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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen zur Bestimmung eines Drucks eines fluiden Mediums bekannt, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen. Bei den Vorrichtungen kann es sich dabei insbesondere um mikromechanische Drucksensoren handeln, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage 2012, Seiten 134-136 bekannt sind. Weitere Drucksensoren sind beispielsweise in
WO2009/067449 A1 und
DE10 2007 029 356 A1 offenbart.
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WO2009/067449 A1 offenbart eine kombinierte Flüssigkeits- und Dampfdruck-Sensoranordnung, umfassend einen Körper und einen Montageabschnitt zum Koppeln des Körpers mit einem Kraftstoffpumpenmodul-Flansch welche eine Grenzfläche zwischen einer Innenseite und einer Außenseite eines Kraftstofftanks definiert. Ein Flüssigkeitsdrucksensor ist in einer Aussparung in dem Körper untergebracht, um einen Flüssigkeitsdruck eines Kraftstoffs in einem Kraftstofftank zu erfassen. Ein Dampfdrucksensor ist in der Aussparung in dem Körper untergebracht, um einen Dampfdruck eines Kraftstoffdampfs in dem Kraftstofftank zu erfassen. Ein elektrischer Verbinder ist mit dem Körper verbunden, um Leistung für den Flüssigkeitsdrucksensor und den Dampfdrucksensor bereitzustellen.
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DE10 2007 029 356 A1 offenbart einen Differenzialdrucksensor. Der Differenzialdrucksensor weist ein Gehäuse, ein erstes und ein zweites Druckerfassungselement, einen ersten und einen zweiten Druckeinlasskanal und ein Differenzialdruckbestimmungselement auf. Die ersten und zweiten Druckerfassungselemente arbeiten, um jeweils einen ersten und einen zweiten Druck (A, B) zu erfassen. Die ersten und zweiten Druckeinlasskanäle sind vorgesehen, um jeweils den ersten und zweiten Druckerfassungselementen den ersten und den zweiten Druck (A, B) zuzuführen. Das Differenzialdruckbestimmungselement arbeitet, um aus der Differenz zwischen den ersten und zweiten Drücken, die durch die ersten und zweiten Erfassungselemente erfasst werden, einen Differenzialdruck zu bestimmen. Die ersten und zweiten Druckerfassungselemente weisen die gleiche Form und Größe auf und sind in dem Gehäuse hinsichtlich eines Bezugs symmetrisch angeordnet. Die ersten und zweiten Druckeinlasskanäle weisen auch die gleiche Form und Größe auf und sind in dem Gehäuse hinsichtlich des Bezugs symmetrisch positioniert.
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Trotz zahlreicher Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Bestimmung eines Drucks eines fluiden Mediums beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Üblicherweise sind Drucksensoren so ausgelegt, dass sie für einen bestimmten Druckbereich ein optimales Ergebnis erzielen, beispielsweise für einen Druckbereich von 0 bar bis 100 bar. Es gibt auch Sensoren, so genannte Duo-Sensoren, welche ein und denselben Druck mehrfach messen und entweder beide Signale ausgeben oder ein aus beiden Signalen berechnetes Ergebnis. Weiterhin werden Sensoren entwickelt, welche verschiedenen Drücke messen, wobei in einem Sensorgehäuse zwei Drucksensoren verbaut werden und zu denen die beiden zu messenden Drücke getrennt geleitet werden. Oftmals möchte man an einer Stelle einen Druck über einen großen Bereich messen, aber insbesondere in einem niedrigen Druckbereich eine höhere Genauigkeit oder eine höhere Auflösung haben. Eine Darstellung einer hohen Genauigkeit oder einer hohen Auflösung über einen großen Druckbereich ist im Allgemeinen kostenintensiv und aufwändig in der Herstellung. Insbesondere eine Erweiterung eines Druckbereichs, in dem eine Druckerfassung möglich ist, ist daher wünschenswert.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens eines Drucks eines fluiden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit und/oder eines Gases, vorgeschlagen. Unter einer „Sensoranordnung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche den Druck bestimmen kann und welche beispielsweise mindestens ein Messsignal entsprechend des Drucks erzeugen kann, beispielsweise ein elektrisches Messsignal wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom.
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Die Sensoranordnung kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Sensoranordnung zum Einsatz in einem Antriebsstrang und/oder einem Getriebe und/oder einem Thermomanagement-System eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs, eingerichtet sein. Auch andere Ausgestaltungsformen und Einsatzgebiete der Sensoranordnung sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Insbesondere kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, einen innerhalb eines Druckbereichs liegenden Druck p des fluiden Mediums zu bestimmen, insbesondere zu messen. Beispielsweise kann es sich bei dem Druckbereich um einen Bereich von 5 bar bis 10000 bar, insbesondere von 5 bar bis 8000 bar handeln. Insbesondere kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, den Druck p innerhalb des genannten Druckbereichs mit einer maximal zulässigen Abweichung des Messergebnisses von dem tatsächlich herrschenden Druck zu bestimmen. Die zulässige maximale Abweichung kann dabei beispielsweise in % des tatsächlich herrschenden Drucks, beispielsweise des Nenndrucks des fluiden Mediums, angegeben werden.
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Die Sensoranordnung weist mindestens einen Druckstutzen mit mindestens einem ersten Ende und mindestens einem zweiten Ende auf. Der Druckstutzen ist eingerichtet, einen Druck mittels eines fluiden Mediums von dem ersten Ende an das zweite Ende zu führen. Weiterhin weist die Sensoranordnung mindestens ein Druckverformungselement auf. Das Druckverformungselement ist an dem zweiten Ende des Druckstutzens angeordnet. Weiterhin weist die Sensoranordnung mindestens ein erstes Sensorelement und mindestens ein zweites Sensorelement auf. Das erste Sensorelement ist auf einer ersten Position auf dem Druckverformungselement aufgebracht und das zweite Sensorelement ist auf einer zweiten Position auf dem Druckverformungselement aufgebracht. Die erste Position und die zweite Position sind voneinander verschieden.
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Unter einem „Druckstutzen“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Element verstanden werden, welches mindestens zwei Enden aufweist, die durch einen Hohlraum miteinander verbunden sind, beispielsweise ein Rohr, und welches eingerichtet ist, einen Druck mittels eines Fluids, insbesondere durch eine Flüssigkeit und/oder ein Gas, vorzugsweise mittels des fluiden Mediums, von einem ersten Ende des Druckstutzens an mindestens ein zweites Ende des Druckstutzens zu führen. Insbesondere kann der Druckstutzen dabei eingerichtet sein, Formstabilität aufzuweisen, also seine geometrische Form auch bei Belastung durch den Druck des Fluids beizubehalten. Insbesondere kann der Druckstutzen ein Material umfassen, welches eine höhere Festigkeit aufweist als der durch das fluide Medium aufgebrachte oder aufbringbare Druck. Insbesondere kann der Druckstutzen auch aus einem beliebigen anderen formstabilen Material gefertigt sein. Der Druckstutzen kann beispielsweise aus einem Stahl hergestellt sein. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar.
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Der Druckstutzen kann eine längliche Grundform aufweisen. Der Druckstutzen kann mindestens eine Bohrung aufweisen, welche sich entlang einer Längsachse des Druckstutzens erstreckt. Der Begriff „Bohrung“ bezeichnet grundsätzlich eine Vertiefung, insbesondere eine runde Vertiefung, oder einen Durchbruch, welche/r mittels eines rotierenden Werkzeugs hergestellt ist. Bei der Bohrung kann es sich insbesondere um eine Zylinderbohrung handeln. Die Bohrung kann grundsätzlich einen für das fluide Medium zugänglichen Innenraum ausbilden. Weiterhin kann eine Mantelfläche des induktionsfähigen Druckstutzens ein Gewinde aufweisen zur Befestigung des induktionsfähigen Druckstutzens an einem weiteren Element.
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Die Begriffe „erstes Ende“ und „zweites Ende“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Enden und/oder zweiten Enden oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein können. Weiterhin können zusätzliche Enden, beispielsweise ein oder mehrere dritte Enden vorhanden sein. Insbesondere können das erste Ende und das zweite Ende jeweils Stirnseiten des Druckstutzens umfassen.
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Unter einem „Druckverformungselement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Bauteil verstanden werden, welches eingerichtet ist, seine Form oder Gestalt unter Einwirkung einer äußeren Kraft, insbesondere eines äußeren Drucks, zu ändern. Es kann daher eine Verformung des Bauteils stattfinden. Bei der Verformung kann es sich insbesondere um eine reversible Verformung handeln. Die Verformung kann insbesondere als eine Längenänderung bzw. Dehnung in Erscheinung treten. Das Druckverformungselement kann daher eingerichtet sein, einen Druck des fluiden Mediums aufzunehmen. Das Druckverformungselement kann daher als Druckaufnehmer bezeichnet werden.
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Das Druckverformungselement kann mindestens eine Membran umfassen oder als Membran ausgebildet sein. Unter einer „Membran“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige dünne Trennschicht verstanden werden, welche eine biaxial gespannte Fläche bildet. Beispielsweise kann die Membran derart angeordnet sein, dass sie sich durch den Druck des fluiden Mediums elastisch verformen, also eine reversible Formänderung aufweisen kann. Insbesondere kann eine Ausprägung der Verformung der Membran abhängig sein von dem Druck des fluiden Mediums. Beispielsweise kann die Formänderung der Membranen mit dem Druck des fluiden Mediums korrelieren. Die Membran kann insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt sein. Das Metall kann insbesondere vorteilhaft sein, da es relativ hohe Drücke ertragen kann, ohne zerstört zu werden. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar.
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Wie bereits oben ausgeführt, ist das Druckverformungselement an dem zweiten Ende des Druckstutzens angeordnet. Das Druckverformungselement kann daher an einer der Stirnseiten des Druckverformungselements angeordnet sein. Insbesondere können das Druckverformungselement und der Druckstutzen einstückig ausgebildet sein. Die Bohrung kann an dem Druckverformungselement münden. Das Druckverformungselement kann sich quer, insbesondere senkrecht, zu einer Längsachse des Druckstutzens erstrecken.
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Die Begriffe „erstes Sensorelement“ und „zweites Sensorelement“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Sensorelementen und/oder zweiten Sensorelementen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein können. Weiterhin können zusätzliche Sensorelemente vorhanden sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung weiterhin mindestens ein drittes Sensorelement aufweisen. Das dritte Sensorelement kann auf einer dritten Position auf dem Druckverformungselement aufgebracht sein. Die dritte Position kann jeweils von der ersten Position und von der zweiten Position verschieden sein.
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Unter einem „Sensorelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element mit mindestens einer Sensorfunktion verstanden werden. Insbesondere kann das Sensorelement einstückig ausgestaltet sein und kann beispielsweise als Halbleiterchip oder als keramischer Chip ausgestaltet sein. Das Sensorelement kann daher auch als Sensorchip bezeichnet werden. Insbesondere können das erste Sensorelement und/oder das zweite Sensorelement jeweils einen Siliziumchip mit piezoresistiven Widerständen aufweisen. Ein elektrischer Widerstand des Siliziumchips ist daher abhängig von einem Druck, welcher auf den Siliziumchip wirkt. Die piezoresistiven Widerstände können zu einer Brücke oder eine Halbbrücke verschaltet sein. Die Brücken können allgemein in Silizium durch Diffusion erzeugt werden.
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Die Begriffe „erste Position“ und „zweite Position“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Positionen und/oder zweiten Positionen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein können. Weiterhin können zusätzliche Positionen, beispielsweise wie oben beschrieben die dritte Position, vorhanden sein. Der Begriff „Position“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Stelle auf einem Objekt. Die Position kann daher einen Bereich auf dem Objekt, insbesondere einen Bereich auf einer Oberfläche des Objekts, umfassen. Die erste Position und die zweite Position können daher als zwei voneinander getrennte Bereiche ausgebildet sein. Die erste Position und die zweite Position können jedoch auch teilweise überlappen.
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Das erste Sensorelement kann eine erste Druckkennlinie aufweisen. Das zweite Sensorelement kann eine zweite Druckkennlinie aufweisen. Die erste Druckkennlinie und die zweite Druckkennlinie können voneinander verschieden sein. Der Begriff „Druckkennlinie“ bezeichnet grundsätzlich eine graphische Darstellung eines Ausgangssignals eines Sensorelements in Abhängigkeit von einem auf das Sensorelement einwirkenden Druck. Die erste Position des ersten Sensorelements kann einem Bereich maximaler Dehnbarkeit des Druckverformungselements entsprechen. Die zweite Position des zweiten Sensorelements kann einem Bereich mit einer nicht-maximalen Dehnbarkeit des Druckverformungselements entsprechen. Auch andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich denkbar. Insbesondere kann die erste Position des ersten Sensorelements einen geringeren Abstand zu einer Mittelachse des Druckverformungselements aufweisen als die zweite Position des zweiten Sensorelements. Der Begriff „Mittelachse“ bezeichnet grundsätzlich eine Symmetrieachse eines beliebigen Elements, welche in einer Mitte des Elements liegt. Insbesondere kann es sich bei der Mittelachse um eine Längsachse der Sensoranordnung, insbesondere um eine Längsachse des Druckstutzens, handeln. Die Mittelachse kann insbesondere einen Mittelpunkt der des Druckverformungselements schneiden.
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Die Sensoranordnung kann weiterhin mindestens eine erste Auswerteschaltung aufweisen. Weiterhin kann die Sensoranordnung mindestens eine zweite Auswerteschaltung aufweisen. Die Begriffe „erste Auswerteschaltung“ und „zweite Auswerteschaltung“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Auswerteschaltungen und/oder zweiten Auswerteschaltungen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Auswerteschaltungen vorhanden sein.
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Unter einer „Auswerteschaltung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Schaltung verstanden werden, welche eingerichtet ist, mindestens ein Signal aufzunehmen und mindestens eine Information aus dem Signal abzuleiten. Insbesondere kann die Auswerteschaltung eine Mehrzahl von Leitungen, insbesondere logisch miteinander verknüpfte elektrisch leitende Leiterbahnen, aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei der Auswerteschaltung um eine elektronische Schaltung, einen Prozessor, einen integrierten Schaltkreis, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), oder eine vergleichbare Schaltung handeln. Insbesondere kann die Auswerteschaltung eingerichtet sein, eine aus dem mindestens einen Signal gewonnene Information weiterzuleiten. Beispielsweise kann es sich bei dem von der Auswerteschaltung weiterzuleitenden Ausgangssignal um ein digitales Ausgangssignal, beispielsweise LIN oder SENT, oder alternativ um ein analoges Ausgangssignal, beispielsweise ein radiometrisches Ausgangssignal, handeln.
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Die erste Auswerteschaltung kann eingerichtet sein, mindestens ein erstes Signal des ersten Sensorelements oder ein zweites Signal des zweiten Sensorelements zu erfassen. Insbesondere kann die erste Auswerteschaltung eingerichtet sein, wechselweise das erste Signal des ersten Sensorelements und das zweite Signal des zweiten Sensorelements zu erfassen. Alternativ kann die erste Auswerteschaltung eingerichtet sein, das erste Signal des ersten Sensorelements zu erfassen und die zweite Auswerteschaltung kann eingerichtet sein, das zweite Signal des zweiten Sensorelements zu erfassen.
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Unter einer „wechselweisen Auswertung“ von Signalen kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine alternierende Interpretation der Signale verstanden werden. Beispielsweise kann es sich bei einer wechselweisen Auswertung von zwei Signalen um eine abwechselnde Untersuchung der Signale handeln. Insbesondere kann es sich bei einer wechselweisen Auswertung zweier Signale um eine zeitlich versetzte Auswertung, insbesondere um eine nicht gleichzeitig stattfindende Auswertung, handeln. Beispielsweise kann unter einer wechselweisen Auswertung zweier Signale verstanden werden, dass eine Auswertung eines ersten Signals einer Auswertung eines zweiten Signals vorausgeht, wobei jeweils ausschließlich eines der beiden Signale ausgewertet wird, insbesondere keine gleichzeitige Auswertung der beiden Signale durchgeführt wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorgeschlagene Vorrichtung weist gegenüber bekannten Vorrichtungen zahlreiche Vorteile auf. Im Allgemeinen ist es technisch nicht oder nur teuer umsetzbar, über einen großen Druckbereich zu messen und gleichzeitig in einem niedrigen Druckbereich eine hohe Genauigkeit oder Auflösung zu haben. Üblicherweise werden hierfür zwei Sensorelemente eingesetzt, von denen das Sensorelement, welches einen niedrigen Druckbereich erfassen soll, bei höheren Drücken leicht zerstört werden kann oder das Sensorelement so ausgelegt werden muss, dass es im hohen Druckbereich die Anforderungen übererfüllt. Dies ist jedoch grundsätzlich mit hohen Kosten verbunden.
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Bei der Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung können auf dem Druckverformungselement an zwei verschiedenen Positionen, insbesondere Stellen, die Sensorelemente, insbesondere Stressmesselemente, aufgebracht werden, so dass eines der Sensorelemente einen relativ hohen mechanischen Stress bei bereits niedrigen Drücken erfährt und das andere einen ungefähr gleich hohen mechanischen Stress bei hohen Drücken. Da das Druckverformungselement aber insgesamt im Vergleich zu dem, was es ertragen kann, nicht stark belastet wird, werden die oben beschriebenen Probleme wie eine Zerstörung bei hohen Drücken vermieden. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass sehr empfindliche Stressmesselemente wie beispielsweise Siliziumchips mit piezoresistiven Widerständen genutzt werden. Diese haben im Allgemeinen eine deutlich erhöhte Sensitivität als beispielsweise Metalldünnschichtwiederstände.
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Figurenliste
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in einer Schnittdarstellung und in einer Draufsicht; und
- 2A bis verschiedene graphische Darstellungen von 2C Parametern des ersten Sensorelements und/oder des zweiten Sensorelements.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 110 in einer Schnittdarstellung (links) und in einer Draufsicht (rechts). Die Sensoranordnung 110 weist mindestens einen Druckstutzen 112 mit mindestens einem ersten Ende 114 und mindestens einem zweiten Ende 116 auf. Der Druckstutzen 112 ist eingerichtet, einen Druck mittels eines fluiden Mediums von dem ersten Ende 114 an das zweite Ende 116 zu führen, wie in 1 schematisch mit Pfeil 118 dargestellt ist. Der Druckstutzen 112 kann daher mindestens eine Bohrung 120 aufweisen, welche sich entlang einer Längsachse 122 des Druckstutzens 112 erstreckt.
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Weiterhin weist die Sensoranordnung 110 mindestens ein Druckverformungselement 124 auf. Das Druckverformungselement 124 ist an dem zweiten Ende 116 des Druckstutzens 112 angeordnet. Das Druckverformungselement 124 kann mindestens eine Membran 126 umfassen oder als Membran 126 ausgebildet sein. Insbesondere können der Druckstutzen 112 und das Druckverformungselement 124 einstückig ausgebildet sein. Wenn das Druckverformungselement 124, insbesondere die Membran 126 verformt wird durch den Druck, welcher mit dem Pfeil 118 schematisch dargestellt ist, dann können sich grundsätzlich bestimmte Stresszustände an einer Oberfläche 128 des Druckverformungselements 124 ergeben.
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Die Sensoranordnung 110 umfasst weiterhin mindestens ein erstes Sensorelement 130 und mindestens ein zweites Sensorelement 132. Das erste Sensorelement 130 und das zweites Sensorelement 132 können eingerichtet sein, die oben beschriebenen Stresszustände zu messen. Das erste Sensorelement 130 und das zweite Sensorelement 132 können jeweils piezoresistive Brücken umfassen. Ein messbarer Bereich kann sehr klein sein und kann durch eine Ausdehnung von Widerständen in einer Brückenschaltung des ersten Sensorelements 130 bzw. des zweiten Sensorelements 132 gegeben sein. Dadurch können Spannungen lokal gemessen werden.
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Das erste Sensorelement 130 ist auf einer ersten Position 134 auf dem Druckverformungselement 124 aufgebracht und das zweite Sensorelement 132 ist auf einer zweiten Position 136 auf dem Druckverformungselement 124 aufgebracht, wobei die erste Position 130 und die zweite Position 136 voneinander verschieden sind. Das erste Sensorelement 130 und das zweites Sensorelement 132 können daher eingerichtet sein, unterschiedliche starke Messsignale zu erzeugen, wie anhand der 2A-2C illustriert wird. Es wird daher auf die nachfolgende Beschreibung der 2A bis 2C unten verwiesen. Das Druckverformungselement 124 kann eine Mittelachse 138 aufweisen. Die Mittelachse 138 kann beispielsweise identisch sein zu der Längsachse 122. Die erste Position 134 kann, wie in der rechten Abbildung darstellt, einen geringeren Abstand zu der Mittelachse 138 aufweisen als die zweite Position 136. Das erste Sensorelement 130 auf der ersten Position 134 kann eingerichtet sein, um bei geringen Drücken den Druck zu erfassen. Das zweite Sensorelement 132 kann eingerichtet sein für eine Messung höherer Drücke. Da bei höheren Drücken ein Brückensignal der piezoresistiven Brücken des zweiten Sensorelements 132 ähnlich hoch sein kann wie ein Brückensignal der piezoresistiven Brücken des ersten Sensorelements 130 bei geringen Drücken, können beide Sensorelemente in ihren jeweiligen Druckbereichen optimal messen.
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2A bis 2C zeigen verschiedene graphische Darstellungen von Parametern des ersten Sensorelements 130 und/oder des zweiten Sensorelements 132.
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2A zeigt eine graphische Darstellung einer Abhängigkeit einer Empfindlichkeit E von den piezoresistiven Brücken des ersten Sensorelements 130 und des zweiten Sensorelements 132 in Abhängigkeit eines Abstands d zu einer Mitte, insbesondere zu der Mittelachse 138, des Druckverformungselements 124, insbesondere der Membran 126. Es ist zu erkennen, dass es Bereiche bei einer Auslenkung des Druckverformungselements 124 gibt, welche ein größeres Signal in den piezoresistiven Brücken erzeugen, und Bereiche mit weniger großem Signal.
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2B zeigt eine erste Druckkennlinie 140 des ersten Sensorelements 130 auf der ersten Position 134 und eine zweite Druckkennlinie 142 des zweiten Sensorelements 132 auf der zweiten Position 136 gemäß 1. Es ist die Spannung U in Abhängigkeit eines Drucks p gezeigt. Dadurch, dass das erste Sensorelement 130 und das zweite Sensorelement 132 auf verschiedenen Stellen auf dem Druckverformungselement 124 aufgebracht sind, zeigen diese verschiedene Druckkennlinien im Sinne von einer Ausgabe einer Spannung pro angelegter Spannung und angelegtem Druck. Vorteilhaft ist nun, dass diese beiden Kennlinien getrennt ausgewertet werden können, entweder in einem ASIC oder in zwei ASICs. ASICs sind üblicherweise auf einen bestimmten Fangbereich ausgelegt, d.h. dass sie mit einem bestimmten Eingangssignal umgehen können. Wird das Eingangssignal größer, geraten sie in Sättigung. So würde in diesem Beispiel der ASIC-Bereich der ersten Druckkennlinie 140, welcher das Signal bei E=max auswertet, so abgeglichen werden, dass dieser bei dem gewünschten, niedrigen, Druck einen maximalen Ausgabewert erzeugt, beispielsweise bei 20 bar. Bei Drücken größer 20 bar würde dieser Bereich des ASICs dann in Sättigung gehen. Das zweite Sensorelement 132 kann daher an einer weniger empfindlichen Position angebracht sein. Das zweite Sensorelement 132 kann daher erst bei einem gewünschten Maximaldruck einen maximalen Kennlinienwert, z.B. 200 bar, erreichen.
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Es könnte auch ein ASIC mit nur einem Eingangsbereich genutzt werden, d.h. der ASIC könnten mal das erste Sensorelement und mal das zweite Sensorelement auswerten. Der ASIC kann demnach wählen, welchen er für eine Messung des Ausgangswerts benutzen möchte. Im niedrigen Druckbereich kann das erste Sensorelement 130 ausgewählt werden, im hohen Druckbereich kann das zweite Sensorelement 132 ausgewählt werden. So können Fehler im niedrigen Druckbereich sowie Rauschen minimiert werden, insbesondere da ein Eingangssignal des ASIC immer noch hoch ist. Im niedrigen Druckbereich kann der ASIC zusätzlich ein Signal des ersten Sensorelements und ein Signal des zweiten Sensorelements für eine gegenseitige Plausibilisierung verwenden.
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In 2C ist eine graphische Darstellung eines ASIC-Ausgangssignals in Abhängigkeit eines Drucks dargestellt, wenn ein Abgleich von den ASICs oder eines einzelnen ASIC mit zwei Eingängen berücksichtigt wird. Das erste Sensorelement 130 erreicht bei einem geringeren Druck seinen maximalen Wert als das zweite Sensorelement 132. Der ASIC würde für diesen Kanal danach nur noch einen konstanten, maximalen Wert ausgeben. Das zweite Sensorelement erreicht erst später das gleiche Signal. Der ASIC kann hier im gesamten Druckbereich messen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/067449 A1 [0001, 0002]
- DE 102007029356 A1 [0001, 0003]
