DE102008042648A1 - Sensor und Verfahren zum Betrieb eines Sensors - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Sensor, insbesondere ein kapazitiver Differenzdrucksensor, mit einem ersten Druckraum und einem zweiten Druckraum vorgeschlagen, wobei der erste Druckraum an eine erste Membran angrenzend vorgesehen ist, wobei der zweite Druckraum an eine zweite Membran angrenzend vorgesehen ist, wobei die erste Membran mit einer ersten Elektrode und die zweite Membran mit einer zweiten Elektrode mechanisch verbunden vorgesehen ist und wobei ferner eine Messung einer elektrischen Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode vorgesehen ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Sensoren sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 43 33 753 A1 ein kapazitiver Drucksensor mit zwei druckempfindlichen Membranen auf die zu bestimmende Drücke einwirken und auf der Elektroden angeordnet sind und einem Träger auf dem sich Gegenelektroden befinden bekannt, wobei durch die Elektroden und die Gegenelektroden zwei elektrische Kondensatoren gebildet werden. Die Membranen sind zu beiden Seiten des Trägers angeordnet, wobei die zu messenden Drücke jeweils auf dem Träger abgewandten Seiten der Membranen einwirken und die Membranen über einen Abstandshalter miteinander verbunden sind, so dass bei gleichen Drücken keine Auslenkung der Elektroden relativ zu den Gegenelektroden erzeugt wird, da sich die Drücke über den Abstandshalter kompensieren, und lediglich bei ungleichen Drücken eine Auslenkung der Elektroden relativ zu den Gegenelektroden erzeugt wird. Diese Auslenkung wird durch Vermessung einer Änderung der elektrischen Kapazität der Kondensatoren detektiert. Nachteilig an diesem kapazitiven Drucksensor ist, dass einerseits zusätzlich zu den Membranen und Elektroden ein Träger mit Gegenelektroden in den Sensorbereich zwischen den Membranen eingebracht und dort abgedichtet werden muss, wodurch die Herstellungskosten und der Fertigungsaufwand vergleichsweise hoch ist und andererseits die Messgenauigkeit des Sensors durch eine Auslenkung des Trägers und durch eine mögliche Kompression des Abstandshalters reduziert wird.
  • Ferner ist aus der noch unveröffentlichten Druckschrift DE 10 2007 029 414.1 ein kapazitiver Drucksensor mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode bekannt, wobei die erste Elektrode in eine bewegliche Membran und die zweite Elektrode in ein der Membran gegenüberliegendes Gegenelement integriert sind, wobei zur Erfassung eines Drucksignals die erste Elektrode seitlich über die zweite Elektrode bewegt wird. In vielen Anwendungsgebieten ist die Differenzdruckmessung zweier unterschiedlicher Drücke in zwei getrennten Druckräumen von großer Bedeutung. Beispielsweise wird im Fahrzeugbereich mittels eines Differenzdrucksensors der Abgasdruck vor und hinter dem Partikelfilter verglichen. Bei der Verwendung zweier Absolutdrucksensoren zur Messung der zwei Drücke und der anschließenden Differenzbildung zur Bestimmung eines Differenzdrucks ist der Messfehler bei im Vergleich zum Messbereich der Absolutdrucksensoren kleinen Differenzdrücken relativ groß. Zusätzlich addieren sich die Messfehler beider Absolutdrucksensoren bei der Differenzbildung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Sensor und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Sensors gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein vergleichsweise kostengünstiger und bauraumkompakter Sensor realisierbar ist, welcher bei der Messung von Differenzdrücken im Vergleich zum Stand der Technik eine deutlich höhere Messgenauigkeit aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass zur Bestimmung des Differenzdrucks zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum die elektrische Kapazität unmittelbar zwischen der ersten und der zweiten Elektrode gemessen wird. Ein erster Druck im ersten Druckraum bewirkt eine erste Deformation der ersten Membran und somit eine erste Auslenkungsbewegung der ersten Elektrode in Abhängigkeit des ersten Drucks, während ein zweiter Druck im zweiten Druckraum eine zweite Deformation der zweiten Membran und somit eine zweite Auslenkungsbewegung der zweiten Elektrode in Abhängigkeit des zweite Drucks bewirkt. Aufgrund der direkten mechanischen Verbindung der ersten Elektrode mit der ersten Membran und der zweiten Elektrode mit der zweiten Membran ist daher eine relative Auslenkung zwischen der ersten und der zweiten Membran unmittelbar durch Vermessung der elektrischen Kapazität messbar, während bei einer identischen Auslenkung der ersten und der zweiten Membran die erste und die zweite Elektrode parallel zueinander entsprechend identisch bewegt werden, so dass der Abstand zwischen erster und zweiter Elektrode im Wesentlichen konstant bleibt und somit keine Änderung der elektrischen Kapazität messbar ist. Eine Differenzbildung zwischen zwei Drucksignalen ist vollständig einsparbar. Zudem werden keine Trägerelemente zur Befestigung der Gegenelektroden benötigt, so dass der Sensor kostengünstiger und bauraumkompakter realisierbar ist. Beispielsweise sind die erste und die zweite Membran nebeneinander angeordnet und auf ihren Rückseiten, d. h. auf den dem ersten und zweiten Druckraum abgewandten Seiten, starr mit der ersten und zweiten Elektrode verbunden, welche im Wesentlichen parallel zur ersten und zweiten Membran ausgebildet sind und sich gegenseitig zur Bildung eines elektrischen Kondensators mit der zu messenden elektrischen Kapazität überlappen. Der erfindungsgemäße Drucksensor ermöglicht ebenfalls eine Richtungserkennung, d. h. eine Erkennung ob der erste Druck größer ist als der zweite Druck oder umgekehrt. Durch die räumliche Trennung der erste Membran von der ersten Elektrode und der zweiten Membran von der zweiten Elektrode wird eine Anordnung der ersten und zweiten Elektrode in einer Atmosphäre ermöglicht, welche unabhängig ist von den auf die ersten und zweite Membran einwirkenden Druckatmosphären im ersten und zweiten Druckraum. Auf diese Weise sind beispielsweise dielektrische Eigenschaften zwischen der ersten und zweiten Elektrode konstant zu halten, wodurch ein vergleichsweise präzises Erfassen des Druckunterschieds zwischen ersten und zweiten Druck ermöglicht wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu entnehmen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Membran unabhängig voneinander bewegbar vorgesehen sind, so dass besonders vorteilhaft unterschiedliche Drücke im ersten Druckraum und im zweiten Druckraum zu unterschiedlichen ersten und zweite Deformationen und daher auch zu unterschiedlichen ersten und zweiten Auslenkungsbewegungen führen. Durch die unterschiedliche erste und zweite Auslenkungsbewegung wird der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode verändert, so dass die Differenz der ersten und der zweiten Auslenkungsbewegung mittels Vermessung der elektrischen Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode bestimmbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Sensor einen dritten Druckraum aufweist, wobei die Wandung des dritten Druckraums sowohl die erste Membran, als auch die zweite Membran umfasst und wobei vorzugsweise die erste und die zweite Elektrode im dritten Druckraum angeordnet sind. Besonders vorteilhaft wird somit eine vergleichsweise bauraumkompakte Realisierung des Sensors ermöglicht. Ferner ist im dritten Druckraum ein Referenzdruck einstellbar, welcher das Deformationsverhalten der ersten Membran und das Deformationsverhalten der zweiten Membran gleichermaßen beeinflusst, so dass eine Abweichung des Referenzdrucks einen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich geringeren Einfluss auf die Differenzdruckmessung hat. Insbesondere bei der Verwendung von zwei getrennten Absolutdrucksensoren zur Bestimmung eines Differenzdrucks führen Abweichungen des Referenzdrucks zu vergleichsweise großen Messfehlern. Ferner weist der dritte Druckraum insbesondere keine Anbindung an den ersten und zweiten Druckraum, so dass ein Eindringen von Partikeln und Schmutz, wodurch die Gefahr einer Verfälschung der elektrischen Kapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrode bestünde, vermieden wird. Der dritte Druckraum weist vorzugsweise eine vorgegebene Gas- bzw. Druckatmosphäre oder ein Vakuum auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Druckraum eine gemeinsame Rotationsymmetrieachse aufweisen und insbesondere der erste und der zweite Druckraum jeweils als entlang Rotationssymmetrieachse angeordnete Zylinder ausgebildet sind, so dass besonders vorteilhaft der Sensor in einfacher Weise und besonders bauraumkompakt zwischen die Enden zweier Druckleitungen anschließbar ist, welche den zu messenden ersten Druck im ersten Druckraum und den zu messenden zweiten Druck im zweiten Druckraum einstellen. Insbesondere im Hinblick auf eine Anwendung im Fahrzeugbereich ist eine derartig kompakte Anschlussmöglichkeit besonders vorteilhaft.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Membran eine zur Rotationssymmetrieachse senkrechte erste Flächennormale und die zweite Membran eine zur Rotationssymmetrieachse senkrechte zweite Flächennormale aufweisen, wobei die erste und die zweite Flächennormale zueinander parallel ausgerichtet sind, so dass besonders vorteilhaft eine erste Druckerhöhung im ersten Druckraum zur einer ersten Deformation führt, welche parallel zu einer zweiten Deformation in Folge einer zweiten Druckerhöhung im zweiten Druckraum ist und somit eine identische erste und zweite Druckerhöhung im Wesentlichen eine identische erste und zweite Deformation bewirkt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Elektrode wenigstens eine erste Elektrodenfläche und die zweite Elektrode wenigstens eine zweite Elektrodenfläche aufweist, wobei die erste Elektrodenfläche im Wesentlichen parallel zur ersten Membran und die zweite Elektrodenfläche im Wesentlichen parallel zur zweiten Membran ausgerichtet ist und wobei insbesondere die erste und die zweite Elektrodenfläche zueinander deckungsgleich ausgebildet sind, so dass besonders vorteilhaft die elektrische Kapazität unmittelbar zwischen der ersten und zweiten Elektrodenfläche messbar ist. Alternativ ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Elektrodenfläche einen elektrischen Platten- oder Zylinderkondensator umfassen, welcher konzentrisch um die Rotationssymmetrieachse gebogen ist, und somit der Abstand zwischen den Kondensatorplatten des elektrischen Kondensators in Form der ersten und zweiten Elektrodenfläche durch eine Veränderung der elektrischen Kapazität des elektrischen Kondensators vergleichsweise präzise bestimmbar ist. Die Empfindlichkeit des Sensors ist weitgehend durch geometrische Parameter des Sensoraufbaus bestimmt. Hierzu gehören beispielsweise Höhe- und Seitenwanddicke, Positionierung und Design der Elektroden bzw. Elektrodenflächen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Elektrode eine Mehrzahl von ersten Elektrodenflächen und die zweite Elektrode eine Mehrzahl von zweiten Elektrodenflächen umfassen und wobei die Mehrzahl von ersten Elektrodenflächen und die Mehrzahl von zweiten Elektrodenflächen bevorzugt als ineinandergreifende Fingerstrukturen ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft wird somit das Sensorsignal erhöht, da durch die Mehrzahl von ersten und zweiten Elektrodenflächen eine Mehrzahl von elektrischen Kondensatoren gebildet wird. Eine erste bzw. zweite Deformation bewirkt daher eine elektrische Kapazitätsänderung zwischen der Mehrzahl von Paaren von ersten und zweiten Elektrodenflächen, so dass die Ausgangssignalhöhe des Sensors in vorteilhafter Weise erhöht wird. Vorzugsweise wird somit auch das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Membran rotationssymmetrisch und insbesondere konzentrisch um den ersten Druckraum und die zweite Membran rotationssymmetrisch und insbesondere konzentrisch um den zweiten Druckraum angeordnet sind, so dass besonders vorteilhaft eine Erhöhung des ersten bzw. zweiten Drucks im ersten bzw. zweiten Druckraum zu einer ersten bzw. zweiten Deformation der ersten bzw. zweiten Membran in einer bezüglich der Rotationssymmetrieachse radialen Richtung bewirkt. Bewegungen der ersten oder zweiten Membran aufgrund von Trägheitskräften oder Erschütterungen werden somit kompensiert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Elektrode rotationssymmetrisch und insbesondere konzentrisch um die Rotationssymmetrieachse ausgebildet sind, so dass in besonders einfacher Weise eine Kopplung zwischen erste Membran und erster Elektrode und zweiter Membran und zweiter Elektrode herstellbar ist, welche eine radiale erste und zweite Deformation unmittelbar in eine messbare radiale erste und zweite Auslenkungsbewegung umsetzt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Sensor einen elektrischen Schwingkreis aufweist, wobei der elektrische Schwingkreis vorzugsweise von einer Spule und einem elektrischen Kondensator in Form der ersten und zweiten Elektrode vorgesehen ist: Besonders bevorzugt bewirkt eine Veränderung der elektrischen Kapazität somit eine Verschiebung der Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises, so dass der Sensor drahtlos ausgelesen werden kann. Dies geschieht beispielsweise mittels eines externen elektromagnetischen Feldes, welches durch eine externe Spule angeregt wird und den Schwingkreis des Sensors zu Schwingungen anregt. Besonders vorteilhaft sind somit keine elektrischen Leitungen zum Auslesen des Sensors notwendig, so dass insbesondere Beschädigungen derartiger Leitungen durch aggressive Medien beispielsweise in den Druckräumen vermeidbar sind.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors, wobei zur Bestimmung eines Differenzdrucks zwischen einem ersten Druck im ersten Druckraum und einem zweiten Druck im zweiten Druckraum die elektrische Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode gemessen wird. Besonders vorteilhaft ist somit, wie oben bereits detailiert ausgeführt, eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich präzisere Vermessung eines Differenzdrucks zwischen dem ersten und dem zweiten Druck mit einem vergleichsweise bauraumkompakten und kostengünstig produzierbaren Sensor möglich.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines ersten Drucks im ersten Druckraum eine erste Auslenkungsbewegung der ersten Elektrode und in Abhängigkeit eines zweiten Drucks im zweiten Druckraum eine zur ersten Auslenkungsbewegung parallele zweite Auslenkungsbewegung der zweiten Elektrode erzeugt wird. Besonders vorteilhaft führen die erste Deformation der ersten Membran und die zweite Deformation der zweiten Membran somit unmittelbar zu einer Bewegung der ersten und der zweiten Elektroden und bei einer ungleichen ersten und zweiten Deformation zu einer Veränderung des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, wodurch sich die elektrische Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode messbar verändert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei einer identischen Änderung des ersten und zweiten Drucks eine im Wesentlichen identische erste und zweite Auslenkungsbewegung erzeugt wird, wobei die elektrische Kapazität im Wesentlichen konstant gehalten wird, so dass besonders vorteilhaft lediglich eine Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck zu einer Veränderung des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und somit zur einer messbaren Änderung der elektrischen Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode führt, während eine identische Druckänderung im Wesentlichen keine Kapazitätsänderung bewirkt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen
  • 1a, 1b und 1c schematische Schnittansichten eines Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 2 eine schematische Schnittansicht eines Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
  • In den 1a, 1b und 1c sind schematische Schnittansichten eines Sensors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Sensor 1 einen ersten Druckraum 10 und einen zweiten Druckraum 20 aufweist, wobei der erste und der zweite Druckraum 10, 20 als einseitig offene Hohlzylinder ausgebildet sind, welche um eine gemeinsame vorzugsweise Rotationssymmetrieachse 2 rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Im ersten Druckraum 10 herrscht ein zu messender erster Druck und im zweiten Druckraum 20 ein zu messender zweiter Druck. Die Wandung des ersten Druckraums 10 umfasst eine erste Membran 11, welche eine zur Rotationssymmetrieachse 2 senkrechte erste Flachennormale aufweist und derart flexibel ausgebildet ist, dass eine erste Deformation der ersten Membran 11 in einer Richtung parallel zur ersten Flächennormalen und insbesondere in einer radialer Richtung 4 von der Rotationssymmetrieachse 2 wegweisend in Abhängigkeit des ersten Drucks ermöglicht wird. Analog umfasst die die Wandung des zweiten Druckraums 20 eine im Wesentlichen identisch aufgebaute zweite Membran 21. Die erste Membran 11 ist konzentrisch um den ersten Druckraum 10 und die zweite Membran 21 konzentrisch um den zweiten Druckraum 20 angeordnet. Auf einer dem ersten Druckraum 10 abgewandten Seite der ersten Membran 11 und einer dem zweiten Druckraum 20 abgewandten Seite der zweiten Membran 21 ist ein gemeinsamer dritter Druckraum 3 angeordnet, welche in einer weiteren Ausführungsform vorzugsweise einen bekannten Referenzdruck aufweist. Der dritte Druckraum 3 ist insbesondere konzentrisch um die Rotationssymmetrieachse 2 angeordnet. Die erste Membran 11 ist mit einer ersten Elektrode 12 mechanisch gekoppelt, welche im dritten Druckraum 3 angeordnet ist, während die zweite Membran 21 mit einer ebenfalls im dritten Druckraum 3 angeordneten zweiten Elektrode 12 gekoppelt ist. Die erste Deformation führt somit zu einer ersten Auslenkungsbewegung 14 der ersten Elektrode 12 in radialer Richtung 4, während die zweite Deformation zu einer zweiten Auslenkungsbewegung 24 der zweiten Elektrode 22 in radialer Richtung 4 führt. Die erste Elektrode 12 weist eine erste Elektrodenfläche 15 und die zweite Elektrode 22 eine zweite Elektrodenfläche 25 auf, wobei die erste und die zweite Elektrodenfläche 15, 25 im Wesentlichen parallel zur ersten und zweiten Membran 11 ausgerichtet sind und wobei die erste und die zweite Elektrodenfläche 15, 25 in radialer Richtung 4 voneinander beabstandet und deckungsgleich angeordnet sind. Die erste und zweite Elektrode 12, 22 bzw. die erste und zweite Elektrodenfläche 15, 25 umfassen somit einen elektrischen Kondensator, insbesondere einen um die Rotationssymmetrieachse 2 konzentrisch gekrümmten Zylinderkondensator, wobei der elektrische Kondensator eine elektrische Kapazität aufweist, welche abhängig vom Abstand 5 zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenfläche 15, 25 parallel zur radialen Richtung 4 ist. Der Abstand 5 zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenfläche 15, 25 hängt durch die Kopplung der ersten Elektrode 12 mit der ersten Membran 11 und der zweiten Elektrode 22 mit der zweiten Membran 21 von der ersten und der zweiten Deformation ab. Die erste und die zweite Membran 11, 21, sowie die erste und die zweite Elektrode 12, 22 sind derart ähnlich ausgebildet, dass eine erste Deformation der ersten Membran 11 in Folge einer ersten Druckänderung des ersten Drucks eine erste Auslenkungsbewegung 14 der ersten Elektrodenfläche 15 in radialer Richtung 4 erzeugt, welche im Wesentlichen gleich einer zweiten Auslenkungsbewegung 24 der zweiten Elektrodenfläche 25 in radialer Richtung 5 ist, welche durch eine zweite Deformation der zweiten Membran 21 aufgrund einer zur ersten Druckänderung identischen zweiten Druckänderung des zweiten Drucks erzeugt wird, so dass der Abstand 4 bei identischen ersten und zweiten Druckänderungen im Wesentlichen konstant bleibt. Die erste Membran 11 bzw. die erste Elektrode 12 ist von der zweiten Membran 21 bzw. von der zweiten Elektrode 22 jedoch vollständig unabhängig, so dass eine in 1c (erster Druck ist größer als der zweite Druck) dargestellte ungleiche erste und zweite Druckänderung zu ungleichen ersten und zweiten Deformationen und somit auch zu ungleichen ersten und zweiten Auslenkungsbewegungen 14, 25 führen, so dass eine Vermessung der elektrischen Kapazität die Bestimmung der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck ermöglicht. Vorzugsweise umfasst der Sensor einen Hochdruckdifferenzdrucksensor, welche besonders bevorzugt im Fahrzeugbereich eingesetzt wird. In einer weiteren Ausführungsform sind die ersten und zweiten Elektroden 12, 22 nicht vollflächig konzentrisch um die Rotationssymmetrieachse 2 ausgebildet, sondern weisen insbesondere parallel zur Rotationssymmetrieachse 2 oder parallel zur radialen Richtung 4 Schlitze oder Ausnehmungen auf, wodurch vorzugsweise die Expansions- und Kompressionsfähigkeit der ersten und zweiten Elektroden 12, 22 bei der ersten und zweiten Auslenkungsbewegung 14, 24 verbessert werden. In eine weiteren Ausführungsform sind im dritten Druckraum 3 weitere Festelektroden angeordnet, welche zusätzlich eine Absolutdruckmessung des ersten Drucks und/oder des zweiten Drucks ermöglichen, wobei in diesem Fall im dritten Druckraum 3 ein bekannter Referenzdruck eingestellt wird.
  • In der 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen identisch der ersten Ausführungsform illustriert in den 1a, 1b und 1c ist, wobei im Unterschied zur ersten Ausführungsform die erste Elektrode 12 eine Mehrzahl von ersten Elektrodenflächen 15' und die zweite Elektrode 22 eine Mehrzahl von zweiten Elektrodenflächen 25' umfassen. Die Mehrzahl von ersten Elektrodenflächen 15' und die Mehrzahl von zweiten Elektrodenfläche 15' sind jeweils in radialer Richtung 4 zueinander deckungsgleich und voneinander beabstandet ausgebildet, wobei die Mehrzahl von ersten Elektrodenflächen 15' und die Mehrzahl von zweiten Elektrodenflächen 25' in Form ineinandergreifende Fingerstrukturen angeordnet sind, so dass eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren 6 aus ersten und zweiten Elektrodenflächen 15, 25 mit dem gleichen Abstand erzeugt werden und eine Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck durch eine Vermessung einer Mehrzahl von elektrischen Kapazitäten zwischen der Mehrzahl von Elektrodenpaaren 6 ermöglicht wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4333753 A1 [0002]
    • - DE 102007029414 [0003]

Claims (14)

  1. Sensor (1), insbesondere kapazitiver Differenzdrucksensor, mit einem ersten Druckraum (10) und einem zweiten Druckraum (20), wobei der erste Druckraum (10) an eine erste Membran (11) angrenzend vorgesehen ist, wobei der zweite Druckraum (20) an eine zweite Membran (21) angrenzend vorgesehen ist, wobei die erste Membran (11) mit einer ersten Elektrode (12) und die zweite Membran (21) mit einer zweiten Elektrode (22) mechanisch verbunden vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung einer elektrischen Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12, 22) vorgesehen ist.
  2. Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Membran (11, 21) unabhängig voneinander bewegbar vorgesehen sind.
  3. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) einen dritten Druckraum (3) aufweist, wobei die Wandung des dritten Druckraums (3) sowohl die erste Membran (11), als auch die zweite Membran (21) umfasst und wobei vorzugsweise die erste und die zweite Elektrode (12, 22) im dritten Druckraum (3) angeordnet sind.
  4. Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Druckraum (10, 20) eine gemeinsame Rotationsymmetrieachse (2) aufweisen und insbesondere der erste und der zweite Druckraum (10, 20) als entlang der Rotationssymmetrieachse (2) angeordnete Zylinder ausgebildet sind.
  5. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (11) rotationssymmetrisch und insbesondere konzentrisch um den ersten Druckraum (10) und die zweite Membran (21) rotationssymmetrisch und insbesondere konzentrisch um den zweiten Druckraum (20) angeordnet sind.
  6. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (11) eine zur Rotationssymmetrieachse (2) senkrechte erste Flächennormale und die zweite Membran (21) eine zur Rotationssymmetrieachse (2) senkrechte zweite Flächennormale aufweisen, wobei die erste und die zweite Flächennormale zueinander parallel ausgerichtet sind.
  7. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (12) wenigstens eine erste Elektrodenfläche (15) und die zweite Elektrode (22) wenigstens eine zweite Elektrodenfläche (25) aufweist, wobei die erste Elektrodenfläche (15) im Wesentlichen parallel zur ersten Membran (11) und die zweite Elektrodenfläche (25) im Wesentlichen parallel zur zweiten Membran (21) ausgerichtet ist und wobei insbesondere die erste und die zweite Elektrodenfläche (15, 25) zueinander deckungsgleich ausgebildet sind.
  8. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (12) eine Mehrzahl von ersten Elektrodenflächen (15') und die zweite Elektrode (22) eine Mehrzahl von zweiten Elektrodenflächen (25') umfassen, wobei die Mehrzahl von ersten Elektrodenflächen (15') und die Mehrzahl von zweiten Elektrodenflächen (25') bevorzugt als ineinandergreifende Fingerstrukturen ausgebildet sind.
  9. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (11) rotationssymmetrisch und insbesondere konzentrisch um den ersten Druckraum (10) und die zweite Membran (21) rotationssymmetrisch und insbesondere konzentrisch um den zweiten Druckraum (20) angeordnet sind.
  10. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektrode (12, 22) rotationssymmetrisch und insbesondere konzentrisch um die Rotationssymmetrieachse (2) ausgebildet sind.
  11. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) einen elektrischen Schwingkreis aufweist, wobei der elektrische Schwingkreis vorzugsweise von einer Spule und einem elektrischen Kondensator in Form der ersten und zweiten Elektrode (12, 22) vorgesehen ist.
  12. Verfahren zum Betrieb eines Sensors (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung eines Differenzdrucks zwischen einem ersten Druck im ersten Druckraum (10) und einem zweiten Druck (20) im zweiten Druckraum die elektrische Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12, 22) gemessen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit eines ersten Drucks im ersten Druckraum (10) eine erste Auslenkungsbewegung (13) der ersten Elektrode (12) und in Abhängigkeit eines zweiten Drucks im zweiten Druckraum (20) eine zur ersten Auslenkungsbewegung (13) parallele zweite Auslenkungsbewegung (23) der zweiten Elektrode (22) erzeugt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer identischen Änderung des ersten und zweiten Drucks eine im Wesentlichen identische erste und zweite Auslenkungsbewegung erzeugt wird, wobei die elektrische Kapazität im Wesentlichen konstant gehalten wird.
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