DE10357353A1

DE10357353A1 - Vorrichtung zum Testen von wenigstens einem Drucksensor

Info

Publication number: DE10357353A1
Application number: DE10357353A
Authority: DE
Inventors: Chistian Ohl; Oliver Schatz; Boris Adam
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: US20050120773A1; DE10357353B4; FR2863359B1; FR2863359A1; US7673494B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Testen von wenigstens einem Drucksensor mittels einer Beaufschlagung eines Drucksignals vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Drucksignal die Funktionsfähigkeit des Drucksensors (23) testet. Zusätzlich ist vorgesehen, dass die Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Drucksignal die Dichtigkeit des Drucksensors testet.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Testen von wenigstens einem Drucksensor nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.

Aus DE 100 00 133 A1 ist eine Vorrichtung zum Überprüfen von Drucksensoren bekannt. Dabei werden die Drucksensoren bezüglich ihrer Funktion überprüft. Die Vorrichtung übt entweder einen statischen oder einen dynamischen Druck auf den Drucksensor aus und misst anhand seines elektrischen Signals seine Reaktion darauf. Anhand dieser Reaktion wird die Funktionsfähigkeit des Drucksensors verifiziert. Diese Überprüfung erfolgt nach der Endmontage.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen von wenigstens einem Drucksensor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass nunmehr zusätzlich in Abhängigkeit von dem Drucksignal, das die Vorrichtung auf den Drucksensor ausübt, die Dichtigkeit des wenigstens einen Drucksensors überprüft wird. Ein Drucksensor, insbesondere zur Seitenaufprallsensierung ist üblicherweise derart aufgebaut, dass er einen Druckeinlasskanal im Gehäuse aufweist, der dem Druck der Umgebung auf eine Membran zuführt, die beispielsweise in einem Premold-Gehäuse montiert ist. Um gegen Korrosion durch Wasserdampf und insbesondere Salzwasserdampf geschützt zu sein, ist die Membran voll vergelt. Um den Wasserdampf nicht jenseits des Druckeinlasskanals und der Vergelung in das Druckgehäuse eindringen zu lassen, ist der Druckeinlasskanal typischerweise an dem Gehäuse um die Membran abgedichtet. Die Abdichtung kann beispielsweise durch die Verpressung eines Silikonkissens zwischen Einlasskanal und Sensorgehäuse realisiert sein. Ein wichtiger Funktionsparameter ist es, ob diese Dichtung eine bestimmte Dichtigkeit aufweist. Vorteilhafter Weise kann mit der Prüfung in einem Schritt sowohl die Funktionsfähigkeit des Drucksensors bezüglich seiner Druckmessung getestet werden, und auch seine Dichtigkeit.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Vorrichtung zum Testen von wenigstens einem Drucksensor möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Vorrichtung die Dichtigkeit in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf eines Antwortsignals des Drucksensors auf ein statisches Drucksignal bezüglich der Dichtigkeit überprüft. Beim statischen Drucksignal zeigt nämlich ein Abfallen des Drucks, dass ein Leck im Drucksensor vorliegt, so dass der Druck sich zum Gehäuse hin abbaut. Für diesen Test ist der Drucksensor vorzugsweise in einer Prüfbox untergebracht, also in einer Box, die den Drucksensor aufnimmt, um den ganzen Sensor bezüglich seiner Dichtigkeit einem Test zu unterziehen. Das Gehäuse eines Drucksensors weist nämlich auch Schweißnähte auf, die gegebenenfalls zu einer Undichtigkeit führen können.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Dichtigkeit mittels eines dynamischen Signals geprüft wird. Das dynamische Signal zeigt nämlich im Antwortsignal des Drucksensors eine weniger starke Amplitude, wenn ein Leck im Drucksensor vorliegt. Diese Messung ist insbesondere für größere Lecks geeignet, während die Messung mit dem statischen Druck für Feinlecks geeignet ist. Daraus folgt, dass eine Kombination dieser beiden Messungen sehr vorteilhaft ist.

Vorzugsweise kann die Vorrichtung auch eine Aufnahme aufweisen, die eine Dichtung, beispielsweise eine Silikondichtung, aufweist, um eine Verbindung der Vorrichtung mit dem Drucksensor allein um einen Druckeinlasskanal des Drucksensors herzustellen. Diese Aufnahme weist dann einen größeren Radius als der Druckeinlasskanal auf, um diesen zu umschließen. Mit dieser Messung wird dann primär allein die Dichtung durch die Vergelung gemessen. Andere Lecks im Gehäuse des Drucksensors können so nicht erfasst werden.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Vorrichtung einen Referenzsensor aufweist. Dieser Referenzsensor erfährt die selben Drucksignale von der Vorrichtung und dient so zur Beurteilung, ob der zu messende Drucksensor innerhalb vorgegebener Parameter den Druck misst. Der Referenzsensor ist demnach auch mit dem gleichen Signal zu beaufschlagen, wie der zu prüfende Drucksensor.

Vorzugsweise wird das Drucksignal mittels eines Druckreservoirs, in dem ein Überdruck vorhanden ist und einem davor angebrachten Ventil erzeugt. Das Ventil kann dann schnell geöffnet werden und wieder geschlossen werden, um beispielsweise einen kurzen Druckimpuls zu erzeugen. Solch ein Druckimpuls ist vorzugsweise geeignet, um einen Differenzdruck- oder Drucksensor zu prüfen, der in der Anwendung schnelle Druckänderungen erfassen muss.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine erste Vorrichtung zur Messung eines Drucksensors,
2 eine zweite Vorrichtung zur Überprüfung eines Drucksensors,
3 ein Mess-Signal und
4 ein Mess-Signal und die Antwort des Drucksensors.
Beschreibung
Drucksensoren werden zunehmend zur Aufprallsensierung verwendet. Dabei sind die Drucksensoren häufig in seitlichen Kavitäten eines Fahrzeugs eingesetzt, um bei einem Aufprall auf die Wandung der Kavität auf Grund der schnellen Verformung und damit der Volumenreduktion einen kurzen adiabatischen Druckanstieg zu messen, um damit eine schnelle Sensierungsmethode für einen Seitenaufprall zu haben. Diese Drucksensoren können mittels Mikromechanik hergestellt werden. Üblicherweise ist dies eine Mikromechanik, die auf Silizium basiert. Dabei wird mittels der Technik der Mikromechanik eine Membran hergestellt, um die eine Auswerteschaltung vorgesehen ist. Die Auswerteschaltung mit einem Messverstärker erzeugt das Mess-Signal, das dann mittels eines Senderbausteins zu einem Steuergerät übertragen wird, das in Abhängigkeit von diesem Signal Rückhaltemittel gegebenenfalls ansteuert. Die Membran des Drucksensors wird, wie oben dargestellt, dem Medium in der seitlichen Kavität ausgesetzt. Um die Membran vor Feuchtigkeit und anderen korrosiven Effekten im Seitenteil zu schützen, wird die Membran voll vergelt. Die Vergelung und eventuelle weitere Dichtmaßnahmen führen zu einer Abdichtung des Innenraums des Drucksensors. Damit sind die anderen Bauelemente, die Auswerteschaltung, der Analog-Digital-Wandler, der Messverstärker, vor diesen korrosiven Effekten geschützt. Folglich ist es notwendig, die Dichtigkeit dieses Drucksensors zu prüfen.
Erfindungsgemäß wird die Dichtigkeitsmessung mit einer Messung der Funktionsfähigkeit des Drucksensors kombiniert. Das Drucksignal, das die Vorrichtung zum Testen des Drucksensors erzeugt, führt zu einem Antwortsignal des zu prüfenden Drucksensors. Dabei kann nunmehr zusätzlich ein Referenzdrucksensor verwendet werden, um das Antwortsignal des zu prüfenden Drucksensors mit dem des Referenzdrucksensors zu vergleichen. Weiterhin kann anhand der Analyse des zeitlichen Verlaufs eines Antwortsignals auf ein statisches Drucksignal Auskunft über die Dichtigkeit des Drucksensors geben. Fällt das Antwortsignal im Laufe der Zeit, dann deutet dies auf ein Leck hin. Mit dieser Methode können insbesondere feine Lecks identifiziert werden. Wird ein Druckimpuls erzeugt, um den Drucksensor zu testen, so kann anhand der Amplitude des Antwortsignals auf diesen Druckimpuls gegebenenfalls auf ein Leck geschlossen werden. Diese Methode ist allerdings nur bei groben Lecks sinnvoll. Vorteilhafter Weise kann die Messung in einer Prüfbox erfolgen, die relativ klein ist, um in dieser Prüfbox den Testdruck auf den Drucksensor anzuwenden und um das Totvolumen zu minimieren. In der Prüfbox kann sich auch der Referenzdrucksensor befinden.
1 zeigt jedoch einen Ausschnitt der Vorrichtung 12, die um den Druckeinlasskanal 11 des Drucksensors gestülpt wird. Dazu weist die Vorrichtung 12 eine Dichtung 13 auf, die damit innerhalb der Vorrichtung 12 ein abgeschlossenes Volumen bildet, so dass darin der Test durchgeführt werden kann. Bei der Dichtung 13 handelt es sich um eine elastische Dichtung, wie beispielsweise eine Gummidichtung oder ein Silikonring. Am Ende des Druckeinlasskanals 11 befindet sich eine Vollvergelung 15, 14 und 16, die die Messmembran 10 schützt. Die Vollvergelung 14 bis 16 ist derart, dass sie den Innenraum des Drucksensors gegenüber der Außenluft schützt. Der Einfachheit halber sind hier die inneren Komponenten des Drucksensors nicht dargestellt. Diese Vorrichtung ermöglicht jedoch nur die Dichtigkeitsmessung der Vollvergelung 14 bis 16. Eine Messung eines anderen Lecks, beispielsweise im Gehäuse des Drucksensors, ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich.
2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der auch solche Lecks erkannt werden können. Die Vorrichtung 20 weist eine Prüfbox 24 auf, in der sich der zu prüfende Drucksensor 23 befindet, der über eine Kontaktierung 22 mit der Vorrichtung 20 verbunden ist. Über die Kontaktierung 22 werden die gemessenen Drucksignale des Drucksensors zur Vorrichtung 20 übertragen. Die Kontaktierung ist derart, dass sie die wirkliche Verbindung des ausgelagerten Drucksensors zu einem Steuergerät, das sich üblicherweise am Fahrzeugtunnel befindet, gleicht. Die Vorrichtung 20 weist, hier nicht dargestellt, eine Auswertung dieser Drucksignale auf, um die Funktionsfähigkeit des Drucksensors 23 zu verifizieren und zu testen, ob ein Leck vorliegt. Alternativ ist es möglich, einen Referenzdrucksensor in der Prüfbox 24 vorzusehen, um die Drucksignale des Drucksensors 23 mit den Antwortsignalen des Referenzdrucksensors zu vergleichen. Der Druck in der Prüfbox 24 P_I wird über zwei Ventile V₀ und V_R eingestellt. Damit aber die Prüfbox 24 keinen Druckausgleich mit der Außenwelt durchführt, ist eine Dichtung 21 vorgesehen.
Die Ventile V₀ und V_R steuern jeweils Druckreservoire, in denen sich beispielsweise durch Kompressoren eingestellte Drücke P ₀ und P_R befinden. Die Ventile V₀ und VR sind schnell schaltbar, so dass damit kurze Druckimpulse mit Flankensteilheiten bis 300mbar/ms erzeugt werden können, um den Drucksensor 23 auch als dynamischen Differenzdrucksensor zu testen. Insbesondere ist durch die Anordnung die Erstellung einer Druckflanke möglich, da der Druck P_R erheblich größer als der Druck P₀ ist. Ist also das Druckventil V₀ geöffnet, und auch das Druckventil V_R, stellt sich als Druck P_I der Druck P_I der Druck P_R + P₀ ein. Doch auch, wenn allein das Druckventil V_R geöffnet ist, stellt sich der Druck P_R ein, der größer ist, als der Druck P₀, wobei hier das Druckventil V₀ geschlossen bleibt. Ist das Druckventil V_R geschlossen, und das Druckventil V₀ geöffnet, dann ist der Druck P_I gleich dem Druck P₀. Die Pfeile signalisieren, dass die Vorrichtung zur Abdichtung auf den Sensorkorpus mit einer gewissen Kraft aufgepresst werden muss.
3 zeigt einen vom Drucksensor 23 gemessenen Druckimpuls in Abhängigkeit von einer Schaltsequenz der Ventile V_R und V₀. Die geschwärzten Balken unten unter dem Diagramm bedeuten, dass das jeweilige Ventil V_R bzw. V₀ geschlossen ist. Der jeweilige weiße Abschnitt bzw. die jeweiligen weißen Abschnitte bei dem Ventil V₀ bedeuten, dass das jeweilige Ventil geöffnet ist. Wie in den beiden Balken zu sehen ist, gibt es kurze Zeitabschnitte, in denen beide Ventile geschlossen sind. Im Druck-Zeit-Diagramm sind durch zwei Parallelen der niedrigere Druck P_R und der höhere Druck P₀ gekennzeichnet. Beim Schließen des Ventils V₀ und des anschließenden Öffnens des Ventils V_R stellt sich mit einer bestimmten Flanke der Druck P_R als Antwortsignal P_I des Drucksensors 23 ein. Beim nachfolgenden Schließen des Ventils V_R und des Öffnens des Ventils V₀ wird dann wieder der höhere Druck P₀ gemessen. Die Dynamik der Anstiegs- bzw. Abstiegsflanken gibt Auskunft über die Funktion und die Dichtigkeit des Drucksensors 23.
4 erläutert dies mit zwei Druck-Zeit-Diagrammen. Der untere Teil des Diagramms zeigt den typischen Verlauf des mit dem Referenzsensor gemessenen Innendrucks in der Prüfkammer. Nach Zu-/Abschalten der beiden Druckreservoirs über die Ventile V_R und V₀ sinkt in dem Beispiel der Druck zunächst ab und steigt nach Zuschaltung von P₀ wieder auf den ursprünglichen Wert. Der obere Teil des Diagramms zeigt die typische Antwortfunktion des Prüflings mit Differenzdruckfunktion. Durch die interne Offset-Regelung geht das Ausgangssignal nach Erreichen der maximalen Amplitude mit der Regelgeschwindigkeit gegen Null. Die Messung der Dynamik des Sensors erfolgt an der Rampe. Zusätzlich kann die Genauigkeit des Absolutdruckes kontrolliert werden zu Zeitpunkten wo der externe Druck konstant und definiert ist.
Die Kontrolle der Leckage kann über das Signal des Referenzsensors erfolgen, wenn kurz nach Einstellen des kostanten Drucks beide Ventile geschlossen werden. In diesem Zustand kann aus der Veränderung des Referenzsignals die Leckrate ermittelt werden. Groblecks können detektiert werden, indem die Amplituden von Referenzsensor und Prüfling verglichen werden.

Claims

Vorrichtung zum Testen von wenigstens einem Drucksensor (23) mittels einer Beaufschlagung eines Drucksignals, wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Drucksignal eine Druckmessung des wenigstens einen Drucksensors (23) testet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart konfigurier ist, dass die Vorrichtung zusätzlich in Abhängigkeit von dem Drucksignal eine Dichtigkeit des wenigstens einen Drucksensors (23) testet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Vorrichtung in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf eines Antwortsignals des Drucksensors (23) auf ein statisches Drucksignal die Dichtigkeit testet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Vorrichtung in Abhängigkeit von einer Amplitude des Antwortsignals in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz die Dichtigkeit testet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Prüfbox (24) zur Aufnahme des wenigstens einen Drucksensors (23) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Aufnahme (12) mit einer Dichtung (13) aufweist, die einen Druckeinlasskanal (11) des wenigstens einen Drucksensors umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Testen des wenigstens einen Drucksensors (23) wenigstens einen Referenzdrucksensor aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Drucksignals ein Druckreservoir (P_R, P₀) mit einem Ventil (V₀) vorgesehen ist.