。結合ツールは、図１５には示されていない。結合ツールは、電気抵抗溶接システムの電極からなってよいが、圧接ツール、レーザーなどでもよい。このように、補強要素５２．１、５２．２の窓５２．４を通じて結合ツールが材質的接合を行うことができるようにするために、評価ユニット筐体５０は、長手方向軸線ＣＣ’上でセンサ・フランジ２０．２から離れる方を向いている。
プロセスの更に別のステップにおいて、図１６に図示されるように、評価ユニット筐体５０の前方縁がセンサ・フランジ２０．２の後方縁に機械的に接触し、外部からアクセス可能となるように、評価ユニット筐体５０は、長手方向軸線ＣＣ’に沿ってセンサ・フランジ２０．２に対して完全に変位される。この評価ユニット筐体５０の変位は図１６において矢印で示される。このようにして、センサ・フランジ２０．２の後方領域は全体的に評価ユニット筐体５０の前方縁と面一になって外部からアクセス可能となる一方、補強要素５２．１、５２．２は隠される。
プロセスの次に続くステップにおいて、評価ユニット筐体５０は、特定の領域においてセンサ・フランジ２０．２に接続される。好ましくは、評価ユニット筐体５０の前方縁はセンサ・フランジ２０．２の後方縁に、その全外周部の周辺で機械的に接続される。機械的接続は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によって行われる。結合ツールは、評価ユニット筐体５０の前方縁とセンサ・フランジ２０．２の後方縁との間に材質的接合を生じさせる。結合ツールは、図１６には示されていない。
プロセスの更に別のステップにおいて、評価ユニット筐体５０は、特定の領域において信号ケーブル・フランジ５４に機械的に接続される。好ましくは、評価ユニット筐体５０の後方領域は信号ケーブル・フランジ５４の前方縁に、その全外周部の周辺で機械的に接続される。機械的接続は、溶接、拡散溶接、熱圧接、半田付けなどの材質的接合によって行われる。結合ツールは、評価ユニット筐体５０の後方領域と信号ケーブル・フランジ５４の前方縁との間に材質的接合を生じさせる。結合ツールは、図１６には示されていない。
本発明を理解することで、当業者は、信号送信に直接的に関わる圧電式圧力センサの全ての構成部品が材質的接合を介して互いに対して接続された圧電式圧力センサを実現することができる。更には、構成要素となる部品間の全ての機械的接続が材質的接合である圧電式圧力センサが実現され得る。
Ａ、Ｂ、Ｃ 拡大領域
ＡＡ’、ＢＢ’、ＣＣ’ 軸
ＡＢ 半径方向面
１ 圧力センサ
２ センサ組立体
５ 評価ユニット
２０ センサ筐体組立体
２０．１ 封止コーン
２０．２ センサ・フランジ
２０．３ センサ筐体フレーム
２１ 膜
２２ センサ
２２．１、２２．３ 支持要素
２２．２ 圧電センサ要素
２３ 電極構成体
２３．１ 電荷ピックオフ
２３．２ 電荷出力部
２５ 電気絶縁体
２６ 補償要素
５０ 評価ユニット筐体
５１ 電気回路基板
５１．１ 高温度区域
５１．２ 通常温度区域
５２．１、５２．２ 補強要素
５２．３、５２．３’ 係止要素
５２．４ 窓
５２．５ 湾曲ゾーン
５２．６、５２．６’、５２．６” 領域
５３ 電気的接続要素
５３．０ ソケットの形態のアダプタ
５３．１ 環状のアダプタ
５３．２ 補償要素
５４ 信号ケーブル・フランジ
５５ 信号ケーブル

Claims (16)

  1. センサ組立体（２）と評価ユニット（５）とを備え、前記センサ組立体（２）は、センサ（２２）と電極構成体（２３）とを備え、前記センサ（２２）は、圧力プロファイルの作用の下で信号を生成し、前記電極構成体（２３）は、前記信号を前記評価ユニット（５）に送信する、圧力センサ（１）であって、前記評価ユニット（５）は、電気回路基板（５１）を備え、前記電極構成体（２３）及び前記電気回路基板（５１）は、互いに対して材質的接合によって接続されることを特徴とする、圧力センサ（１）。
  2. 前記電極構成体（２３）から前記評価ユニット（５）への信号送信は、材質的接合のみを介して起こり、又は前記センサ（２２）と前記電極構成体（２３）との間の電気的面接触から前記評価ユニット（５）への信号送信は、材質的接合のみを介して起こることを特徴とする、請求項１に記載の圧力センサ（１）。
  3. 前記圧力センサ（１）は、圧電式圧力センサ（１）であり、前記センサ（２２）は、圧電センサ（２２）であり、前記圧電センサ（２２）は、圧力プロファイルの作用の下で圧電電荷を生じ、前記電極構成体（２３）は、前記圧電電荷を前記圧電センサ（２２）から受け取り、前記受け取った圧電電荷を信号として前記評価ユニット（５）に送信することを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
  4. 前記電極構成体（２３）は、電荷出力部（２３．２）を備え、前記電気回路基板（５１）は、電気的接続要素（５３）を備え、前記電荷出力部（２３．２）は、特定の領域において前記電気的接続要素（５３）への材質的接合を備えることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
  5. 前記電極構成体（２３）は、円筒形状の電荷ピックオフ（２３．１）と棒形状の電荷出力部（２３．２）とを備え、前記電荷ピックオフ（２３．１）及び電荷出力部（２３．２）は、一体的に形成され、又は前記電荷出力部（２３．２）は、前記圧電センサ（２２）から離れる方を向く前記センサ組立体（２）の端部まで延在することを特徴とする、請求項３に従属する請求項４に記載の圧力センサ（１）。
  6. 前記電気回路基板（５１）は、前記センサ組立体（２）に近接する前方領域側にある高温度区域（５１．１）と、前記前方領域側の反対側の後方領域側にある通常温度区域（５１．２）とを備え、前記高温度区域（５１．１）における恒久的使用温度は、２８０℃以下であり、前記通常温度区域（５１．２）における恒久的使用温度は、１２０℃以下であり、前記電気回路基板（５１）は、電気的接続要素（５３）を備え、前記電気的接続要素（５３）は、前記電気回路基板（５１）の高温度区域（５１．１）に配置され、前記電極構成体（２３）は、特定の領域において前記電気的接続要素（５３）に結合され、前記電気的接続要素（５３）は、ソケットの形態のアダプタ（５３．０）を備え、前記ソケットの形態のアダプタ（５３．０）は、前記電気回路基板（５１）の前記高温度区域（５１．１）において、前記電気回路基板（５１）の電気信号導体に材質的接合によって接続されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
  7. 前記電気回路基板（５１）は、前記センサ組立体（２）に近接する前方領域側にある高温度区域（５１．１）と、前記前方領域側の反対側の後方領域側にある通常温度区域（５１．２）とを備え、前記高温度区域（５１．１）における恒久的使用温度は、２８０℃以下であり、前記通常温度区域（５１．２）における恒久的使用温度は、１２０℃以下であり、前記電気回路基板（５１）は、電気的接続要素（５３）を備え、前記電気的接続要素（５３）は、前記電気回路基板（５１）の高温度区域（５１．１）に配置され、前記電極構成体（２３）は、特定の領域において前記電気的接続要素（５３）に結合され、前記電気的接続要素（５３）は、環状のアダプタ（５３．１）と補償要素（５３．２）とを備え、前記環状のアダプタ（５３．１）及び前記補償要素（５３．２）は、一体的に形成され、又は前記環状のアダプタ（５３．１）は、前記電気的接続要素（５３）の前方端部に配置されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
  8. 前記補償要素（５３．２）は、少なくとも１つの湾曲を備え、前記湾曲は、前記圧力センサ（１）の信号送信部品の線熱膨脹率における差を補償し、又は前記湾曲は、前記センサ組立体（２）及び前記評価ユニット（５）の構成部品の長手方向軸線（ＣＣ’）に沿った製作公差を補償することを特徴とする、請求項７に記載の圧力センサ（１）。
  9. 前記補償要素（５３．２）は、概して前記電気回路基板（５１）の前記高温度区域（５１．１）の全域にわたって延在し、前記補償要素（５３．２）は、少なくとも１つの脚部を備え、前記脚部は、前記電気回路基板（５１）の前記高温度区域（５１．１）の少なくとも１つの対応する開口に挿入可能であり、前記脚部は、前記開口への挿入の際に弾性変形又は塑性変形可能であり、前記補償要素（５３．２）は、前記電気回路基板（５１）の前記高温度区域（５１．１）に、前記開口に挿入された前記脚部を介して機械的に取り付けられることを特徴とする、請求項７又は８のいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
  10. 前記補償要素（５３．２）は、前記電気回路基板（５１）の前記高温度区域（５１．１）において、前記電気回路基板（５１）の電気信号導体に材質的接合によって接続されることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
  11. 前記電気回路基板（５１）は、前記センサ組立体（２）に近接する前方領域側にある高温度区域（５１．１）と、前記前方領域側の反対側の後方領域側にある通常温度区域（５１．２）とを備え、前記高温度区域（５１．１）における恒久的使用温度は、２８０℃以下であり、前記通常温度区域（５１．２）における恒久的使用温度は、１２０℃以下であり、前記電気回路基板（５１）の電子部品は、前記通常温度区域（５１．２）にのみ装着されることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
  12. 前記評価ユニット（５）は、補強要素（５２．１、５２．２）を備え、前記補強要素（５２．１、５２．２）は、前記電気回路基板（５１）を包囲し、及び／又は前記補強要素（５２．１、５２．２）は少なくとも２つのシェル（５２．１、５２．２）からなり、前記シェル（５２．１、５２．２）は、形態拘束又は力拘束によって、前記電気回路基板（５１）に対して又は互いに対して、機械的に分離可能に接続可能であることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の圧力センサ（１）。
  13. 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の圧力センサ（１）を製造するためのプロセスであって、センサ組立体（２）が、半製品として形成され、前記センサ組立体（２）は、センサ（２２）と電極構成体（２３）とを備え、電気回路基板（５１）を有する評価ユニット（５）が形成され、前記電極構成体（２３）は、特定の領域において前記電気回路基板（５１）に結合され、前記電極構成体（２３）と前記電気回路基板（５１）との間の材質的接合がなされることを特徴とするプロセス。
  14. 前記センサ（２２）は、圧電センサ（２２）であることを特徴とする、請求項１３に記載のプロセス。
  15. 前記電気回路基板（５１）は、補強要素（５２．１、５２．２）によって取り囲まれ、前記補強要素（５２．１、５２．２）は、窓（５２．４）を備え、前記電荷出力部（２３．２）と前記電気的接続要素（５３）との間の前記材質的接合は、前記窓（５２．４）を通じてなされることを特徴とする、請求項４又は５に従属する請求項１３又は１４に記載のプロセス。
  16. 前記電極構成体（２３）と前記電気回路基板（５１）との間の前記材質的接合がなされた後に、評価ユニット筐体（５０）が、センサ・フランジ（２０．２）に対して移動され、前記評価ユニット筐体（５０）は、特定の領域において前記センサ・フランジ（２０．２）に接続されることを特徴とする、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のプロセス。
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