[0001] 本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的、用于安装在传感器上的保护装置。

[0002] 传感器确定物理参量，并提供在理想条件下与该物理参量相对应的传感器信号。为此目的，在传感器中布置有对物理参量具有敏感性的传感元件。传感元件通常是由传感器`的保护层(例如膜)来保护，以免受到某些外部影响，例如灰尘和/或液体和/或气体和/或电磁辐射。这种表达和/或被理解为非排他性的对立。膜通常由金属或金属合金或塑料制成。介质是物理参量的载体并作用在膜上。

[0003] 膜是暴露于外部影响中的。外部影响是指温度、压力等。

[0004] 物理参量例如是压力。如果传感器确定了压力，则气体或液体就是该物理参量的载体并且作用在膜上。然而，压力传感器的传感元件还具有温度相关性，这代表会对传感器信号产生不利影响。

[0005] 导致温度变化的热能不仅仅是通过热传导经由介质进行传递，也不仅仅是借助于热夹带通过对流来传递，而是也可以通过电磁辐射这样的热辐射进行传递。在下文中，术语电磁辐射也用作热辐射的同义词。

[0006] 当在膜附近点燃有火焰时，膜上的电磁辐射会迅速增加。如果火焰熄灭，则膜上的电磁辐射会迅速降低。如果这样入射的电磁辐射被膜部分或完全地吸收，则膜的温度会升高。膜的温度的升高至少部分地传递到传感元件，并由此影响所确定的传感器信号或损坏传感器元件。这种对传感器信号的影响会导致针对物理参量确定错误的值，在此，该物理参量在以后将不再是温度本身。

[0007] 例如膜或传感元件的材料的快速出现的温度变化也被称为热冲击，并且还会出现在其他有介质燃烧的地方，例如在内燃机的压力室中。内燃机包括四冲程发动机和二冲程发动机，例如Wankel发动机、Otto发动机、柴油发动机等。在其他的充斥有压力的空间内也会发生热冲击，例如燃气涡轮机内、喷气发动机内、火箭发动机内、蒸汽涡轮机内和蒸汽机内或者在类似的结构内部。在下文中，将内燃机的压力室和上述的内部充斥有压力的空间统称为压力室。与随时间变化缓慢的、几乎恒定的环境温度不同，热冲击对于安装于压力室中的传感器的传感器信号的影响是无法最小化的，或者只能在校准的框架下不充分地最小化。

[0008] 此外，如果温度超过膜材料的取决于材料的阈值，则膜会由于热冲击而损坏。反复的热冲击也会导致膜老化，并引起与膜老化相关的损坏。

[0009] 由专利文献EP2024710A1已知一种膜保护装置，该膜保护装置被紧固在前部区域中设有膜的传感器的前部区域上，并且该膜保护装置可以承受高达500℃的温度。在一种实施方式中，该膜保护装置具有多个开口、(通道)，带有待测量信息的介质可以穿过这些开口、(通道)。通道的直径被选择为，使火焰不能穿过，这意味该着膜保护装置是防火的。

[0010] 在此不利的是，来自介质侧上的至少一个辐射源的电磁辐射会直接穿过通道作用在膜上，这可能会引起热冲击。这会影响传感器信号并针对该物理参量确定错误的值。根据电磁辐射的强度，电磁辐射可能会导致膜和/或传感器元件的损坏。

[0030] 图1示出了根据一种优选实施方式的保护装置1的截面图，其在安装部4中具有传感器2。为清楚起见，传感器2没有使用剖面线。

[0031] 传感器2是被沿着纵向轴线Z大体上成棒状地构成。传感器2被安装在安装部4中。优选地，将传感器2引入到安装部4中。安装部4限定了应该用于确定物理参量的腔室容积
11。在该腔室容积11中存在介质，该介质是物理参量的载体。在传感器2的面对腔室容积11的端部上，传感器2具有膜3，该膜平行于第一径向轴线X并平行于第二径向轴线Y。纵向轴线Z、第一径向轴线X和第二径向轴线Y形成一正交系统。第一径向轴线和第二径向轴线形成径向平面XY。介质作用在膜3上。

[0032] 在一种实施方式中，腔室容积是内燃机的压力室的腔室容积。

[0033] 在下文中，由第一径向轴线X和第二径向轴线Y扩展而成的径向平面XY将可选地以半径R和极角W来描述。半径R、极角W和纵向轴线Z形成一圆柱坐标系。

[0034] 在一种优选的实施方式中，保护装置1被构造罐状的，其具有盘状的罐底5和中空圆柱状的罐壁6，该中空圆柱状的罐壁6具有纵向轴线Z。罐壁6和罐底5被一件式地构造或者被材料配合地连接。

[0035] 保护装置1可安装在传感器2上。在安装于传感器2上的状态下，保护装置1保护膜3免受至少一个辐射源9的电磁辐射，该辐射源9被布置在腔室容积45中。

[0036] 保护装置1在安装状态下被布置在传感器2上，使得中空圆柱状的罐壁6的内表面与传感器2的外表面相对置，并使膜3面向罐底5的膜侧31。盘形罐底5的另一侧被称为介质侧41。膜3和罐底5在很大程度上平行地定向并且沿着纵向轴线Z间隔开。因此，保护装置1是布置在膜3与腔室容积45之间，并且传感器2的纵向轴线Z对应于中空圆柱状的罐壁6的纵向轴线Z。

[0037] 在一种实施方式中，保护装置1与传感器2是材料配合地连接，例如通过焊接连接。

[0038] 在另一种实施方式中，保护装置1与传感器2是力配合地连接，例如通过螺纹连接或夹紧元件。

[0039] 在另一种实施方式中，保护装置1与传感器2是形状配合地连接，例如通过卡扣连接。

[0040] 膜3、罐底5和罐壁6围成一膜侧的容积，简称为膜容积35。

[0041] 在罐底5中布置有至少一个通道7，在保护装置1已安装在传感器2上的状态下，介质通过该通道从介质侧41的腔室容积45到达膜侧31的膜容积35中。在保护装置1安装在传感器2上的状态下，电磁辐射可以在通道7中传播。

[0042] 根据本发明，保护装置1的罐底5中的通道7被设计为，使得在通道7中传播的、来自腔室容积45中的辐射源9的电磁辐射只有在通道壁71上发生至少一次反射之后才到达膜3。

[0043] 在膜侧31上的位置与介质侧41上的位置之间不存在通过通道7的直线连接。

[0044] 图2示出了保护装置1的优选的第一种实施方式，其中包括沿着纵向轴线Z的截面，并且在极角W恒定的情况下半径为R。罐底5具有至少一个通道7，该通道具有限定的宽度B，该宽度在图3中示出，该通道7在所述截面中具有类似于倾斜了90°的字母v的走向。该v字形走向由所述截面中的轨迹曲线给出，该轨迹曲线代表穿通部在径向平面XY中的中心，该轨迹曲线给出了取决于纵向轴线位置的半径R，该轨迹曲线的半径随着沿纵向方向Z的前进而增大了超过宽度B的程度，直至大致位于罐底5的膜侧31与罐底5的介质侧41之间的中心的点。并且从大致位于罐底5的膜侧31与罐底5的介质侧41之间的中心的点起，轨迹曲线的半径R再次减小了超过宽度B的程度。通过轨迹曲线的这种走向，使得在膜侧31与介质侧41之间不可能通过通道7实现直线连接。从辐射源9直线发出并且部分地在通道7中传播的电磁辐射只有在通道壁71上发生至少一次反射之后才到达膜3。

[0045] 通道7针对每个垂直于纵向轴线Z的平面均以恒定的半径R沿着极角W描述了至少一个圆弧，该圆弧的中心角A小于355°，如图3所示。中心角A是两条从圆(该圆弧是该圆的一部分)的中心点到圆弧末端的两条直线之间的角度。如果在相同的半径R上存在多个通道，则它们的圆弧的中心角A的总和小于355°。剩余的未被通道7的圆弧使用的至少5°的角度用于罐底5的稳定，并防止罐底5被通道7的圆弧分成多个单独的部分。

[0046] 优选地，将多个通道7这样布置在罐底5中：使得这些通道在介质侧41上以不同的半径R开始，沿着纵向轴线Z呈v字形，并且以不同的半径R终止于膜侧31，而不同的通道7的通道壁71彼此不接触。由此，至少在罐底5的膜侧41上或罐底5的介质侧41上获得通道7的净轮廓的和，从而使得通道7的净轮廓的和与膜3的表面积的商至少为0.25。通道7的净轮廓是通道7的面投影到一平面上，例如罐底5的表面投影在介质侧41或膜侧31上的平面。

[0047] 在一种优选的实施方式中，保护装置1优选地由金属或金属合金制成。在一种特别优选的实施方式中，保护装置1由耐受高于500℃的温度的金属或金属合金制成。

[0048] 在另一种实施方式中，保护装置1由陶瓷制成，例如氮化硅。

[0049] 在一种优选的实施方式中，保护装置1优选地通过选择性激光烧结或选择性激光熔化来制成，该方法是基于粉末状材料的局部熔化，例如合金、金属或陶瓷。通过逐层地施加粉末状材料和逐层地选择性熔化，能够实现上述的复杂成形的通道7。

[0050] 本领域技术人员也可以使用其它的制造方法，例如激光金属沉积或直接金属沉积，在此，将金属粉末通过喷嘴有目的性地到达某个位置，并在运输过程中通过激光熔化在该位置上。

[0051] 在一种特别优选的实施方式中，至少一个通道7的通道壁71具有根据DIN EN ISO 4287:2010的、高的算术平均粗糙度值，简称为平均粗糙度，至少为5微米。结果是，入射的电磁辐射不仅被反射，而且还被散射。被反射的电磁辐射的定向比重(即，反射)优选小于
80％。由此，在通道壁71上被反射并因此从介质侧41到达膜侧31的电磁辐射的比重被最小化，并且降低了电磁辐射对膜3的影响。

[0052] 在图4中以截面图示出了保护装置1的另一种优选的实施方式。为了清楚起见，传感器2没有使用剖面线。

[0053] 保护装置1被构造为罐状的，其具有盘状的罐底5和中空圆柱形的罐壁6。盘形的罐底5具有至少两个平行的、叠置的、盘状的罐底部分34、31，它们被材料配合地连接。至少一个罐底部分34在面向另一罐底部分31的一侧，在罐底部分51的表面的外边缘上，沿纵向轴线Z的方向具有接片状的凸出部53，该凸出部被构造为完全围绕该表面的外边缘。该接片状的凸出部53位于相应的另一个罐底部分52上。罐底部分51、52沿着该接片状的凸出部53被材料配合地连接，该材料配合连接在图4和图5中以黑色三角形示出。通过在外边缘上存在接片状的凸出部53，罐底5在罐底部分34、31之间具有一容积，该容积被称为中间容积55。

[0054] 罐壁6和罐底部分51被一件式地形成或者被材料配合地连接。传感器2被这样布置在保护装置1的内部：即，使得罐壁6的内表面与传感器2的外表面相对置，并且膜3面向罐底5的膜侧31。

[0055] 罐底部分51、52具有通道7，该通道被这样布置在罐底部分51、52上：即，通道7与中间容积55一起在平行于纵向轴线Z的截面的至少一个截面图中具有大致为s形的走向。罐底部分34、52的通道7的位置和凸出部53的尺寸被选择为，使得来自布置在腔室容积45中的辐射源9的、在通道中传播的电磁辐射只有在通道壁71上发生至少一次反射之后才到达膜3，如图5所示。

[0056] 至少在罐底5的膜侧31上或罐底5的介质侧41上，通道7的净轮廓的和是这样的：即，通道7的净轮廓的和与膜3的表面积的商为至少0.25，如图6所示。

[0057] 在一种实施方式中，保护装置1通过切削加工制造方法来制成。例如，通道7可以在多个工作步骤中从不同的角度进行铣削或钻孔来制成。

[0058] 在保护装置1的一种实施方式中，至少一个通道壁71具有吸收电磁辐射的涂层。该涂层吸收电磁辐射的入射强度的至少10％，这意味着反射强度相对于未被涂层的通道壁71减小了至少10％。

[0059] 在保护装置1的另一种实施方式中，通道壁71具有涂层，该涂层是抗粘附涂层。由于该抗粘附涂层，存在于介质中的颗粒在该通道壁71上的吸附要比在未被涂层的通道壁71上的吸附少50％。

[0060] 当然，本领域技术人员也可以选择通道7的其他布置。可以设想：通道7在平行于纵向轴线Z的平面中不是圆弧，而是直线。也可以设想通道7具有圆形的净轮廓。

[0061] 当然，本领域技术人员也可以将通道7构造为，使其在平行于纵向轴线Z的截平面中具有这样的轨迹曲线：该轨迹曲线很大程度上不是s形或v形的，但是被形成为，辐射源15的在通道7中传播的电磁辐射只有在通道壁71上进行至少一次反射之后才到达膜3。

[0062] 在一种优选的实施方式中，传感器是压力传感器，在该压力传感器中布置有压电式测量元件。在有压力作用在膜上的情况下，膜在该压电式测量元件上施加力，该压电式测量元件产生与所施加的力相应的电荷。该电荷通过已知的电子组件进行转换并作为传感器信号被提供。

[0063] 附图标记列表

[0064] 1 保护装置

[0065] 2 传感器

[0066] 3 膜

[0067] 4 安装部

[0068] 5 罐底

[0069] 6 罐壁

[0070] 7 通道

[0071] 9 辐射源

[0072] 31 膜侧

[0073] 35 膜侧容积，膜容积

[0074] 41 介质侧

[0075] 45 腔室容积

[0076] 51 罐底部分

[0077] 52 罐底部分

[0078] 53 凸出部

[0079] 55 中间容积

[0080] 71 通道壁，通道的壁

[0081] A 中心角

[0082] R 半径

[0083] W 极角

[0084] X 第一径向轴线

[0085] Y 第二径向轴线

[0086] Z 纵向轴线。