DE102022210473A1

DE102022210473A1 - Drucksensor und Verfahren zum Abgleich eines Drucksensors

Info

Publication number: DE102022210473A1
Application number: DE102022210473.0A
Authority: DE
Inventors: Arne Dannenberg; Timon Brueckner; Volkmar Senz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2024-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit einem ersten Sensorelement, einem zweiten Sensorelement, und einer Auswerteeinheit. Das erste Sensorelement weist eine Kaverne und eine Membran an der Kaverne auf und ist so eingerichtet, basierend auf einem Referenzdruck in der Kaverne, einen Umgebungsdruck zu messen, durch den die Membran verformbar ist. Die Membran ist ferner durch eine Anlegung einer elektrischen Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen in eine Schwingung versetzbar. Das zweite Sensorelement ist so eingerichtet, eine Umgebungstemperatur zu messen. Die Auswerteeinheit ist so eingerichtet, bei einer Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung Messsignale aus dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement auszuwerten, wobei die Messsignale aus dem ersten Sensorelement mindestens ein Fehlersignal entsprechend der Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor und ein Verfahren zum Abgleich eines Drucksensors.
Stand der Technik
MEMS (englisch „Micro-Electro-Mechanical Systems“) sind winzige Bauelemente, die Logikelemente und mikromechanische Strukturen in einem Chip vereinen. MEMS-Sensorelemente zum Messen des absoluten Umgebungsluftdrucks basieren üblicherweise auf einer Membran, die durch den Luftdruck ausgelenkt wird, und einem Wandler, der die Auslenkung in ein elektrisches Signal überführt.
Dieser Wandler folgt in der Regel entweder einem piezoresistiven oder kapazitiven Prinzip. Piezoresistive Drucksensoren benötigen aufgrund der stark temperaturabhängigen Halbleitereffekte einen Abgleich der jeweiligen Sensoren bei mehreren Temperaturen. Das kapazitive Prinzip ist gegenüber einem piezoresistiven Drucksensor im Vorteil, da dieses keine halbleiterbedingten Temperaturquerabhängigkeiten aufweist. Ein kapazitiver Sensor weist üblicherweise eine komplizierter strukturierte Kaverne, in die sich die Membran auslenkt, als ein piezoresistiver Sensor auf. Dies führt dazu, dass im Herstellungsprozess von kapazitiven Sensoren kein so perfektes Referenzvakuum in dieser Kaverne eingestellt werden kann, wie bei piezoresistiven Drucksensoren. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Referenzdrucks in dieser Kaverne muss ein kapazitiver Drucksensor ebenfalls bei mehreren Temperaturen abgeglichen werden, vergleiche auch das ideale Gasgesetz bzw. die thermische Zustandsgleichung idealer Gase: pV = nRT bzw. p/T = n R/V.
Die Druckschrift US 9,772,245 B2 offenbart einen MEMS-Sensor mit einem Umgebungsluftdrucksensorelement, einer ersten Kaverne und einem zusätzlichen Sensorelement in einer zweiten Kaverne, die mit der ersten Kaverne fluidisch verbunden ist, so dass das zusätzliche Sensorelement den Kavernenreferenzdruck des ersten Sensorelements bestimmen kann. Als Messprinzip zur Bestimmung des Kavernenreferenzdrucks wird ein Resonatorbalken bzw. ein Pirani-Sensorelement vorgeschlagen.
Durch die Kenntnis des Kaverneninnendrucks kann das Messsignal des ersten Sensorelements über Temperatur kompensiert werden. Unter Annahme des idealen Gasgesetzes reicht es prinzipiell aus, den Kavernendruck p einmal bei einer bekannten Temperatur zu messen und dann über die Formel p(T) / T = p_Abgleich / T_Abgleich für alle anderen gemessenen Temperaturen zu bestimmen. Dies ermöglicht einen Abgleich des Luftdrucksensors mit nur einer Temperatur.
Die Druckschrift US 2020/0200631 A1 offenbart ein mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung mit einem Substrat, einer Rahmenstruktur, welche eine Teiloberfläche umrahmt, einer Membran, welche mittels der Rahmenstruktur derart aufgespannt ist, dass ein freitragender Bereich der Membran die umrahmte Teiloberfläche überspannt und ein Innenvolumen mit einem darin vorliegenden Referenzdruck luftdicht abgedichtet ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft einen Drucksensor nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Abgleich eines Drucksensors nach Anspruch 6.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Drucksensor mit einem ersten Sensorelement, einem zweiten Sensorelement, und einer Auswerteeinheit, wobei das erste Sensorelement eine Kaverne und eine Membran an der Kaverne aufweist und so eingerichtet ist, basierend auf einem Referenzdruck in der Kaverne, einen Umgebungsdruck zu messen, durch den die Membran verformbar ist, wobei die Membran ferner durch eine Anlegung einer elektrischen Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen in eine Schwingung versetzbar ist, wobei das zweite Sensorelement so eingerichtet ist, eine Umgebungstemperatur zu messen, wobei die Auswerteeinheit so eingerichtet ist, bei einer Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung Messsignale aus dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement auszuwerten, und wobei die Messsignale aus dem ersten Sensorelement mindestens ein Fehlersignal entsprechend der Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung aufweisen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, den Kaverneninnendruck mit nur einem eine Kaverne umfassenden Sensorelement zu bestimmen. Da erfindungsgemäß das zweite eine Kaverne umfassende Sensorelement entfällt, wird weniger MEMS-Fläche besetzt. Dies ist daher kostengünstiger und ermöglicht kleinere Packages.
Außerdem wird der Abgleich eines kapazitiven Drucksensors bei nur einer Temperatur ermöglicht, so dass die Zeit im Sensorabgleich gespart werden kann und der Sensor somit kostengünstiger hergestellt werden kann.
Darüber hinaus erfordert der erfindungsgemäße Ein-Temperatur-Abgleich keine exakt definierte bzw. geregelte Umgebungstemperatur, so dass in der Abgleichanlage auf eine Temperaturregelung verzichtet werden kann. Dies führt zu der Vereinfachung der Abgleichanlage und der Reduzierung der Investitionskosten für die Abgleichanlagen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors ist es vorgesehen, dass der Drucksensor eine Ansteuereinheit aufweist, die so eingerichtet ist, die elektrische Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen zu generieren, oder durch eine externe Taktquelle mit unterschiedlichen Frequenzen versorgbar ist.
Dadurch kann die Ansteuereinheit bzw. Ansteuerschaltung die Membran des ersten Sensorelements in Resonanz bringen. Dies kann durch die Auswerteeinheit bzw. Auswerteschaltung detektiert und ausgewertet. Anstatt unterschiedlicher Frequenzen in der Ansteuereinheit zu generieren, kann die Ansteuereinheit auch während des Abgleichs durch eine externe Taktquelle mit unterschiedlichen Frequenzen z.B. in Form eines Spannungs-FrequenzUmformers versorgt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors ist es vorgesehen, dass die Auswerteeinheit ferner so eingerichtet ist, bei einem Umgebungsdruck, der weniger als die Hälfte eines Kavernendrucks, insbesondere weniger als das Zehnfache eines Kavernendrucks, ist, die Messsignale auszuwerten. Dadurch wird der Qualitätsfaktor bzw. der Q-Faktor von der Dämpfung innerhalb der Kaverne dominiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors ist es vorgesehen, dass ein Dämpfungswert der Membran konstant oder mit Designparametern des Drucksensors schätzbar ist.
Ein als konstant angenommener Dämpfungswert wird für den Festkörper bzw. die Membran angenommen, um aus dem Q-Faktor des Gesamtsystems bzw. des Drucksensors den Q-Faktor der Dämpfung aufgrund des Kavernendrucks zu bestimmen.
Alternativ wird der Q-Faktor des Festkörpers aus Designparametern geschätzt, z.B. aus der Umgebungsdrucksensitivität des Sensors oder aus Schichtdickenmessungen während der Fertigung des MEMS-Elements, wobei hierzu nur die Geometrie des MEMS-Elements ausschlaggebend ist. Die Dämpfung ändert sich bei MEMS-Elementen in der Regel nicht, sofern anorganische Schichten für die Membran verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors ist es vorgesehen, dass an dem ersten Sensorelement in Richtung der Kaverne, insbesondere an der Membran, ein Fluid und/oder ein Festkörper vorgesehen ist. So wird die Dämpfung der Membran aufgrund des Kavernendrucks erhöht.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abgleich eines Drucksensors mit einem ersten Sensorelement, einem zweiten Sensorelement, und einer Auswerteeinheit, wobei das erste Sensorelement eine Kaverne und eine Membran an der Kaverne aufweist und so eingerichtet ist, basierend auf einem Referenzdruck in der Kaverne, einen Umgebungsdruck zu messen, durch den die Membran beweglich ist, umfassend: Versetzen der Membran in eine Schwingung durch eine Anlegung einer elektrischen Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen, Ändern der Frequenzen der elektrischen Spannung, Messen, durch das erste Sensorelement, eines Umgebungsdrucks, Messen, durch das zweite Sensorelement, einer Umgebungstemperatur, und Auswerten von Messsignalen aus dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement, wobei die Messsignale aus dem ersten Sensorelement mindestens ein Fehlersignal entsprechend der Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Drucksensor eine Ansteuereinheit aufweist, die die elektrische Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen generiert, oder durch eine externe Taktquelle mit unterschiedlichen Frequenzen versorgt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Auswerteeinheit bei einem Umgebungsdruck, der weniger als die Hälfte eines Kavernendrucks, insbesondere weniger als das Zehnfache eines Kavernendrucks, die Messsignale auswertet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass ein Dämpfungswert der Membran konstant ist oder mit Designparametern des Drucksensors geschätzt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass zur Erhöhung der Dämpfung an dem ersten Sensorelement in Richtung der Kaverne, insbesondere an der Membran, ein Fluid und/oder ein Festkörper vorgesehen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisch dargestelltes Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors;
2 ein schematisch dargestelltes erstes Sensorelement einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors;
3a einen schematisch dargestellten zeitlichen Signalverlauf einer elektrischen Spannung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
3b einen entsprechend dem Signalverlauf nach 3a schematisch dargestellten zeitlichen Signalverlauf der elektrostatischen Kraft zwischen den Platten des Plattenkondensators des ersten Sensorelementes;
4 einen schematisch dargestellten zeitlichen Signalverlauf der gemessenen Umgebungsdrücke; und
5 ein schematisch dargestelltes Ablaufschema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt ein schematisch dargestelltes Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors 100. Der Drucksensor 100 weist ein erstes Sensorelement 10, ein zweites Sensorelement 20, eine Ansteuereinheit 30 und eine Auswerteeinheit 40 auf.
Nach 2 weist das erste Sensorelement 10 des kapazitiven Drucksensors 100 eine Membran 12, die eine Kaverne 16 umschließt, und eine Gegenelektrode bzw. eine Kondensatorplatte 14 auf. Die Membran 12 stellt eine von zwei Kondensatorplatten des ersten Sensorelementes 10 dar und ist durch einen ausgeübten Druck 15 der Umgebung verformbar. Durch die Verformung der Membran 12 ändert sich der Abstand zwischen den Kondensatorplatten 12, 14 und somit die Kapazität des Kondensators des ersten Sensorelementes 10. Die Membran 12 ist zudem durch eine Anlegung einer elektrischen Spannung mit einer Frequenz, insbesondere erfindungsgemäß mit unterschiedlichen Frequenzen, in eine Schwingung versetzbar. Das zweite Sensorelement 20 ist so ausgelegt, eine Umgebungstemperatur zu messen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Versorgungsspannung V des ersten Sensorelements 10 mit einer Frequenz f1 umgepolt. Dies kann einer Rechteckfunktion entsprechen, wie in 3a dargestellt. Anstatt eines Rechtecksignals können auch andere Signalformen verwendet werden, die zur Anregung der Resonanz eignen und somit das Bestimmen des Q-Faktors ermöglichen.
Zu den jeweiligen Zeitpunkten t0, t1, t2 des Umpolens bricht die elektrostatische Kraft F, deren Wert proportional zum Quadrat des absoluten Wertes der Spannung V ist, zwischen den Platten des Plattenkondensators des ersten Sensorelements 10 ein, wie in 3b dargestellt, mit einer Frequenz f2 = 2*f1, aber auch den vielfachen harmonischen Frequenzen fn = 2*n*f1, da die Bandbreite des Treibers der Ansteuereinheit 40 endlich ist.
Wenn die Ansteuerfrequenz f1 variiert wird, ergibt sich die in 4 dargestellte Kurve 52 für die Druckgenauigkeit des Sensors. Dabei sind lokal Abweichungen 50 nach oben und unten zu beobachten, die sich in regelmäßigen Frequenzabständen wiederholen. Diese lokalen Abweichungen 50 treten auf, wenn die n-te, (n+1)-te, (n+2)-te Harmonische der Ansteuerfrequenz mit der Eigenfrequenz der Membran 12 des ersten Sensorelements 10 zusammenfallen.
In dieser Ausführungsform ist die Ansteuereinheit 30 so eingerichtet, die elektrische Spannung V umzupolen und die Ansteuerfrequenz f1 zu variieren. Also kann die Ansteuereinheit 30 die Membran 12 des ersten Sensorelements 10 in Resonanz bringen, was durch die Auswerteeinheit 40 detektiert und ausgewertet werden kann.
Im Folgenden wird die erfindungsmäße Idee ausführlich beschreiben, mit der der Kavernendruck des ersten Sensorelementes 10 bestimmt werden kann, um einen Ein-Temperatur-Abgleich zu ermöglichen.
Der Qualitätsfaktor der in 4 gezeigten Resonanzpeaks 50 ergibt sich aus der Dämpfung der Membranbewegung durch folgende drei Effekte:

1. Energieverluste im Material, die für MEMS-Elemente aus Silizium üblicherweise sehr klein sind,
2. Energieverlust durch die Reibung der durch die Membran 12 in der Umgebung bewegten Luft, und
3. Energieverlust durch die Reibung der durch die Membran 12 in der Kaverne 16 bewegten Luft.

Der Gesamt-Qualitätsfaktor ergibt sich laut Literatur („Temperature Dependence of Quality Factor in MEMS Resonators“ von Bongsang Kim et al.) aus verschiedenen Einzelbeiträgen über folgende Formel: $\frac{1}{Q_{t o t a l}} = \frac{1}{Q_{a i r}} + \frac{1}{Q_{T E D}} + \frac{1}{Q_{a n c h o r l o s s}} + \frac{1}{Q_{o t h e r s}}$
wobei der Q-Faktor inversproportional zum Luftdruck ist: $Q_{a i r} = \frac{h {(π / 2)}^{5 / 2} ρ f \sqrt{\frac{k_{b} T}{m}}}{p} \propto \frac{\sqrt{T}}{p}$
Für den erfindungsgemäßen Drucksensor 100 ergibt sich der Gesamt-Q-Faktor aus dem Q-Faktor der Luft in der Kaverne 16, sowie dem Q-Faktor des Festkörpers, also der Membran 12: $\begin{array}{l} \frac{1}{Q_{G e s a m t}} = \frac{1}{Q_{K a v e r n e n l u f t}} + \frac{1}{Q_{U m g e b u n g s l u f t}} + \frac{1}{Q_{M e m b r a n}} \\ \overset{b e i b e r i n g e m U m g e b u n g s l u f t d r u c k}{\to} \frac{1}{Q_{K a v e r n e n l u f t}} + \frac{1}{Q_{M e m b r a n}} \end{array}$
Somit ergibt sich folgende Formel, um bei geringem Umgebungsluftdruck den Kavernendruck zu bestimmen, wobei die Messung des Gesamtgütefaktors Q_Gesamt bei einer bekannten, konstanten Messtemperatur T erfolgt und der Gütefaktor der Membran 12 Q_Membran entweder als konstant für sämtliche Bauteile angenommen wird oder aus weiteren Designparametern - wie z.B. der Sensitivität über Umgebungsdruck und/oder den Schichtdickenmessungen - abgeleitet wird: $p_{K a v e r n e} = c \frac{\sqrt{T}}{Q_{K a v e r n e n l u f t}} = c \sqrt{T} [\frac{1}{Q_{G e s a m t}} - \frac{1}{Q_{M e m b r a n}}] \approx \frac{c \sqrt{T}}{Q_{G e s a m t}}$
Die Bestimmung des Kaverneninnendrucks beim Abgleich wird wie folgt durchgeführt:

Zunächst wird die Ansteuerfrequenz f1 variiert, und das Druck-Fehlersignal entsprechend den lokalen Abweichungen 50 wird bei mindestens einem definierten Umgebungsdruck aufgenommen. Daraus wird der Q-Faktor des Gesamtsystems extrahiert. Dies geschieht über die Auswertung und Anpassung der in 4 gezeigten Kurve. Vorteilhafterweise erfolgt die Messung bei einem Umgebungsdruck 15, der mindestens Faktor zwei, vorteilhafterweise Faktor zehn, unterhalb des Kavernendrucks liegt, so dass der Q-Faktor von der Dämpfung innerhalb der Kaverne 16 dominiert wird.

In einer alternativen Ausführungsform wird der Q-Faktor des Gesamtsystems bei mehreren Umgebungsdrücken gemessen, so dass basierend auf den oben erwähnten Formeln (1), (2) bzw. (3) der Q-Faktor bei einem Umgebungsdruck von null bar extrapoliert werden kann.
Anschließend wird ein als konstant angenommener Dämpfungswert für den Festkörper bzw. die Membran 12 angenommen, um aus dem Q-Faktor des Gesamtsystems den Q-Faktor der Dämpfung aufgrund des Kavernendrucks zu bestimmen.
In einem alternativen Ausführungsform wird der Q-Faktor des Festkörpers aus Parametern geschätzt, wie z.B. der Umgebungsdrucksensitivität des Sensors oder aber Schichtdickenmessungen während der Fertigung des MEMS-Elementes, wobei hierzu nur die Geometrie des MEMS-Elements ausschlaggebend ist. Die Dämpfung ändert sich bei MEMS-Elementen in der Regel nicht, sofern anorganische Schichten für die Membran verwendet werden.
Mittels der oben genannten Formel (4) lässt sich dann der Kavernendruck für den Drucksensor 100 bzw. für jedes einzelne MEMS-Element bestimmen.
Über hohe Stückzahlen lässt sich im Weiteren über die Abgleichqualität bestimmen, ob die Annahme Q_others<<1 aus Formel (1) gerechtfertigt ist, und gegebenenfalls kann Q_others über einen Korrekturfaktor nachkorrigiert werden.
Den Einfluss des Kavernendrucks auf das Messsignal des Drucksensors 100 beschreibt nachfolgende Formel (5): $p_{S e n s o r a u s g a b e} = p_{U m g e b u n g} - p_{K a v e r n e (T)}$
wobei beim Einsetzen des idealen Gasgesetzes die Temperaturabhängigkeit des Kavernendruckbeitrages ersichtlich wird: $p_{S e n s o r a u s g a b e} = p_{U m g e b u n g} - \frac{n R}{V} T$
Über das ideale Gasgesetz und der Kavernendruckschätzung ergibt sich der folgende Korrekturterm: $p_{K a v e r n e (T)} = p_{K a v e r n e n d r u c k s c h \ddot{a} t z u n g} * \frac{T}{T_{W \ddot{a} h r e n G \ddot{u} t e M e s s u n g}}$
Hierbei wird das Volumen der Kaverne 16 als konstant angenommen. Ein noch genauerer Korrekturterm wird erreicht, wenn Formel (7) um die Volumenänderung der Kaverne in Abhängigkeit des Umgebungsluftdrucks korrigiert wird.
Die in 5 dargestellte Ausführungsform des Verfahrens zum Abgleich eines Drucksensors mit einem ersten Sensorelement, einem zweiten Sensorelement, und einer Auswerteeinheit umfasst fünf Schritte, wobei das erste Sensorelement eine Kaverne und eine Membran an der Kaverne aufweist und so eingerichtet ist, basierend auf einem Referenzdruck in der Kaverne, einen Umgebungsdruck zu messen, durch den die Membran verformbar ist. In Schritt S10 wird die Membran durch eine Anlegung einer elektrischen Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen in eine Schwingung versetzt. In Schritt S20 werden die Frequenzen der elektrischen Spannung geändert. In Schritt 30 wird ein Umgebungsdruck durch das erste Sensorelement gemessen. In Schritt 40 wird eine Umgebungstemperatur durch das zweite Sensorelement gemessen. In Schritt 50 wird Messsignalen aus dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement ausgewertet, wobei die Messsignale aus dem ersten Sensorelement mindestens ein Fehlersignal entsprechend der Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung aufweisen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn kleinere Harmonische oder eine höhere Ansteuerfrequenz verwendet werden, um die Membran 12 anzuregen, da ein höherer Peak 50 einfacher zu messen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9772245 B2 [0004]
US 2020/0200631 A1 [0006]

Claims

Drucksensor (100) mit einem ersten Sensorelement (10), einem zweiten Sensorelement (20), und einer Auswerteeinheit (40), wobei das erste Sensorelement (10) eine Kaverne (16) und eine Membran (12) an der Kaverne (16) aufweist und so eingerichtet ist, basierend auf einem Referenzdruck in der Kaverne (16), einen Umgebungsdruck (15) zu messen, durch den die Membran (12) verformbar ist, wobei die Membran (12) ferner durch eine Anlegung einer elektrischen Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen in eine Schwingung versetzbar ist, wobei das zweite Sensorelement (20) so eingerichtet ist, eine Umgebungstemperatur zu messen, wobei die Auswerteeinheit (40) so eingerichtet ist, bei einer Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung Messsignale aus dem ersten Sensorelement (10) und dem zweiten Sensorelement (20) auszuwerten, und wobei die Messsignale aus dem ersten Sensorelement (10) mindestens ein Fehlersignal entsprechend der Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung aufweisen.
Drucksensor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (100) eine Ansteuereinheit (30) aufweist, die so eingerichtet ist, die elektrische Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen zu generieren, oder durch eine externe Taktquelle mit unterschiedlichen Frequenzen versorgbar ist.
Drucksensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) ferner so eingerichtet ist, bei einem Umgebungsdruck (15), der weniger als die Hälfte eines Kavernendrucks, insbesondere weniger als das Zehnfache eines Kavernendrucks, ist, die Messsignale auszuwerten.
Drucksensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungswert der Membran (12) konstant oder mit Designparametern des Drucksensors (100) schätzbar ist.
Drucksensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Dämpfung eines Restdrucks in der Kaverne (16) an dem ersten Sensorelement (10) in Richtung der Kaverne (16), insbesondere an der Membran (12), ein Fluid und/oder ein Festkörper vorgesehen ist.
Verfahren zum Abgleich eines Drucksensors mit einem ersten Sensorelement, einem zweiten Sensorelement, und einer Auswerteeinheit, wobei das erste Sensorelement eine Kaverne und eine Membran an der Kaverne aufweist und so eingerichtet ist, basierend auf einem Referenzdruck in der Kaverne, einen Umgebungsdruck zu messen, durch den die Membran verformbar ist, umfassend: Versetzen (S10) der Membran in eine Schwingung durch eine Anlegung einer elektrischen Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen, Ändern (S20) der Frequenzen der elektrischen Spannung, Messen (S30), durch das erste Sensorelement, eines Umgebungsdrucks, Messen (S40), durch das zweite Sensorelement, einer Umgebungstemperatur, und Auswerten (S50) von Messsignalen aus dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement, wobei die Messsignale aus dem ersten Sensorelement mindestens ein Fehlersignal entsprechend der Änderung von Frequenzen der elektrischen Spannung aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor eine Ansteuereinheit aufweist, die die elektrische Spannung mit unterschiedlichen Frequenzen generiert, oder durch eine externe Taktquelle mit unterschiedlichen Frequenzen versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit bei einem Umgebungsdruck, der weniger als die Hälfte eines Kavernendrucks, insbesondere weniger als das Zehnfache eines Kavernendrucks, die Messsignale auswertet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungswert der Membran konstant ist oder mit Designparametern des Drucksensors geschätzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Dämpfung eines Restdrucks in der Kaverne an dem ersten Sensorelement in Richtung der Kaverne, insbesondere an der Membran, ein Fluid und/oder ein Festkörper vorgesehen ist.