專利名稱：壓力傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器裝置，其特別適用于檢測高壓。壓 力傳感器裝置尤其用于才僉測內(nèi)燃才幾的燃油供應(yīng)中的燃油壓力。
背景技術(shù)：
DE 198 33 712公開了一種具有隔膜體的壓力傳感器裝置，該隔 膜體具有圓柱形的凹槽。工作介質(zhì)處于圓柱形的凹槽中。隔膜形成 在隔膜體中，也就是說與凹槽相鄰。傳感器芯片^:置在隔膜上并且 相對于圓柱形的凹槽同中心地設(shè)置。多個傳感器元件相對于傳感器 芯片的中心點(diǎn)和圓柱形的凹槽的軸線以中心對稱的方式i殳置在傳 感器芯片上。這些4專感器元4牛以惠其斤通電橋(Wheatstone bridge) 的形式電連接并且生成傳感器信號，該傳感器信號代表工作介質(zhì)的 壓力。US 2002/013 41 64 Al公開了 一種具有隔膜體的壓力傳感器裝 置，該隔膜體包括隔膜。該隔膜具有第一側(cè)面，該第一側(cè)面受到工 作介質(zhì)的沖擊。該隔"莫還具有第二側(cè)面，該第二側(cè)面4立于該第一側(cè) 面的對面。此外，該隔膜具有傳感器芯片，在該傳感器芯片上設(shè)置 有多個傳感器元件，這些傳感器元件以惠斯通電橋的形式電連接， 并且該傳感器元件產(chǎn)生測量信號，該測量信號代表工作介質(zhì)中的壓 力。傳感器元件設(shè)置在傳感器芯片的角區(qū)中。此外，這些傳感器元 件-波此非常靠近地i殳置
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種壓力傳感器裝置，其可以準(zhǔn)確地 測定壓力。該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的i殳計(jì) 方案在/人屬4又利要求中i兌明。本發(fā)明的特征在于一種具有隔膜體的壓力傳感器裝置，該隔膜 體包括隔膜，該隔膜具有第一側(cè)面，該第一側(cè)面受到工作介質(zhì)的沖 擊。該隔膜還具有第二側(cè)面，該第二側(cè)面位于該第一側(cè)面的對面。 工作介質(zhì)可以例如是氣態(tài)的，但優(yōu)選是液態(tài)的。壓力傳感器裝置還包括至少一個壓力傳感器元件，該壓力傳感 器元件用于檢測由工作介質(zhì)的壓力引起的隔膜體的拉伸和壓縮。此 外，在該隔膜體上設(shè)置有用于檢測隔膜體溫度的溫度傳感器元件。 本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識，即特別是在工作介質(zhì)的溫度非常強(qiáng)烈地瞬 時波動時，在隔膜的第二側(cè)面上的以及通常在隔膜體中的時間上及 區(qū)域上的溫度曲線是波動較大的并且是非常不均勻的。這會造成通 過一個或多個壓力傳感器元件對壓力測定出現(xiàn)誤差。通過在隔膜體 上設(shè)置用于檢測隔膜體溫度的溫度傳感器元件能夠簡單且精確地 校正這種誤差。根據(jù)本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案，溫度傳感器元件設(shè)置在隔膜體 的從拉伸區(qū)域到壓縮區(qū)域的過渡區(qū)域中，在該區(qū)域中工作介質(zhì)的壓 力會造成拉伸或壓縮。溫度傳感器元件設(shè)置在隔膜體上。通常，以 這種方式來確保了相對于至少一個壓力傳感器元件在空間上非常 接近的設(shè)置，進(jìn)而使由溫度傳感器元件檢測出的溫度曲線與一個或于溫度傳感器元件的拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力在過渡區(qū)域中較低。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個有利的設(shè)計(jì)方案，傳感器元件以相對于隔 膜的中心點(diǎn)的切線方向和徑向方向延伸。其徑向的延伸以預(yù)定的倍 凄t大于其切線方向上的延伸。通過這種方式可以特別好地實(shí)現(xiàn)溫度 傳感器元件的測量信號不依賴于拉伸或壓縮。聯(lián)系上下文，當(dāng)倍數(shù)為至少二十時是特別有利的。這表示，在 這種方式下可以特別有效地確保不依賴于拉伸或壓縮。根據(jù)本發(fā)明的另 一個有利的設(shè)計(jì)方案，溫度傳感器元件對稱于 從拉伸區(qū)域到壓縮區(qū)域的過渡區(qū)域來設(shè)置。通過這種方式自動地糾 正了伸或壓縮對溫度傳感器元件的影響。根據(jù)本發(fā)明的另 一個有利的設(shè)計(jì)方案，至少 一個壓力傳感器元 件設(shè)置在隔膜體的拉伸區(qū)域上，并且至少另外的壓力傳感器元件設(shè) 置在隔膜體的壓縮區(qū)域上。根據(jù)本發(fā)明的另 一個有利的設(shè)計(jì)方案，在拉伸區(qū)域中的至少一 個壓力傳感器元件與在壓縮區(qū)域中的至少一個壓力傳感器元件電 串聯(lián)地設(shè)置在惠斯通電橋的第一支路中，并且第一電壓接頭在壓力 傳感器元件之間導(dǎo)電地設(shè)置。溫度傳感器元件設(shè)置在惠斯通電橋的 第二橋接支路中并且第二電壓接頭設(shè)置在第二橋接支路中，其中壓 力傳感器裝置i殳計(jì)用于高阻抗地量取在第一和第二電壓^妄頭上施 加的電壓。 一方面這可以實(shí)J見非常好的溫度均卩軒，另一方面能夠?qū)?現(xiàn)對壓力傳感器元件和溫度傳感器元件的it斷。根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的設(shè)計(jì)方案，設(shè)置有電源，該電源這 樣與惠斯通電橋電接通，即該電源為第 一和第二橋接支路提供電 壓，其中在惠斯通電橋上設(shè)置有第三電壓接頭，電源的供應(yīng)電壓可 以通過該電壓4妄頭來量取，并且壓力傳感器裝置設(shè)計(jì)用于高阻抗地 量取在第三電壓接頭上施加的電壓。通過這種方式可以簡單地進(jìn)行 診斷，以確定出電源事實(shí)上是否在惠斯通電橋中提供了預(yù)訂的供應(yīng) 電壓以及第一或第二壓力傳感器元件或溫度傳感器元件是否短路。根據(jù)本發(fā)明的另 一個有利的設(shè)計(jì)方案，壓力傳感器裝置設(shè)計(jì)用 于根據(jù)溫度傳感器元件的測量信號以及一個或多個壓力傳感器元件的一個或多個測量信號通過組合特;f正曲線來測定工作介質(zhì)的壓 力。通過這種方式可以簡單并4青確;也測定工作介質(zhì)的壓力。


接下來根據(jù)示意性的圖示對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。 圖中示出圖1為壓力傳感器裝置， 圖2為隔"莫體的詳細(xì)示意圖， 圖3為隔膜體的第一實(shí)施例的俯視圖， 圖4為壓力傳感器裝置的等效電路圖，以及 圖5為隔膜體的第二實(shí)施例的俯3見圖。
具體實(shí)施方式
具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件在附圖中以相同的參考標(biāo)識來表示。壓力傳感器裝置(圖1 )包括具有外螺紋2的第一殼體部件1, 該外螺鄉(xiāng)丈可以^:入到相應(yīng)的反螺鄉(xiāng)丈中。反螺鄉(xiāng)丈可以i殳計(jì)在4幾動車的 燃油輸送裝置中，特別是設(shè)計(jì)在共軌(common rail)中。在這種燃
油輸送裝置中，在內(nèi)燃才幾運(yùn)行時，燃油的壓力約為2000 bar。可選 地以及優(yōu)選地，第 一螺纟丈也可以這樣i殳置在內(nèi)燃才幾的發(fā)動機(jī)組或氣 缸頭的區(qū)域中，即可以才企測每個氣缸的氣缸壓力。壓力傳感器裝置還包括具有隔膜4的隔膜體3。隔膜體3具有 圓柱形的凹槽5,該隔膜體可以通過該凹槽5與工作介質(zhì)6^妄觸。 隔膜4的第 一側(cè)面8與圓柱形的凹槽5相鄰。隔膜4還具有第二側(cè) 面10,該第二側(cè)面背離于圓柱形的凹槽5。隔膜4具有拉伸區(qū)域12 (圖2 ),在該拉伸區(qū)域中，隔膜4的 第二側(cè)面10在相應(yīng)高壓施加到工作介質(zhì)上時受到4立伸(Dehnung ) 應(yīng)力。隔膜在其第二側(cè)10上還具有壓縮區(qū)域14，該壓縮區(qū)域在合 適的壓力施加到工作介質(zhì)6上時受到壓縮應(yīng)力。此外，在隔膜4的 第二側(cè)面10上形成過渡區(qū)i或20，在該過渡區(qū)i成中，^立伸逐漸變?yōu)?壓縮。在隔力莫4的第二側(cè)面10上i殳置至少一個壓力傳感器元件16、 18。在第一實(shí)施例中i殳置有兩個壓力傳感器元件16、 18 (圖3)。 其中一個壓力傳感器元件16i殳置在4立伸區(qū)域12中。另一壓力傳感 器元件18設(shè)置在壓縮區(qū)域14中。壓力傳感器元件16、 18優(yōu)選設(shè) 計(jì)為拉伸測量元件并且#_據(jù)彎曲應(yīng)力而改變其電阻。優(yōu)選地，壓力 傳感器元件集成在芯片中，該芯片安裝在隔膜4的第二側(cè)面10上。器裝置被設(shè)置在該內(nèi)燃機(jī)中時，工作介質(zhì)6將遭受由氣缸的工作循 環(huán)引起的很高的溫度波動。從而，在千分之一秒的時間段內(nèi)有可能 會出現(xiàn)大約1000攝氏度的溫度變化。這會導(dǎo)致隔膜體3周期性地 受到熱脈沖的沖擊。然而，隔膜體3在其隔膜4的區(qū)域中具有相對 低的材料厚度，而該隔膜體在其另外的區(qū)域中相對于隔膜來看具有 相對很大的材料厚度。這會導(dǎo)致圓柱形凹槽壁的不同的熱擴(kuò)散。出
于這樣的原因，在隔膜體3的內(nèi)部會出現(xiàn)非常不均勻及不穩(wěn)定的溫 度分布。壓力傳感器元件16、 18通常也具有依賴于溫度的測量特 性。這會導(dǎo)致，當(dāng)工作介質(zhì)6的溫度非常不穩(wěn)定時，在沒有提供其 他測量方法時會發(fā)生不希望的測量錯誤。在過渡區(qū)域20中，在隔膜4的第二側(cè)面10上設(shè)置有溫度傳感 器元件22。溫度傳感器元件22也可以i殳置在隔膜體3上的過渡區(qū) 域20之外。然而，溫度傳感器元件在過渡區(qū)域20中的i殳置具有這 樣的優(yōu)點(diǎn)，即壓力傳感器元件16、 18 4艮緊密地相鄰，進(jìn)而產(chǎn)生可 顯著比較的溫度曲線。此外，在過渡區(qū)域中的拉伸和壓縮也相對較 少。因此，通過這種方式可以減少由4立伸和壓縮引起的溫度傳感器 元件22的測量i吳差。溫度傳感器元件22(如圖3所示)基本上也可以圍繞過渡區(qū):t或 的整個周長延伸。然而，其也可以Y又圍繞過渡區(qū)域的一部分周長延 伸。溫度傳感器元件優(yōu)選是依賴于溫度的電阻R3 。電阻R3可以帶 狀地沿著過渡區(qū)域延伸。該電阻可以具有在圖3中示出的鋸齒形狀， ^f旦也可以具有其他形狀。該電阻也可以^f義延伸經(jīng)過一部分周長或設(shè) 計(jì)成例如矩形形狀的緊湊型電阻件。優(yōu)選地，溫度傳感器元件22 對稱于從拉伸區(qū)域12到壓縮區(qū)域14的過渡區(qū)域來設(shè)置。當(dāng)溫度傳 感器元件22相對于隔月莫4的中心點(diǎn)以切線方向和徑向方向延伸并 且其徑向延伸以預(yù)定的倍凄t大于其切線方向延伸時，尤其不會受々立 伸及壓縮的影響。優(yōu)選地，倍凄t為至少20倍。在這種情況下，溫 度傳感器元件22具有環(huán)形的曲折(Maanderform )形狀，例如〗象其 在才艮據(jù)圖5的另一實(shí)施例示出的那樣。在圖4中示出了壓力傳感器裝置的等效電路圖。Rl是壓力傳 感器元件16的依賴于彎曲的電阻，其也具有溫度依賴性。R2是壓 力傳感器元件18的依賴于彎曲的電阻，其同樣具有依賴于溫度的
組件。R3是溫度傳感器元件22的依賴于溫度的電阻，其也許也具 有至少4交小的彎曲依賴性。R4是另一電阻。i殳置有電源34,其產(chǎn)生預(yù)定電壓U0。電阻R2通過第一々貴電 線路36與電源連接。電阻R2和電阻R1與電源電串聯(lián)設(shè)置。設(shè)置 有第二々貴電線路38，其爿奪電阻R4與電源34導(dǎo)電;也連4矣。電阻R4 與電阻R3串聯(lián)連4妾。電阻R1、 R2、 R3、 R4以惠斯通電橋的形式 連"t妄，其中電阻Rl和R2位于第一橋4姿支路中，電阻R3和R4 ^f立 于第二橋接支路中。第一電壓4矣頭50 ( Spannungsabgriff)導(dǎo)電地/i殳置在電阻R2和 Rl之間。施加到第一電壓4妄頭上的電壓以高阻:沆的形式例如通過 中間連4妻;改大器輸送到AD轉(zhuǎn)換器42的第二輸入端44上。第二電 壓才妄頭52導(dǎo)電地i殳置在電阻R4和R3之間。施加到第二電壓接頭 上的電壓以高阻抗的形式例如通過中間連接放大器輸送到AD轉(zhuǎn)換 器42的第三輸入端46上。第三電壓接頭54導(dǎo)電地設(shè)置在電阻R2 的相對于第一饋電線路36的輸入側(cè)。施加到第三電壓接頭上的電 壓以高阻抗的形式例如通過中間連4妾;故大器llr送到AD轉(zhuǎn)換器42 的第一入端40。優(yōu)選地，電阻R4在例如二十?dāng)z氏度的預(yù)定參考條件下具有大 約和電阻R3相同的電阻^f直。此外，設(shè)置有評估單元41,其包括AD轉(zhuǎn)換器42和微控制器 45以及優(yōu)選地包括為此設(shè)置的存儲器中的組合特征曲線47。在壓力傳感器裝置運(yùn)行時，AD轉(zhuǎn)換器檢測施加到輸入端40、 44、 46上的電壓，并且將電壓的相應(yīng)的數(shù)字值通知給微控制器45。 樣i控制器45被設(shè)計(jì)為根據(jù)通知給它的AD轉(zhuǎn)換器42的輸入端40、 44、 46上電壓的數(shù)字值來測定工作介質(zhì)6的壓力。這優(yōu)選地才艮據(jù)組合特征曲線47來實(shí)現(xiàn)，其輸入值可以是施加到AD轉(zhuǎn)換器42的輸 入端40、 44、 46上的電壓或也可以是由其推導(dǎo)出的值，并且其輸 出值是工作介質(zhì)6的壓力。優(yōu)選地，工作介質(zhì)6的壓力通過相應(yīng)的 纟且合4寺4正曲線4直的支4掌點(diǎn)4翁4直(stuetzstelleninterpolation )來確定。 然而，樣U空制器45也可以i殳計(jì)為以其〗也的方式和方法確定出工^f乍 介質(zhì)6的壓力，例如根據(jù)基于惠斯通電橋方程的計(jì)算。此外，微控 制器45優(yōu)選設(shè)計(jì)用于執(zhí)行診斷，以確定出電源34事實(shí)上是否向惠 斯通電橋提供了供應(yīng)電壓UO以及第一或第二壓力傳感器元件或溫 度傳感器元件是否短路。在壓力傳感器裝置的可選實(shí)施例中也可以僅設(shè)置壓力傳感器 元件16、 18的其中之一或者也可以設(shè)置多個壓力傳感器元件。壓力傳感器元件也可以例如〗象在DE 198 33 712或US 2002/013 41 64Al中公開的那樣設(shè)置在隔膜體4上，其內(nèi)容結(jié)合于此。此外， 也可以設(shè)置用于使施加到一個或多個電阻R3和/或R2和/或Rl和/ 或R4上的電壓保持恒定的調(diào)節(jié)回路。調(diào)節(jié)回路這樣地設(shè)計(jì)，即這 樣地平衡測量電壓的增加，即降低脈沖寬度調(diào)制的輸出電壓，并且 反之亦然。該控制回路包括在微控制器45中的判定單元(decision unit)和寄存器，該寄存器例如具有十六位并且其位值表征出脈沖 寬度比，該脈沖寬度比被施加給脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器。脈沖寬度調(diào) 制發(fā)生器的輸出值4皮輸送給低通濾波器，該低通濾波器的輸出端與 各個電阻Rl到R4電耦合。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器裝置，具有-隔膜體(3)，所述隔膜體包括隔膜(4)，所述隔膜具有第一側(cè)面(8)，所述第一側(cè)面受到工作介質(zhì)(6)的沖擊，所述隔膜還具有第二側(cè)面(10)，所述第二側(cè)面位于所述第一側(cè)面(8)的對面，-至少一個壓力傳感器元件(16、18)，所述壓力傳感器元件用于檢測由所述工作介質(zhì)(6)的壓力引起的所述隔膜體(3)的拉伸和壓縮，-溫度傳感器元件(22)，所述溫度傳感器元件用于檢測所述隔膜體(3)的溫度，所述溫度傳感器元件設(shè)置在所述隔膜體(3)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器裝置，其中，用于檢測從所 述隔膜體(3)的拉伸區(qū)域(12)到壓縮區(qū)域(14)的過渡區(qū) 域中的溫度的所述溫度傳感器元件(22 K殳置在所述隔膜體(3 ) 上，其中所述工作介質(zhì)(6)的壓力在所述隔膜體中引起拉伸 或壓縮。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳感器裝置，其中，所述溫度傳感 器元件(22)以相對于所述隔膜(4)的中心點(diǎn)的切線方向和 徑向方向延伸，并且所述溫度傳感器元件的徑向的延伸以預(yù)定 的倍數(shù)大于所述溫度傳感器元件的切線上的延伸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力傳感器裝置，其中，所述倍數(shù)為至 少二十倍。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器裝置，其中，所 述溫度傳感器元件(22 )對稱于從所述^立伸區(qū)域(12 )到所述 壓縮區(qū)域(14)的所述過渡區(qū)域來i殳置。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器裝置，其中，至 少一個所述壓力傳感器元件(16)設(shè)置在所述隔膜體(3)的 拉伸區(qū)域(12)上，并且至少另一個所述壓力傳感器元件(18) 設(shè)置在所述隔膜體(3)的壓縮區(qū)域(14)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓力傳感器裝置，其中，在所述拉伸區(qū) 域(12)中的至少一個所述壓力傳感器元件(16)與在所述壓 縮區(qū)域(14)中的至少一個所述壓力傳感器元件(18)電串聯(lián) 地設(shè)置在惠斯通電橋的第一支路中，并且第 一電壓接頭在所述 壓力傳感器元件(16、 18)之間導(dǎo)電地設(shè)置，并且其中，所述 溫度傳感器元件(22 )設(shè)置在惠斯通電橋的第二橋接支路中并 且第二電壓接頭設(shè)置在第二橋接支路中，其中所述壓力傳感器 裝置i殳計(jì)用于高阻抗地量取在所述第 一和第二電壓4妻頭上施 力口的電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力傳感器裝置，其中，設(shè)置有電源(34)，所述電源這樣與所述惠斯通電橋電4妻通，即所述電源 為所述第 一和第二橋接支路提供電壓，其中在所述惠斯通電橋 上^殳置有第三電壓4妻頭，所述電源的供應(yīng)電壓可以通過所述電 壓4^頭來量取，并且所述壓力傳感器裝置"i殳計(jì)用于高阻抗地量 取在所述第三電壓4妄頭上施加的電壓。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器裝置，其中，所 述壓力傳感器裝置設(shè)計(jì)用于根據(jù)所述溫度傳感器元件(22 )的 測量信號以及一個或多個所述壓力傳感器元件(16、 18)的一個或多個測量信號通過組合特征曲線(47 )來測定所述工作介質(zhì)(6)的壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器裝置，該壓力傳感器裝置具有包括隔膜的隔膜體，該隔膜具有第一側(cè)面，該第一側(cè)面受到工作介質(zhì)的沖擊，該隔膜還具有第二側(cè)面，該第二側(cè)面位于該第一側(cè)面的對面。該壓力傳感器裝置還具有至少一個壓力傳感器元件(16、18)，該壓力傳感器元件用于檢測由工作介質(zhì)的壓力引起的隔膜體的拉伸和壓縮。用于檢測隔膜體溫度的溫度傳感器元件(22)設(shè)置在該隔膜體上。
文檔編號G01L9/00GK101163951SQ200680013006
公開日2008年4月16日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日
發(fā)明者曼弗雷德·格萊赫爾, 馬庫斯·吉爾希 申請人:西門子威迪歐汽車電子股份公司