DE10234090A1

DE10234090A1 - Pressure measurement sensor arrangement, e.g. for use in motor vehicle braking systems, has a resistance bridge circuit arrangement together with additional capacitors to form RC-elements

Info

Publication number: DE10234090A1
Application number: DE2002134090
Authority: DE
Inventors: Manfred Abendroth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-05

Abstract

Pressure measurement cell has a measurement membrane (1) on which four measurement resistances (RB1-RB4) are mounted. The measurement resistances are arranged in a bridge circuit with inner circuit points (7, 8) between the resistances and capacitors (C1, C2) to form RC-elements. At outer circuit points (3-6) of the at least one serial resistance circuit a voltage impulse can be switched in and the membrane deflection dependent output signal is taken-off from one of the inner circuit points. The impulse width alteration is used as the sensor signal.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere für einen Drucksensor mit Messwiderständen auf einer Messmembran, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a sensor arrangement, in particular for one Pressure sensor with measuring resistors on a measuring membrane, according to the preamble of the main claim.

Beispielsweise werden solche Drucksensoren bei Bremssystemen in Kraftfahrzeugen immer häufiger und in immer größerer Anzahl eingesetzt. Die Anforderungen an die Eigenschaften solcher Drucksensoren steigen dabei ständig, da sie immer häufiger auch in sicherheitskritischen Anwendungen, z.B. bei elektrohydraulischen Bremssystem, verwendet werden. Besonders Fragen der Eigensicherheit und der Eigenüberwachung bzw. Selbstdiagnose gewinnen ebenfalls immer mehr an Bedeutung.For example, such pressure sensors in brake systems in motor vehicles more and more frequently and in ever increasing numbers used. The requirements for the properties of such pressure sensors keep going up, since they're becoming more common also in safety-critical applications, e.g. with electrohydraulic Braking system. In particular questions of intrinsic safety and self-monitoring or self-diagnosis are also becoming increasingly important.

Zur Auswertung und weiteren Verarbeitung des Sensorausgangssignals in elektronischen Steuergeräten, insbesondere bei einer Fahrdynamikregelung oder bei der zuvor erwähnten elektrohydraulischen Bremse für Kraftfahrzeuge, muss die gemessene mechanische Größe Druck bzw. Kraft in eine elektrische Größe (Strom oder Spannung) umgeformt werden. Die bisher gebräuchlichen Signalwandler basieren in der Regel auf kapazitiven oder resistiven analogen Verfahren .For evaluation and further processing of the Sensor output signal in electronic control units, in particular with a driving dynamics control or with the aforementioned electro-hydraulic Brake for Motor vehicles, the measured mechanical quantity must be pressure or force converted into an electrical quantity (current or voltage) become. The previously used Signal converters are usually based on capacitive or resistive analog procedure.

Beim kapazitiven Drucksensor verändert die Druckkraft den Abstand zweier Membranen, wodurch sich, analog zum Plattenkondensator, die Kapazität des Sensors verändert. Diese Änderung wird in der Regel als Oszillationsdämpfung oder Frequenzverstimmung eines Oszillationskreises ausgewertet. Beim resistiven Drucksensor werden durch mechanische Verformung Dehnungswiderstände auf der Membran in ihrem Widerstandswert verändert. Diese sind meist in Brückenschaltung angeordnet, wobei die Brückendifferenzspannung als Messgröße für die Druckkraft dient.The capacitive pressure sensor changes the pressure force the distance between two membranes, which, analogous to the plate capacitor, the capacity of the Sensor changed. This change is usually called oscillation damping or frequency detuning of an oscillation circuit evaluated. With the resistive pressure sensor expansion resistances due to mechanical deformation changed the resistance of the membrane. These are mostly in bridge circuit arranged, the bridge differential voltage as a measure of the compressive force serves.

Beispielsweise ist aus der DE 196 03 674 A1 ein Drucksensor bekannt, bei dem die Signalerfassung mittels einer solchen resistiven Druckmesszelle erfolgt. An der dem Messmedium abgewandten Seite auf einer Messmembran des Drucksensors ist eine Widerstandsmessbrücke, z.B. in Dünnschichttechnik, angeordnet. Bewegungen der Messmembran aufgrund von Druckänderungen des Messmediums führen hierbei zu Stauchungen oder Streckungen der Widerstandsbahnen und damit zu den Widerstandsänderungen in den jeweiligen Widerständen. Die Ausnutzung dieser Widerstandsänderung und die Signalverstärkung erfolgt mit einer elektronischen Auswerteschaltung.For example, from the DE 196 03 674 A1 a pressure sensor is known in which the signal is detected by means of such a resistive pressure measuring cell. A resistance measuring bridge, for example using thin-film technology, is arranged on the side facing away from the measuring medium on a measuring membrane of the pressure sensor. Movements of the measuring membrane due to changes in the pressure of the measuring medium lead to compression or stretching of the resistance tracks and thus to changes in resistance in the respective resistors. This change in resistance and the signal amplification are used with an electronic evaluation circuit.

Üblicherweise dienen hierbei sog. Filmwiderstände bzw. metallische Dehnungsmessstreifen als Messwiderstände, wobei diese zunehmend auch durch polykristalline Halbleiter abgelöst werden, da letztere einen größeren Messeffekt aufweisen. Bei der Herstellung eines solchen Drucksensors sollte ein kostengünstiger, konstruktiv einfacher Sensor aufbau vorhanden sein, der für eine hohe Schüttel- und Temperaturbelastungen zur Hochdruckmessung in aggressiven Medien, wie z.B. Öl, Diesel, Benzin oder Bremsflüssigkeit in Kraftfahrzeugen, geeignet ist.Usually serve so-called film resistors or metallic strain gauges as measuring resistors, where these are increasingly being replaced by polycrystalline semiconductors, because the latter has a greater measurement effect exhibit. When manufacturing such a pressure sensor should be a cost-effective, structurally simple sensor structure to be present, which for a high shaking and temperature loads for high pressure measurement in aggressive media, such as. Oil, Diesel, petrol or brake fluid in motor vehicles.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Sensoranordnung der eingangs beschriebenen Art ist in der erfindungsgemäßen Weiterbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs dadurch vorteilhaft, dass die Sensoranordnung mindestens eine Reihenschaltung von zwei Messwiderständen aufweist und an dem mittleren Schaltungspunkt zwischen den Messwiderständen ein Kondensator zur Bildung eines RC-Gliedes angeschlossen ist. An den äußeren Schaltungspunkten der mindestens einen Reihenschaltung sind Spannungsimpulse auf schaltbar, wobei das von der Membranauslenkung abhängige Ausgangssignal am den mittleren Schaltungspunkt abnehmbar ist und aus der durch die Widerstandsänderung in mindestens einem Messwiderstand hervorgerufenen Impulsbreitenänderung das Sensorsignal in vorteilhafter Weise herleitbar ist.The sensor arrangement of the entry described type is in the training according to the invention with the characteristic Features of the main claim advantageous in that the sensor arrangement has at least one series connection of two measuring resistors and at the middle circuit point between the measuring resistors Capacitor is connected to form an RC element. At the outer circuit points the at least one series connection can be switched to voltage pulses, the output signal dependent on the membrane deflection on the middle circuit point is removable and from the change in resistance pulse width change caused in at least one measuring resistor the sensor signal can be derived in an advantageous manner.

In üblicher Weise können auch hier vier Messwiderstände integraler Bestandteil einer Druckmessmembran sein, die sich bei einer Einwirkung von Druck auswölbt, wobei sich zwei Messwiderstände vergrößern und zwei hinsichtlich ihres Widerstandswertes verkleinern. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung ändert sich dagegen die Diagonalspannung an der Brücke und diese Änderung wird mittels einer Verstärkerschaltung und ggf. einem nachgeschaltetem Korrekturnetzwerk, zur Kompensation von Temperatur- und Alterungseffekten, zu einem druckproportionalen Spannungssignal gewandelt werden.In the usual way, too here four measuring resistors be an integral part of a pressure measurement membrane that bulging under pressure, where there are two measuring resistors enlarge and reduce two in terms of their resistance value. At the out the arrangement known from the prior art, however, changes the diagonal voltage at the bridge and this change is by means of an amplifier circuit and, if necessary, a subsequent correction network for compensation from temperature and aging effects to a pressure-proportional one Voltage signal can be converted.

Bei den resistiven Drucksensoren mit einer Wheastone-Messbrücke nach dem eingangs erwähnten Stand der Technik könnte die Eigensicherheit des Sensors in üblicher Weise dadurch verbessert werden, dass man zum eigentlichen Signalpfad, der durch die Diagonalspannung der Brücke gespeist wird, einen zweiten Signalpfad aufbaut, dessen Eingang von der halben Brücke der Wheastonschen Anordnung gespeist wird. Diese Halbbrücke wird ergänzt durch zwei Festwiderstände, die mit der drucksensitiven Halbbrücke wiederum eine Vollbrücke bilden. Die Diagonalspannung der Halbbrücke weist jedoch nur die halbe Druckempfindlichkeit gegenüber der Vollbrücke auf. Die Diagonalspannungen der Halb- und Vollbrücke gelangen auf zwei nahezu identische Signalpfade, die sich nur durch den Verstärkungsfaktor unterscheiden, da bei der Halbbrücke deren halbe Empfindlichkeit durch eine Verdoppelung der Verstärkung ausgeglichen werden muss.In the case of the resistive pressure sensors with a wheastone measuring bridge according to the prior art mentioned at the outset, the intrinsic safety of the sensor could be improved in a conventional manner by establishing a second signal path to the actual signal path, which is fed by the diagonal voltage of the bridge, the input of which is fed by the half bridge of the Wheaston arrangement. This half-bridge is supplemented by two fixed resistors, which in turn form a full-bridge with the pressure-sensitive half-bridge. However, the diagonal tension of the half bridge is only half the pressure sensitivity compared to the full bridge. The diagonal voltages of the half and full bridge arrive at two almost identical signal paths, which differ only in the amplification factor, since with the half bridge whose half sensitivity has to be compensated for by doubling the gain.

Beide Signalpfade werden bei den bekannten Anordnungen in einem Abgleichprozess bezüglich Empfindlichkeit und Offset sowohl über Druck als auch über der Temperatur abgeglichen, so dass im Idealfall am Ausgang des Sensors zwei identische Ausgangssignale zur Verfügung stehen. Driftet eine der beiden Anordnungen infolge Veränderungen der Brücke oder der Elektronik, ergibt sich eine Differenz der beiden Ausgangssignale. Überschreitet die Differenz einen zulässigen Wert, wird durch eine Schaltung dafür gesorgt, dass das Ausgangssignal des Drucksensors einen unplausiblen Wert annimmt. Dieser kann vom nachgeordneten Steuergerät als Fehler verarbeitet werden.Both signal paths are in the known arrangements in a sensitivity adjustment process and offset both over Pressure as well the temperature adjusted so that ideally at the exit of the Sensor two identical output signals are available. Drifts one of the both orders as a result of changes the bridge or the electronics, there is a difference between the two output signals. exceeds the difference is a permissible Value, a circuit ensures that the output signal of the pressure sensor assumes an implausible value. This can be from subordinate control unit are processed as errors.

Nachteil des bekannten Vergleiches von Signalen einer Vollbrücke mit denen einer Halbbrücke ist hauptsächlich der Umstand, dass das Halbbrückensignal im Mittel eine doppelte Drift nach einer Alterung aufweist. Dadurch besteht die Möglichkeit, das die Überwachung ansprechen kann, obwohl durch die Vollbrücke Alterungsdriften gut kompensiert werden. Weiterhin ist es schwierig, den Temperaturgang der Halbbrücke zu kompensieren, da sich durch die Einbeziehung von zwei Festwiderständen in Verbindung mit zwei Poly-Silizium-Widerständen Nichtlinearitäten ergeben, die den Überwachungsbereich einschränken.Disadvantage of the known comparison of signals from a full bridge with those of a half bridge is mainly the fact that the half-bridge signal shows on average a double drift after aging. Thereby it is possible, the surveillance can respond, although the full bridge compensates for aging drifts become. Furthermore, it is difficult to compensate for the temperature behavior of the half-bridge, because the inclusion of two fixed resistors in Connection with two poly-silicon resistors result in non-linearities, the the surveillance area limit.

Gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung zur Auswertung des Messsignals sind diese zuvor genannten Nachteile in vorteilhafter Weise vermieden. Auch hier kann zunächst eine typische Druckmessbrücke der zuvor beschriebenen Art aufgebaut werden, bei der sich einige Messwiderstände bei Druckeinwirkung vergrößern und die jeweils anderen bei Druckeinwirkung verkleinern. Die Verschaltung der Brückenwiderstände ist jedoch gegenüber dem Stand der Technik in vorteilhafter Weise verändert. An den Brückenmesspunkten ist erfindungsgemäß ein Kondensator angebracht und die oberen und unteren Einspeisepunkt werden getrennt und einzeln zur Auswerteelektronik geführt, so dass diese Schaltungsanordnung beispielsweise mit zwei Halbbrücken sechs Anschlusspunkte aufweist.According to the arrangement for Evaluation of the measurement signal are the disadvantages mentioned above avoided in an advantageous manner. Here too, you can start with one typical pressure measuring bridge of the type described above, in which some Sense resistors enlarge under pressure and reduce the other one under pressure. The interconnection of the Is bridge resistance however opposite the prior art changed in an advantageous manner. At the bridge measuring points is a capacitor according to the invention attached and the upper and lower entry point are separated and individually to the evaluation electronics, so that this circuit arrangement for example with two half bridges has six connection points.

An den Einspeisepunkten werden erfindungsgemäß digitale Spannungsimpulse angelegt und durch die RC-Kombination aus Messwiderstand und Kondensator werden die Impulse als Folge des Übertragungsverhaltens der RC-Kombination verformt und enthalten auf diese Weise die vollständige Information über die beteiligten Messwiderstände. Die zeitliche Auswertung der Impulsbreite ergibt z.B. bei einem Druck von null bar Impulszeiten von einigen Mikrosekunden. Diese Zeiten sind darüber hinaus abhängig von der Impulsbreite des digitalen Pulses an der Einkoppelstelle und den Basiswerten des jeweiligen parallel liegenden Messwiderstandes und der Kapazität des Kondensators.According to the invention, digital are at the entry points Voltage pulses applied and through the RC combination of measuring resistor and The pulses become a capacitor as a result of the transmission behavior of the RC combination deformed and in this way contain the complete information about the involved measuring resistors. The temporal evaluation of the pulse width gives e.g. at a print from zero bar pulse times of a few microseconds. These times are about it dependent the pulse width of the digital pulse at the coupling point and the basic values of the respective parallel measuring resistor and capacity of the capacitor.

Ändert sich infolge eines anliegenden Druckes der Widerstandswert des betreffenden Messwiderstands so ergibt sich daraus eine um einige Nanosekunden druckabhängig verlängerte Impulsbreite. Bei einer arithmetischen Auswertung der Zeitmessung, z.B. Mittelung vieler kurz aufeinander folgender Messungen, werden der absolute Widerstand und der Temperaturgang der Dehnungsmesswiderstände vollständig kompensiert. Mit dieser Art der Wandlung sind insbesondere Schaltungen realisierbar, die keine eigentliche Brückenanordnung mehr benötigen. Für eine Druckmessung sind lediglich die zwei Messwiderstände einer Brückenhälfte erforderlich.change the resistance value of the relevant one as a result of an applied pressure Measurement resistance then results in a few nanoseconds pressure dependent extended Pulse width. With an arithmetic evaluation of the time measurement, e.g. Averaging of many measurements in quick succession the absolute resistance and the temperature response of the strain gauges completely compensated. With this type of conversion, circuits can be implemented in particular, which is not an actual bridge arrangement need more. For a pressure measurement only the two measuring resistors of one bridge half are required.

Es ist hier auch möglich, aus einer Vollbrücke zwei Brückenschaltungen zu machen und auf diese Weise den Druck auf einer Membran zweimal zu messen. Durch die Möglichkeit des Anschlusses mehrerer Halbbrücken an einen Auswertebaustein kann bei leicht modifizierten Vollbrückenstrukturen der Druck an einer Messmembran zweimal ermittelt werden. Dadurch ergibt sich eine günstige Möglichkeit der Überwachbarkehit der Druckmessung durch direkten Vergleich der ermittelten Werte.It is also possible here a full bridge two bridge circuits to make and that way the pressure on a membrane twice to eat. By the possibility the connection of several half bridges With slightly modified full bridge structures, the Pressure on a measuring membrane can be determined twice. This gives a cheap one possibility the monitorability the pressure measurement by direct comparison of the determined values.

Weiterhin können auch auf einfache Weise eine oder mehrere Reihenschaltungen von jeweils zwei Messwiderständen jeweils einer separaten Auswerteschaltung zugeführt werden. Bei mehreren Druckmessstellen und mehreren Auswertebausteinen können die beispielsweise zwei Halbbrücken einer Druckmessstelle auf zwei Auswertebausteine verteilt werden, wodurch sich eine weitere Verbesserung der Überwachbarkeit ergibt, da in solchen Fällen auch die Auswerteelektronik in die Überwachung einbezogen ist.Furthermore, a or several series connections of two measuring resistors each can be fed to a separate evaluation circuit. With several pressure measuring points and several evaluation modules, for example two halfbridges a pressure measuring point can be distributed over two evaluation modules, which results in a further improvement in the controllability, since in such cases too the evaluation electronics in the monitoring is involved.

Zusätzlich kann auch der Absolutwiderstandswert der jeweiligen Messwiderstände einer Reihenschaltung durch die Messung der Impulsbreitenänderung bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Zeitmessverfahren bietet somit auf einfache Weise die Möglichkeit, nicht nur die druckabhängige Dehnung, sondern auch den Absolutwiderstand der Brückenwiderstände hochgenau zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, bei bekanntem Temperaturgang der Brückenwiderstände auch die Temperatur zu bestimmen.In addition, the absolute resistance value of the respective measuring resistors a series connection by measuring the pulse width change be determined. The time measurement method according to the invention offers thus the possibility in a simple way not just the pressure-dependent elongation, but also to determine the absolute resistance of the bridge resistances with high precision. This makes it possible if the temperature response of the bridge resistors is known, the temperature also increases determine.

Zur Messung der Impulsbreitenänderung kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform mindestens ein Zeit-Digital-Converter (TDC= Time-to-Digital Converter) vorhanden sein, der beispielsweise Bestandteil einer Auswerteelektronik mit einem speicherprogrammierbaren Mikroprozessor ist. Hier ist vorteilhaft eine Eingangsbeschaltung für die Beaufschlagung der äußeren Anschlusspunkte der Reihenschaltung mit den digitalen Spannungsimpulsen und für das Messsignal an den mittleren Schaltungspunkte der Reihenschaltung und eine Ausgangsbeschaltung zur Abgabe eines in einem Steuergerät weiterverarbeitbaren Signals vorgesehen.To measure the change in pulse width according to one particularly preferred embodiment at least one time-to-digital converter (TDC = time-to-digital converter) be present, for example part of an electronic evaluation system with a programmable microprocessor. Here is advantageous an input circuit for the application of the outer connection points the series connection with the digital voltage pulses and for the measurement signal at the middle circuit points of the series connection and an output circuit for delivering a signal that can be further processed in a control unit intended.

Mittels des Zeit-Digital-Converter (TDC) kann die Impulsbreite mit sehr hoher Auflösung und Linearität digitalisiert werden. Die erreichbare Zeitauflösung liegt bei Verwendung moderner Herstellungsprozesse (z.B. CMOS; 0,35 μm) bei ca. 15 bis 30 ps. Ihr wesentlicher Vorteil liegt in der Genauigkeit der Zeitmessung im Vergleich zur Spannungsmessung. Solche TDC's können leicht für eine digitale Bearbeitung bei effektiven 26 Bit und mehr ausgelegt werden. Sie sind damit ideale Wandlerbausteine für Sensoren mit niedrigem Signalhub.By means of the time-digital converter (TDC) the pulse width with very high resolution and Linearity can be digitized. The achievable time resolution when using modern manufacturing processes (e.g. CMOS; 0.35 μm) is approx. 15 to 30 ps. Their main advantage is the accuracy of the time measurement compared to the voltage measurement. Such TDC's can easily be designed for digital processing with effective 26 bits and more. They are ideal converter components for sensors with a low signal swing.

Die Vermessung der Widerstandsänderungen von Dehnungsmessbrücken (DMS) auf der Basis von Metall-Dünnschichtelementen ist mit solchen TDC's auf einfache Weise möglich. Die DMS-Messung ist hierbei in hohem Maße konfigurierbar, wobei die Auflösung, die Wandlungsrate und der Stromverbrauch in sehr weiten Bereichen gewählt werden können. Man kann mit der gleichen Elektronik z.B. einen sehr schnellen Wandler mit 28 effektiven Skalenteilen DMS-Auflösung bei 65 kHz Wandlungsrate und 10 mA Stromaufnahme oder einen hochgenauen Wandler mit 216 effektiven Skalenteilen DMS-Auflösung bei 4Hz Wandlungsrate und 10 mA Stromaufnahme realisieren. Der Baustein und die Schaltung bleiben dabei unverändert; es ist lediglich eine Änderung der Software erforderlich.Measuring resistance changes of strain gauges (DMS) based on metal thin-film elements is with such TDC's easily possible. The strain gauge measurement is highly configurable, with the Resolution, the conversion rate and power consumption in very wide areas can be chosen. you can be used with the same electronics e.g. a very fast converter with 28 effective scale parts strain gauge resolution at 65 kHz conversion rate and 10 mA current consumption or a high-precision converter with 216 effective DMS resolution divisions with 4Hz conversion rate and 10 mA current consumption. The building block and the circuit remains unchanged; it's just a change of the software required.

Durch die Art der Kompensation der parasitären Effekte durch die arithmetische Auswertung der Zeitmessung durch statistische Verfahren ergibt sich eine hohe Stabilität gegen Temperatur- und Spannungseinflüsse. Die Temperatur- und Langzeitdrift der Kondensatoren bzw. des Schmitt-Triggers als Komparator entfällt dabei. Störeffekte durch den Restwiderstand der ansteuernden digitalen Pulsverstärker werden praktisch vollkommen unterdrückt. Auch die Betriebsspannungsabhängigkeit ist durch diese Maßnahmen sehr gering.By the type of compensation parasitic Effects through the arithmetic evaluation of the time measurement statistical procedures result in a high stability against Influences of temperature and voltage. The temperature and Long-term drift of the capacitors or the Schmitt trigger as a comparator is eliminated. parasitics through the residual resistance of the driving digital pulse amplifier practically completely suppressed. Also the operating voltage dependency is through these measures very low.

Ein erfindungsgemäßes Softwareprogramm zur Steuerung und/oder zur Abspeicherung der Werte in der Sensoranordnung weist in vorteilhafter Weise Programmbefehle zur Erzeugung der Spannungsimpulse an den äußeren Anschlusspunkte und zur Auswertung der gemessenen Impulse und zur Bereitstellung eines seriellen Bussignals zur Weiterverarbeitung auf. Weiterhin können auch Programmbefehle zum Abgleich der Messwiderstände und zum Selbsttest der Sensoranordnung vorhanden sein.An inventive software program for control and / or for storing the values in the sensor arrangement Program instructions for generating the voltage pulses in an advantageous manner at the outer connection points and to evaluate the measured impulses and to provide them a serial bus signal for further processing. Farther can also program commands to adjust the measuring resistances and be available for self-test of the sensor arrangement.

Es sind daher mit der Erfindung in vorteilhafter Weise eine Reihe von Diagnosemöglichkeiten und Fehlererkennungen vorsehbar; zum Beispiel ein Bruch oder Kurzschluss jedes einzelnen Messwiderstandes. Der Mikrochip mit dem Mikroprozessor kann durch selbst erzeugte Diagnosepulse in sehr weiten Teilen während des Betriebes mit einer Testdauer von ca. 100 bis 200 μs getestet werden.It is therefore in with the invention advantageously a number of diagnostic options and error detections providable; for example a break or short circuit of each one Measuring resistance. The microchip with the microprocessor can self-generated diagnostic pulses in very large parts during the Operation tested with a test duration of approx. 100 to 200 μs become.

Die bei der Druckmesszelle erforderlichen Abgleichvorgänge sind einfach und per Software durchführbar. Jede Halbbrücke kann getrennt einen eigenen Offset- und Empfindlichkeitsabgleich bekommen, wobei beide Abgleicharten einen sehr weiten Einstellbereich haben. Dies hat den Vorteil, dass die Messwiderstände im Herstellungsprozess nicht abgeglichen werden müssen und das übliche sog. Matching nichtabgeglichener Brücken für das verwendete Verfahren vollkommen ausreichend ist.The adjustment processes required for the pressure measuring cell are easy and feasible with software. Every half bridge can separately adjust its own offset and sensitivity get, with both types of adjustment a very wide setting range to have. This has the advantage that the measuring resistors in the manufacturing process do not have to be compared and the usual So-called matching of unbalanced bridges for the method used is completely sufficient.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für einen Hochdrucksensor wird anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die eine schematische elektronische Schaltung zur Auswertung der Messsignale von Messwiderständen zeigt.An embodiment of a sensor arrangement according to the invention for one High pressure sensor is explained with reference to the single figure of the drawing, which a schematic electronic circuit for evaluating the measurement signals of measuring resistors shows.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

In der einzigen Figur ist ein schematisches Blockschaltbild einer Sensoranordnung gezeigt, die einen Drucksensor, beispielsweise für die Messung des Drucks in einem elektrohydraulischen Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, darstellt. Die Sensoranordnung enthält eine Messmembran 1, z.B. eine Stahlmembran auf der aufgesputterte DMS auf der Basis von Metalldünnschichtwiderständen als in zwei Halbbrücken angeordnete Messwiderstände R_B ₁, R_B2, R_B ₃ und R_B4. angeordnet sind. Eine Auswerteelektronik 2 sorgt für die Ansteuerung dieser Messschaltung und für die Auswertung des Messsignals.The single figure shows a schematic block diagram of a sensor arrangement which represents a pressure sensor, for example for measuring the pressure in an electrohydraulic brake system for a motor vehicle. The sensor arrangement contains a measuring membrane 1 , for example a steel membrane on the sputtered strain gage based on metal thin film resistors as measuring resistors R _B ₁ , R _B2 , R _B ₃ and R _B4 arranged in two half bridges. are arranged. Evaluation electronics 2 ensures the control of this measuring circuit and the evaluation of the measuring signal.

Bei dieser an sich typischen Druckmessbrücke mit den Messwiderstände R_B1, R_B2, R_B3 und R_B4. sind diejenigen Widerstände, deren Widerstandswerte sich bei einer Druckeinwirkung auf die Messmembran 1 vergrößern, mit einem positiven Vorzeichen (R_B1 und R_B4) und diejenigen Widerstände, deren Widerstandswerte sich bei einer Druckeinwirkung auf die Messmembran 1 bei Druckeinwirkung verkleinern, mit einem negativen Vorzeichen (R_B2 und R_B3) versehen.With this typical pressure measuring bridge with measuring resistors R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 . are those resistors whose resistance values change when pressure is applied to the measuring membrane 1 enlarge, with a positive sign (R _B1 and R _B4 ) and those resistances whose resistance values change when pressure is applied to the measuring membrane 1 Reduce when exposed to pressure, add a negative sign (R _B2 and R _B3 ).

An den Brückenmesspunkten 7 und 8, d.h. an den mittleren Schaltungspunkten zwischen den Messwiderstände R_B1 und R_B2 sowie zwischen R_B3 und R_B4, ist jeweils ein nach Masse gelegter Kondensator C₁ bzw. C₂ angebracht. Die äußeren Schaltungspunkte 3 und 4 dienen als jeweils oberer und unterer Einspeisepunkt der Reihenschaltung aus R_B1 und R_B2 und die Schaltungspunkte 5 und 6 dienen als jeweils oberer und unterer Einspeisepunkt der Reihenschaltung aus R_B3 und R_B4 und werden getrennt und einzeln zur Auswerteelektronik 2 geführt. Mitsamt den Brückenmesspunkten 7 und 8 sind somit sechs Anschlusspunkte für die Auswerteelektronik 2 vorhanden.At the bridge measuring points 7 and 8th , ie at the middle circuit points between the measuring resistors R _B1 and R _B2 as well as between R _B3 and R _B4 , a capacitor C ₁ or C ₂ is connected to ground. The outer circuit points 3 and 4 serve as the upper and lower entry point of the series connection of R _B1 and R _B2 and the connection points 5 and 6 serve as the upper and lower infeed points of the series connection of R _B3 and R _B4 and are separated and individually to the evaluation electronics 2 guided. Together with the bridge measuring points 7 and 8th are therefore six connection points for the evaluation electronics 2 available.

Die Brückenmesspunkte 7 und 8 sind an die beiden Eingänge eines Komparators 9, hier ein Schmitt-Trigger, der Auswerteelektronik 2 angeschlossen. An den Einspeisepunkten 3, 4, 5 und 6 werden digitale Spannungsimpulse angelegt, die durch die RC-Kombination aus R_B2 und C_l sowie aus R_B4 und C₂ in ihrer Impulsform als Folge des Übertragungsverhaltens des jeweiligen RC-Gliedes verformt werden und auf diese Weise die vollständige Information über die beteiligten Messwiderstände enthalten.The bridge measuring points 7 and 8th are at the two inputs of a comparator 9 , here a Schmitt trigger, the evaluation electronics 2 connected. At the entry points 3 . 4 . 5 and 6 digital voltage pulses are applied by the RC combination of R _B2 and C _l as well R _B4 and C ₂ are deformed in their pulse form as a result of the transmission behavior of the respective RC element and in this way contain the complete information about the measuring resistors involved.

Die zeitliche Auswertung der Impulsbreite, die hier symbolisch im unteren Teil eines Time-to-Digital-Converters (TDC) 10 über der Zeit t gezeigt ist, erfolgt derart mit dem TDC-Baustein 10, dass die Impulsbreite mit sehr hoher Auflösung und Linearität digitalisiert werden kann. Der Time-to-Digital-Converter (TDC) 10 ist hier Bestandteil einer Schaltung für die Auswerteelektronik 2 mitsamt einem speicherprogrammierbaren Mikroprozessors μP.The temporal evaluation of the pulse width, which is symbolically shown in the lower part of a time-to-digital converter (TDC) 10 over time t is done in this way with the TDC module 10 that the pulse width can be digitized with very high resolution and linearity. The time-to-digital converter (TDC) 10 is part of a circuit for the evaluation electronics 2 together with a programmable microprocessor μP.

Die Ausgangsbeschaltung der Auswerteelektronik 2 ist zur Abgabe eines in einem Steuergerät weiterverarbeitbaren Signals, z.B. mit einem seriellen Bus 11, ausgelegt und in einem Speicherbaustein EEProm sind Programmbefehle zur Erzeugung der Spannungsimpulse an den äußeren Anschlusspunkten 3, 4, 5 und 6 sowie zur Auswertung der gemessenen Signale und zur Bereitstellung des seriellen Bussignals zur Weiterverarbeitung hinterlegt.The output circuit of the evaluation electronics 2 is used to output a signal that can be further processed in a control unit, for example with a serial bus 11 , designed and in a memory module EEProm are program commands for generating the voltage pulses at the outer connection points 3 . 4 . 5 and 6 as well as for evaluating the measured signals and providing the serial bus signal for further processing.

Claims

Sensor arrangement, in particular in a pressure measuring cell, with a measuring membrane ( 1 ), which can be deflected by the pressurized measuring medium and with a sensor circuit that has measuring resistors (R _B1 , R _B ₂ , R _B ₃ and R _B4 ,) that are on the measuring membrane ( 1 ) are attached, the output signal of the sensor circuit depending on the membrane deflection being in an electronic circuit ( 2 ) can be evaluated, characterized in that at least one series connection of two measuring resistors (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) is present and at the middle circuit point ( 7 . 8th ) between the measuring resistors (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) a capacitor (C ₁ , C ₂ ) is connected to form an RC element and that at the outer circuit points ( 3 . 4 . 5 . 6 ) the at least one series circuit (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) voltage pulses can be applied, the output signal dependent on the membrane deflection at the middle circuit point ( 7 . 8th ) is removable and the sensor signal can be derived from the change in pulse width caused by the change in resistance in at least one measuring resistor (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ).

Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that two series connections of two measuring resistors (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) are provided on a membrane, so that the pressure can be determined twice with a membrane.

Sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that one or more series connections of two measuring resistors (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) are each fed to a separate evaluation circuit.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in addition the absolute resistance value of the respective measuring resistors (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) of a series connection can be determined by measuring the change in pulse width.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized that for measuring the pulse width change at least one time digital converter (TDC) is available.

Sensor arrangement according to claim 5, characterized in that the time-digital converter (TDC) is part of a circuit ( 2 ) with a programmable microprocessor (μP), which is an input circuit for the application of the external connection points ( 3 . 4 . 5 . 6 ) the series connection (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) with the digital voltage pulses and for the measurement signal at the middle circuit points ( 7 . 8th ) of the series circuit (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) and an output circuit for emitting a signal which can be further processed in a control unit.

Software program for controlling and / or storing data in a sensor arrangement according to claim 6, characterized in that program commands for generating the voltage pulses at the outer connection points ( 3 . 4 . 5 . 6 ), for evaluating the measured pulses and for providing a serial bus signal for further processing.

Software program according to claim 7, characterized in that program commands for comparing the measuring resistances (R _B1 , R _B2 , R _B3 and R _B4 ) and for self-testing of the sensor arrangement are present.