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Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Drucksensor sowie ein Verfahren zur Erfassung beziehungsweise Ableitung einer Drucksensorgröße mittels des Drucksensors.
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Stand der Technik
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Mikromechanische Drucksensoren weisen üblicherweise eine im Wesentlichen evakuierte Kaverne auf, über der eine Membran angeordnet ist. Wird nun ein Fluid, das heißt ein Gas oder flüssiges Medium an die Membran angelegt, durchbiegt sich diese in Abhängigkeit des vorliegenden Drucks. Mittels piezoelektrischer und/oder kapazitiver Erfassungsmittel lässt sich die Durchbiegung der Membran erfassen und so eine Druckgröße ableiten, die den anliegenden Druck repräsentiert.
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Statt einer evakuierten Kaverne kann darüber hinaus die Kaverne auch mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt sein, welches unter einem vorgegeben Druck steht. Hierdurch lassen sich gegebenenfalls bei gleichem Aufbau höhere Drücke erfassen, ohne dass die Membran durch die Durchbiegung zu sehr belastet wird.
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Sowohl bei einer evakuierten Kaverne als auch einer Füllung mit einem vorgegebenen Druck kann es vorkommen, dass mit der Lebensdauer des Sensors der bei der Herstellung eingestellte Druck nicht beibehalten bleibt. So können entweder von außen Gase oder Gasteilchen eindiffundieren oder austreten, so dass der einmal vorgegebene Druck im Inneren der Kaverne nicht mehr vorliegt. Um eine Messungenauigkeit über die Lebensdauer des Sensors zu verhindern, sind verschiedene elektronische Kalibrierungsmethoden bekannt, die an der Füllung der Kaverne nichts verändern.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll ein spezieller Aufbau eines Drucksensors beschrieben werden, bei der mit Hilfe einer gezielten Belüftung eine Kalibrierung ermöglicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein mikromechanisch hergestellter oder aus mikromechanischen Komponenten bestehender Drucksensor zur Erzeugung einer Drucksensorgröße in Abhängigkeit einer Durchbiegung einer Membran sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Drucksensors beansprucht. Dabei ist vorgesehen, dass der Drucksensor eine erste Membran aufweist, die eine erste Kaverne überspannt. Mittels eines ersten Erfassungsmittels wird die Bewegung der ersten Membran in Abhängigkeit des Drucks eines an die erste Membran anliegenden Fluids erfasst. Dabei kann es sich bei dem Fluid um eine gasförmige und/oder flüssige Substanz in der Umgebung des Drucksensors handeln, beispielsweise Luft. Als Erfassungsmittel können Piezoelemente oder Elektroden vorgesehen sein. In dem Drucksensor ist weiterhin ein erster Verbindungskanal vorgesehen, welcher die erste Kaverne mit der Umgebung verbindet. Dieser Verbindungskanal kann beispielsweise vollumfänglich in dem gleichen Halbleitersubstrat ausgestaltet werden, in dem auch die erste Kaverne gebildet worden ist. Erfindungsgemäß ist innerhalb oder an einem der Enden des ersten Verbindungskanals ein Ventil vorgesehen, welches des Fluidfluss durch den ersten Verbindungskanal beziehungsweise von der Umgebung zur ersten Kaverne und umgekehrt steuert oder regelt.
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Mit einer derartigen Ausgestaltung einer steuerbaren Verbindung von der Kaverne zur Umgebung kann zu gezielten Zeitpunkten oder unter vorbestimmten Rahmenbedingungen ein Druckausgleich zwischen Kaverne und Umgebung erreicht werden. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, bei großen Druckunterschieden die Membran vor einer Beschädigung durch zu große Durchbiegung zu schützen. Darüber hinaus ist gerade bei bekannten Umgebungsdrücken eine Neukalibrierung des (ursprünglichen) Kaverneninnendrucks möglich. Dies ermöglicht die Anpassung der Druckerfassung an einen zu erwartenden Druckbereich. Es ist sogar möglich, mit der Anpassung des Kaverneninnendrucks die maximale Durchbiegung der Membran an den zu erwartenden Druckbereich anzupassen, wodurch eine optimierte Sensitivität der Druckerfassung erreicht wird. Weiterhin kann der Hub der Membran an die zu erwartenden Druckunterschiede angepasst werden.
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Das Ventil zur Regelung oder Steuerung des Fluidflusses im Verbindungskanal kann mittels mikromechanischer Komponenten realisiert werden. So ist denkbar, über einen Ausgang des Verbindungskanals im Halbleitersubstrat eine oder mehrere Halbleiterschichten aufzubringen, die durch eine elektrische, magnetische und/oder thermische Anregung durchgebogen werden können. Durch eine derartige Durchbiegung kann ein Durchgang oder eine Öffnung erzeugt werden, durch den beziehungsweise den das Fluid der Umgebung in den Verbindungskanal eintreten kann. Selbstverständlich ist durch eine derartige Durchbiegung auch möglich, etwaiges Fluid wieder aus dem Verbindungskanal und somit der ersten Kaverne austreten zu lassen, welches beispielsweise bei einem höheren Umgebungsdruck in den ersten Verbindungskanal eingetreten ist. Die Ausgestaltung des mittels mikromechanischer Techniken hergestellten Ventils kann dabei von aktivierbaren Schichten bis hin zu einem beweglichen Einzelelement reichen.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Drucksensor ein Heizelement aufweist, mittels dem das Fluid in der Kaverne erhitzt werden kann. Somit kann bei geschlossenem Ventil das Fluid in der ersten Kaverne und im ersten Verbindungskanal erwärmt werden, wodurch es einen höheren Druck erhält. Dies kann bei der Erfassung der Drucksensorgröße ebenfalls genutzt werden.
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Optional oder alternativ kann auch ein Temperatursensor insbesondere an der Membran oder in der Kaverne vorgesehen sein, um die Temperatur des Fluids in der ersten Kaverne für die Bestimmung oder Ableitung der Druckgröße zu erhalten.
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Weiterhin kann auch ein zweiter Verbindungskanal zwischen erster Kaverne und Umgebung vorgesehen sein, der sich an den ersten Verbindungskanal anschließt. Vorteilhafterweise ist hierbei das Ventil zwischen beiden Verbindungskanälen angeordnet.
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Um den Fluidfluss durch den ersten und/oder zweiten Verbindungskanal zu erfassen, kann ein zweites Erfassungsmittel vorgesehen sein, zum Beispiel ein Kondensator, welches eine physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Fluids erfasst. Durch dieses zweite Erfassungsmittel kann die Menge des einfließenden oder ausfließenden Fluids bestimmt und für die Bestimmung des Innendrucks der ersten Kaverne herangezogen werden. Bei Kenntnis des Fluids kann aus der Menge des geflossenen oder strömenden Fluids auf den Druckunterschied zwischen erster Kaverne und Umgebung geschlossen werden.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Innenvolumen des ersten Verbindungskanals oder beider Verbindungskanäle zusammen wenigstens doppelt so groß ist wie das Volumen der ersten Kaverne. Noch günstiger wäre eine Ausgestaltung, bei der das Volumen wenigstens eines Verbindungskanals wenigstens das Vierfache des Volumens der ersten Kaverne beträgt. Hierdurch kann vermieden werden, dass eindringendes Fluid, zum Beispiel Wasser, unmittelbar in die Kaverne einströmt.
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Um den Verbindungskanal möglichst platzsparend zu erzeugen, insbesondere bei einer gewünschten Länge oder Volumenaufnahme, kann der Verbindungskanal als Mäander ausgestaltet sein.
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Desweiteren kann vorgesehen sein, dass der Drucksensor eine weitere Druckerfassung als Referenz(-sensorelement) aufweist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass in dem Halbleitersubstrat eine zweite Kaverne mit einer zweiten Membran angeordnet ist, die jedoch keine Verbindung zu der Umgebung und/oder dem Verbindungskanal aufweist. Zur Erfassung der Bewegung der zweiten Membran beziehungsweise eines entsprechenden (Referenz-)Sensorsignals ist hierbei vorgesehen, dass der zweiten Membran ein drittes Erfassungsmittel zugeordnet ist. Dieses dritte Erfassungsmittel kann ebenfalls wie das erste Erfassungsmittel in Form von Piezowiderständen ausgestaltet sein oder Teil einer kapazitiven Erfassung sein. Optional kann vorgesehen sein, dass das erste und dritte Erfassungsmittel unabhängig oder in Abhängigkeit voneinander Sensorgrößen erfasst.
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Neben der Ausgestaltung des Drucksensors wird mit der vorliegenden Anmeldung auch ein Betriebsverfahren eines derartigen Drucksensors beansprucht, insbesondere zur Kalibrierung des Sensors. Hierbei ist vorgesehen, dass das entsprechende (Betriebs-)Verfahren gezielt das Ventil ansteuert, um einen Druckausgleich zwischen der Kaverne und der Umgebung herbeizuführen. Um eine entsprechende Kalibrierung durchführen zu können, wird vor und/oder nach der Durchführung des Druckausgleichs oder der Ansteuerung des Ventils eine Bewegung der ersten und/oder zweiten Membran erfasst, um daraus eine oder mehrere Druckgrößen abzuleiten. Durch den Vergleich von Messgrößen für den an die Membranen anliegenden Druck vor und nach dem Druckausgleich kann ein Kalibrierungswert geschaffen werden, der für die weitere Druckgrößenerfassung verwendet wird. Dabei kann der Ausgangsdruckwert vor der Ansteuerung des Ventils auch aus vorherigen Druckerfassungen abgleitet werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels des wenigstens einen zusätzlichen zweiten Erfassungsmittels in wenigstens einem Verbindungskanal eine Flussgröße erfasst und für die Ableitung der kalibrierten Druckgröße verwendet wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass aus der Flussgröße direkt der Druck des Fluids in der Umgebung abgeleitet wird.
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Bei der Verwendung von zwei Ventile in dem wenigstens einen Verbindungskanal kann vorgesehen sein, dass das Verfahren die Ventile alternierend ansteuert.
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Eine Kalibrierung mit dem Umgebungsdruck ist auch möglich, wenn das Verfahren zusätzlich Informationen über den Umgebungsdruck erhält. So ist denkbar, dass dem Verfahren Druckwerte von einer vertrauenswürdigen Quellen oder Daten während der Belüftung/dem Druckausgleich zur Verfügung gestellt werden oder von dessen Vorlage die Ansteuerung des Ventils abhängig gesteuert wird. So können Daten von Höheninformationen einer GPS-Positionsbestimmung, aktuelle Wetterdaten, Kartendaten oder externe Aktivierungen mit Lieferung konkreter Druckwerte herangezogen werden.
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Optional kann auch vorgesehen sein, Temperaturwerte des Fluids im inneren der ersten Kaverne und/oder der Umgebung zur Kalibrierung und insbesondere zur Ansteuerung des Ventil zu verwenden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Drucksensors mit einem Ventil. In der 2 ist eine Aufsicht dargestellt, die den Verbindungskanal im Substrat zeigt. Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 3 dargestellt. Anhand des Blockschaltbildes in 4 wird eine Auswerte-/Steuereinheit gezeigt, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung und/oder Auswertung des Drucksensors inklusive des Ventils ablaufen kann.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist die erfindungsgemäße Erweiterung eines bekannten mittels mikromechanischer Verfahren hergestellten Drucksensors dargestellt. Dabei wird in ein (Halbleiter-)Substrat 100 eine erste Kaverne 110 mit darüber liegender erster Membran 130 eingebracht. Die erste Membran 130 kann dabei als ein erstes Erfassungsmittel Piezoelemente enthalten, mittels der eine Durchbiegung oder allgemein Bewegung der Membran erfasst werden kann. Alternativ kann zumindest ein Teil der ersten Membran 130 als Elektrode einer kapazitiven Messanordnung ausgestaltet sein, wobei hierzu üblicherweise auf dem Kavernenboden eine starre, nicht bewegliche weitere Elektrode angeordnet ist. Der Abstand der beiden Elektroden zueinander kann im Folgenden als Maß für die Durchbiegung der Membran 130 und somit für den anliegenden Druck des umgebenden Fluids gewertet werden. An die erste Kaverne 110 ist im Substrat 100 ein erster Verbindungskanal 140 angeschlossen, dessen Ende zur Umgebung 10 hin gerichtet ist.
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Erfindungsgemäß ist im oder an dem ersten Verbindungskanal 140 ein Ventil 160 vorgesehen, mittels dem der Zugang zur Kaverne 110 beziehungsweise der Austausch zwischen erster Kaverne 110 und Umgebung 10 durch den ersten Verbindungskanal 140 verschlossen werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 ist das Ventil als insbesondere mikromechanische mehrlagige aktivierbare Schichtenfolge ausgestaltet. Darüber hinaus ist jedoch auch jede andere Form der Ausgestaltung denkbar, die einen druckdichten Verschluss des ersten Verbindungskanals 140 ermöglicht. Die Aktivierung kann dabei mittels elektrischer, mechanischer und/oder thermischer reversibler Anregung erfolgen. So ist denkbar, eine piezoelektrische Schicht oder einen entsprechenden Schichtstapel vorzusehen, der sich bei einer angelegten Spannung verwölbt und die Öffnung freigibt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass sich die Verwölbung bei einer Aktivierung oder Anregung auf einen Ventilsitz drückt und somit bei anliegender Spannung einen Durchfluss verhindert. Ähnlich lässt sich eine Schicht oder Schichtenfolge erzeugen, die mittels magnetische und/oder thermischer Anregung verwölben oder bewegen lässt.
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In einer optionalen Ausgestaltung kann neben der ersten Kaverne 130, die mit dem ersten Verbindungskanal 140 verbunden ist, eine zweite Kaverne 115 vorgesehen sein, die baulich, zum Beispiel mittels einer Wandung 120 von der ersten Kaverne 110 getrennt ist. Die so nicht mit der Umgebung 10 verbundene zweite Kaverne 115 kann eine eigene zweite Membran mit einem dritten Erfassungsmittel aufweisen, durch die ebenfalls ein anliegender Druck des Fluids oder Mediums in der Umgebung 10 erfasst werden kann. Indem die zweite Kaverne 115 gerade keinen Austausch mit der Umgebung 10 aufweist, kann dadurch eine Referenzdruckgröße erfasst werden, die eigenständig oder in Kombination mit der Druckgröße der ersten Membran 130 beziehungsweise des ersten Erfassungsmittels verarbeitet werden kann. Optional kann die Referenzdruckgröße auch zur Kalibrierung herangezogen werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Heizelement 170 vorgesehen sein, welches der ersten oder zweiten Membran, dem ersten oder dritten Erfassungsmittel, der ersten oder zweiten Kaverne und/oder dem ersten Verbindungskanal 140 zugeordnet sein kann. Durch ein derartiges Heizelement 170 kann das beispielsweise in der ersten Kaverne 110 und/oder dem ersten Verbindungskanal 140 befindliche Fluid oder Medium erhitzt werden. Unter Berücksichtigung des vorherigen Drucks innerhalb der ersten Kaverne 110 und/oder des Verbindungskanals 140, zum Beispiel aus vorherigen Messungen oder aufgrund eines bekannten Drucks des Umgebungsmediums bei einer Belüftung, kann aus der Ausdehnung des Fluids in der ersten Kaverne 110 und/oder des Verbindungskanals 140 auf die Menge an eingeschlossenem Fluid geschlossen werden. Dies gilt insbesondere bei einem Vergleich der Messgrößen der ersten und dritten Erfassungsmittel bei einer gleichartigen Erwärmung des Volumens in der ersten und zweiten Kaverne. Die Kenntnis der Menge an Fluid in dem abgeschlossenen Volumen ermöglicht zusätzlich eine Kalibrierung. Optional kann eine Erhitzung auch dazu verwendet werden, bei einem geöffneten Ventil 160 das Fluid wenigstens teilweise aus der ersten Kaverne 110 und/oder dem Verbindungskanal 140 heraus zu drängen.
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In der 2 wird eine Aufsicht des Drucksensors in einem weiteren Ausführungsbeispiels gezeigt. Der Verbindungskanal 140 ist dabei als mäanderförmige Struktur im (Halbleiter-)Substrat 100 ausgestaltet. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es auf kleinem Raum eine lange Wegstrecke vom Eingang des ersten Verbindungskanals 140 bis zur ersten Kaverne 110 auszubilden. Durch eine entsprechende Dimensionierung lässt sich zudem erreichen, dass das Volumen des ersten Verbindungskanals 140 deutlich größer als das der ersten Kaverne 110 ist. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass bei einem geöffneten Ventil 160 das von der Umgebung 10 einströmende Fluid, zum Beispiel eine Flüssigkeit, nur innerhalb des ersten Verbindungskanals 140 vorwärts fließt, jedoch nicht in die erste Kaverne 110 gerät. So kann das Volumen des ersten Verbindungskanals 140 an die für den Drucksensor erforderliche Anwendung angepasst werden. Im Falle einer Tauchapplikation kann beispielsweise bei einem zu berücksichtigenden maximalen Druck unter Wasser von 5 bar das Kanalvolumen um bis zu einem Faktor von 5 größer als das des Kavernenvolumens sein. Vorteilhaft ist auf jeden Fall, wenn das Kanalvolumen doppelt so groß oder zumindest einen Faktor von 4 aufweist, um mögliche Anwendungsfälle abzudecken.
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Statt den ersten Verbindungskanal 140 zu vergrößern kann auch ein zweiter Verbindungskanal 190 vorgesehen sein, wobei beide Verbindungskanäle durch das Ventil 160 voneinander getrennt werden können. In der 3 ist eine derartige Ausgestaltung dargestellt, bei der das Ventil 160 derart ausgestaltet ist, dass es sich in einem entspannten, das heißt nicht angeregten Zustand, an einen Ventilsitz 180 anlegt und somit einen Durchgang vom ersten zum zweiten Verbindungskanal sperrt. In diesem Fall kann der erste Verbindungskanal kürzer und der zweite Verbindungskanal 190 länger ausgestaltet sein, so dass ein Fluid durch den zweiten Verbindungskanal 190 in üblichen Anwendungsfällen oder bei anliegenden Normaldrücken nicht bis zum Ventil 160 vordringen kann.
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Das Ventil 160 kann, wie vorstehend erwähnt, aus einer oder mehreren mikromechanischen Schichten oder allgemein aus einem Schichtstapel bestehen. Wie in 2 dargestellt, können diese Schichten einen größeren Bereich am Austrittsende des ersten Verbindungskanals 140 aus dem Substrat 100 abdecken, um zu verhindern, dass das Umgebungsfluid seitlich in den ersten Verbindungskanal eintritt.
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In dem ersten und/oder zweiten Verbindungskanal 140 beziehungsweise 190 kann ein zweites Erfassungsmittel 210, 220 vorgesehen sein, mittels dem der Fluidfluss durch den entsprechenden Verbindungskanal 140, 190 erfasst werden kann. So kann wie in 3 dargestellt, in einem oder in beiden Verbindungskanälen 140, 190 ein Plattenkondensator vorgesehen sein, mit dem ein Permittivitätsunterschied zwischen den verschiedenen eingetreten Fluiden erfasst werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann mit dem Erfassungsmittels auch die Menge oder das Volumen des eintretenden oder austretenden Fluids erfasst werden. Indem die Art und/oder die Menge des eingetretenen Fluids erfasst wird, kann diese Information ebenfalls bei der Kalibrierung berücksichtigt werden, indem der Inhalt der ersten Kaverne 110 bekannt ist.
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Zur Ansteuerung des Ventils 160 und Kalibrierung kann es ebenfalls sinnvoll sein, mittels eines Temperatursensors die Temperatur des Fluids in der ersten Kaverne 110, einem der Verbindungskanäle 140, 190 und/oder der Umgebung zu erfassen. So kann beispielsweise ein geeigneter Zeitpunkt zur Aktivierung des Ventils 160 erkannt werden. Auch kann die der Kalibrierung zugrunde liegende Datenlage verbessert werden, wenn neben der bekannten Füllung der ersten Kaverne und/oder des Verbindungskanals auch deren Temperatur bekannt ist. Das thermische Verhalten des Fluids in der Kaverne und dem Verbindungskanal kann auch mittels des Heizelements 170 genutzt werden, um einen gezielten Innendruck in der ersten Kaverne 110 zu erzeugen.
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Im Blockschaltbild der 4 ist schematisch eine Auswerte- und/oder Steuereinheit 300 dargestellt, die dem erfindungsgemäßen Drucksensor zugeordnet sein kann. In der Auswerte- und/oder Steuereinheit 300 ist ein Speicher 310 vorgesehen, der sowohl die erfassten (Sensor-)Größen als auch zusätzliche Informationen zur Ansteuerung des wenigstens einen Ventils 360 und/oder zur Kalibrierung der Erfassung des Drucksensors enthält. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Auswerte- und/oder Steuereinheit 300 ebenfalls die Erfassung, Auswertung und Ableitung/Bestimmung der Drucksensorgrößen des Drucksensors durchführt. So kann die Auswerteeinheit 300 Sensorgrößen des ersten und/oder dritten Erfassungsmittels 320 erfassen und entsprechend in Druckgrößen umwandeln. Wie eingangs ausgeführt repräsentiert dabei eine Sensorgröße der ersten und dritten Erfassungsmittel 320 ein Maß für die Durchbiegung der entsprechenden Membran, die ebenfalls ein Maß für die Druckdifferenz zwischen dem Druck der Umgebung und dem Innendruck der Kaverne darstellt. Wird erkannt, dass die abgespeicherten Werte für den Innendruck zur Ableitung der Druckdifferenz nicht mehr korrekt sind oder ist generell nach einer gewissen Zeit eine Kalibrierung vorgesehen, so kann die Auswerteeinheit 300 als Steuereinheit das Ventil 360 beziehungsweise 160 des Drucksensors ansteuern, so dass eine Belüftung der ersten Kaverne 110 erfolgt. Dies wird vorzugsweise dann erfolgen, wenn Informationen vorliegen, aus der der sich dann einstellende Innendruck ableitbar ist. Hierzu können beispielsweise externe vertrauenswürdige Quellen 350 dienen, mit denen der Drucksensor dann kalibriert oder geeicht werden kann. Mögliche vertrauenswürdige Quellen können externe Kalibrierungseinrichtungen sein, die an den Drucksensor angeschlossen werden. Es ist jedoch auch möglich, entsprechende Druckkalibrierungswerte aus der Höheninformation basierend auf einer GPS-Positionsbestimmung, aus aktuellen Wetterdaten, aus Kartendaten oder anderen zugänglichen Datenbanken abzuleiten oder einzulesen.
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Optional kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit 300 die in der Kaverne, dem Verbindungskanal und/oder der Umgebung herrschende Temperatur bei der Kalibrierung erfasst und berücksichtigt. Hierzu ist ein Temperatursensor 340 am oder in dem Drucksensor vorgesehen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass nach der Belüftung der ersten Kaverne durch öffnen und anschließendem schließen des Ventils 160 das Fluid in der ersten Kaverne 110 mittels eines Heizelements 170 erwärmt wird. Durch einen Vergleich der erfassten Druckgröße vor und nach dem Erhitzen kann mittels der idealen Gasformel bei bekanntem Kavernenvolumen der ursprüngliche Kaverneninnendruck und damit der Druck der Umgebung abgeleitet werden.
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In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Auswerteinheit 300 die Messgrößen eines zweiten Erfassungsmittels 330 erfasst, mit dem der Fluidfluss in wenigstens einem der Verbindungskanäle bestimmt werden kann. Hierbei kann beispielsweise ein kapazitives zweites Erfassungsmittel eingesetzt werden, mittels dem die fluidische Kapazität des ersten Kaverne und/oder des Verbindungskanals bestimmt werden kann. Aus der Formel C_Fluid=V/p lässt sich somit in Verbindung mit dem Kavernenvolumen V der Umgebungsdruck p ableiten.
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Es ist auch denkbar, dass mehrere Ventile 360 und 370 zur Belüftung vorgesehen sind, beispielsweise bei der Verwendung mehrere, insbesondere aneinander angrenzender Verbindungskanäle oder mehrere Drucksensorelementen/Erfassungsmitteln. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Auswerte- und Steuereinheit 300 die Ventile 360 und 370 alternierend ansteuert. Dies kann beispielsweise bei sicherheitskritischen Anwendungen sinnvoll sein, wie dem Überwachen des Batteriedrucks, bei dem stets ein Druckwert zur Verfügung stehen sollte.
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Die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Ableitung der Druckgrößen sowie der Ansteuerung des Ventils als auch er Kalibrierung können mit Hilfe von Algorithmen des Machine Learnings oder der künstlichen Intelligenz durchgeführt oder kombiniert werden.
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Ein Betriebsverfahren, welches in der Auswerte- und Steuereinheit 300 ablaufen kann, könnte beispielsweise bei einem vorbestimmten Zeitpunkt oder unter vorher festgelegten Rahmenbedingungen des Drucksensors zunächst für den aktuellen Umgebungsdruck mittels des ersten Erfassungsmittels 320 eine erste Druckgröße erfassen und in dem Speicher 310 abspeichern. Anschließend kann das Ventil 360 beziehungsweise 160 derart angesteuert werden, dass ein Druckausgleich zwischen dem Kaverneninnendruck und dem Umgebungsdruck erfolgt, indem das Fluid entweder in die Kaverne 110 ein- oder ausströmt, je nach Druckverhältnis. Nach dem Schließen des Ventils 360 wird eine zweite Drucksensorgröße mittels des ersten Erfassungsmittels 320 erfasst und abgespeichert. Die zweite Drucksensorgröße kann anschließend für weitere Druckerfassungen als Referenzwert des Kaverneninnendrucks verwendet werden. Optional kann auch die Druckdifferenz zwischen zweiter und erster Drucksensorgröße bestimmt und mit einer erfassten Temperatur hinsichtlich einer Temperaturquerempfindlichkeit angepasst werden. Der so erhaltene Wert kann zu der abgespeicherten Drucksensorgröße hinzuaddiert und als neuer Referenzwert für den Kaverneninnendruck verwendet werden. In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Belüftung und die Kalibrierung des Wertes für den Kaverneninnendruck nach einer festgelegten Anzahl von Änderungen von Druck, Temperatur und/oder Zeit wiederholt wird.
