专利名称：压力传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感器装置，其特别适用于检测高压。压 力传感器装置尤其用于才佥测内燃才几的燃油供应中的燃油压力。
背景技术：
DE 198 33 712公开了一种具有隔膜体的压力传感器装置，该隔 膜体具有圆柱形的凹槽。工作介质处于圓柱形的凹槽中。隔膜形成 在隔膜体中，也就是说与凹槽相邻。传感器芯片^:置在隔膜上并且 相对于圓柱形的凹槽同中心地设置。多个传感器元件相对于传感器 芯片的中心点和圓柱形的凹槽的轴线以中心对称的方式i殳置在传 感器芯片上。这些4专感器元4牛以惠其斤通电桥(Wheatstone bridge) 的形式电连接并且生成传感器信号，该传感器信号代表工作介质的 压力。US 2002/013 41 64 Al公开了 一种具有隔膜体的压力传感器装 置，该隔膜体包括隔膜。该隔膜具有第一侧面，该第一侧面受到工 作介质的冲击。该隔"莫还具有第二侧面，该第二侧面4立于该第一侧 面的对面。此外，该隔膜具有传感器芯片，在该传感器芯片上设置 有多个传感器元件，这些传感器元件以惠斯通电桥的形式电连接， 并且该传感器元件产生测量信号，该测量信号代表工作介质中的压 力。传感器元件设置在传感器芯片的角区中。此外，这些传感器元 件-波此非常靠近地i殳置
发明内容
本发明的目的在于，提出一种压力传感器装置，其可以准确地 测定压力。该目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的有利的i殳计 方案在/人属4又利要求中i兌明。本发明的特征在于一种具有隔膜体的压力传感器装置，该隔膜 体包括隔膜，该隔膜具有第一侧面，该第一侧面受到工作介质的沖 击。该隔膜还具有第二侧面，该第二侧面位于该第一侧面的对面。 工作介质可以例如是气态的，但优选是液态的。压力传感器装置还包括至少一个压力传感器元件，该压力传感 器元件用于检测由工作介质的压力引起的隔膜体的拉伸和压缩。此 外，在该隔膜体上设置有用于检测隔膜体温度的温度传感器元件。 本发明基于这样的认识，即特别是在工作介质的温度非常强烈地瞬 时波动时，在隔膜的第二侧面上的以及通常在隔膜体中的时间上及 区域上的温度曲线是波动较大的并且是非常不均匀的。这会造成通 过一个或多个压力传感器元件对压力测定出现误差。通过在隔膜体 上设置用于检测隔膜体温度的温度传感器元件能够简单且精确地 校正这种误差。根据本发明的有利的设计方案，温度传感器元件设置在隔膜体 的从拉伸区域到压缩区域的过渡区域中，在该区域中工作介质的压 力会造成拉伸或压缩。温度传感器元件设置在隔膜体上。通常，以 这种方式来确保了相对于至少一个压力传感器元件在空间上非常 接近的设置，进而使由温度传感器元件检测出的温度曲线与一个或于温度传感器元件的拉伸应力或压缩应力在过渡区域中较低。
根据本发明的另 一个有利的设计方案，传感器元件以相对于隔 膜的中心点的切线方向和径向方向延伸。其径向的延伸以预定的倍 凄t大于其切线方向上的延伸。通过这种方式可以特别好地实现温度 传感器元件的测量信号不依赖于拉伸或压缩。联系上下文，当倍数为至少二十时是特别有利的。这表示，在 这种方式下可以特别有效地确保不依赖于拉伸或压缩。根据本发明的另 一个有利的设计方案，温度传感器元件对称于 从拉伸区域到压缩区域的过渡区域来设置。通过这种方式自动地纠 正了伸或压缩对温度传感器元件的影响。根据本发明的另 一个有利的设计方案，至少 一个压力传感器元 件设置在隔膜体的拉伸区域上，并且至少另外的压力传感器元件设 置在隔膜体的压缩区域上。根据本发明的另 一个有利的设计方案，在拉伸区域中的至少一 个压力传感器元件与在压缩区域中的至少一个压力传感器元件电 串联地设置在惠斯通电桥的第一支路中，并且第一电压接头在压力 传感器元件之间导电地设置。温度传感器元件设置在惠斯通电桥的 第二桥接支路中并且第二电压接头设置在第二桥接支路中，其中压 力传感器装置i殳计用于高阻抗地量取在第一和第二电压^妄头上施 加的电压。 一方面这可以实J见非常好的温度均卩軒，另一方面能够实 现对压力传感器元件和温度传感器元件的it断。根据本发明的另一个有利的设计方案，设置有电源，该电源这 样与惠斯通电桥电接通，即该电源为第 一和第二桥接支路提供电 压，其中在惠斯通电桥上设置有第三电压接头，电源的供应电压可 以通过该电压4妄头来量取，并且压力传感器装置设计用于高阻抗地 量取在第三电压接头上施加的电压。通过这种方式可以简单地进行 诊断，以确定出电源事实上是否在惠斯通电桥中提供了预订的供应 电压以及第一或第二压力传感器元件或温度传感器元件是否短路。根据本发明的另 一个有利的设计方案，压力传感器装置设计用 于根据温度传感器元件的测量信号以及一个或多个压力传感器元件的一个或多个测量信号通过组合特;f正曲线来测定工作介质的压 力。通过这种方式可以简单并4青确;也测定工作介质的压力。
接下来根据示意性的图示对本发明的实施例进行详细描述。 图中示出图1为压力传感器装置， 图2为隔"莫体的详细示意图， 图3为隔膜体的第一实施例的俯视图， 图4为压力传感器装置的等效电路图，以及 图5为隔膜体的第二实施例的俯3见图。
具体实施方式
具有相同结构或功能的部件在附图中以相同的参考标识来表示。压力传感器装置(图1 )包括具有外螺紋2的第一壳体部件1, 该外螺乡丈可以^:入到相应的反螺乡丈中。反螺乡丈可以i殳计在4几动车的 燃油输送装置中，特别是设计在共轨(common rail)中。在这种燃
油输送装置中，在内燃才几运行时，燃油的压力约为2000 bar。可选 地以及优选地，第 一螺纟丈也可以这样i殳置在内燃才几的发动机组或气 缸头的区域中，即可以才企测每个气缸的气缸压力。压力传感器装置还包括具有隔膜4的隔膜体3。隔膜体3具有 圆柱形的凹槽5,该隔膜体可以通过该凹槽5与工作介质6^妄触。 隔膜4的第 一侧面8与圆柱形的凹槽5相邻。隔膜4还具有第二侧 面10,该第二侧面背离于圆柱形的凹槽5。隔膜4具有拉伸区域12 (图2 ),在该拉伸区域中，隔膜4的 第二侧面10在相应高压施加到工作介质上时受到4立伸(Dehnung ) 应力。隔膜在其第二侧10上还具有压缩区域14，该压缩区域在合 适的压力施加到工作介质6上时受到压缩应力。此外，在隔膜4的 第二侧面10上形成过渡区i或20，在该过渡区i成中，^立伸逐渐变为 压缩。在隔力莫4的第二侧面10上i殳置至少一个压力传感器元件16、 18。在第一实施例中i殳置有两个压力传感器元件16、 18 (图3)。 其中一个压力传感器元件16i殳置在4立伸区域12中。另一压力传感 器元件18设置在压缩区域14中。压力传感器元件16、 18优选设 计为拉伸测量元件并且#_据弯曲应力而改变其电阻。优选地，压力 传感器元件集成在芯片中，该芯片安装在隔膜4的第二侧面10上。器装置被设置在该内燃机中时，工作介质6将遭受由气缸的工作循 环引起的很高的温度波动。从而，在千分之一秒的时间段内有可能 会出现大约1000摄氏度的温度变化。这会导致隔膜体3周期性地 受到热脉沖的冲击。然而，隔膜体3在其隔膜4的区域中具有相对 低的材料厚度，而该隔膜体在其另外的区域中相对于隔膜来看具有 相对很大的材料厚度。这会导致圆柱形凹槽壁的不同的热扩散。出
于这样的原因，在隔膜体3的内部会出现非常不均匀及不稳定的温 度分布。压力传感器元件16、 18通常也具有依赖于温度的测量特 性。这会导致，当工作介质6的温度非常不稳定时，在没有提供其 他测量方法时会发生不希望的测量错误。在过渡区域20中，在隔膜4的第二侧面10上设置有温度传感 器元件22。温度传感器元件22也可以i殳置在隔膜体3上的过渡区 域20之外。然而，温度传感器元件在过渡区域20中的i殳置具有这 样的优点，即压力传感器元件16、 18 4艮紧密地相邻，进而产生可 显著比较的温度曲线。此外，在过渡区域中的拉伸和压缩也相对较 少。因此，通过这种方式可以减少由4立伸和压缩引起的温度传感器 元件22的测量i吴差。温度传感器元件22(如图3所示)基本上也可以围绕过渡区:t或 的整个周长延伸。然而，其也可以Y又围绕过渡区域的一部分周长延 伸。温度传感器元件优选是依赖于温度的电阻R3 。电阻R3可以带 状地沿着过渡区域延伸。该电阻可以具有在图3中示出的锯齿形状， ^f旦也可以具有其他形状。该电阻也可以^f义延伸经过一部分周长或设 计成例如矩形形状的紧凑型电阻件。优选地，温度传感器元件22 对称于从拉伸区域12到压缩区域14的过渡区域来设置。当温度传 感器元件22相对于隔月莫4的中心点以切线方向和径向方向延伸并 且其径向延伸以预定的倍凄t大于其切线方向延伸时，尤其不会受々立 伸及压缩的影响。优选地，倍凄t为至少20倍。在这种情况下，温 度传感器元件22具有环形的曲折(Maanderform )形状，例如〗象其 在才艮据图5的另一实施例示出的那样。在图4中示出了压力传感器装置的等效电路图。Rl是压力传 感器元件16的依赖于弯曲的电阻，其也具有温度依赖性。R2是压 力传感器元件18的依赖于弯曲的电阻，其同样具有依赖于温度的
组件。R3是温度传感器元件22的依赖于温度的电阻，其也许也具 有至少4交小的弯曲依赖性。R4是另一电阻。i殳置有电源34,其产生预定电压U0。电阻R2通过第一々贵电 线路36与电源连接。电阻R2和电阻R1与电源电串联设置。设置 有第二々贵电线路38，其爿夺电阻R4与电源34导电;也连4矣。电阻R4 与电阻R3串联连4妾。电阻R1、 R2、 R3、 R4以惠斯通电桥的形式 连"t妄，其中电阻Rl和R2位于第一桥4姿支路中，电阻R3和R4 ^f立 于第二桥接支路中。第一电压4矣头50 ( Spannungsabgriff)导电地/i殳置在电阻R2和 Rl之间。施加到第一电压4妄头上的电压以高阻:沆的形式例如通过 中间连4妻;改大器输送到AD转换器42的第二输入端44上。第二电 压才妄头52导电地i殳置在电阻R4和R3之间。施加到第二电压接头 上的电压以高阻抗的形式例如通过中间连接放大器输送到AD转换 器42的第三输入端46上。第三电压接头54导电地设置在电阻R2 的相对于第一馈电线路36的输入侧。施加到第三电压接头上的电 压以高阻抗的形式例如通过中间连4妾;故大器llr送到AD转换器42 的第一入端40。优选地，电阻R4在例如二十摄氏度的预定参考条件下具有大 约和电阻R3相同的电阻^f直。此外，设置有评估单元41,其包括AD转换器42和微控制器 45以及优选地包括为此设置的存储器中的组合特征曲线47。在压力传感器装置运行时，AD转换器检测施加到输入端40、 44、 46上的电压，并且将电压的相应的数字值通知给微控制器45。 樣i控制器45被设计为根据通知给它的AD转换器42的输入端40、 44、 46上电压的数字值来测定工作介质6的压力。这优选地才艮据组合特征曲线47来实现，其输入值可以是施加到AD转换器42的输 入端40、 44、 46上的电压或也可以是由其推导出的值，并且其输 出值是工作介质6的压力。优选地，工作介质6的压力通过相应的 纟且合4寺4正曲线4直的支4掌点4翁4直(stuetzstelleninterpolation )来确定。 然而，樣U空制器45也可以i殳计为以其〗也的方式和方法确定出工^f乍 介质6的压力，例如根据基于惠斯通电桥方程的计算。此外，微控 制器45优选设计用于执行诊断，以确定出电源34事实上是否向惠 斯通电桥提供了供应电压UO以及第一或第二压力传感器元件或温 度传感器元件是否短路。在压力传感器装置的可选实施例中也可以仅设置压力传感器 元件16、 18的其中之一或者也可以设置多个压力传感器元件。压力传感器元件也可以例如〗象在DE 198 33 712或US 2002/013 41 64Al中公开的那样设置在隔膜体4上，其内容结合于此。此外， 也可以设置用于使施加到一个或多个电阻R3和/或R2和/或Rl和/ 或R4上的电压保持恒定的调节回路。调节回路这样地设计，即这 样地平衡测量电压的增加，即降低脉冲宽度调制的输出电压，并且 反之亦然。该控制回路包括在微控制器45中的判定单元(decision unit)和寄存器，该寄存器例如具有十六位并且其位值表征出脉沖 宽度比，该脉冲宽度比被施加给脉冲宽度调制发生器。脉沖宽度调 制发生器的输出值4皮输送给低通滤波器，该低通滤波器的输出端与 各个电阻Rl到R4电耦合。
权利要求
1.一种压力传感器装置，具有-隔膜体(3)，所述隔膜体包括隔膜(4)，所述隔膜具有第一侧面(8)，所述第一侧面受到工作介质(6)的冲击，所述隔膜还具有第二侧面(10)，所述第二侧面位于所述第一侧面(8)的对面，-至少一个压力传感器元件(16、18)，所述压力传感器元件用于检测由所述工作介质(6)的压力引起的所述隔膜体(3)的拉伸和压缩，-温度传感器元件(22)，所述温度传感器元件用于检测所述隔膜体(3)的温度，所述温度传感器元件设置在所述隔膜体(3)上。
2. 根据权利要求1所述的压力传感器装置，其中，用于检测从所 述隔膜体(3)的拉伸区域(12)到压缩区域(14)的过渡区 域中的温度的所述温度传感器元件(22 K殳置在所述隔膜体(3 ) 上，其中所述工作介质(6)的压力在所述隔膜体中引起拉伸 或压缩。
3. 根据权利要求2所述的压力传感器装置，其中，所述温度传感 器元件(22)以相对于所述隔膜(4)的中心点的切线方向和 径向方向延伸，并且所述温度传感器元件的径向的延伸以预定 的倍数大于所述温度传感器元件的切线上的延伸。
4. 根据权利要求3所述的压力传感器装置，其中，所述倍数为至 少二十倍。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器装置，其中，所 述温度传感器元件(22 )对称于从所述^立伸区域(12 )到所述 压缩区域(14)的所述过渡区域来i殳置。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器装置，其中，至 少一个所述压力传感器元件(16)设置在所述隔膜体(3)的 拉伸区域(12)上，并且至少另一个所述压力传感器元件(18) 设置在所述隔膜体(3)的压缩区域(14)上。
7. 根据权利要求6所述的压力传感器装置，其中，在所述拉伸区 域(12)中的至少一个所述压力传感器元件(16)与在所述压 缩区域(14)中的至少一个所述压力传感器元件(18)电串联 地设置在惠斯通电桥的第一支路中，并且第 一电压接头在所述 压力传感器元件(16、 18)之间导电地设置，并且其中，所述 温度传感器元件(22 )设置在惠斯通电桥的第二桥接支路中并 且第二电压接头设置在第二桥接支路中，其中所述压力传感器 装置i殳计用于高阻抗地量取在所述第 一和第二电压4妻头上施 力口的电压。
8. 根据权利要求7所述的压力传感器装置，其中，设置有电源(34)，所述电源这样与所述惠斯通电桥电4妻通，即所述电源 为所述第 一和第二桥接支路提供电压，其中在所述惠斯通电桥 上^殳置有第三电压4妻头，所述电源的供应电压可以通过所述电 压4^头来量取，并且所述压力传感器装置"i殳计用于高阻抗地量 取在所述第三电压4妄头上施加的电压。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器装置，其中，所 述压力传感器装置设计用于根据所述温度传感器元件(22 )的 测量信号以及一个或多个所述压力传感器元件(16、 18)的一个或多个测量信号通过组合特征曲线(47 )来测定所述工作介质(6)的压力。
全文摘要
本发明涉及一种压力传感器装置，该压力传感器装置具有包括隔膜的隔膜体，该隔膜具有第一侧面，该第一侧面受到工作介质的冲击，该隔膜还具有第二侧面，该第二侧面位于该第一侧面的对面。该压力传感器装置还具有至少一个压力传感器元件(16、18)，该压力传感器元件用于检测由工作介质的压力引起的隔膜体的拉伸和压缩。用于检测隔膜体温度的温度传感器元件(22)设置在该隔膜体上。
文档编号G01L9/00GK101163951SQ200680013006
公开日2008年4月16日 申请日期2006年3月31日 优先权日2005年4月18日
发明者曼弗雷德·格莱赫尔, 马库斯·吉尔希 申请人:西门子威迪欧汽车电子股份公司