DE102008025752A1 - Induktiver Drucksensor - Google Patents

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Arno Wehle
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/007Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in inductance

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Abstract

Drucksensor, welcher einen Druckbehälter aufweist, dessen eine Behälterseite zumindest teilweise durch eine über Druckänderungen in dem Druckbehälter elastisch verformbare Membran gebildet wird, die mit einem Bedämpfungselement gekoppelt ist. Der Drucksensor weist weiterhin ein induktives Element auf, welches zum Bedämpfungselement beabstandet ist. Bei Druckänderung wird das Bedämpfungselement relativ zu dem induktiven Element bewegt, wobei sich die Induktivität des induktiven Elements ändert und über die jeweilige Induktivitätsänderung eine damit verbundene Druckänderung von einer Auswerteeinheit ermittelbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Drucksensor, bei dem durch Druckänderung mittels Veränderung einer Induktivität ein Signal über eine Elektronik erzeugt wird, welches zur Druckbestimmung dient.
  • Drucksensoren, welche zum Messen von Drücken in Gasen oder Flüssigkeiten eingesetzt werden, basieren im Allgemeinen auf der Verwendung von Dehnmessstreifen oder Piezoaufnehmern, die auf eine Membran aufgebracht sind, wobei die Membran in Druckschaltern eingebaut sein kann. Die Druckmessung des auf die Membran wirkenden Druckes wird dabei über eine Widerstandsänderung über die mechanische Deformation im Dehnmessstreifen oder über die Leitfähigkeitsänderung einer SI-Membran bei einem piezoresistiven Effekt erfasst. Die Ausdehnung einer Membran innerhalb eines Drucksensors, welche aufgrund von Druckänderung erfolgt, wird in Form von Signalen an eine Auswerteeinheit weitergeleitet, wo die Signale letztendlich ausgewertet werden, und so die zuvor aufgebrachte Druckänderung ermittelt wird.
  • DE 103 11 795 A1 beschreibt einen Drucksensor bzw. eine Drucksensoranordnung zur berührungslosen Druckmessung. Dabei ist ein Druckschalter in einen elektrischen Schwingkreis mit LC-Schaltung eingebaut. In Abhängigkeit vom herrschenden Druck im System kann der Schalter, bei Über- oder Unterschreitung einer vorgegebenen Schaltschwelle, beispielsweise einen LC-Schaltkreis sowohl ein- als auch ausschalten. Um das Messergebnis zu verbessern und damit eine präzisere Aussage bezüglich des Druckwerts zu erhalten, wird in der DE 103 11 795 A1 empfohlen, mehrere Drucksensoren mit unterschiedlichen Schaltschwellen in der Messanordnung vorzusehen, um einen genaueren Wert bezüglich des Ergebnisses treffen zu können.
  • Mikromechanische Druckschalter, wie sie in der DE 103 11 795 A1 zum Einsatz kommen, werden im Allgemeinen aus einem Halbleiter-Substrat hergestellt und weisen unterhalb der Membran eine Ausnehmung bzw. einen Hohlraum auf, welcher mit der Membran überspannt ist und mindestens zwei Kontakte aufweist. Sobald auf den Druckschalter Druck ausgeübt wird, verformt sich die Membran derart, dass ein unterhalb der Membran angebrachter Kontakt einen oberhalb des Halbleiters angebrachten Kontakt berührt. Es entsteht demnach aufgrund der Durchbiegung der Membran eine elektrische Verbindung zwischen den Kontakten, welche wiederum dazu führt, dass der elektrische Schwingkreis geschlossen wird und eine neue Auswertung der Resonanzfrequenz über die Auswerteeinheit erfolgt.
  • Diese Art der Drucksensoren wird hauptsächlich zum Messen von Reifendrücken von Fahrzeugen eingesetzt, was zur Folge hat, dass neben der Ermittlung des Ergebnisses die Robustheit des Drucksensors eine wichtige Rolle spielt.
  • Da es sich bei dem Drucksensor gemäß der Druckschrift DE 103 11 795 A1 um eine Sensoreinheit handelt, bei der durch die Anlage der Membran an das Halbleiter-Substrat ein Kontakt entsteht, ist in diesem Fall unter Robustheit eine hohe Lebensdauer durch eine möglichst verschleißfreie Berührung der Kontakte zu verstehen. Die Ausnehmung bzw. der Hohlraum, welche bzw. welcher innerhalb des Druckschalters existiert, wird durch geeignete Prozessführung mittels einer Porös-Halbleitertechnologie hergestellt. Jedoch je öfter die Kontakte aufeinander treffen und dabei als eine elektrische Kontaktstelle für den Stromfluss dienen, desto höher ist der Materialabtrag. Besonders gefährdet sind dabei vor allem dünne oder poröse Schichten, da diese eine offene Materialstruktur und somit eine verletzbare Oberfläche aufweisen.
  • Auch haben Verstärkungen der Membran, wie beispielsweise die DE 101 14 665 A1 aufzeigt, keine wesentlichen Verbesserungen gezeigt. Dabei wird eine zusätzliche Beschichtung auf einem Umsetzungsmittel, welches auf der Membran aufgebracht ist, aufgetragen und auf diese Weise die Durchbiegung der Membran in ein auswertbares Signal umgesetzt. Die Beschichtung, welche gleichzeitig auch als Dampfsperre dient, schützt zwar die Membranoberfläche vor Feuchtigkeit und Wärmestrahlung, doch aufgrund des ständigen Kontakts zwischen Umsetzungsmittel und Membran, kommt es auch hier zu Verschleißerscheinungen.
  • Zur Messung von Drücken sind zahlreiche Methoden anwendbar, wobei der Aufbau meist auf einem Verformungskörper beruht, welcher als Messelement dient. Bei der Verformung des Membranelements durch den angelegten Druck wird dabei eine Messgröße verändert, die zur Erfassung eines Druckes an eine Auswerteeinheit übertragen wird. Die Bauelemente im Drucksensor selbst sind dabei herkömmlicherweise über Kontakte, oder indem sie Kontaktstellen bilden, miteinander verbunden, so dass der Aufbau und/oder das Wirkprinzip die ser herkömmlichen Drucksensoren einem mechanischen Prinzip unterliegen. Das hat zur Folge, dass der gesamte Drucksensor bei Beschädigung nur einer Komponente komplett ausgewechselt werden muss.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung von Drücken bereitzustellen, bei welchem die einzelnen Sensoreinheiten untereinander eine verschleißfreie Übertragung der Signale bis hin zur Ermittlung des Messwerts in der Auswerteeinheit ausbilden. Auf diese Weise kann sicher gestellt werden, dass es weder aufgrund von Materialabtrag noch durch Verschmutzung zu Fehlerquellen zwischen den einzelnen Kontakten kommen kann, gleichzeitig soll durch Vermeidung von Verschleißerscheinungen die Lebensdauer erhöht werden. Als weitere Aufgabe der Erfindung sollen die einzelnen Sensoreinheiten bei Beschädigung separat ausgewechselt werden können oder ausgefallene Baugruppen der Vorrichtungen, in der die einzelnen Sensoreinheiten aufgenommen sind, ohne Demontage weiterer Baugruppen, auf denen beispielsweise eine nicht beschädigte Sensoreinheit befindet, ausgetauscht werden können. Auch eine Auswechslung von Baugruppen mit nicht beschädigten Sensoreinheiten soll unabhängig von anderen Sensorbaugruppen möglich sein.
  • Die Aufgabe wird dabei durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 10 angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Drucksensor weist dabei im Wesentlichen zwei Baugruppen auf, welche voneinander beabstandet, d. h. mechanisch, elektrisch und/oder galvanisch entkoppelt, angeordnet sind. Bei der ersten Baugruppe handelt es sich um einen Druckbehälter, dessen eine Seite zumindest teilweise durch eine Membran ausgebildet wird, die ein mit ihr gekoppeltes Bedämpfungselement aufweist. Die zweite zur ersten Baugruppe beabstandet angeordnete Baugruppe weist ein induktives Element mit einem elektrischen Schalt- oder Schwingkreis auf. Aufgrund des vorliegenden Aufbaus kommt es zwischen dem Bedämpfungselement auf der ersten Baugruppe und dem induktivem Element zu keinerlei Berührung oder Kontakt, d. h. weder mechanisch, noch elektrisch noch galvanisch.
  • Zunächst führt eine Druckänderung innerhalb des Behälters zu einer Durchbiegung oder Verschiebung der Membran. Dadurch, dass die Membran mit dem Bedämpfungselement gekoppelt ist, wird das Bedämpfungselement entsprechend der Ausdehnung/Verformung der Membran bewegt. Je nach Anordnung des Bedämpfungselements, beispielsweise parallel zum induktiven Element oder inner- oder außerhalb des induktiven Elements, wird das Bedämpfungselement relativ zum induktiven Element verschoben. Dabei verändert das Bedämpfungselement seine relative Lage, sodass sein Abstand zum Induktiven Element oder die Überdeckung des induktiven Elements verändert wird.
  • Wie bekannt löst eine Bewegung eines elektrischen Leiters in einem Magnetfeld eine Induktion aus, die in Form eines elektrischen Stroms gemessen werden kann. Ein Magnetfeld kann dabei von einem Permanentmagneten oder einem stromdurchflossenen elektrischen Leiter erzeugt werden. Wird ein in einem Magnetfeld befindlicher Leiter von einem Wechselstrom durchflossen, so löst jede Phasen- oder Stromrichtungsumkehrung eine Induktion aus. Eine Induktion findet ebenso in einem mit Gleichstrom durchflossenen elektrischen Leiter statt, wenn der Leiter in einem Magnetfeld bewegt wird oder das Magnetfeld, welches auf den Leiter wirkt verändert wird. Dieser Effekt wird bei der vorliegenden Erfindung ausgenutzt in dem beispielsweise das Bedämpfungselement, welches einen elektrischen Leiter oder einen Magneten darstellen kann, relativ zum induktiven Element bewegt wird. Dabei wird je nach Abstand, z. B. Luftspaltbreite, zwischen Bedämpfungselement und induktiven Element eine andere Induktion in dem induktiven Element hervorgerufen oder im Falle eines Wechselstroms in einem der beiden Elemente der durch die Stromrichtungsumkehr induzierte Strom verändert. Im Rahmen der Erfindung soll hierbei auch von einer Induktionsänderung gesprochen werden.
  • Ist beispielsweise das Bedämpfungselement als Magnetfolie ausgebildet und das induktive Element ein LC-Schwingkreis, so wird sich in dem Schwingkreis bei Annäherung oder Entfernung des Bedämpfungselements eine Frequenz-, Phasen- und/oder Amplitudenänderung einstellen, die über eine Auswerteeinheit zur Druckbestimmung verwendet werden kann.
  • Diese Induktivitätsänderung durch die beispielsweise Abstandsänderung eines Permanentmagneten von dem induktiven Element kann auch durch eine Abstandsänderung eines stromdurchflossenen elektrischen Leiters erfolgen, der bekanntlich ebenfalls ein Magnetfeld aufbaut. In diesem Falle könnte beispielsweise das Bedämpfungselement ein elektrischer Leiter sein oder die Membran aus einer elektrisch leitenden Folie aufgebaut sein.
  • Eine Induktionsänderung, d. h. eine Änderung der Höhe des bei einer Induktion auftretenden Stroms, tritt auch dann auf wenn ein beispielsweise mit Wechselstrom beaufschlagter Leiter mal stärker und mal weniger stark von einem anderen elektrischen Leiter oder Magnetfeld überdeckt wird, wobei die beiden Komponenten sich nicht berühren, sondern nur ihre Mag netfelder sich gegenseitig beeinflussen. Auch diesen Effekt macht sich die Erfindung zu Nutze, indem das Bedämpfungselement bei Druckänderung beispielsweise das induktive Element so überstreicht, dass sich die Überdeckung der beiden Elemente also deren gegenseitige Beeinflussung ändert. Dabei kann das Bedämpfungselement innerhalb, außerhalb, über, unter oder neben dem induktiven Element angeordnet sein. Für die Erfüllung des Erfindungsgedankens ist nur wichtig, dass sich die beiden Elemente nicht körperlich berühren oder durch Kontakte oder Kontaktmittel verbunden sind.
  • Da es sich sowohl bei dem Bedämpfungselement als auch bei dem induktiven Element um einen elektrischen Leiter handeln kann, beeinflussen sich diese beiden Sensoreinheiten gegenseitig. Jeder mit Strom durchflossene elektrische Leiter bildet ein Magnetfeld aus. Liegen, beispielsweise, zwei elektrisch erzeugte Magnetfelder vor, welche relativ zueinander angeordnet sind, beeinflusst eine Positionsänderung des einen Leiters den induktiven Zustand des anderen Leiters. Das bedeutet, dass wenn das Bedämpfungselement durch die Formänderung der Membran seinen ursprünglichen Abstand zum induktiven Element verändert, indem es zum induktiven Element hin- oder wegbewegt wird oder dieses teilweise überstreicht, die Induktivität des induktiven Elements verändert wird. Der dadurch in seiner Größe neu entstandene Abstand oder die neu entstandene Überdeckung zwischen Bedämpfungselement und induktivem Element führt zu einer Beeinflussung einer beispielweise in dem induktiven Element angebrachten Spule oder Spirale und führt somit zu einem veränderten Wert der Induktivität des induktiven Elements. Anhand der Induktivitätsänderung erfolgt eine Frequenz-, Phasen- oder Amplitudenänderung, welche wiederum dazu verwendet werden können, einen abgeänderten Wert vom induktiven Element an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Dieser Wert ist auf die Druckänderung bezogen, d. h. er ist unmittelbar von dieser abgeleitet. Auf diese Weise kann die Auswerteeinheit dann jeder Druckänderung einen Wert zuordnen.
  • Hinsichtlich des Erfindungsgedankens ergibt sich für den Aufbau des Drucksensors eine weitere Variante. In einem Fall ist denkbar, dass eine erste Baugruppe aus der Kombination aus Membran und induktivem Element besteht und eine zweite Baugruppe das zur ersten Baugruppe beabstandete Bedämpfungselement aufweist. Diese Variante arbeitet ebenfalls nach dem gleichen Prinzip, einziger Unterschied liegt darin, dass bei diesem Aufbau nicht das induktive Element, sondern das Bedämpfungselement fixiert ist. Allein durch Veränderung der relativen Position zwischen dem Bedämpfungselement und dem induktiven Element wird eine Veränderung im elektrischen Schaltkreis bewirkt. Der Erfindungsgedanke, dass zwei zueinander beabstandete sich gegenseitig beeinflussende Magnetfelder bzw. elektri sche Felder oder eine Kombination aus beiden Feldarten relativ zueinander bewegt werden und dadurch die Induzierbarkeit verändert wird, ist auch in diesem Fall gegeben.
  • Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Drucksensoren, welche mit Dehnmessstreifen, Piezowiederständen, auf der Membran aufgebrachten Umsetzungsmitteln oder anderen Kontaktstellen arbeiten, wesentliche Vorteile auf: Der Aufbau des Drucksensors ermöglicht eine weitaus höhere Lebensdauer, da es aufgrund des Abstands und der Berührungslosigkeit zwischen dem Bedämpfungselement und dem induktiven Element weder zu Materialabtrag noch zu Verschmutzungen der Kontakte kommen kann.
  • Außerdem weist der erfindungsgemäße Drucksensor eine höhere Sensitivität, Empfindlichkeit und Präzision auf. Zusätzlich ergeben sich aus der Erfindung auch wirtschaftliche Vorteile, wie beispielsweise der möglichen kleinen Baugröße aufgrund des einfachen Aufbaus, was ebenfalls dazu führt, dass die Herstellkosten eines solchen Drucksensors niedriger sind. Der wohl größte Vorteil liegt aber in der Zuverlässigkeit des induktiven Systems durch Wegfall einer Kontaktierung der Sensoreinheiten untereinander, woraus eine hohe Lebensdauer und die Eliminierung von Fehlerquellen resultiert.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Drucksensors betrifft die Demontage bzw. die Auswechslung bei Einsatz der beiden Drucksensor-Bauelementen auf unterschiedlichen Baugruppen, beispielsweise bei einer Bremsanlage. Dadurch, dass das Bedämpfungselement, das Element, das die Messung auslöst, vollständig von dem induktiven Element losgelöst ist, kann der Austausch der beiden Sensoreinheiten getrennt voneinander erfolgen. Sollte beispielsweise das induktive Element eine Funktionsstörung aufweisen, so kann es bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor separat gewechselt werden ohne dabei ein neues Bedämpfungselement nebst Druckbehälter ebenfalls austauschen zu müssen. Sind die beiden Drucksensor-Bauelemente auf verschiedenen Baugruppen beispielsweise einer ABS-Bremsanlage montiert, so ist bei Austausch einer Baugruppe der Bremsanlage, auf welcher nur ein Bauelement des Drucksensors angebracht ist, problemlos möglich, da zwischen den beiden Sensoreinheiten keine physikalische oder mechanische Verbindung besteht. Das bedeutet, dass eine andere Baugruppe, auf der die zweite Sensoreinheit montiert ist, nicht vom Austausch der anderen Baugruppe betroffen ist. Die zweite Sensoreinheit kann auf der nicht auszutauschenden Baugruppe verbleiben.
  • Das Prinzip der Druckmessung mittels einer Abstandsmessung zweier Baugruppen weist jedoch noch weitere Vorteile auf. Aufgrund der proportional zur Verformung der Membran resultierenden Abstandsänderung zwischen Bedämpfungselement und induktivem Element können bereits kleine Wegänderungen genau gemessen werden. Jede noch so kleine Positionsänderung einer Sensoreinheit relativ zur anderen Sensoreinheit bewirkt ein gut zu messendes Signal. Das bedeutet, dass, trotz nur sehr kleiner Druckänderungen, die Genauigkeit der Messwerte nicht beeinträchtigt wird.
  • Zur Durchführung einer Druckmessung wird der Druckbehälter, der beispielsweise aus einem widerstandsfähigen Material besteht und hohl ist, mit Druck beaufschlagt, wodurch sich die Membran ausdehnt. Dabei ist eine Außenfläche des Druckbehälters – sollte der Druckbehälter eine Pyramiden-, Würfel- oder Quaderform aufweisen – mit einer elastisch verformbaren Membran entweder ganz oder teilweise überspannt. Im Falle einer Kugel- oder Zylinderform dient zumindest ein Teil dieser Behälterform als Membran. Alle Ausführungsformen des Druckbehälters können vollständig aus demselben Material wie die Membran bestehen oder nur in Teilbereichen eine elastisch verformbare Membran aufweisen. Für Überdrucksensoren ist beispielweise auch eine plastisch verformbare Membran denkbar, die erst bei Erreichen eines bestimmten Druckwertes verformt wird und dann über die Abstands- oder Überdeckungsänderung der beiden Sensoreinheiten ein entsprechendes Signal erhalten wird. In diesem Fall wäre dann zumindest die die plastisch verformbare Membran aufweisende Sensoreinheit wieder instandzusetzen, d. h. die andere Sensoreinheit ist von der Instandsetzung nicht betroffen.
  • Für die Ermittlung einer Druckänderung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung mit einem erfindungsgemäßen Drucksensor, welcher beispielsweise in einem ABS System angebracht ist, ist die Durchbiegung der Membran aufgrund von Druckänderung Voraussetzung. Dabei kann die Membran oder das mit ihr gekoppelte Bedämpfungselement eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, d. h. aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, wie Kupfer, Messing, Aluminium oder auch aus elektrisch leitfähigen Kunststoffen, Keramiken oder Verbundwerkstoffen.
  • Der Anteil der Seite des Druckbehälters, welche als Membran dient, muss gerade so groß sein, dass eine Verformung der beispielsweise elastisch verformbaren Membran Auswirkungen auf das mit ihr gekoppelte Bedämpfungselement zeigt.
  • Unter Koppelung ist auch zu verstehen, dass das Bedämpfungselement beispielsweise die Membran selbst ist. In diesem Fall folgt das Bedämpfungselement der Verformung der Membran. Jedoch kann die Koppelung beispielsweise auch so ausgeführt sein, dass die beiden Bauteile, die Membran und das Bedämpfungselement, derart miteinander verbunden sind, dass das Bedämpfungselement bei einer Verformung der Membran parallel oder sonstig in einer konkreten Beziehung zu dem induktiven Element bewegt wird. Das Bedämpfungselement besteht dann beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Metall oder Kunststoff oder ist beispielsweise ein Permanentmagnet, besitzt aber an keiner Stelle Kontakt zum induktiven Element.
  • Das bedeutet, dass das Bedämpfungselement sowohl im Ausgangszustand, z. B. bei Umgebungsdruck oder System-Normaldruck, als auch bei Druckänderung stets im Abstand zum induktiven Element befindet. Der gemeinsame Aufbau aus Membran und Bedämpfungselement stellt eine Sensoreinheit des Drucksensors dar.
  • Eine andere wesentliche Sensoreinheit stellt das induktive Element dar. Aufgabe dessen ist es, durch Veränderung ihrer Induktivität innerhalb eines elektrischen Schwingkreises eine Frequenz-, Phasen- oder Amplitudenänderung hervorzurufen. Unter dem induktiven Element versteht man beispielsweise einen stromdurchflossenen elektrischen Leiter, welcher eine bestimmte Induktivität aufweist. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine Spule oder Spirale, da diese Leiter sind, die zu einer oder mehreren Windungen geformt sind, und somit in ihrer Induktivität stark veränderbar sind. Je mehr Windungen eine Spule besitzt, desto höher ist seine Induktivität. Im vorliegenden Fall kommen insbesondere planar angeordnete Spulen zum Einsatz.
  • Bei der Auswerteelektronik, welche nicht notwendigerweise Bestandteil des erfindungsgemäßen Drucksensors ist, und entkoppelt vom Drucksensor vorliegen kann, handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Schwingkreis. Die Frequenz-, Phasen- oder Amplitudenänderung, welche aus der Induktivitätsänderung des induktiven Elements berechnet wird, wird in einen Signalwert umgewandelt und beispielsweise über eine Ausgabeeinheit angezeigt.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen induktiven Drucksensors ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 und 2a) bis 2c) dargestellten Ausführungsformen. Dabei zeigen
  • 1: einen induktiven Drucksensor gemäß der Erfindung, bei dem das Bedämpfungselement die Membran selbst ist;
  • 2a) bis 2c): je einen induktiven Drucksensor gemäß der Erfindung, bei denen das Bedämpfungselement mit der Membran gekoppelten ist;
  • 1 zeigt einen induktiven Drucksensor, wobei der Druckbehälter 1 beispielhaft eine Würfelform darstellt. Eine Außenfläche des Druckbehälters ist ganz oder teilweise mit einer Membran 2 überspannt. In dieser ersten Ausführungsform ist die Membran zugleich das Bedämpfungselement 3. Dieser Aufbau aus der Membran 2 und dem Bedämpfungselement 3 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material.
  • Bei Druckbeaufschlagung wird die Membran 2 und das Bedämpfungselement 3 verformt, da dieses gleichzeitig die Membran darstellt und umgekehrt. Das hat in diesem Beispiel zur Folge, dass sich das Bedämpfungselement 3 auf das induktive Element 4 zu bewegt, so dass der Abstand 5 zwischen den Sensoreinheiten 3 und 4 verkleinert wird. Durch den Eintritt bzw. die Positionsänderung des Bedämpfungselements 3 innerhalb des magnetischen Feldes des induktiven Elements 4 ändert sich die Induktivität des induktiven Elements 4. Es ergibt hieraus demnach ein neuer Frequenzwert in dem hier verwendeten LC-Schwingkreis, welcher Frequenzwert anhand einer Auswerteeinheit, in den jeweiligen Wert des zu ermittelnden Drucks umgewandelt wird.
  • Die 2a bis 2c zeigen einen induktiven Drucksensor, bei denen der Druckbehälter 1 ebenfalls jeweils eine Würfelform darstellt und eine Außenfläche wiederum ganz oder teilweise von einer Membran 2 überspannt ist. Bei diesen Ausführungsformen handelt es sich um einen Aufbau, bei dem das Bedämpfungselement 3 getrennt von der Membran 2 angeordnet ist, aber beide Bauelemente miteinander gekoppelt sind (was durch die Linie 6 angedeutet ist), so dass durch die Verformung der Membran 2 das Bedämpfungselement 3 in seiner Position verändert wird. Dabei können mehrere verschiedene Varianten betrachtet werden:
    Ausführungsbeispiel der 2a: Das Bedämpfungselement 3 ist zwischen dem Druckbehälter 1 und dem induktiven Element 4 angeordnet, d. h. sobald das System mit Druck beaufschlagt wird, bewegt sich das Bedämpfungselement 3 auf das induktive Element 4 zu und der Abstand 5 zwischen dem Bedämpfungselement 3 und dem induktiven Element 4 wird kleiner. Die Beeinflussung des Bedämpfungselements 3 auf das induktive Element 4 wird größer.
  • Ausführungsbeispiel 2b: Das induktiven Element 4 ist zwischen dem Druckbehälter 1 und dem Bedämpfungselement 3 angeordnet, d. h. sobald das System mit Druck beaufschlagt wird, bewegt sich das Bedämpfungselement 3 von dem induktiven Element 4 weg und der Abstand 5 zwischen dem Bedämpfungselement 3 und dem induktiven Element 4 wird größer. Die Beeinflussung des Bedämpfungselements 3 auf das induktive Element 4 wird kleiner.
  • Ausführungsbeispiel 2c: Das Bedämpfungselement 3 ist außerhalb oder innerhalb des induktiven Elements 4 angeordnet. Sobald das System mit Druck beaufschlagt wird, wird durch die Verformung der Membran 2, das Bedämpfungselements 3 in seiner Position derart verändert, dass das Bedämpfungselement 3 über das induktive Element 4 streicht und dadurch die Induktivität des induktiven Elements 4 verändert. Dabei nimmt die Beeinflussung des Bedämpfungselements 3 auf das induktive Element 4 mit der Zunahme der Überdeckung zu.
  • In allen Ausführungsbeispielen wird über die Veränderung der Induktivität mittels einer Auswerteeinheit die jeweilige Druckänderung bestimmt.
  • 1
    Druckbehälter
    2
    Membran
    3
    Bedämpfungselement
    4
    Induktives Element
    5
    Abstand (zwischen 3 und 4)
    6
    Kopplung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10311795 A1 [0003, 0003, 0004, 0006]
    • - DE 10114665 A1 [0007]

Claims (11)

  1. Drucksensor, umfassend – ein induktives Element (4), – einen Druckbehälter (1), dessen eine Behälterseite zumindest teilweise durch eine über Druckänderungen in dem Druckbehälter (1) elastisch verformbare Membran (2) gebildet wird, und – ein von dem induktiven Element (4) beabstandetes Bedämpfungselement (3), welches sich bei Druckänderung relativ zu dem induktiven Element (4) bewegt, wobei sich die Induktivität des induktiven Elements (4) ändert und die jeweilige Druckänderung durch eine Auswerteeinheit mittels der Induktivitätsänderung ermittelbar ist.
  2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass das Bedämpfungselement (3) mit der Membran (2) gekoppelt ist.
  3. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedämpfungselement (3) die Membran (2) selbst ist und aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.
  4. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einer Druckerhöhung im Druckbehälter (1) der Abstand (5) zwischen dem Bedämpfungselement (3) und dem induktiven Element (4) verkleinert.
  5. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einer Druckerhöhung im Druckbehälter der Abstand (5) zwischen dem Bedämpfungselement (3) und dem induktiven Element (4) vergrößert.
  6. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedämpfungselement (3) innerhalb des induktiven Elements (4) angeordnet ist und, dass bei einer Druckänderung im Druckbehälter (1) das Bedämpfungselement (3) das induktive Element (4) überstreicht.
  7. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Element (4) eine Spule ist.
  8. Drucksensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule in einem elektrischen Schwingkreis angeordnet ist.
  9. Drucksensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Veränderung der Induktivität eine Frequenz-, Phasen- und/oder Amplitudenänderung des elektrischen Schwingkreises erfolgt, über die mittels einer Auswerteeinheit der Druckänderung ein Wert zuordbar ist.
  10. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterseite, welche die Membran (2) aufweist, dreidimensional ausgebildet ist.
  11. Verfahren zur berührungslosen Druckermittlung, wobei mittels eines Druckbehälters (1), dessen eine Behälterseite zumindest teilweise aus einer elastisch verformbaren Membran (2) ausgebildet ist, ein von einem induktiven Element (4) beabstandetes Bedämpfungselement (3) bei Druckänderung relativ zu dem induktiven Element (4) bewegt wird, wobei sich die Induktivität des induktiven Elements (4) ändert und die jeweilige Induktivität einen jeweiligen Druckwert definiert.
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