EP0082151A1 - Sensor - Google Patents

Sensor

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Publication number
EP0082151A1
EP0082151A1 EP82900622A EP82900622A EP0082151A1 EP 0082151 A1 EP0082151 A1 EP 0082151A1 EP 82900622 A EP82900622 A EP 82900622A EP 82900622 A EP82900622 A EP 82900622A EP 0082151 A1 EP0082151 A1 EP 0082151A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
sensor according
elements
bridge
resistors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP82900622A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Dobler
Heiko Gruner
Werner Grünwald
Rudolf Heinz
Ulrich Schoor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0082151A1 publication Critical patent/EP0082151A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0058—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of pressure sensitive conductive solid or liquid material, e.g. carbon granules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0002—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in ohmic resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
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    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
    • G01L9/045—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges with electric temperature compensating means

Definitions

  • the invention relates to a sensor according to the preamble of the main claim.
  • Measuring a pressure in a medium has become known, in particular for measuring high pressures, for example the oil pressure in hydraulic systems or in fuel injection pumps.
  • the sensor according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that an incredibly simple and thus inexpensive to manufacture arrangement is possible by using conventional resistance components.
  • temperature compensation can be brought about by exposing only part of the elements of the bridge to pressure and the other part being pressure-shielded.
  • Such an arrangement can be implemented in a particularly simple manner in thick-film technology in that the part of the bridge to be shielded in a pressure-tight manner is provided with a ring and a cover plate.
  • the occurrence of temperature-related Error signals due to the inflow of the medium are reduced in that elements of the bridge are provided with an elastic covering layer which, however, does not distort the detection of the static or dynamic pressure.
  • the lower usable cut-off frequency of the sensor can be significantly reduced in dynamic measurements without temperature compensation.
  • the output signal is increased by using elements in the bridge which have a different pressure coefficient.
  • elements in the bridge which have a different pressure coefficient.
  • a further increase in the output signal is brought about in that the elements are arranged on a support which can be deformed elastically under the action of pressure, whereby the elements are simultaneously exposed to the action of pressure and an expansion or compression. It is particularly advantageous, when using a laterally clamped membrane, to arrange the elements of a bridge in a defined manner on the membrane so that they are each in the range of positive or negative expansion of the membrane, with resistance materials such as those with positive or negative pressure coefficients Use come so that the above-mentioned high output signal is produced by the superimposition of the signals by pressure and deformation.
  • FIG. 1 shows the circuit diagram of a bridge arrangement as can be used in the sensor according to the invention
  • Figure 2 is a sectional view through a first embodiment of a sensor according to the invention
  • Figure 3 is a sectional view through a second embodiment of a sensor according to the invention
  • FIG. 4 shows a sectional view through a third embodiment of a sensor according to the invention
  • FIG. 5 shows a sectional view through a fourth embodiment of a sensor according to the invention using thick-film technology
  • FIG. 6 shows a further circuit diagram of a bridge arrangement as can be used in the sensors according to the invention.
  • the sensor according to the invention is intended to measure pressures in a medium using at least one element which changes its resistance under the action of pressure.
  • the sensor is particularly suitable for measuring high pressures, such as those that occur in hydraulic systems or injection pumps of internal combustion engines.
  • the sensors are part of a control system in which various operating parameters are used to control an internal combustion engine, including the injection quantity, which is determined indirectly via the pressure in the injection pump.
  • the Ta resistors produced with the addition of air to the discharge gas by sputtering in contrast to the literature value for Have tantalum negative pressure coefficients; the TaNi resistors formed from the entire layer, on the other hand, have a positive pressure coefficient.
  • the absolute pressure of the pressure coefficient for Ta resistors is of the order of magnitude of manganine, from which resistors for direct pressure measurement can advantageously be produced, as described in the earlier application F 30 28 188.0.
  • the pressure coefficient of TaNi resistors is about two to three times larger.
  • a bridge circuit 10 which consists of four resistors 11, 12, 13, 4.
  • a bridge voltage U B is applied to one bridge diagonal, the measuring voltage U M is taken from the other bridge diagonal, which voltages can of course also be interchanged.
  • the diagonally opposite resistors are now made of the same material, namely resistors 11, 13 made of Ta, resistors 12, 11 made of TaNi. Due to the different pressure coefficients specified above, the bridge circuit 10 shown in FIG. 1 accordingly has six to eight times the pressure sensitivity to a bridge made up of ganine resistors.
  • the bridge arrangement according to FIG. 1 is used to measure dynamic pressures, in which absolute amounts are not important, the temperature dependence of the bridge signal does not interfere.
  • the lower limit frequency for such dynamic measurements is also determined by the reaction speed of the bridge to temperature changes in the pressure medium.
  • the bridge arrangement shown in Figure 1 in a flowing medium can Falsifications of the measurement result occur in that the medium flows against the resistors 11 to 14 and thereby causes temperature-related false signals.
  • the resistors 11 to 1 4 are covered with an elastic organic protective layer, for example silicone, so that the sensitivity during pressure measurements is not impaired.
  • an elastic organic protective layer for example silicone
  • FIG. Carrier of the sensor is a screw 15 which, provided with a seal 16, can be screwed into a pressure housing 17.
  • the pressure housing is, for example, the wall of a hydraulic element or an injection pump in a motor vehicle.
  • the screw 15 is provided with an axial bore 18 into which a multi-core feed line 19 extends pressure-tight from the outside.
  • the feed line 19 is fastened in the bore 18 to a plate 20 on which the resistor arrangement 21, for example a bridge circuit 10 according to FIG. 1, is arranged.
  • the flat rather. 20 with the resistor arrangement 21 is surrounded by an elastic covering layer 22, as described above.
  • the elastic covering layer 22 is in turn protected with a protective grid 23 against mechanical damage.
  • FIG. 1 Another practical exemplary embodiment of a sensor according to the invention is shown in FIG.
  • a screw 15 is screwed into a pressure housing 17 as a support for the sensor via a seal 16.
  • the axial bore 30 is formed continuously by the screw 15.
  • the bore 30 is filled with an elastic potting compound 31, a base 32 being seated on the screw head and the potting compound 31 at the end of the screw facing the pressure.
  • the base 32 again carries a resistance arrangement 21 covered with an elastic cover layer 22.
  • Feedthroughs 33 lead from the base 32 into the sealing compound 31.
  • An electronic circuit 35 for example a preamplifier, can be connected to the feedthroughs 33.
  • the electronic circuit 35 with its leads 34 is also poured into the potting compound 31.
  • the base 32 is preferably designed in the form of an elastically deformable membrane, which, as will be described further below, results in a further increase in the useful signal.
  • FIG. 4a and b A third practical embodiment of a sensor according to the invention is shown in FIG. 4a and b in section. shown in top view.
  • an axial bore 30 ′ runs in the screw 15, but in this exemplary embodiment is conically stepped outward.
  • the bore 30 ' is in turn filled with the elastic casting compound 31 and the base 32', which in a preferred embodiment is designed to be elastically deformable, rests on the pressure-facing end of the screw thread 15.
  • the resistance arrangement 21 covered by the elastic covering layer 22 is in turn arranged on the base 32 '.
  • the leads 34 of the resistor arrangement 21 lead through the casting compound 31 to the outside. In this way it is possible to construct a particularly simple and inexpensive sensor.
  • Such an arrangement can preferably be constructed using thick-film technology, as illustrated in FIG. 5. It goes without saying, however, that this production technology is only given as an example and that the sensor arrangements described here in detail can be constructed with all of the resistor elements mentioned, provided that nothing else arises from the specially used elements and their special properties.
  • an Ealb Portugalnancrdnung 39 is used, which consists of the resistors 4 1 and 42 and is arranged on a substrate 40 serving as a base.
  • Resistors 41, 42 are particularly suitable for use in thick-film technology, for example cermet, conductive plastic, fiatin, etc. As has been shown, these resistors show an enormously high change in resistance depending on the pressure. It is possible according to the invention to vary the pressure-dependent resistance coefficient within wide limits by selecting the resistance pastes and by adding admixtures of conductive and non-conductive Steffen, as well as their grain size and shape.
  • the ring 43 is printed around the resistor 41 from a suitable material, for example glass, ceramic or the like, and the cover plate 44 is placed pressure-tight in a further operation.
  • an additional measuring effect can be achieved by specifically designing the cover.
  • the thickness of the base 40 or the cover plate 44 it is possible to set the thickness of the base 40 or the cover plate 44 within wide limits. If, as shown in FIG. 5b, the base 40 is made substantially thinner than the cover plate 44, a concave deflection of the base 40 results when pressure is applied, as is indicated in FIG. 5b by the line 15 of the positive deflection. In the opposite case, a thick base 40 results in a convex deflection, as is shown by the line 46 of the negative deflection in FIG. 5c. The deflection of the base 40 results in an expansion or compression of the resistor 41, which opens up the possibility of utilizing this in addition to the pressure load to increase the mechanical load to increase the signal.
  • the bridge circuit 50 consists in two opposite branches of resistors 51a, 51b and 53a, 53b and in the other two branches of individual resistors 52 and 54.
  • the resistors 51a, 53a are as TaNi resistors and the resistors 51b, 53b Ta resistors formed.
  • the resistors 52, 54 consist of a material with a positive pressure coefficient and a temperature coefficient which is in the range of + 200 ppm / ⁇ . These conditions are fulfilled e.g. Silver-manganese alloy layers.
  • the bridge branch 51a, b is designed to have a low resistance during manufacture by means of targeted path widening. Due to the usual manufacturing variation of + 5%, the resistance of branch 51a, b can now be increased and the temperature coefficient reduced by laser adjustment, with which a range of + 20% can be adjusted.
  • the resistors 51a, 51b it is possible to to set the resistance value and the temperature coefficient of this branch independently of one another, as is described, for example, in DE-OS 29 06 813. Since the TaNi resistor 51a has a smaller value than the resistor 52 but a larger temperature coefficient, this setting can have the effect that the overall temperature coefficient of the bridge circuit 50 is minimized.

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Description

Sensor
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einen Sensor nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es sind bereits zahlreiche Sensoranordnungen zum. Messen eines Druckes in einem Medium, bekanntgeworden, insbesondere zum Messen hoher Drücke, beispielsweise des Öldruckes in hydraulischen Systemen oder in Eraftstoffeinspritzpumpen.
Diese bekannten Drucksensoren beruhen jedoch in der Regel auf piezoelektrischen Effekten und sind demzufolge kompliziert und teuer im Aufbau sowie temperaturempfindlich . Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgenäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß durch Vervendung üblicher Widerstandsbauelemente eine verblüffend einfache und damit kostengünstig herstellbare Anordnung möglich wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.
So kann beispielsweise von der an sich bekannten Tatsache Gebrauch gemacht werden, daß mit einfachen Mitteln die Herstellung von Widerstandsbauelementen mit unterschiedlichem Temperaturkoeffizienten möglich ist, beispielsweise bei Dünnschichtwiderständen in einem TaNi-System. Werden derartige Widerstandsbauelemente mit unterschiedlichem Temperaturkoeffizienten definiert in einer Brücke zu einer Gesamtanordnung verschaltet, kann auf diese Weise mit besonders geringem Aufwand ein Sensor mit niedriger Temperaturabhängigkeit des Ausgangssignales aufgebaut werden.
Weiterhin kann eine Temperaturkempensation dadurch bewirkt werden, daß nur ein Teil der Elemente der Brücke dem Druck ausgesetzt wird und der andere Teil druckgeschirmt ist. Eine derartige Anordnung ist in besonders einfacher Weise dadurch in Dickschichttechnik realisierbar, daß der druckdicht abzuschirmende Teil der Brücke mit einem Ring und einer Abdeckplätte versehen wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird für solche Fälle, in denen sich der Sensor in einem strömenden Medium befindet, das Auftreten von temperaturbedingten Fehlersignalen durch das Anströmen des Mediums dadurch vermindert, daß Elemente der Brücke mit einer elastischen Abdeckschicht versehen werden, die ein Erfassen des statischen oder dynamischen Druckes jedoch nicht verfälschen. Dabei kann die untere nutzbare Grenzfrequenz des Sensors, bei dynamischen Messungen unter Verzicht auf eine Tempe raturkompensation wesentlich erniedrigt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Ausgangssignal dadurch erhöht, daß in der Brücke Elemente verwendet werden, die einen unterschiedlichen Druckkoeffizienten aufweisen. In analoger Weise ist es möglich, durch Verwendung von Elementen mit unterschiedlichem Temperatur- und Druckkoeffizienten einen Gesamt abgleich der Brücke herzustellen, bei dem eine weitgehende Eliminierung des Gesamttemperaturkoeffizienten mit einer besonders hohen Druckempfindlichkeit der Anordnung kombiniert wird.
Schließlich wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine weitere Erhöhung des Ausgangssignales dadurch bewirkt, daß die Elemente auf einer elastisch unter Druckeinwirkung verformbaren Unterlage angeordnet werden, wodurch die Elemente gleichzeitig der Druckeinwirkung und einer Dehnung bzw. Stauchung ausgesetzt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, bei Verwendung einer seitlich eingespannten Membran die Elemente einer Brücke definiert auf der Membran verteilt so anzuordnen, daß sie jeweils im Bereich positiver bzw. negativer Dehnung der Membran liegen, wobei als Widerstandsmat erialien solche mit positiven bzw. negativen Druckkoeffizienten zum Einsatz kommen, so daß durch die Überlagerung der Signale durch Druck und Verformung das obengenannte hohe Ausgangssignal entsteht. Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 das Schaltbild einer Brückenanordnung, wie sie beim erfindungsgemäßen Sensor verwendet werden kann; Figur 2 ein Schnittbild durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors; Figur 3 ein Schnittbild durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors; Figur 4 ein Schnittbild durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors; Figur 5 ein Schnittbild durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors in Dickschichttechnik; Figur 6 ein weiteres Schaltbild einer Brückenanordnung, wie sie bei den erfindungsgemäßen Sensoren verwendet werden kann.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der erfindungsgemäße Sensor ist dazu vorgesehen, Drücke in einem Medium unter Verwendung wenigstens eines seinen Widerstandswert unter Druckeinwirkung ändernden Elementes zu messen. Der Sensor eignet sich insbesondere zur Messung hoher Drücke, wie sie beispielsweise in Hydrauliksystemen oder Einspritzpumnen von Verbrennungsmotoren auftreten. Im letzteren Fall sind die Sensoren Teil eines Regelsystems, bei dem verschiedene Betriebsparameter zur Regelung einer Brennkraftmaschine herangezogen werden, u.a. die Einspritzmenge, die mittelbar über den Druck in der Einspritzpumpe ermittelt wird.
Während zu derartigen Meßzwecken üblicherweise aufwendige Sensoren verwendet werden, ist es mit den Sensoren entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich, derartige Drücke mit einfach und kostengünstig herzustellenden Elementen zu messen. Diese Elemente sind handelsübliche Widerstandsbauelemente, deren Herstellung bekannt und einfach durchzuführen ist.
So ist es gemäß der Erfindung beispielsweise möglich, Kohleschichtwiderstände, Dünnschichtwiderstände oder Dickschichtwiderstände zu verwenden. Diese Widerstandselemente werden direkt dem zu messenden Druck ausgesetzt, wobei sich gezeigt hat, daß diese Elemente einen beträchtlichen Druckkoeffizienten aufweisen, so daß ohne besondere schaltungstechnische Maßnahmen Messungen des statischen und des dynamischen Druckes möglich sind.
Bei diesen nur beispielsweise genannten Bauelementen sind verschiedene Materialien oder Materialzusammenstellungen verwendbar, mit denen sich unterschiedliche Druck- und Temperaturkoeffizienten einstellen lassen, so daß - wie weiter unten noch ausführlich gezeigt wird - Schaltungen möglich sind, die besonders hohe Nutzsignale bei niedriger Temperaturabhängigkeit erbringen, sofern Brückenschaltungen mit geeigneter Dimensionierung der einzelnen Bauelemente verwendet werden.
Bei Verwendung von Dünnschichtwiderständen können diese unterschiedlichen Eigenschaften aus einem Dünnschichtsystem TaNi dargestellt werden. In diesem System lassen sich nämlich auf sehr einfache Weise temperaturabhängige Widerstände (Gesamts chi cht TaNi ) und praktisch temperaturunabhängige Widerstände (selektiv freigeätzte Ta- Schicht) herstellen.
Druckmessungen mit solchen Widerständen ergaben das überraschende Ergebnis, daß die unter Luftzusatz zum Entladungsgas durch Kathodenzerstäubung hergestellten Ta- Widerstände einen im Gegensatz zum Literaturwert für Tantal negativen Druckkoeffizienten besitzen; die aus der Gesamtschicht ausgebildeten TaNi-Widerstände hingegen einen positiven Druckkoeffizienten. Dabei liegt der Druckkoeffizient für Ta-Widerstände im Absolutbetrag in der Größenordnung von Manganin, aus dem in vorteilhafter Weise Widerstände zur Direktdruckmessung hergestellt werden können, wie dies in der älteren Anmeldung F 30 28 188.0 beschrieben ist. Der Druckkoeffizient von TaNi-Wider ständen ist demgegenüber etwa zwei blsdreimal größer.
In Figur 1 ist eine Brückenschaltung 10 dargestellt, die aus vier Widerständen 11, 12, 13, 4 besteht. An die eine Brückendiagonale wird eine Brückenspannung UB angelegt, die Meßspannung UM wird an der anderen Brückendiagonalen abgenommen, wobei diese Spannungen selbstverständlich auch vertauscht werden können.
Erfindungsgemäß sind nun die einander jeweils diagonal gegenüberliegenden Widerstände aus dem gleichen Material ausgebildet und zwar die Widerstände 11, 13 aus Ta, die Widerstände 12, 11 aus TaNi. Aufgrund des vorab angegebenen unterschiedliehen Druckkoeffizienten besitzt die in Figur 1 dargestellte Brückenschaltung 10 demnach eine sechs- bis achtfache Druckempfindlichkeit gegenüber einer aus Man ganinwiderständen aufgebaute Brücke.
Wird die Brückenanordnung gemäß Figur 1 zur Messung dynamischer Drücke verwendet, bei der es auf Absolutbeträge nicht ankommt, stört die Temperaturabhängigkeit des Brückensignals nicht. Die untere Grenzfrequenz für derartige dynamische Messungen wird dabei durch die Reaktionsgeschwindigkeit der Brücke auf Temperaturänderungen im Druckmedium mit bestimmt. Befindet sich die in Figur 1 dargestellte Brückenanordnung in einem strömenden Medium, können Verfälschungen des Meßergebnisses dadurch auftreten, daß das Medium die Widerstände 11 bis 14 anströmt und dadurch temperaturbedingte Fehlsignale verursacht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, die Widerstände 11 bis 1 4 mit einer elastischen organischen Schutzschicht, z.B. Silikon abzudecken, wodurch die Empfindlichkeit bei Druckmessungen nicht beeinträchtigt wird. Dadurch kann eine vorgegebene Trägheit des Keßsystems gegen Temperatureinflüsse bewirkt werden.
Eine erste praktische Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Sensors ist in Figur 2 dargestellt. Träger des Sensors ist dabei eine Schraube 15 die, mit einer Dichtung 16 versehen, in ein Druckgehäuse 17 einschraubbar ist. Das Druckgehäuse ist dabei beispielsweise die Wandung eines hydraulischen Elementes oder einer Einspritzpumpe in einem Kraftfahrzeug. Die Schraube 15 ist mit einer axialen Bohrung 18 versehen, in die druckdicht von außen eine mehradrige Zuleitung 19 hineinreicht. Die Zuleitung 19 ist in der Bohrung 18 an einem Plättchen 20 befestigt, auf dem die Widerstandsanordnung 21, beispielsweise einer Brückenschaltung 10 gemäß Figur 1, angeordnet ist. Das Platt eher. 20 mit der Widerstandsanordnung 21 ist von einer elastischen Abdeckschicht 22 umgeben, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Die elastische Abdeckschicht 22 ist ihrerseits mit einem Schutzgitter 23 gegen mechanische Beschädigungen geschützt.
Ein weiteres praktisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors ist in Figur 3 dargestellt. Auch hier ist eine Schraube 15 als Träger des Sensors über eine Dichtung 16 in ein Druckgehäuse 17 eingeschraubt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist jedoch beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 die axiale Bohrung 30 durchgehend durch die Schraube 15 ausgebildet. Die Bohrung 30 ist mit einer elastischen Vergußmasse 31 ausgefüllt, wobei am druckzugewandten Ende der Schraube eine Unterlage 32 auf dem Schraubenkopf und der Vergußmasse 31 aufsitzt. Die Unterlage 32 trägt wieder eine mit einer elastischen Abdeckschicht 22 überdeckte Widerstandsanordnung 21. Von der Unterlage 32 führen Durchführungen 33 in die Vergußmasse 31. An die Durchführungen 33 kann eine elektronische Schaltung 35, beispielsweise ein Vorverstärker angeschlossen sein. Die elektronische Schaltung 35 mit ihren Zuleitungen 34 ist dabei ebenfalls in die Vergußmasse 31 eingegossen. Auf diese Weise kann ein hochempfindlicher Drucksensor aufgebaut werden, bei dem bevorzugt die Unterlage 32 in Form einer elastisch verformbaren Membran ausgebildet ist, wodurch sich - wie weiter unten noch geschildert wird - eine weitere Erhöhung des Nutzsignales ergibt.
Eine dritte praktische Ausführungεform eines erfindungsgemäßen Sensors ist in Figur 4a und b im Schnitt bwz. in Draufsicht dargestellt. In der Schraube 15 verläuft wiederum eine axiale Bohrung 30', die jedoch in diesem Ausführungsbeispiel nach außen hin konisch abgesetzt ist. Die Bohrung 30' ist wiederum mit der elastischen Vergußmasse 31 ausgefüllt und auf dem druckzugewandten Ende der Schrauoe 15 liegt die Unterlage 32', die in bevorzugter Ausgestaltung elastisch verformbar ausgebildet ist, auf. Auf der Unterlage 32' ist wiederum die von der elastischen Abdeckschicht 22 bedeckte Widerstandsanordnung 21 angeordnet. Die Zuleitungen 34 der Widerstandsanordnung 21 führen durch die Vergußmasse 31 nach außen. Auf diese Weise ist es möglich, einen besonders einfachen und preisgünstig herzustellenden Sensor aufzubauen. Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, zur Verminderung des Temperaturkoeffizienten der gesamten Sensoranordnung einen Teil der verwendeten Widerstandselemente druckdicht abzuschirmen, so daß durch Vergleich dieser druckdicht abgeschirmten Widerstandselemente mit den nicht abgeschirmten Widerstandselementen eine Eliminierung von Temperatureinflüssen möglich ist.
Eine derartige Anordnung kann in bevorzugter Weise in Dickschichttechnik aufgebaut werden, wie dies in Figur 5 veranschaulicht ist. Es versteht sich dabei jedoch von selbst, daß diese Eerstellungstechnologie nur beispielhaft angeführt ist und daß sich die hier im einzelnen beschriebenen Sensoranordnungen mit allen genannten ü Widerstandsbauelmenten aufbauen lassen, sofern sich aus den speziell verwendeten Elementen und ihren besonderen Eigenschaften nichts anderes ergibt.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5a, b und c wird eine Ealbbrückenancrdnung 39 verwendet, die aus den Widerständen 4 1 und 42 besteht und auf einem als Unterlage 40 dienenden Substrat angeordnet ist. Als Widerstände 41, 42 eignen sich insbesondere in Dickschichttechnik hergestellte Widerstände, z.B. Cermet, Conductive- Plastic, Fiatin usf. Diese Widerstände zeigen, wie sich gezeigt hat, eine enorm hohe Widerstandsänderung in Abhängigkeit vom Druck. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, durch Auswahl der Widerstandspasten und durch gezielte Beimischungen von leitenden und nichtleitenden Steffen, sowie über deren Korngröße und Kornform den druckabhängigen Widerstandsbeiwert in weiten Grenzen zu variieren. Bei Einsatz der Dickschichttechnik wird der Ring 43 um den Widerstand 41 aus geeignetem Material z.B. Glas, Keramik oder dgl. aufgedruckt und in einem weiteren Arbeitsgang die Abdeckplatte 44 druckdicht aufgesetzt.
Auißer der druckdichten Abschirmung kann aber noch ein zusätzlicher Meßeffekt durch gezielte Ausgestaltung der Abdeckung erreicht werden.
Wie in Figur 5b und c dargestellt, ist es möglich, die Dicke der Unterlage 40 bzw. der Abdeckplatte 44 in weiten Grenzen einzustellen. Wird, wie in Figur 5b dargestellt, die Unterlage 40 wesentlich dünner ausgebildet als die Abdeckplatte 44, ergibt sich bei Druckbeaufschlagung eine konkave Durchbiegung der Unterlagε 40, wie dies in Figur 5b durch die Linie 15 der positiven Durchbiegung angedeutet ist. Im umgekehrten Falle ergibt sich bei dick ausgebildeter Unterlage 40 eine konvexe Durchbiegung, wie dies durch die Linie 46 der negativen Durchbiegung in Figur 5c gezεigt ist. Durch die Durchbiegung der Unterlage 40 ergibt sich eine Dehnung bzw. Stauchung des Widerstandes 41, was die Möglichkeit eröffnet, diese neben der Druckbelastung zusätzliche mechanische Belastung zur Signalerhöhung auszunutzen. In gleicher Weise ist dies bei den Anordnungen gemäß Figur 3 und 4 möglich, wenn - wie oben bereits angedeutet - die Unterlage 32 bzw. 32' in Form einer elastisch verformbaren Membran ausgebildet wird. Da diese Membranen seitlich eingespannt sind, ergeben sich auf ihnen am Rand und in der Mitte Durchbiegungen unterschiedlicher Richtungen. Durch geeignete geometrische Anbringung der Widerstandselemente der Anordnungen 21 ist es dann möglich, einen Teil der Widerstandselemente bei Druckeinwirkung einer Stauchung und einen anderen Teil einer Dehnung auszusetzen. Werden diese Elemente nun, wie in Figur 1 für den Fall des unterschiedlichen Druckkoeffizienten bereits ausgeführt in einer Brückenanordnung einander diagonal bzw. benachbart angeordnet, läßt sich eine zusätzliche Signalerhöhung dadurch erzielen, daß durch Stauchung bzw. Dehnung und damit unterschiedliche Widerstandsveränderung eine zusätzliche Verstimmung der Brücke bei Druckeinwirkung bewirkt wird.
In Figur 6 ist schließlich noch eine Brückenschaltung 50 dargestellt, bei der durch geeignete Auswahl der Brückenelemente eine Temperaturkompensation möglich ist. Die Brückenschaltung 50 besteht in zwei gegenüberliegenden Zweigen aus Widerständen 51a, 51b bzw. 53a, 53b und in den beiden anderen Zweigen aus Einzelwiderständen 52 bzw. 54. Die Widerstände 51a, 53a sind dabei als TaNi-Wider stände und die Widerstände 51b, 53b als Ta-Widerstände ausgebildet. Die Widerstände 52, 54 bestehen aus einem Material mit positivem Druckkoeffizienten und einem Temperaturkoeffizienten, der im Bereich von + 200 ppm/К liegt. Dies e Bedingungen erfüllen z.B. Silber-Mangan-Legierungs schichten.
Durch geeignεtε Dimensionierung aller Brückenwiderstände ist es dabei erreichbar, daß zum Nullabgleich der Brücke 50 immer nur ein bestimmter Brückenzweig, beispielsweise 51a, b benutzt werden muß. Hierzu wird der Brückenzweig 51a, b bei der Herstellung durch gezielte Bahnverbreiterung niederohmig gestaltet. Aufgrund der üblichen Fertigungsstreuung von + 5 % kann nun durch Laserabgleich, mit dem ein Ber eich von + 20 % abgeglichen werden kann , der Widerstand des Zweiges 51a, b vergrößert und der Temperaturkoeffizient verkleinert werden. Durch geeignete Aufteilung der Widerstände 51a, 51b ist es möglich, den Widerstandswert und den Temperaturkoeffizienten dieses Zweiges unabhängig voneinander einzustellen, wie dies beispielsweise in der DE-OS 29 06 813 beschrieben ist. Da der TaNi-Widerstand 51a einen kleineren Wert hat als der Widerstand 52, jedoch einen größeren Temperaturkoeffizienten, kann durch diese Einstellung bewirkt werden, daß der gesamte Temperaturkoeffizient der Brückenschaltung 50 minimiert wird.

Claims

Ansprüche
1. Sensor zur Erfassung des Druckes eines Mediums unter Verwendung wenigstens eines seinen Widerstandswert unter Druckeinwirkung ändernden Elementes, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein übliches Widerstandsbauelement
(11 bis 14 , 21, 4 1, 42 , 51 bis 54), vorzugsweise ein Kohleschichtwiderstand, ein Dünnschichtwiderstand oder ein Dickschichtwiderstand ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Element (11 bis 14 , 21 , 41 , 42, 51 bis 54) ein Dünnschichtwiderstand (11 bis 14, 21, 51, 53) eines TaNi-Systems ist.
3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Element (11 bis 14, 21, 41, 42, 51 bis 54 ) ein Dickschichtwiderstand (21, 41 , 42 ) , z.B. Cermet, Conductive, Plastic, Platin usf. ist.
4 . Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (11 bis 14 , 21, 41, 42 , 51 bis 54) Bestandteile einer Brückenancrdnung (10, 39, 50) sind.
5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Element (11 bis 14 , 21, 42, 51 bis 54) zur Verminderung der thermischen Belastung bei Direktanströmung durch das Medium mit einer elastischen Abdeckschicht (22), vorzugsweise Silikon, versehen ist.
6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Ansprechgeschwindigkeit des Elementes (11 bis 14 , 21, 42 , 51 bis 54 ) auf Temperaturänderungen die Masse der Abdeckschicht (22) einstellbar ist.
7. Sensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (11 bis 14, 21, 51 bis 54) auf einem Plattchen (20) angeordnet sind, das am Fuß einer in ein Druckgehäuse (17) druckdicht einsehraubbaren Schraube (15) angebracht und von der elaetischen Abdeckschicht (22) sowie einem Schutzgitter (23) umgeben ist.
8. Sensor nach einεm der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Brücke (10, 39, 50) druckdicht abgedeckt ist.
9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Dickschicht-Element en um den wenigstens einen, auf einem Substrat (40) befindlichen abzudeckenden Dickschichtwiderstand (41) ein Ring (43), vorzugsweise aus Glas, Keramik oder dgl. aufgedruckt ist, der mit einer Abdeckplatte ( 44 ) verschlossen ist.
10. Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (11 bis 14 , 21, 51 bis 54) einen unterschiedlichen Druckkoeffizienten aufweisen .
11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vollbrücke mit vier Elementen (11 bis 1 4 ) verwendet wird, wobei sich zwei Ta-Widerstände ( 1 2 , 1 4 ) und zwei TaNi-Widerstände (11, 13) jeweils diagonal gegenüberst ehen.
12. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vollbrücke mit mindestens sechs Elementen (51 bis 54) verwendet wird, wobei zwei diagonal gegenüberliegende Brückenzweige aus der Reihenschaltung je eines TaNi-Widerstandes (51a, 53a) und eines Ta-Widerstandes (51b, 53b) und die beiden übrigen Brückenzweige aus je einem Widerstand (52, 54) gebildet werden, der einen positiven Druckkoeffizienten und einen Temperaturkoeffizienten im 3ereich von - 200 ppm/k aufweist.
13. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die übrigen Brückenzweige bildenden Widerstände (52, 54) aufgestäubte Silber-Mangan-Legierungsschichten sind, mit positivem Druckkoeffizienten und einem Temperaturkoeffizienten von wenigstens näherungsweise + 10 ppm/K .
14. Sensor nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Element (11 bis 14, 21, 4 1 , 42, 51 bis 54) auf einer durch die Druckeinwirkung elastisch verformbaren Unterlage (32, 32', 40 ) angeordnet ist.
15. Sensor nach Anspruch 9 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Substrates (40) und/oder der Abdeckplatte (44) so einstellbar ist, daß sich bei Druckeinwirkung eine konvexe bzw. konkave Verformung des Substrates (40) ergibt.
16. Sensor nach Anspruch 14 , dadurch gekennzeichnet, daß diε elastisch verformbare Unterlage (32, 32') auf dem Kopf einer axial durchbohrten, als Sensorkörper dienenden Schraube (15) angeordnet ist.
17. Sensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (30, 30') zur Aufnahme von Zuleitungen (34 ), elektronischen Schaltungen (35) oder dgl. dient und vorzugsweise druckfest vergossen ist.
18. Sensor nach einem der Ansprüchε 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Brückenschaltung für die Elemente (11 bis 14, 21, 41 , 42, 51 bis 54) wenigstens ein Element im Bereich konvexer Durchbiegung (45) der Unterlagε (32, 32') und wenigstens ein weiteres Element im Bereich konkaver Durchbiegung ( 46 ) der Unterlage (32, 32') angeordnet ist.
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3332880A1 (de) * 1983-09-12 1985-03-28 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Sensor
EP0179278A3 (de) * 1984-10-25 1988-09-07 Robert Bosch Gmbh Drucksensor
DE3440568A1 (de) * 1984-11-07 1986-05-15 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Hochdrucksensor
US4833937A (en) * 1985-04-22 1989-05-30 Shimano Industrial Company Limited Adjusting device for a control cable for a bicycle
ATE42637T1 (de) * 1985-09-11 1989-05-15 Kunz Manfred Drucksensor.
US4799400A (en) * 1986-02-21 1989-01-24 Acco Babcock Inc. Self-adjusting cable control device
IT1187956B (it) * 1986-02-24 1987-12-23 Marelli Autronica Dispositivo antibloccaggio delle ruote di un autoveicolo
IT1203547B (it) * 1986-03-10 1989-02-15 Marelli Autronica Dispositivo e procedimento per misurare la pressione statica di un fluido
IT206925Z2 (it) * 1986-03-10 1987-10-19 Marelli Autronica Sensore a filo spesso in particolare sensore di pressione
FR2601133B1 (fr) * 1986-07-01 1990-05-11 Beta Sa Dispositif de mesure des pressions et notamment des hautes pressions
DE3624240A1 (de) * 1986-07-18 1988-01-28 Vdo Schindling Mechanisch-elektrischer wandler
FR2602334B1 (fr) * 1986-08-04 1988-09-16 Commissariat Energie Atomique Capteur de pression
US4762017A (en) * 1986-10-10 1988-08-09 Acco Babcock Inc. Self-adjusting cable control device
EP0333091B1 (de) * 1988-03-15 1992-10-21 Pfister GmbH Elektrischer Druck-, Schwingungs- und/oder Beschleunigungswandler
DE3813173A1 (de) * 1988-04-20 1989-11-02 Teves Gmbh Alfred Verfahren zum betrieb eines hauptzylinders
DE3912280A1 (de) * 1989-04-14 1990-10-18 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum herstellen eines sensors zum bestimmen von druckkraeften
DE4022782A1 (de) * 1990-07-18 1992-01-23 Bosch Gmbh Robert Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen
DE4103704A1 (de) * 1990-07-18 1992-01-23 Bosch Gmbh Robert Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen
DE4103706A1 (de) * 1990-07-18 1992-01-30 Bosch Gmbh Robert Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen
DE4103705A1 (de) * 1990-07-18 1992-01-23 Bosch Gmbh Robert Druckgeber zur druckerfassung im brennraum von brennkraftmaschinen
DE4111148A1 (de) * 1991-04-06 1992-10-08 Bosch Gmbh Robert Sensor
US5813290A (en) * 1993-12-09 1998-09-29 Uni Flex Inc. Automatic tension controlling mechanism of control cable
DE19718349C2 (de) * 1997-05-02 2001-03-01 Mahe Electronic Mario Mankel Drucksensor
US7441467B2 (en) * 2006-07-12 2008-10-28 Cts Corporation Compression strain sensor
AT511330B1 (de) * 2011-06-03 2012-11-15 Piezocryst Advanced Sensorics Sensor für die messung von druck und/oder kraft

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB966527A (en) * 1960-06-28 1964-08-12 Jack Sidney Dean Electro-mechanical transducer
US3402609A (en) * 1964-09-29 1968-09-24 Tokota Chuo Kenkyusho Kk Semiconductor mechanical-to-electrical transducer
DE2515435A1 (de) * 1975-04-09 1976-10-21 Wolfgang Fezer Elektrischer gas- oder fluessigkeitsdruckabhaengiger geber
JPS52135095A (en) * 1976-05-06 1977-11-11 Nippon Chemical Ind Thinnfilm resistor whose resistive temperature coeficent has been made small
US4152689A (en) * 1978-02-13 1979-05-01 American Components Inc. Electrical resistor package which remains unaffected by ambient stresses and humidity

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO8300225A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
IT1151655B (it) 1986-12-24
DE3125640A1 (de) 1983-01-13
WO1983000225A1 (fr) 1983-01-20
IT8222023A0 (it) 1982-06-23

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