專利名稱：傳感器裝置的制作方法
本明涉及一種用于測量流體的黏度、密度、濃度等的具有壓電元件的傳感器裝置。
到目前為止，為了測量流體的黏度、密度、濃度等，一直使用一種利用諸如壓電元件的振動器的傳感器裝置。圖20A和圖20B示出了這種類型的傳感器裝置的一個例子，在其中，圖20A是該傳感器裝置的透視圖，而圖20B是沿VI__VI線取的該傳感器裝置的局部放大的剖面圖。傳感器裝置40包括一個帶有一個薄的振動部分14的主體12。在振動部分14的一個表面上固定有一個具有壓電膜22和一對與壓電膜22相接觸設置的電極24a-24b的壓電元件20，而振動部分14的另一表面面對被限定在該主體內部的間隙(被包圍的間隙)16。
此外，與間隙16連通的引入孔18按照這樣一種方式被限定在傳感器裝置40的頂部附近，使得由引入孔18流入間隙16的流體被引向振動部分14。壓電元件20用保護蓋17覆蓋，以便不與該流體直接接觸。
在這樣構成的傳感器裝置40中，允許待測量的流體由引入孔18流入間隙16，以便與振動部分14接觸。在這種情況下，將一個電壓加到壓電膜22上，使振動部分14振動，這樣做的結果使得在流體黏度大的時候振動部分14的振幅變小，而在流體黏度小的時候振動部分14的振幅變大，借此可以通過檢測相應于該振幅的電流來測量該流體的黏度。此外，在該流體的黏度與該流體的濃度或該流體中的成分的密度相關聯(lián)時，還可以測量流體的濃度和密度。
作為上述傳感器裝置的一種應用，該傳感器裝置被安裝在鉛蓄電池中用于測量電解質的濃度變化。換句話說，因為在鉛蓄電池中將硫酸水溶液用做電解液，并且硫酸水溶液的黏度與其密度有關，所以可以利用以上傳感器裝置檢測其密度。此外，由于電解液的密度隨蓄電池的充電和放電而變化，所以可以通過測量其密度的變化反映蓄電池的充電和放電狀態(tài)。
圖21示出上述傳感器裝置40被安裝在鉛蓄電池中的一種情況。多孔板(隔離器)34被置于蓄電池的一對電極32a和32b之間，而傳感器裝置40被嵌入多孔板34中。處于這種狀態(tài)的傳感器裝置40被置于蓄電池箱之中，按照這樣一種方式將電解液注入其中，使得電解液可以滲透到多孔板34中，以便在電極32a和32b之間充分供給電解液，并且由多孔板34滲透出的電解液進入引入孔18，流入間隙16，而后被引向振動部分14。
此外，為了使電解液如上所述那樣流入間隙16，必須同時將存在于間隙16之中的空氣排到外面，也就是說，利用流入的電解液取代空氣。然而，在常規(guī)的傳感器裝置40中，當傳感器裝置40如附圖所示那樣被安裝在蓄電池中的時候，與間隙16連通的引入孔18的開口端處于與多孔板34接觸的狀態(tài)。這使得難于排出間隙16之中的空氣，并且電解液進入引入孔18是無規(guī)律的。結果，出現(xiàn)了難于用電解液取代間隙16之中的空氣這樣的問題。
提出本發(fā)明正是針對已有技術的以上問題，因此，本發(fā)明的任務是提供一種能很容易地用待測流體在間隙中取代空氣的傳感器裝置。
為了解決以上問題，根據(jù)本發(fā)明提供了一種傳感器裝置，該裝置包括一個帶有一振動部分的主體；一個固定在所屬振動部分的一個表面上并具有一個壓電膜和一對與所述壓電膜接觸的電極的壓電元件；一使流體可以通向所述振動部分的另一表面的間隙；以及與所述間隙連通的引入孔；其中，所述傳感器裝置呈長型，并且由設置在所述傳感器裝置的表面上、以便基本連續(xù)地由所述的引入孔的周邊一直延伸到所述傳感器裝置的后端部分(在遠離所述引入孔一側的端部)的隆起部分在該傳感裝置的表面上形成一個在其范圍內包含了至少一個處在傳感器裝置的表面?zhèn)?流體流入側)上的引入孔的開口端并延伸至該傳感器裝置的后端部分的凹槽。
此外，根據(jù)本發(fā)明提供了一種傳感器裝置，該裝置包括一個帶有一振動部分的主體；一個固定在所述振動部分的一個表面上、并具有一個壓電膜和一對與所述壓電膜接觸的電極的壓電元件；一使流體可以通向所述振動部分的另一表面的間隙；以及若干個與所述間隙連通的引入孔；在其中，所述傳感器裝置呈長型，并且提供了多個引入孔，由設置在所述傳感器裝置的表面上的一隆起部分形成的在其范圍內至少包含若干處在該傳感器裝置的表面?zhèn)壬系囊徊糠忠肟椎拈_口端并連續(xù)延伸直到該傳感器裝置的后端部分的第一凹槽和在其范圍內至少包含若干處在該傳感器裝置的表面?zhèn)壬系牧硗庖恍┮肟椎拈_口端的第二凹槽，按照這樣一種方式用一個罩構件覆蓋該隆起部分，使得由所述隆起部分、所述罩構件和所述第一凹槽形成只在該傳感器裝置的后端部分(處在離開引入孔的一側的一端部分)的一側開口的圓筒間隙，并且所述第一凹槽和所述第二凹槽彼此隔絕。
此外，根據(jù)本發(fā)明還提供了一種傳感器裝置，該裝置包括一個帶有一振動部分的主體；一個固定在所述振動部分的一個表面上并具有一個壓電膜和一對與所述壓電膜接觸的電極的壓電元件；一個被限定在所述主體之內并允許流體通向所述振動部分的另一表面的間隙以及若干與所述間隙連通的引入孔；在其中，所述傳感器裝置成長形，所述間隙形成一個圓筒形間隙并具有一個在所述圓筒形間隙的一個端部開口的排氣孔。
從以下結合附圖所做的說明可以使本發(fā)明以上的和其他的任務和特點變得更加清楚。
在這些圖中，

圖1A和圖1B是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖1A是該傳感器裝置的透視圖，而圖1B是該傳感器裝置沿圖1A的I-I線所取的局部放大了的橫剖視圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的傳感器裝置的透視圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傳感器裝置的透視圖；圖4A和圖4B是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖4A是該傳感器裝置的透視圖，而圖4B是該傳感器裝置沿圖4A的II-II線所取的局部放大了的橫剖視圖；圖5是顯根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的局部放大了的橫剖視圖；圖6A和圖6B是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖6A是該傳感器裝置的透視圖，而圖6B是該傳感器裝置沿圖6A的III-III線所取的局部放大了的橫剖視圖；圖7A和圖7B是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖7A是該傳感器裝置的透視圖，而圖7B是該傳感器裝置沿圖7A的IV-IV線所取的局部放大了的橫剖視圖；圖8A和圖8B是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖8A是該傳感器裝置的透視圖，而圖8B是該傳感器裝置沿圖8A的V-V線所取的局部放大了的橫剖視圖；圖9是顯示本發(fā)明的傳感器裝置裝在電池中的狀態(tài)的橫剖視圖；圖10是顯示本發(fā)明的傳感器裝置裝在電池中的狀態(tài)的橫剖視圖；圖11A至圖11C是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖11A是該傳感器裝置的平面圖，圖11B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，而圖11C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖；圖12A至圖12C是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖12A是該傳感器裝置的平面圖，圖12B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，而圖12C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖；圖13A至圖13C是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖13A是該傳感器裝置的平面圖，圖13B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，而圖13C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖；圖14A至圖14C是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖14A是該傳感器裝置的平面圖，圖14B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，而圖14C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖；圖15A至圖15C是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖15A是該傳感器裝置的平面圖，圖15B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，而圖15C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖；圖16A至圖16D是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖16A是該傳感器裝置的平面圖，圖16B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，圖16C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖，而圖16D是該傳感器裝置沿A′-A′線所取的橫剖視圖；圖17A至圖17C是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖17A是該傳感器裝置的平面圖，圖17B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，而圖17C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖；圖18A至圖18C是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖18A是該傳感器裝置的平面圖，圖18B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，而圖18C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖；圖19A至圖19C是顯示根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的傳感器裝置的示意圖，在其中，圖19A是該傳感器裝置的平面圖，圖19B是該傳感器裝置沿B-B線所取的橫剖視圖，而圖19C是該傳感器裝置沿A-A線所取的橫剖視圖；圖20A至圖20B是顯示根據(jù)常規(guī)的傳感器裝置的一個例子的示意圖，在其中，圖20A是該傳感器裝置的透視圖，而圖20B是該傳感器裝置沿VI-VI線所取的局部放大了的橫剖視圖；以及圖21是顯示常規(guī)的傳感器裝置裝在電池中的狀態(tài)的橫剖視圖。
現(xiàn)在，我們將參考附圖更詳細地說明本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例。
圖1A和圖1B示出了一個這種類型的傳感器裝置的例子，在其中，圖1A是該傳感器裝置的透視圖，而圖1B是該傳感器裝置沿圖1A的I-I線所取的局部放大了的橫剖視圖。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置10就其基本結構而言包括一個帶有一個振動部分14的主體12；一個固定在該振動部分14的一個表面上并具有一個壓電膜22和一對與所述壓電膜22接觸的電極24A和24B的壓電元件20，一使流體可以通向所述振動部分14的另一表面的間隙16；以及若干與間隙16連通的引入孔18，如在上述常規(guī)的傳感器裝置中那樣。
除去以上基本結構之外，根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置包括一個限定在傳感器裝置10的表面上的突起部分13作為其特征結構。隆起部分13基本上連續(xù)地由引入孔的周邊延伸到該傳感器裝置的后端部分10′(處在遠離引入孔18的一側的端部)并分布以形成凹槽15。在其凹槽形成區(qū)之中該傳感器裝置的表面?zhèn)?流體流入側)凹槽15至少包含有若干引入孔18的開口端并連續(xù)地形成該傳感器裝置的后端部分10′。
圖9示出了一個上述傳感器裝置10被安裝在一個鉛蓄電池中的狀態(tài)。傳感器裝置10是按照這樣一種方式設計的，使得至少形成引入孔的頂部被嵌入于插在電池的電極32A和32B之間的多孔板34中。在這種情況下，其中滲入作為待測電解液的流體的多孔板34與隆起部分13接觸但是不與處在凹槽15的形成區(qū)中的該傳感器裝置的表面?zhèn)壬弦肟?8的開口端接觸。此外，隆起部分13允許在凹槽15和多孔板34之間限定一個圓筒狀間隙，以便由引入孔18的開口端向該傳感器裝置的后端10′延伸。
圓筒狀間隙允許由多空板34透過的電解液保存在其中，以便調節(jié)電解液向引入孔18的進入量，并起排氣管作用。換句話講，間隙16中的氣體在電解液流入間隙16時由引入孔18被排放到上述圓筒狀間隙中，這樣就很容易地用電解液取代間隙16中的氣體。
在本發(fā)明中，限定在傳感器裝置的表面上的隆起部分13的高度等于或大于0.1mm是可取的，更為可取是等于或大于0.3mm。由隆起部分13形成的凹槽15的寬度等于或大于0.1mm是可取的，更為可取是等于或大于0.5mm。應該注意到，隆起部分13的高度h和寬度w相對于傳感器裝置10的縱向分別可能不是恒定不變的。就傳感器的響應而言，傳感器裝置的頂部(引入孔18的周邊)的隆起部分的高度最好較高。另一方面，電解液引入引入孔18最好較少。
圖2示出一個根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的凹槽15的寬度可變的傳感器裝置。圖3示出一個根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的帶有被隆起部分13分叉的凹槽15的傳感器裝置。如果要從間隙16中排除氣體，那么最好增加圓筒狀間隙的橫截面。然而，如果凹槽的寬度過寬，那么，多孔板就被插入凹槽15，結果反而使得圓筒狀間隙的橫截面積減少。如圖3所示，如果凹槽15被分叉，那么就使分叉部分各自的寬度變窄，以便防止多孔板被插入凹槽15中。此外，還可以增加在相應的分叉部分中的圓筒狀間隙的總的橫截面積。
如圖9所示，在本發(fā)明的傳感器裝置10被裝在電池中的情況下，最好按照如下一種方式不將傳感器裝置10完全嵌入多孔板34中，即將其后端部分(在遠離引入孔18的一側的端部)10′定位于沒有電解液的間隙部分中。由于凹槽15連續(xù)形成直至傳感器裝置的后端部分10′，所以傳感器裝置10的后端部分10’′就被置于沒有電解液的間隙中，于是可以形成一個連續(xù)的從間隙16延伸到?jīng)]有電解液的間隙的通道。結果，間隙16中的氣體容易排出。
此外，如圖10所示，傳感器裝置10可以在它的一個表面與電池的電極接觸的狀態(tài)下安裝在電池中。在這個例子中，處在設置有隆起部分13的一側的傳感器裝置10的表面與電極32A接觸，而在這種情況下，圓筒狀間隙是由電極32A的內表面、隆起部分13和凹槽15構成的。應該注意到，與圖10所示例子相反，傳感器裝置10可以在它的處于處在未形成隆起部分13的一側的表面與該電極接觸的狀態(tài)下安裝在電池中，但是，在隆起部分13的高度保持不變的情況下，該傳感器裝置最好按照這樣一種方式來設置，使得隆起部分13與上述電極接觸。這是因為間隙部分得到了充分的保證。
此外，在本發(fā)明中，如圖4A的透視圖和圖4B的局部放大了的沿圖4A的II-II線所取的橫剖面圖所示，用一個罩構件19覆蓋隆起部分13，使得由隆起部分13、罩構件19和凹槽15形成圓筒狀間隙。例如，由于采用了上述結構，當傳感器裝置安裝在電池中時就可以防止多孔板被插入凹槽中阻斷該間隙，于是就保證了氣體排放間隙，并提高了傳感器裝置的安裝自由度。
應該注意到，傳感器裝置10的頂部在位置上并不總需要與罩構件19的頂部一致，如圖5所示，傳感器裝置10和罩構件19兩者的頂部在位置上可以偏離。然而，從該裝置的下表面看去至少引入孔18的一部分最好用罩構件19覆蓋。而且，有罩構件19和主體12形成的頂部的開口并不總限于圖中所示頂部，也可以設置在頂部的側面，并且更為可取是把開口限定在排列有多個引入孔的方向上。此外，最好使開口部分的厚度小于用于引入待測流體的引入孔的厚度。
進一步講，罩構件19的厚度不必總是均勻的。例如，如圖6A的透視圖和圖6B沿圖6A的III-III線所取的局部放大了的橫剖面圖所示，可以使處在傳感器裝置的頂部側的罩構件19的厚度減薄。在這種情況下，當改變在傳感器裝置的頂部形成的圓筒狀間隙的長度時容易加工。
更進一步講，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有圖7A的透視圖和沿圖7A的VI-VI線所取的圖7B橫剖面圖所示的結構的傳感器裝置作為一種可以確定地和容易地在間隙中用電解液取代氣體的傳感器裝置。與以上傳感器裝置類似，這個傳感器裝置具有處在傳感器裝置的表面上的隆起部分13以便形成凹槽。然而，這個傳感器裝置具有由第一凹槽15a和第二凹槽15b構成的兩個不連續(xù)的凹槽。
此外，傳感器裝置10包括多個引入孔，而第一凹槽15a包含作為引入孔18在凹槽15a的區(qū)域內在傳感器裝置的表面?zhèn)鹊牟糠值囊肟?8a的開口端并且連續(xù)地延伸直到該傳感器裝置的后端部分(遠離引入孔一側的端部)10′。另一方面，形成第二凹槽15b以便容納至少作為其他的引入孔在凹槽15b的區(qū)域內在傳感器裝置的表面?zhèn)鹊牟糠值囊肟椎拈_口端。
用罩構件19覆蓋隆起部分13并由隆起部分13、罩構件19和第一凹槽15a形成圓筒狀間隙。該圓筒狀間隙只在傳感器裝置的后端部分10′一側是開口的。第一凹槽15a和第二凹槽15b不是連續(xù)形成的，并且被隆起部分13和罩構件19相互隔開。
將這樣構成的傳感器裝置10按照這樣一種方式安裝到電池中，使導其后端部分10′位于沒有電解液的間隙中，而后將電解液注入其中。結果，由多孔板滲透過來的電解液存留在第二凹槽15b中并進入引入孔18b中，使電解液流入間隙16。然而，電解液并沒有進入由隆起部分13、罩構件19和第一凹槽15所構成的圓筒狀間隙。這樣由于引入孔18a沒有被電解液阻塞，所以間隙16中的氣體在電解液從引入孔18b流入間隙16時肯定會通過引入孔18a被排入圓筒狀間隙。
換句話講，在這個例子的傳感器裝置中，該多個引入孔被劃分為用于將電解液引入間隙16的引入孔18b和用于排放間隙16中的氣體的引入孔18a，使得它們的作用被劃分開。結果，用電解液排出間隙中的氣體無疑更容易進行。
圖8A和圖8B是表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的傳感器裝置的透視圖和表示沿圖8A的V-V線所取的傳感器裝置的局部放大的剖視圖。在這些圖中，對于第一凹槽15a和第二凹槽15b沿傳感器裝置10的縱向排列，相應的凹槽形成區(qū)是按照這樣一種方式構成，該方式使得處在傳感器裝置表面?zhèn)鹊囊肟?8a和18b的開口端分別被一個接一個地設置在它們的凹槽形成區(qū)。
而后，在本發(fā)明中，如圖11至16所示，可以形成具有如下結構的傳感器裝置，該結構在其中有一個間隙形成一個圓筒狀間隙并具有一個在它的一個端部開口的排氣部分。
在具有這種結構的傳感器裝置10中，在主體12之中形成的間隙16形成一個圓筒狀間隙，并設置了一個在間隙16(圓筒狀間隙)的一個端部開口的排氣孔26。應該注意，參考數(shù)字28表示將流體引入間隙16的排氣孔26。圖11A、12A、13A、14A和15A分別是顯示不同傳感器裝置的平面圖；圖11B、12B、13B、14B和15B分別是顯示沿B-B線所取的傳感器裝置的橫剖面圖；而圖11C、12C、13C、14C和15C分別是顯示沿A-A線所取的傳感器裝置的橫剖面圖。圖16A是顯示另一個傳感器裝置的平面圖，圖16B是顯示沿B--B線所取的傳感器裝置的橫剖面圖，圖16C是沿A-A線所取的顯示傳感器裝置的橫剖面圖，而圖16D是沿A′-A′線所取的顯示傳感器裝置的橫剖面圖。
那些傳感器裝置10按照這樣一種方式被安裝在鉛蓄電池中，這種方式使得其后端部分10′的位置處在沒有電解液的一個間隙中，而后注入電解液。結果，電解液從引入孔28流出，間隙16之中的氣體在間隙16的圓筒狀間隙中上升，而后在電解液流入間隙16時從開口在圓筒狀間隙的上端部分的排氣孔26被排出。
圖11A至圖11C示出傳感器裝置的一種基本結構，在這種結構中一間隙形成一圓筒狀間隙，這是間隙16形成簡單的圓筒狀間隙的一個例子。在圖12A至圖12C中所示傳感器裝置是拉細部分在部件27對應于壓電元件20和其他部分29和29′的邊界上被制作成間隙16的一個例子。在圖13A至圖13C和圖14A至圖14C中所示的傳感器裝置分別示出了若干經(jīng)過改進的圖12A至圖12C的例子。圖13A至圖13C示出了一個例子，在這個例子中，除去相應于壓電元件20的部分之外間隙16的部分29和29′的橫截面面積同相應于壓電元件20的部件27的橫截面面積相比被放大了，圖14A至圖14C示出了一個例子，在這個例子中，與連通孔28連通的間隙16的部分29′橫截面面積被放大了，而與排氣孔26連通的間隙16的部分29的橫截面面積被縮小了。
在圖15A至15C中所示的傳感器裝置示出一個例子，在這個例子中，與間隙16連通的引入孔28不是限定在圓筒狀間隙的下端部分，而是在其下端部分的側面。在圖16A至16D中所示的傳感器裝置示出一個例子，在這個例子中，拉細部分36的橫截面面積比在圖12中更為縮小。
在相應于壓電元件20和其他部分29，29′的部件27的邊界上設置拉細部分36使得外部環(huán)境(例如振動)的變化難以對部分27之中的流體產(chǎn)生不利的影響，從而可以更可靠的地保持傳感器的功能。
根據(jù)圖11A至16D所示的傳感器裝置，由于它們具有間隙形成圓筒狀間隙的結構，所以它們具有這樣的優(yōu)點，即其制造工藝比圖1A至圖8B中所示的設置隆起部分的結構或設置隆起部分和罩構件的結構要簡單。此外，由于由引入孔28通過間隙16延伸到排氣孔26的流體的流動通道是直的，所以間隙16中的氣體更容易被排出。
更進一步講，圖11A至圖16D所示的傳感器裝置比圖1A至圖8B所示的傳感器裝置更有利于控制流體通過流動通道的阻力。換句話講，在圖1A至圖8B中所述的傳感器裝置中，在利用引入孔18的直徑和形成引入孔18的構件的厚度控制流體通過流動通道的阻力的情況下，為了測量低粘度的流體，需要減小引入孔18的直徑和增加該構件的厚度。然而，又出現(xiàn)了這樣一些問題，即從加工精度的觀點看來，減小引入孔18的尺寸受到限制，并且也不能減小傳感器裝置的厚度。
另一方面，在圖11A至圖16D所示的傳感器裝置中，由于調節(jié)流體通過的阻力的間隙是在主體12中形成的圓筒狀間隙，所以根據(jù)待測流體的特性(例如黏度)通過調節(jié)間隙16的橫截面積和長度可以很容易地控制流體通過流動通道的阻力，尤其是即使在間隙16被加長流體通過流動通道的阻力增加的情況下，也可以減小傳感器裝置的厚度。
圖17A至19C分別示出了若干四層結構的例子作為構成具有形成于其內部的間隙16的主體12的層狀結構，該結構比圖11A至圖16D所示的傳感器裝置加厚一層。應該注意，圖17A、18A和19A分別示出該傳感器裝置的若干平面圖，圖17B、18B和19B分別示出了若干沿圖17A、18A和19A的B-B線所取的橫剖面圖，圖17C、18C和19C分別示出了若干沿A-A線所取的橫剖面圖。
圖11A至圖16D所示的傳感器裝置作為構成主體12的層狀結構通常具有一種三層的結構，該結構包括由形成振動部分(它的一部分被設置用于固定壓電元件20)14的薄板層構成的第一層42，具有在該疊層燒結后形成間隙16的窗口的第二層44和用于保護該窗口的第三層46。在這種情況下，具有窗口的第二層44形成在由薄板層構成的第一層42上，而第二層44和第三層46是由強度弱的的第一層42保持的。因此，在圖17A至19C所示的傳感器裝置中，僅在相應于壓電元件20的部分27上具有一窗口(該窗口在疊層被燒結后形成間隙16)的第二層50被置于形成薄板層的第一層42上，而后具有與間隙16連通的窗口(該窗口上在疊層被燒結后形成一圓筒狀間隙)第三層52被疊置在第二層50上，再其后用于保護形成圓筒狀間隙的窗口的第四層54被疊置在第三層52上。由于采用了以上結構，起支撐層作用的第二層50被設置在除相應于壓電元件20的部分27之外的由薄板層構成的第一層42上，結果，得到從整體上在強度和使用期限方面取得改進的傳感器裝置。
圖17A至圖17C中所示的傳感器裝置示出了一個例子，在該例子中，只有窗口和與間隙16連通的一部分在具有與間隙16連通的窗口的第三層52中是占有空間的。圖18A至圖18C中所示的傳感器裝置示出了一個例子，在該例子中，窗口和相應于壓電元件20的一部分是占有空間的，并且在具有與間隙16連通的窗口的第三層52中在該窗口和相應于壓電元件20之間提供了一細長的連通間隙。此外，圖19A至圖19C中所示的傳感器裝置示出了一個例子，在該例子中，只有與間隙16連通的一部分在具有與間隙16連通的窗口的第三部分52中是占有空間的，相應于壓電元件20的一部分未加防護，而一個延伸到間隙16的引入孔28形成在保護窗口的第四層54中。
應該注意，相應于壓電元件20的那部分最好設置在相對低的位置。換句話講，將壓電元件部分置于傳感器裝置中相對低的位置上具有下述優(yōu)點。在傳感器裝置被安裝在電池中的情況下，電解液的量少，壓電元件部分可以充入這些電解液。即使電解液被抽出，壓電元件部分仍然最后變空，這樣使得電解液難以流失。在比壓電元件部分更靠上的一部分所引起的電解液對形成圓筒狀間隙的壁表面的吸附起到一種抵抗吸出力的作用，從而使電解液難以流失。
以上說明是根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置被安裝在鉛蓄電池中的例子作出的。然而，本發(fā)明的傳感器裝置并不限于這樣的應用，而且還可以用于該傳感器裝置被安裝在其他種電池中的場合，或不安裝在電池中的場合。不用說待測流體也不限于電解質。也就是說，本發(fā)明的傳感器裝置可用于測量各種不同流體(例如，以酸—堿溶劑，各種水溶液，使用有機試劑的溶劑或有機溶劑等等)的各種不同的流體特性。
接下去，將更詳細地說明在本發(fā)明的傳感器裝置中的相應的部件的結構。
在本發(fā)明中，間隙16被限定在主體12上，結果使振動部分14變薄，與間隙16連通的引入孔18也被限定在主體12上。間隙16的形狀不作具體限定。
振動部分14最好呈板狀，因為板狀適合與于振動。在這種情況下，板的厚度設定在1至100μm是可取的，更可取的是3至50μm，最為可取的是5至20μm。當板的厚度超過100μm時，敏感度變差，當厚度小于1μm時，機械強度變差。
壓電元件20被固定在振動部分14的一個表面(與朝向間隙16的表面相反的一面)上。壓電元件20包括壓電膜22和一對與壓電膜22接觸的電極24a、24b。當通過這對電極把電壓加在壓電膜22上時，就產(chǎn)生介電極化，結果壓電元件20在壓電膜22和振動部分14的寬度方向上與振動部分14一起發(fā)生變形振動。
壓電膜22的厚度設定為1至100μm是可取的，更可取的是5至50μm，而最為可取的是5至30μm。當壓電膜22的厚度超過100μm時，敏感度變差，而當其小于1μm時，可靠性難以得到保證。
壓電膜22可以是致密的或多孔的，當它是多孔的時，其空隙度最好設定為等于或小于40％。此外，壓電膜22可以由一層構成，或由包括兩層或更多層的疊層結構構成。當它是由包括兩層或更多層的疊層結構構成時，相應的這些層可以是橫向設置或垂直設置。大機電極24a和24b的厚度要根據(jù)它的用途適當設定，但最好設定為0.1至50μm。
壓電元件20通常用保護蓋17覆蓋。在測量強酸(例如硫酸)或強堿(例如氫氧化鈉水溶液)的流體的情況下，保護蓋17可以使壓電元件20與那些流體隔離開。
在根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置中，將電壓加到壓電元件上使壓電元件和振動部分振動，借此使與振動部分接觸的流體振動。而后，壓電元件的壓電膜將振動變換為電信號，并在其后通過與壓電膜接觸安裝的電極輸出這些電信號。例如，在與流體接觸時將電壓加到壓電元件20上使壓電元件20和振動部分14振動。
而后，檢測通過壓電元件20的電極24a和24b的檢測電流，從而得到有關壓電元件20的阻抗、相位、電阻、電抗、導納、電導、電納、電感、電容、介電損失等等值以及與這些值相關的頻率(共振頻率)值有關的信息。因為這些信息與流體特性(例如黏度)有關，所以可以檢測流體的這些特性。
在本發(fā)明中，具有振動部分14的主體12最好是用陶瓷制作的。例如，可以使用穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、富鋁紅柱石、氮化鋁、氧化硅、玻璃、或其他類似材料作為主體12的材料。穩(wěn)定的氧化鋯是最為可取的，因為盡管振動部分薄，但是其機械強度高，剛度高，與壓電膜和電極幾乎不發(fā)生化學反應，等等。
對構成降起部分13、保護蓋17和罩構件19的相應的材料不做具體限制，例如，它們可以與主體12的材料相同。主體12、隆起部分13、保護蓋17、和罩構件19可以按照這樣一種方法作成一體，該方法使得相應的構件彼此組裝在一起并在模制后將它們燒結。另外，還可以用玻璃、有機黏合劑或其他類似材料將相應的構件或這些構件的部件彼此粘接在一起。
壓電膜22用壓電陶瓷制造是恰當?shù)?，但是也可以用電致伸縮陶瓷或鐵電陶瓷來制造。制造壓電膜22的材料可能需要進行極化處理，也可能不需要進行極化處理。
例如，用做壓電膜的陶瓷可以含有以下成分鋯酸鉛、鉛鎂鈮酸(leadmagnesium niobic acid)、鉛鎳鈮酸(lead nickel niobic acid)、鉛鋅鈮酸(lead zine niobic acid)、鉛錳鎳銅合金鈮酸(lead manganinniobic acid)、鉛銻錫酸(lead antimonic stannic acid)、鉛鈦酸(lead titanium acid)、鉛錳鎢酸(lead manganic tungsten acid)、鉛鈷鈮酸(lead cobalt niobic acid)、鈦酸鋇或其他類似材料，或含有上述材料的任意的組合物成分的材料。
此外，壓電膜還可以是適當加入以下成分的上述陶瓷，這些成分包括鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳或類似元素的氧化物，或是以上材料的任意組合，或是其他成分。例如，除去含有鑭或鍶的陶瓷之外，還使用主要含有包括鉛鎂鈮酸，鋯酸鉛，鉛鈦酸的成分的陶瓷。
電極24a最好在室溫下為固體并且是用導電金屬制造的。例如，可以使用單質金屬或含有以下金屬的合金，這些金屬包括鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、镥、銠、銀、錫、鉭、鎢、銥、鉑、金、鉛或其他類似金屬元素。
電極24b最好是用含有高熔點的金屬(例如鉑、镥、銠、鈀、銥、鈦、鉻、鉬、鉭、鎢、鎳、鈷或其也金屬元素)的合金制成。這是因為在對壓電膜進行熱處理的時候電極24b被暴露在高溫下，因此，它最好是用能耐高溫氧化環(huán)境的金屬制成。此外，它還可以用含有那些高熔點金屬的水泥和陶瓷(例如氧化鋁，氧化鋯)，氧化硅或玻璃制成。
以下將說明制造本發(fā)明的傳感器裝置主體的方法。
通過利用熱壓粘結或類似的工藝，然后燒結疊層的方式將原材料板或原材料帶的模制層疊合，可以使主體一體化。例如，在圖1A和圖1B所示的主體12中，將三層原材料板或原材料帶疊合并且在那些層被疊合之前在第二層上確定一個形成間隙16的預定形狀的通孔。
所述模制層是通過利用模具加壓模制、澆鑄模制、注射模制或類似工藝制成的，而后，可以通過機械加工(例如切削加工、磨削加工、激光加工、沖模沖壓(punchinh die press machining)或其他加工工藝在模制層上形成間隙或其他結構。這些模制層厚度可能彼此不同，但是，相應層的厚度最好設定得使由于燒結而產(chǎn)生的收縮程度相同。
關于在振動部分14上形成壓電元件20的方法，有這樣一種方法，該方法包括通過使用模具的加壓模塑法或使用原始漿料的加壓模塑法模制壓電體，通過熱壓粘結將尚未燒結的壓電體疊置在尚未燒結的基底的振動部分上，以及將疊放好的中間產(chǎn)物同時燒結，以形成基底和壓電體。在這種情況下，必須預先通過將在下面說明的一種成膜方法在基底或壓電體上形成電極。
要根據(jù)形成壓電膜的材料適當確定壓電膜的燒結溫度，但是，該溫度通常為800至1400℃，最好為1000至1400℃。在這種情況下，為控制壓電膜的組成，壓電膜最好是在存在壓電材料的蒸汽源的條件下燒結。
另一方面，按照該成膜方法，電極24b、壓電膜22和電極24a按照所說的這種順序疊置在振動部分14上，形成了壓電元件20。被適當采用的有一種已知的成膜方法，例如，厚膜法(例如網(wǎng)板印刷法)，涂敷法(例如浸漬法、離子束法、濺射法、蒸汽沉積法、離子鍍法、化學蒸汽沉積法(CVD))、薄膜法(例如電鍍法)或類似方法。然而，本發(fā)明的成膜法并不限于這些方法。在這些方法中，最為可取的是網(wǎng)板印刷法，因為這種方法使得可以穩(wěn)定地制造這種膜。
如果壓電膜是通過以上所述的方法形成，那么壓電元件和振動部分可以相互整體粘結，而不必使用黏合劑，因此，可靠性和再現(xiàn)性極為良好，并有利于進一步整體化。結果，上述方法極為可取。此外，這種膜的形狀是按照適當?shù)膱D案形成的。這種圖案是利用網(wǎng)板印刷法、照相平板印刷法或其他類似的方法形成的。另外，不必要的部分利用機械加工方法(例如激光加工法、或超聲波加工法)除去，使壓電膜形成一定圖形。
如上所述那樣在基底上形成的相應的膜(22、24a和24b)在每一次每個膜形成的時候都要進行熱處理使得相應的膜與基底形成一體。另外，這些膜在它們形成以后還要一齊進行熱處理，結果，這些相應的膜被粘結在基底上形成一體。應該注意，在利用薄膜法形成電極的情況下，為了使這些電極一體化并不總需要熱處理。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在待測流體與振動部分接觸的間隙中，該間隙中的氣體易于被待測流體取代，借此可以很容易地在該間隙之內引入待測流體。
為了舉例說明和描述本發(fā)明，前面業(yè)已對本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例進行了說明。在這里并不打算做到毫無遺漏或者將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，根據(jù)以上教導可以作出各種改進和變化，這些改進和變化也可以從本發(fā)明的實踐中獲得。選擇和說明這個實施例的目的是為了解釋本發(fā)明的原理和它的實際應用，使本領域專業(yè)技術人員能按照各種實施例和借助于適合預期的具體的應用的各種改進來利用本發(fā)明。意圖是由本說明書所附的權利要求書及其等同物來限定本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種傳感器裝置，該裝置包括一個帶有一振動部分的主體；一個固定在所述振動部分的一個表面上并具有一個壓電膜和一對與所述壓電膜接觸的電極的壓電元件；一個使流體可以通向所述振動部分的另一表面的間隙；以及一些與所述間隙連通的引入孔；其中，所述傳感器裝置呈長型，并且由設置在所述傳感器裝置的表面上、以便基本連續(xù)地由所述的引入孔的周邊延伸到所述傳感器裝置的后端部分的隆起部分在所述傳感器裝置的表面上形成一個在其范圍內包含了至少一個處在該傳感器裝置的表面?zhèn)壬系囊肟椎拈_口端并延伸至傳感器裝置后端部分的凹槽。
2.根據(jù)權利要求1所述的傳感器裝置，其特征在于所述的隆起部分被一個罩構件覆蓋，由所述的隆起部分、所述的罩構件和所述的凹槽構成一個圓筒狀間隙。
3.一種傳感器裝置，該裝置包括一個帶有一振動部分的主體；一個固定在所述振動部分的一個表面上并具有一個壓電膜和一對與所述壓電膜接觸的電極的壓電元件；一個使流體可以通向所述振動部分的另一表面的間隙；以及一些與所述間隙連通的引入孔；在其中，所述傳感器裝置呈長型，并且提供了多個引入孔，由設置在所述傳感器裝置的表面上的一隆起部分形成在其范圍內至少包含若干處在該傳感器裝置的表面?zhèn)壬系囊徊糠忠肟椎拈_口端并連續(xù)延伸直到該傳感器裝置的后端部分的第一凹槽和在其范圍內至少包含若干處在該傳感器裝置的表面?zhèn)壬系牧硗庖恍┮肟椎牡拈_口端的第二凹槽，按照這樣一種方式用一個罩構件覆蓋該隆起部分，使得由所述隆起部分、所述罩構件和所述第一凹槽形成只在該傳感器裝置的后端部分的一側開口的圓筒間隙，并且所述第一凹槽和所述第二凹槽彼此隔絕。
4.一種傳感器裝置，該裝置包括一個帶有一振動部分的主體；一個固定在所述振動部分的一個表面上并具有一個壓電膜和一對與所述壓電膜接觸的電極的壓電元件；一個使流體可以通向所述振動部分的另一表面的間隙；以及一些與所述間隙連通的引入孔；在其中，所述傳感器裝置呈長型，所述間隙形成一個圓筒形間隙并具有一個開在所述圓筒形間隙的一個端部的排氣孔。
5.根據(jù)權利要求4所述的傳感器裝置，其特征在于所述的間隙具有若干形成在相應于所述的壓電元件的一部分和另外一些部分的邊界上的拉細部分。
全文摘要
傳感器裝置10,包括帶振動部分14的主體12、固定在振動部分一表面上并有壓電膜22和一對與壓電膜接觸的電極24A和24B的壓電元件20、使流體可通向振動部分另一表面的間隙16、和與該間隙連通的引入孔18。傳感器裝置呈長型,由設在該裝置表面上、以便基本連續(xù)地由引入孔周邊延伸到該裝置后端部分10’的隆起部分13形成一個在其范圍內包含了至少一個處在裝置表面?zhèn)壬系囊肟组_口端并延伸至該裝置后端部分的凹槽15。
文檔編號G01N11/16GK1173642SQ9711492
公開日1998年2月18日 申請日期1997年5月22日 優(yōu)先權日1996年5月22日
發(fā)明者滑川政彥, 柴田和義, 武內幸久 申請人:日本礙子株式會社