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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckmesszelle mit einer integrierten Auswerteelektronik und einer 4-20 mA Schnittstelle zur Energieversorgung.
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Aus dem Stand der Technik sind Druckmesszellen bekannt, die zum Beispiel eine Druckänderung durch Verformung einer Membran und einer daraus resultierenden Änderung einer Kapazität erfassen. Solche Druckmesszellen werden kapazitive Druckmesszellen genannt. Des Weiteren existieren resistive bzw. piezoresistive Druckmesszellen, bei denen die Verformung einer Membran bspw. mittels Dehnungsmessstreifen erfasst wird und aus einer Widerstandsänderung der Dehnungsmessstreifen auf den Druck geschlossen wird, sowie piezoelektrische Druckmesszellen, die den piezoelektrischen Effekt zur Druckbestimmung ausnutzen.
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Die Unterscheidung von Druckmesszellen nach den zum Prozess hin orientierten Materialien, also den Materialien, die mit der Prozessumgebung und den Prozessmedien in Kontakt kommen, unterscheidet in der Regel zwischen metallischen und keramischen Druckmesszellen, wobei die einen eine metallische und die anderen eine keramische Membran aufweisen. Aus fertigungs- und messtechnischen Gründen ist häufig ein Grundkörper der Druckmesszelle aus dem gleichen Material wie die Membran gefertigt. Fertigungstechnisch ist eine Verbindung zwischen gleichen oder gleichartigen Materialien häufig einfacher herzustellen als zwischen verschiedenen Materialien. Messtechnisch ist es von Vorteil, Materialien mit ähnlichen oder idealerweise identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden - auch dies ist bei gleichen oder gleichartigen Materialien einfacher zu erreichen.
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Ob absolute oder relative Drücke gemessen werden können, richtet sich in der Regel danach, ob der Membranrückseite ein zweiter Druck, bspw. ein Außendruck, zugeführt wird, oder ob die Membranrückseite evakuiert ist.
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Die Auswertelektronik für das Sensorsignal des Sensors der Druckmesszelle ist meist außerhalb des Gehäuses der Druckmesszelle platziert und über nach außen geführte Durchkontaktierungen kontaktiert. Dies hat zur Folge, dass der Signalweg vom Sensor zur Auswertelektronik relativ lang ist und so der Signal-Rausch-Abstand nicht optimal ist. Durch einen zu großen Signal-Rausch-Abstand wird das Sensorsignal verfälscht und damit unpräziser.
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Die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Druckmesszelle zur Verfügung zu stellen, welche einen optimierten Messaufbau aufweist und die an der Auswerteinheit eingehende Signalqualität gegenüber dem Stand der Technik verbessert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Schutzanspruchs gelöst. Weitere Vorteile und praktische Ausführungsformen sind in Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können (auch über Kategoriegrenzen, beispielsweise zwischen Verfahren und Vorrichtung, hinweg) und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
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Eine erfindungsgemäße Druckmesszelle mit einem Drucksensor und einer in die Druckmesszelle integrierten Auswerteelektronik ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesszelle ausschließlich eine 4-20 mA Schnittstelle zur Energieversorgung aufweist.
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Unter einer in die Druckmesszelle integrierten Auswerteelektronik ist zu verstehen, dass die Auswerteelektronik Teil der Druckmesszelle ist und zum Beispiel innerhalb eines Gehäuses der Druckmesszelle positioniert sein kann. Es ist auch denkbar, dass die Auswerteelektronik in einem Innenraum des Gehäuses positioniert ist, in welchem sich auch der Drucksensor befindet. Die Auswerteelektronik kann aber auch an einer Außenseite des Gehäuses positioniert werden, da dort die Signalwege ebenfalls sehr kurz gehalten werden können. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Auswerteelektronik zwischen zwei Gehäuseteilen der Druckmesszelle zu positionieren, wie zum Beispiel zwischen einem Grundkörper und einem Verschlusselement, oder zwischen zwei Teilen eines teilbaren Verschlusselementes. Charakteristisch für eine integrierte Auswerteelektronik ist, dass diese der Druckmesszelle zugehörig ist, und beispielsweise nicht in einem anderen Gehäuse untergebracht wird, welches weiter weg vom Sensor angeordnet ist. Durch die Integrierung der Auswerteelektronik in die Druckmesszelle findet die Signalverarbeitung innerhalb der Druckmesszelle statt und nicht mehr, wie sonst üblich, in externen Elektronikschaltungen.
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Die Verbindung der Auswerteelektronik mit der Druckmesszelle oder deren Gehäuse ist vorzugsweise durch eine Klebeverbindung realisiert. Es kommen aber auch andere Verbindungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel Glaslot-, Löt-, Schweiß- oder Formschlussverbindungen in Frage.
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Die Auswertelektronik ist durch eine Positionierung in bzw. an dem Gehäuse der Druckmesszelle in jedem Fall sensornah platziert, was die Signalwege zwischen Sensorchip und Auswerteelektronik sehr kurz macht. Die Signalwege werden beispielsweise mit Bonddrähten realisiert, was dazu führt, dass der Signal-Rausch-Abstand verbessert und dadurch ebenfalls die Signalqualität verbessert wird. Durch die kürzeren Signalwege wird auch eine schnellere bzw. direktere Reaktionszeit erreicht. Die Kontaktierung nach außen kann beispielsweise mithilfe von durch das Gehäuse der Druckmesszelle geführte Durchkontaktierungen geschehen. Die Auswerteelektronik wiederum wird durch Bonddrähte mit dem Drucksensor elektrisch verbunden, wenn die Auswerteelektronik unmittelbar im Messraum positioniert ist.
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Ein weiterer Vorteil einer integrierten Auswerteelektronik ist, dass die Druckmesszelle unabhängig vom Messprinzip wie z.B. resistiv oder kapazitiv die gleichen Signale als Messwert ausgibt, da die Auswerteelektronik das Ausgabesignal des Drucksensors bereits verarbeitet hat und einen Messwert für den Druck ausgeben kann.
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Die Energieversorgung der Druckmesszelle erfolgt über das 4 mA bis 20 mA Stromsignal über die Zweidrahtleitung, so dass neben der Zweidrahtleitung keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist. Um den Verdrahtungs- und Installationsaufwand sowie die Sicherheitsmaßnahmen, beispielsweise beim Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen, so gering wie möglich zu halten, ist es auch nicht gewünscht, zusätzliche Stromversorgungsleitungen vorzusehen.
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Die Signalübertragung des Messwertes der Druckmesszelle zum Beispiel zu einer übergeordneten Einheiten erfolgt ebenfalls nach dem bekannten 4 mA bis 20 mA Standard, bei dem eine 4 mA bis 20 mA Stromschleife beziehungsweise eine Zweidrahtleitung zwischen der Druckmesszelle und der übergeordneten Einheit ausgebildet ist. Zusätzlich zu der analogen Übertragung von Signalen besteht die Möglichkeit, dass die so verbundenen Einheiten gemäß verschiedenen anderen Protokollen, insbesondere digitalen Protokollen, weitere Informationen an die übergeordnete Einheit übermitteln oder von dieser empfangen. Beispielhaft seien hierfür das HART-Protokoll oder das Profibus-PA-Protokoll genannt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die in den Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander als auch mit den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterten Merkmale kombiniert werden und andere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.
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In einer Ausführungsform der Druckmesszelle ist diese dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Auswertelektronik um einen ASIC handelt. Als ASIC (engl. application-specific integrated circuit) wird eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung bezeichnet. Diese kann als eigenständiges Modul ausgeführt und auf den Verdrängungskörper aufgebracht sein, oder in den Verdrängungskörper integriert sein. Der ASIC ist ein energiesparender Prozessor der es durch seinen geringen Stromverbrauch ermöglicht, die Druckmesszelle mit einer 4-20 mA Energieversorgung zu betreiben. Dazu werden Leckströme unterbunden und möglichst häufig Standby-Zustände von Schaltungsteilen wie zum Beispiel dem Controller oder dem Speicher aktiviert.
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Die Betriebsspannung des ASIC ist vorzugsweise auf 2,1V, weiter vorzugsweise auf 1,6V begrenzt, weiter vorzugsweise auf 1,2V. Durch die Begrenzung der Betriebsspannung des ASIC kann Energie eingespart werden und die elektrischen Verluste minimiert werden. Um diese Spezifikationen zu erreichen, wird zur Herstellung des ASICs ein spezieller 90 nm Halbleiter-Herstellungsprozess angewendet, der es ermöglicht die resultierenden Schaltungen bei niedrigeren Spannungen zu betreiben.
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Vorzugsweise ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, den Drucksensor galvanisch von den elektrischen Anschlüssen der Druckmesszelle zu trennen. Mit elektrischen Anschlüssen der Druckmesszelle sind die elektrischen Anschlüsse gemeint, die an die Außenseite der Druckmesszelle geführt sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Druckmesszelle ist diese dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertelektronik einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Druckmesszelle umfasst.
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Ein Vorteil aus der Positionierung des Auswerteelektronik in der Druckmesszelle ergibt sich aus der thermischen Anbindung an diese. So können Temperaturschwankungen am Drucksensor erfasst werden, welche zu einer Ausdehnung der Materialien und damit zu einer Druckänderung im Inneren des Sensors führen. Die Auswerteelektronik kann so mithilfe der gemessenen Temperatur eine Temperaturkompensation vornehmen und einen korrigierten Messwert ausgeben. Zusätzlich können durch die gemessene Temperatur Rückschlüsse auf die Prozessparameter gezogen werden und so auch der Prozess selbst optimiert werden.
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Es ist ebenfalls denkbar, dass die Auswerteelektronik der Druckmesszelle derart eingerichtet ist, dass die Druckmesszelle durch die Auswerteelektronik kalibriert werden kann. Durch die integrierte Auswerteelektronik kann zum Beispiel durch Anlegen von definierten Drücken und Temperaturen die Druckmesszelle bzw. deren Drucksensor ohne weitere Kalibriergeräte überprüft und ggf. neu kalibriert werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Druckmesszelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertelektronik SIL-2 zertifiziert ist.
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Der SIL-Standard (engl. safety integrity level) definiert nach der Sicherheitsnorm EN 61508 vier wohlunterschiedene Stufen zur Spezifizierung der Anforderung für die Sicherheitsintegrität von Sicherheits-funktionen, die dem E/E/PEsicherheitsbezogenen System zugeordnet werden, wobei der Sicherheits-Integritätslevel 4 die höchste Stufe der Sicherheitsintegrität und der Sicherheits-Integritätslevel 1 die niedrigste darstellt.
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Eine weitere Ausführungsform der Druckmesszelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertelektronik eine Messfrequenz von mindestens 1 Hz mit einer Genauigkeit von mindestens 19 Bit aufweist. Durch eine niedrige Messfrequenz von 1 Hz und einer geringen Auflösung des Messbereichs kann Energie bei der Messung eingespart werden.
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Vorzugsweise weist die Auswerteelektronik eine Messfrequenz von mindestens 1 kHz mit einer Genauigkeit von mindestens 12 Bit auf. Je höher die Messfrequenz ist, und je größer die Genauigkeit, desto mehr Energie wird von der Druckmesszelle benötigt. Mit Hinblick auf die 4-20 mA Energieversorgung ist daher die Auswerteelektronik entsprechend energiesparend ausgelegt, um Messfrequenzen im Bereich von 1 kHz und Genauigkeiten von 12 Bit zu ermöglichen, ohne dabei die Energieversorgung unnötig zu strapazieren.
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Sofern eine metallische Druckmesszelle verwendet wird, weist diese einen Grundkörper und eine an dem Grundkörper angeordnete metallische Membran auf, wobei zwischen der Membran und dem Grundkörper eine Membrankammer ausgebildet ist, einem in einer Sensorkammer des Grundkörpers angeordneten Drucksensor, wobei zwischen der Membrankammer und der Sensorkammer ein Verbindungskanal ausgebildet ist und die Kammern mit einem Druckmittlermedium zur Übermittlung eines auf die Membran wirkenden Drucks gefüllt sind. Da das Volumen des Druckmittlermediums möglichst gering gehalten werden soll, ist für eine solche Druckmesszelle charakteristisch, dass in der Sensorkammer ein Verdrängungskörper sitzt. In einer solchen Ausführungsform der Druckmesszelle ist diese dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Verdrängungskörper die Auswerteelektronik positioniert ist.
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Auf dem Verdrängungskörper ist die Auswerteelektronik angeordnet. Die Verbindung zwischen Auswerteelektronik und Verdrängungskörper ist vorzugsweise als Klebeverbindung ausgestaltet. Die Klebeverbindung ist dabei vorzugsweise auf die meist unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Verdrängungskörpers und der Auswerteelektronik abgestimmt. Idealer Weise gleicht die Kleberschicht die dabei auftretenden Differenzlängen aus und kann den auftretenden Scherkräften standhalten, so dass eine Sichere Befestigung gewährleistet ist. Alternativ kann die Auswerteelektronik in Form von Leiterbahnen direkt auf dem Verdrängungskörper aufgebracht sein. Eine Druckmesszelle mit einem derartig funktionalisierten Verdrängungskörper beansprucht besonders wenig Bauraum.
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Die Auswerteelektronik kann damit auf dem Verdrängungskörper in der Nähe des Sensorchips angebracht werden. Damit ist sie sensornah platziert, was die Signalwege zwischen Sensorchip und Auswerteelektronik sehr kurz macht. Die Signalwege werden beispielsweise mit Bonddrähten realisiert, was dazu führt, dass der Signal-Rausch-Abstand verbessert und dadurch ebenfalls die Signalqualität verbessert wird. Durch die kürzeren Signalwege wird auch eine schnellere bzw. direktere Reaktionszeit erreicht. Die Kontaktierung nach außen kann beispielsweise mithilfe von durch den Verdrängungskörper und das Verschlusselement geführte Kontakte geschehen, die wiederum durch Bonddrähte auf der Oberseite des Verdrängungskörpers mit der Auswerteelektronik elektrisch verbunden werden.
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Die Druckmesszelle kann dazu eingerichtet sein, nach einem kapazitivem oder einem resistiven Messprinzip zu arbeiten.
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Eine kapazitive Druckmesszelle weist zwei Elektroden auf, die gemeinsam einen elektrischen Kondensator bilden. Die eine Elektrode ist dabei auf einer Membran angeordnet. Durch eine Druckänderung die auf die Membran wirkt wird ein Abstand zwischen den Elektroden geändert, so dass sich eine Kapazität des Kondensators ändert. Die Kapazität des Kondensators kann durch die Auswerteelektronik erfasst werden und daraus ein Druck abgeleitet werden.
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Bei einer resistiven Druckmesszelle werden zum Beispiel Dehnungsmessstreifen auf einer Membran eingesetzt, welche ihren Widerstand ändern, wenn ein auf die Membran wirkender Druck die Membran verformt. Es können auch piezoresistive Drucksensoren verwendet werden, welche ebenfalls aufgrund der Verformung durch Druckeinwirkung ihren Widerstand entsprechend ändern.
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Durch die Anordnung der Auswerteelektronik in der Druckmesszelle ist diese je nach Anwendungsfall der Temperatur des Prozesses ausgesetzt. Daher ist die Druckmesszelle in einer Ausführungsform für eine Betriebstemperatur bis 150° C eingerichtet.
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Vorzugsweise ist die Druckmesszelle für eine Betriebstemperatur bis 200° eingerichtet.
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Häufig reagieren elektronische Schaltungen empfindlich auf hohe Temperaturen. Daher ist die Druckmesszelle mit ihrer Auswerteelektronik so aufgebaut, dass diese bei Betriebstemperaturen von 150 °C bzw. 200 °C noch korrekt arbeiten kann, da zum Beispiel die Temperatur, welche direkt auf die Auswerteelektronik wirkt, kompensiert werden kann, so dass ein korrigierter, richtiger Messwert ausgegeben werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Druckmesszelle um eine Druckmesszelle zur Messung eines absoluten Druckes. Das heißt, die Druckmessung erfolgt gegenüber einem Vakuum als Referenzniveau.
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Alternativ kann es sich um eine Druckmesszelle handeln, welche zur Messung eines Relativdruckes ausgelegt ist. In diesem Fall kann nicht nur die dem Prozess zugewandte Seite der Membran mit Druck beaufschlagt werden, sondern auch die Unterseite der Membran des Drucksensors. Beispielsweise kann die Unterseite der Membran dem Umgebungsdruck ausgesetzt werden und damit den Druck relativ zum Umgebungsdruck messen. In diesem Fall kann die Druckmesszelle ein Verschlusselement mit einer Durchgangsöffnung zum Druckausgleich aufweisen, so dass die Rückseite der Membran mit einem bestimmten Druck beaufschlagt werden kann.
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Weitere praktische Ausführungsformen sind im Folgenden in Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine metallische Druckmesszelle mit integrierter Auswerteelektronik auf einem Verdrängungskörper und einer Zweileiter Energieversorgung nach 4-20 mA Standard,
- 2 eine metallische Druckmesszelle mit integrierter Auswerteelektronik in einem Verschlusselement der Druckmesszelle,
- 3 eine metallische Druckmesszelle mit integrierter Auswerteelektronik an einer Außenseite der Druckmesszelle,
- 4 eine metallische Druckmesszelle mit integrierter Auswerteelektronik in einer Aussparung eines Grundkörpers der Druckmesszelle.
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In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit gleicher Funktion.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Druckmesszelle 1 gemäß der vorliegenden Anmeldung in einem Querschnitt mit integrierter Auswerteelektronik 62 und Zweileiter Energieversorgung. Bei der gezeigten Druckmesszelle 1 handelt es sich um eine metallische Druckmesszelle 1 zur Messung eines Relativdruckes, da der Aufbau eine Öffnung zum Druckausgleich 72 aufweist.
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Die Druckmesszelle 1 weist im Wesentlichen einen metallischen Grundkörper 3, eine in Axialrichtung A vorderseitig an dem Grundkörper 3 angeordnete metallische Membran 5 sowie einen in einer in dem Grundkörper 3 ausgebildeten Sensorkammer 71 angeordneten Drucksensor 7 auf.
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Die Sensorkammer 71 steht über einen Verbindungskanal 9 mit einer zwischen dem Grundkörper 3 und der Membran 5 ausgebildeten Membrankammer 51 in Fluidverbindung.
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Die Sensorkammer 71 ist in rückseitiger Richtung durch ein Verschlusselement 80 verschlossen, wobei das Verschlusselement 80 Durchkontaktierungen 79 für die 4-20 mA Energieversorgung aufweist. Die Auswerteelektronik 62 ist durch die Durchkontaktierungen 79 nach außen kontaktiert.
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In der Sensorkammer 71 ist der Drucksensor 7 angeordnet. Der Drucksensor 7 weist als drucksensitives Element einen Sensorchip 73 auf, der über einen Sensorträger 75 an dem Verschlusselement 80 angeordnet ist. Der Sensorchip 73 ist durch als Bonddrähte realisierte elektrische Verbindungen 63 mit der Auswerteelektronik 62 verbunden.
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Ein rückseitiger Teil einer Membran des Sensorchip 73 ist über eine Leitung zum Druckausgleich 72, die ebenfalls durch das Verschlusselement 80 zur Rückseite des Sensorchip 73 geführt ist, entweder mit einem Umgebungsdruck oder einem Referenzdruck beaufschlagbar. Der Referenzdruck kann auch ein Vakuum sein, sodass eine absolute Druckmessung durchgeführt werden kann.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Verschlusselement 80 ferner eine Befüllöffnung 11 mit einem daran angeordneten Rohrabschnitt auf, über die die Sensorkammer 71, der Verbindungskanal 9 sowie die Membrankammer 51 mit einem Druckmittlermedium 13, beispielsweise einem synthetischen Öl befüllbar sind. In der Darstellung der 1 ist dieses Druckmittlermedium 13 jedoch der besseren Übersichtlichkeit halber noch nicht eingeführt.
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Die Membran 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine umlaufende Verbindung 57, vorliegend eine Verschweißung, mit dem Grundkörper 3 verbunden. Die Membran 5 weist in der vorliegenden Querschnittsdarstellung eine wellenförmige Oberflächenkontur auf, die korrespondierend zu einer Oberflächenkontur einer der Membran 5 zugewandten Wandung des Grundkörpers 3 korrespondierend ausgebildet ist. Durch diese wellenförmige Oberflächenkontur 55 wird erreicht, dass die Membran 5 in Axialrichtung A flexibel ist, wohingegen in Radialrichtung R eine möglichst große Steifigkeit erzielt wird.
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Die Oberflächenkontur 55 der Membran 5 wird bei der Fertigung der Druckmesszelle 1 vom Grundkörper 3 auf die Membran 5 übertragen. Hierfür wird die Membran 5, nachdem sie an dem Grundkörper 3 befestigt wurde, von vorne her mit einem Überdruck beaufschlagt, sodass sie sich in das von dem Grundkörper 3 ausgebildete Membranbett abformt.
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Der Verdrängungskörper 61 ist innerhalb der Sensorkammer 71 angeordnet und nimmt einen wesentlichen Teil der Sensorkammer 71 ein, welcher sonst mit Druckmittelmedium 13 gefüllt wäre. Auf diese Weise bleibt nur ein geringes Volumen, vornehmlich flache Bereiche übrig, welche mit Druckmittelmedium 13 gefüllt sind. Der Verdrängungskörper 61 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen rotationssymmetrisch, kann davon aber zum Beispiel durch Aussparungen zur Befüllung der Sensorkammer 71 durch die Befüllöffnung 11 von der Rotationssymmetrie abweichen.
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Auf dem Verdrängungskörper 61 ist die Auswerteelektronik 62 angeordnet. Diese kann durch eine Klebeverbindung auf der Oberfläche angebracht sein. Die Auswerteelektronik 62 ist in direkter Nähe zum Sensorchip 73 positioniert und durch Bonddrähte 63 mit diesem verbunden. Die Bonddrähte 63 sind im Vergleich zu einer nach außen geführten Verbindung, wie zum Beispiel die Durchkontaktierungen 79, sehr kurz und daher besonders vorteilhaft für die Qualität des Signals des Sensorchips, da der Signal-Rausch-Abstand geringer ist. Zudem umfasst hier die Auswerteelektronik 62 einen Temperaturchip, der die tatsächliche Temperatur des Druckmittlermediums 13 erfasst, und macht so eine Temperatur-Korrektur des ausgegebenen Druck-Messsignals möglich.
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Die Energieversorgung der Druckmesszelle 1 bzw. der Auswerteelektronik 62 erfolgt über das 4 mA bis 20 mA Stromsignal über eine Zweidrahtleitung 81, so dass neben der Zweidrahtleitung 81 keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist. Über diese Zweidrahtleitung 81 wird gleichzeitig die Signalübertragung des Messwertes der Druckmesszelle 1 zu einer übergeordneten Einheit realisiert. Die Druckmesszelle 1 und die übergeordnete Einheit sind durch die Zweidrahtleitung 81 verbunden.
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2 zeigt eine metallische Druckmesszelle 1 ähnlich wie in 1, jedoch mit integrierter Auswerteelektronik 62 in einem Verschlusselement 80 der Druckmesszelle 1. Das Verschlusselement 80 ist dazu zweiteilig ausgebildet und stellt einen Hohlraum zur Unterbringung der Auswerteelektronik 62 bereit.
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Die Auswerteelektronik 62 wird mithilfe von Durchkontaktierungen 79 elektrisch angeschlossen. Die Kontaktierung des Sensorchips 73 erfolgt durch Bonddrähte 63 welche an die Durchkontaktierungen 79 auf der Oberseite des Verdrängungskörpers 61 angeschlossen sind. Die Auswerteelektronik 62 wird durch die Zweileiter Energieversorgung nach außen hin kontaktiert. Die Auswerteelektronik 62 ist wie in 1 über die Zweidrahtleitung 81 angeschlossen. 3 zeigt eine metallische Druckmesszelle 1 ähnlich wie in 1, jedoch mit integrierter Auswerteelektronik 62 untergebracht an einer Außenseite der Druckmesszelle 1. Die Auswerteelektronik 62 ist von außen auf das Verschlusselement 80 aufgesetzt und dort elektrisch mithilfe von Durchkontaktierungen 79 und Bonddrähten 63 mit dem Sensorchip 73 verbunden. Die Auswerteelektronik 62 selbst wird durch eine Zweidrahtleitung 81 mit Energie versorgt.
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4 zeigt eine metallische Druckmesszelle 1 ähnlich wie in 1, jedoch mit integrierter Auswerteelektronik 62 in einer Aussparung eines Grundkörpers 3 der Druckmesszelle 1. Die Aussparung ist im Grundkörper 3 des Drucksensors 1 untergebracht, so dass die Auswerteelektronik 62 mittels einer Klebeverbindung darin fixiert werden kann.
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Die Zweileiter Energieversorgung wird mithilfe der Durchkontaktierungen 79 bzw. der Zweidrahtleitung 81 mit der Auswerteelektronik 62 verbunden. Die Auswerteelektronik 62 wird wiederum mit Bonddrähten 63 mit dem Sensorchip 73 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckmesszelle
- 3
- Grundkörper
- 5
- Membran
- 7
- Drucksensor
- 9
- Verbindungskanal
- 11
- Befüllöffnung
- 13
- Druckmittlermedium
- 51
- Membrankammer
- 55
- Oberflächenkontur
- 57
- Verbindung
- 61
- Verdrängungskörper
- 62
- Auswerteelektronik
- 63
- Bonddrähte
- 71
- Sensorkammer
- 72
- Druckausgleich
- 73
- Sensorchip
- 75
- Sensorträger
- 79
- Durchkontaktierungen
- 80
- Verschlusselement
- 81
- Zweidrahtleitung
- A
- Axialrichtung
- R
- Radialrichtung
